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水稻适应低磷胁迫的营养生理机理研究

作　者: 李永夫
导　师: 罗安程
学　校: 浙江大学
专　业: 植物营养学
关键词: 水稻基因型差异低磷营养生理机制磷效率
分类号: S511
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

土壤磷素不足是制约水稻生长的主要因素之一。筛选和培育耐低磷水稻基因型是缓解磷矿资源缺乏和提高磷肥利用效率的有效途径之一。研究和阐明水稻适应低磷胁迫的营养生理机理对上述筛选培育工作来说具有非常重要的意义。本研究在前期材料筛选的前提下,通过砂培和溶液培养试验研究水稻吸收利用难溶性磷源的基因型差异及其根系吸收活化机理;通过琼脂培养试验研究水稻利用有机磷的基因型差异以及机理;通过根箱试验研究水稻吸收土壤不同形态磷素的根际效应机理;另外,以缺磷不同耐性的水稻基因型为材料,研究了低磷胁迫对其叶片光合作用特性、碳水化合物分配、酸性磷酸酶活性的影响。取得的主要研究结果如下: 1.水稻吸收利用难溶性磷酸盐的基因型差异及其根系吸收活化机理以Fe-P为磷源,研究了51个水稻基因型吸收利用Fe-P的差异。结果表明51个水稻基因型的吸磷量和磷利用效率的频数分布均呈正态分布,说明不同水稻基因型在吸收利用Fe-P能力方面存在较大的差异,通过定向选择,完全可能获得高效吸收利用Fe-P的水稻基因型。然后选取八个在Fe-P利用能力方面差异较大的基因型,进一步通过砂培试验和溶液培养试验研究水稻利用不同难溶性磷酸盐（Al-P和Fe-P）的基因型差异及其与根系形态、根系磷素吸收动力学特性以及根系分泌物活化特性的关系。结果表明,水稻吸收利用Al-P和Fe-P均存在显著的基因型差异。水稻吸收难溶性磷酸盐能力与根系形态（特别是根表面积、根体积以及侧根数量）具有非常密切的关系。低磷处理显著增加水稻植株的I_max;却显著降低水稻植株的K_m。水稻吸收难溶性磷酸盐能力与根系磷素吸收动力学参数没有显著的相关性。根系分泌物对难溶性磷酸盐的活化能力并不能反映水稻吸收难溶性磷酸盐的能力。根系有机酸的分泌量与根系分泌物对难溶性磷酸盐的活化能力并没有呈现一致的结果。 2.无菌和接种微生物条件下两个水稻基因型利用有机磷的差异通过琼脂培养试验研究无菌培养条件下,两个水稻基因型中部51和Azucena对有机磷（植酸钠）的利用情况以及接种土壤微生物对水稻利用有机磷的影响。结果表明,无菌培养条件下,植酸钠为磷源生长的中部51和Azucena的植株干重、吸磷

