P高效利用杉木无性系适应环境磷胁迫的机制研究

摘要

本文针对南方林区土壤有效磷低但全磷丰富的特点，从提高杉木对林地磷素的利用效率入手，通过对我国杉木中心产区不同杉木无性系子代测定林生长和磷素利用特性的全面调查，进行不同杉木无性系子代测定林生长和P素利用效率的比较研究，在此基础上初步筛选出P高效利用杉木速生无性系。利用初选的12个P高效利用速生杉木无性系为研究对象，通过均一性磷胁迫模拟试验，分析不同杉木无性系对环境低磷胁迫的形态学和生理学响应差异，探讨P高效利用杉木无性系适应低磷胁迫内在机制，进一步筛选对土壤难溶性磷活化能力高和耐低磷能强的P高效利用杉木无性系。最后利用对土壤难溶性磷活化能力高和耐低磷能强的2个P高效利用杉木无性系进行异质供磷胁迫模拟试验，通过设计不同钙梯度低磷水培处理，通过异质供磷胁迫条件下杉木无性系形态学和生理学特异性指标的测定，探讨钙在P高效利用杉木无性系对环境低磷胁迫信号感受中的作用，分析P高效利用杉木无性系适应环境磷胁迫的内在机制，为揭示杉木耐低磷营养性状的生态遗传和完善林木营养遗传学方法提供科学依据。主要的研究结果如下： 1、7年生84个不同杉木无性系子代测定林的生长存在明显差异。 2、17年生45个不同杉木无性系子代测定林的生长存在明显差异。 3、17年生不同杉木无性系的全树P利用效率平均为4886.67 g·g-1。 4、初选21个P高效利用杉木速生无性系在不同P处理条件下根系生长差异明显。 5、初选21个P高效利用杉木速生无性系在不同P处理条件下生物量差异较大。 6、不同P处理对初选21个P高效利用杉木无性系体内P素积累与分布影响不同。 7、不同P处理对不同杉木无性系P素利用效率的影响存在差异。 8、随着低磷胁迫时间的延长，参试21个不同杉木无性系叶绿素总量的平均值表现出先快速增加，再缓慢增加的趋势；铁磷处理表现出同样变化规律。缺磷处理中，叶绿素总量先迅速增加，后增加速度变缓，最后减小。铁磷处理的胁迫末期，M3、M18、M24和M102号杉木无性系叶绿素总量的增幅比正常供磷处理大。缺磷处理的胁迫末期仅有M5、M18和M41等3个杉木无性系叶绿素总量增幅比正常供磷处理大。 9、低磷胁迫越严重，杉木叶片MDA含量升高越快。随着试验时间的延长，正常供磷处理中参试21个不同杉木无性系叶片MDA含量的平均值表现为先缓慢下降，再较大幅度下降，最后缓慢增加的变化趋势；铁磷处理变化规律与正常供磷处理相似；缺磷处理表现出不同变化规律：先缓慢上升，再急剧下降，最后缓慢增加。与正常供磷处理的胁迫末期相比，铁磷处理中M4、M19、M39、M102、M211和M302叶片MDA含量增幅较小，；缺磷处理中是M4、M5、M11、M18、M37、M38、M48和M211叶片MDA含量增幅较小。 10、随着试验时间的延长，不同P处理中参试21个杉木无性系叶片可溶性蛋白含量的变化表现出相似的规律：升高→下降→缓慢下降至胁迫前水平。 11、随着试验时间的延长，铁磷处理和缺磷处理条件下初选21个P高效利用杉木速生无性系叶片APA活性的平均值的变化规律与正常供磷处理相似：缓慢下降→升高→下降至较低水平的变化规律。 12、初选21个P高效利用杉木速生无性系在不同P处理条件下干物质积累与各生理学指标之间相关性不强，但与不同形态学指标密切相关。 13、参试21个杉木无性系中M39号杉木无性系在有效磷匮乏全磷丰富的环境中适应性较强，且能保持较高的生物量积累速度，对P素的利用效率也较高，属于P高效利用杉木速生基因型；而M3、M4、M18、M19和M38的PUE较高但生物量产量较低，M1、M8、M9、M11、M17和M302具速生丰产特性，但PUE较低，可见这11个杉木无性系的开发潜力大，建议加强改良研究。 14、不同异质供磷处理对M1和M4号杉木无性系根系生长的影响差异明显。 15、不同异质P处理对M1和M4号杉木无性系体内P素分布的影响不同。 16、不同异质供磷处理对M1号和M4号杉木无性系PUE的影响差异较大。 17、不同异质供P处理对M1和M4号杉木无性系各生理指标的影响差异明显。 不同异质供P处理对M4号杉木无性系各生理指标影响的差异表现为：不同P处理叶绿素含量均表现出升高→降低→缓慢升高的变化规律，其中缺磷处理变化幅度很小。叶片MDA含量变化规律的差异：不同处理均表现出缓慢升高→降低的变化趋势，其中正常供磷处理降幅最大，缺磷处理最小。叶片可溶性蛋白含量变化规律的差异：不同处理均随着胁迫时间的延长，表现出先快速升高，再逐渐降低的变化趋势。叶片APA活性变化规律的差异：不同P处理均表现为缓慢变化之后，快速增强，再减弱的变化趋势。 18、不同Ca梯度在杉木感受低磷胁迫的试验表明：低磷胁迫条件下随胁迫时间的延长，水培杉木营养液酸度呈先上升后下降的变化规律。叶片可溶性蛋白含量与APA活性的变化规律相似，总体趋势表现为降低→升高→降低。有关Ca和P的互作在杉木感受环境低磷胁迫中的作用还需进一步深入研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1立题依据

