磷素供应及过氧化氢对小麦根系形态的影响

摘要

低磷胁迫下，植物根系形态发生明显的适应变化，但土壤供磷水平较高时根系生长发育发生的变化，缺少研究。过氧化氢(H2O2)参与植物胁迫应答的信号转导，不同浓度磷供应下，H2O2对根系生长是否存在调节作用，不甚清楚。选择石麦15和衡观35为试验作物，进行土培和水培实验，研究不同施磷条件下小麦根系形态及根际过程；外源添加H2O2，及其清除剂抗坏血酸(Ascorbicacid，AsA)和生成抑制剂二苯基碘(Diphenylene iodonium，DPI)，研究不同供磷水平下H2O2对小麦根系生长的影响。主要结果和结论如下：
　　 (1)与0.1 g/kg P2O5施量相比，0.3 g/kg高量P2O5供应下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35；但不施磷处理衡观35地上部生物量降低幅度小于石麦15，磷含量和累积量高于石麦15，衡观35耐低磷能力较强。土壤供磷不足时，衡观35总根长中直径≤0.16mm细根所占比例高于石麦15，根系平均直径较小；而高磷供应下，石麦15根系中直径≤0.16 mm细根长度较大，在总根长中比例较高。植株磷累积量与总根长及直径≤0.16 mm细根长度间呈极显著正相关关系。
　　 (2)与非根际土壤相比，高磷供应下根际土壤有机磷含量增加，微生物量磷含量降低；而供磷不足时根际土壤碱性磷酸酶活性较高，有机磷含量较低。与适磷相比，高磷供应下根际土壤pH值升高、碱性磷酸酶活性下降，不施磷根际土壤pH值降低。低磷胁迫下，小麦根际土壤酸化和有机磷转化过程明显，高磷供应下则不明显。
　　 (3)水培实验表明：0.005和0.01 mmol/L低磷处理对根系生物量及总长度无明显影响，但增加了平均侧根长度，降低了侧根密度。2.50～5.00 mmol/L磷处理对根系未有明显的影响。
　　 (4)1.0mmol/L H2O2处理增加了植株侧根密度，随外界供磷浓度增加，H2O2对侧根密度的增加程度降低，低磷时，H2O2增加侧根密度的幅度最大；10.0 mmol/L H2O2处理则降低了侧根密度。外源添加2.5 mmol/L AsA减轻了1.0 mmol/L H2O2处理对小麦侧根数量的增加效应。无H2O2添加时，5.0μmol/L DPI处理降低了侧根密度，添加H2O2能缓解DPI对侧根数量的抑制效应。
　　 (5)高浓度10.0 mmol/L H2O2处理诱导节根形成，增加节根数量，外源2.5 mmol/L AsA处理缓解了H2O2对节根的诱导作用。5.0μmol/L DPI处理降低节根数量，同时添加H2O2，节根数量明显增加，外源H2O2处理减轻了DPI对节根形成的抑制效应。
　　 初步结论认为良好的根系形态对于小麦植株吸收利用土壤中磷养分具有重要意义，总根长越长尤其是细根越多，有利于促进植株对磷的吸收。供磷不足时，小麦根系形态和根际过程均发生适应性变化，而高磷供应下，小麦通过改变根系形态提高对磷的吸收利用。外源H2O2对小麦根系生长有明显的调节作用：高浓度H2O2处理增加节根数量，降低侧根密度；低浓度H2O2增加侧根密度，低磷胁迫下，低浓度H2O2对侧根密度的增加效应更明显。