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中文摘要  9-12
Abstract  12-16
第一章植物适应低磷胁迫机理的研究进展  16-32
  1.1 土壤的磷素缺乏是作物生长的主要障碍因子之一  16-17
  1.2 植物耐低磷营养的基因型差异  17-20
    1.2.1 不同植物种类之间的差异  17
    1.2.2 同一植物种类不同品种或品系之间的差异  17-20
  1.3 植物适应低磷胁迫的生理学机制  20-25
    1.3.1 根系形态和构型  20-21
    1.3.2 根系吸收动力学特性  21-22
    1.3.3 根系分泌物  22-25
    1.3.4 菌根  25
  1.4 植物适应低磷胁迫的分子生物学机制  25-29
    1.4.1 染色体水平  25-27
    1.4.2 分子水平  27-29
      1.4.2.1 磷转运子的基因控制  27-28
      1.4.2.2 有机酸分泌的基因控制  28-29
      1.4.2.3 植物体内磷素转运的基因控制  29
  1.5 问题的提出与研究内容  29-32
第二章水稻吸收利用难溶性磷酸盐的基因型差异及其根系吸收活化机理  32-51
  2.1 引言  32-33
  2.2 材料与方法  33-37
    2.2.1 供试材料  33-34
    2.2.2 试验设计和方法  34-35
    2.2.3 测定项目和方法  35-37
      2.2.3.1 根系形态  35
      2.2.3.2 植物干重和磷浓度  35
      2.2.3.3 根系磷素吸收动力学参数  35-36
      2.2.3.4 根系分泌物的收集  36
      2.2.3.5 根系分泌物对难溶性磷酸盐的活化  36-37
      2.2.3.6 根系分泌物中有机酸含量的测定  37
    2.2.4 数据统计  37
  2.3 结果与分析  37-47
    2.3.1 水稻吸收利用磷酸铁的基因型差异  37-38
    2.3.2 不同磷处理下八个水稻基因型的生长特性的差异  38-39
    2.3.3 不同磷处理下八个水稻基因型吸磷量和植株全磷浓度的差异  39-40
    2.3.4 不同磷处理下八个水稻基因型根系形态特征的差异  40-42
    2.3.5 正常供磷和低磷处理下八个水稻基因型根系磷素吸收动力学参数的差异  42-43
    2.3.6 水稻根系分泌物对难溶性磷酸盐的活化  43-45
    2.3.7 水稻根系分泌物中有机酸含量  45-47
  2.4 讨论  47-50
  2.5 结论  50-51
第三章无菌和接种微生物条件下两个水稻基因型利用有机磷差异  51-61
  3.1 引言  51-52
  3.2 材料与方法  52-54
    3.2.1 供试材料和培养装置  52-53
    3.2.2 试验设计和方法  53
    3.2.3 测定项目和方法  53-54
      3.2.3.1 植物干重和磷浓度  53-54
      3.2.3.2 根系分泌酸性磷酸酶活性  54
    3.2.4 数据统计  54
  3.3 结果与分析  54-57
    3.3.1 无菌条件下两个水稻基因型生长特性和吸磷量的差异  54-56
    3.3.2 根系分泌酸性磷酸酶活性  56
    3.3.3 接种微生物对水稻利用有机磷的影响  56-57
  3.4 讨论  57-59
  3.5 结论  59-61
第四章水稻吸收土壤磷素的根际效应机理  61-74
  4.1 引言  61-62
  4.2 材料与方法  62-64
    4.2.1 供试材料  62
    4.2.2 试验设计和方法  62-63
    4.2.3 测定项目和方法  63-64
      4.2.3.1 土壤磷素分级  63-64
      4.2.3.2 根际磷酸酶活性  64
      4.2.3.3 其它  64
    4.2.4 数据统计  64
  4.3 结果与分析  64-70
    4.3.1 植株干重和吸磷量  64
    4.3.2 土壤pH  64-66
    4.3.3 不同形态磷素分级  66-68
    4.3.4 磷酸酶  68
    4.3.5 根际磷酸酶活性与有机磷浓度的关系  68-70
  4.4 讨论  70-72
  4.5 结论  72-74
第五章酸性磷酸酶活性与水稻磷营养以及磷效率的关系  74-89
  5.1 引言  74-75
  5.2 材料与方法  75-76
    5.2.1 供试材料  75
    5.2.2 试验设计和方法  75
    5.2.3 测定项目和方法  75-76
      5.2.3.1 叶片无机磷浓度  75
      5.2.3.2 叶片酸性磷酸酶活性  75-76
      5.2.3.3 根系分泌酸性磷酸酶活性  76
      5.2.3.4 植物干重和全磷浓度  76
    5.2.4 数据统计  76
  5.3 结果与分析  76-87
    5.3.1 水稻磷效率的基因型差异  76-77
    5.3.2 水稻的磷养分状况  77
    5.3.3 水稻叶片酸性磷酸酶活性  77-81
    5.3.4 水稻根系分泌酸性磷酸酶活性  81
    5.3.5 水稻叶片酸性磷酸酶活性与磷浓度的关系  81
    5.3.6 水稻磷酸酶活性与磷效率的关系  81-87
  5.4 讨论  87-88
  5.5 结论  88-89
第六章低磷胁迫对不同磷效率水稻基因型光合作用特性和碳水化合物分配的影响  89-100
  6.1 引言  89
  6.2 材料与方法  89-91
    6.2.1 供试材料  89-90
    6.2.2 试验设计和方法  90
    6.2.3 测定项目和方法  90-91
      6.2.3.1 气体交换参数测定  90
      6.2.3.2 植株干重和磷浓度的测定  90
      6.2.3.3 碳水化合物含量的测定  90-91
    6.2.4 数据统计  91
  6.3 结果与分析  91-97
    6.3.1 水稻植株生长  91
    6.3.2 水稻的磷营养特性  91-93
    6.3.3 水稻叶片的气体交换参数  93-95
    6.3.4 水稻植株体内碳水化合物的浓度和含量  95-97
  6.4 讨论  97-99
  6.5 结论  99-100
研究的创新点及展望  100-102
参考文献  102-123
致谢  123-124
攻读博士期间发表、录用和投稿的文章  124

水稻适应低磷胁迫的营养生理机理研究

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