2国内外研究进展

2.1植物养分高效利用机制研究进展

2.2逆境中植物化学通讯机制研究进展

3研究技术路线

第二章速生杉木优良无性系的筛选研究

1试验地概况

2研究方法

2.1材料来源

2.2试验设计

2.3调查统计方法

3结果与分析

3.1 7年生不同杉木无性系子代测定林生长的比较

3.2 17年生不同杉木无性系子代测定林生长的比较

4小结

第三章P高效利用杉木无性系的筛选研究

1试验地概况

2研究方法

2.1生物量调查方法

2.2养分分析方法

2.3统计方法

3结果与分析

3.1不同杉木无性系子代测定林生物量的比较

3.2不同杉木无性系子代测定林P积累量的比较

3.3不同杉木无性系子代测定林P素利用效率的比较

3.4不同杉木无性系P利用效率与其它元素利用效率的相关分析

4 小结

第四章P高效利用杉木无性系对均一性磷胁迫的适应机制研究

1试验材料

2研究方法

2.1试验设计

2.2分析方法

2.3统计方法

3结果与分析

3.1不同P处理对不同杉木无性系生长的影响

3.2不同P处理对不同杉木无性系生物量及其分配的影响

3.3不同P处理对不同杉木无性系P素利用效率的影响

3.4不同P处理对不同杉木无性系生理学过程的影响

3.5不同杉木无性系适应不同低磷逆境特异性指标的筛选

4讨论

4.1植物通过根系形态变化适应环境磷胁迫的机制

4.2植物通过生理学过程变化适应环境磷胁迫的机制

5小结

第五章P高效利用杉木无性系对低磷胁迫的感受机制研究

1试验材料

2研究方法

2.1试验设计

2.2分析方法

2.3统计方法

3结果与分析

3.1 P高效利用杉木无性系对异质磷胁迫的感受机制

3.2钙在杉木感受环境低磷胁迫机制中的作用研究

4讨论

4.1植物根表型可塑性对低磷胁迫感受机制的作用

4.2钙对植物适应环境磷胁迫感受机制的作用

5小结

研究总结论

参考文献

导师简介

攻读博士期间发表的学术论文

致谢