磷是保证玉米正常生长发育的大量元素之一。但施入土壤中的磷肥极易被固定,导致农田土壤中有效磷的浓度较低。低磷胁迫下植物根系会表现出一系列形态和生理适应性反应,影响根际土壤磷的有效性及植物对磷的吸收。不同植物根系对缺磷的适应性反应不同。明确玉米根系对低磷胁迫的适应机制,比较玉米与磷高效植物白羽扇豆和蚕豆根际过程的差异,揭示根系活动对土壤磷组分的影响,对充分挖掘植物生物学潜力、在玉米施肥过程中进行合理调控有重要意义。针对这一目标,本论文结合营养液培养、根箱原位研究和石英砂培多种方法,以白羽扇豆和蚕豆为参照,系统揭示玉米根系适应低磷胁迫的主要机制。主要研究进展和结论如下：(1)低磷(LP,1μmol L-1)和高磷(HP,250μmol L-1)营养液短期试验(处理后7-16天)结果表明,无论是供应硝酸钙还是硝酸铵,低磷胁迫显著抑制蚕豆和玉米地上部生长,促进根系生长；玉米总根长、轴根长、侧根密度和比根长均显著增加。相反,低磷胁迫未能显著影响白羽扇豆地上部和根系生长及根长。低磷的白羽扇豆和蚕豆根系质子和有机酸分泌以及根表酸性磷酸酶活性均显著增加,但低磷玉米根系未表现出上述生理变化。与供硝酸钙相比,硝铵供氮显著增加根系质子分泌,但并未从基础上改变三种植物对低磷胁迫的根系形态和生理响应。(2)低磷(LP,10 mg P kg-1土壤)和高磷(HP,150 mg P kg-1土壤)根箱土培原位研究的短期试验(处理后50天)结果进一步证明,低磷胁迫显著促进蚕豆根系质子和有机酸分泌,并且根表酸性磷酸酶活性增加,但玉米根系未表现出上述生理变化。微抽提方法获得的蚕豆根际土壤溶液磷浓度显著高于非根际土壤,相反玉米根际土壤溶液磷浓度显著低于非根际土壤。比较土壤磷分级结果发现,蚕豆根际土壤中各无机磷组分浓度较非根际土壤均有显著增加,而有机磷组分浓度均有减少,相反,玉米根际与非根际土壤不同磷组分间浓度无显著差异。(3)石英砂培养条件下(处理后25天和33天)比较了玉米、白羽扇豆和蚕豆对AlPO4 (Al-P), FePO4 (Fe-P)和羟基磷灰石(Ca1o-P)难溶性磷的利用能力差异。培养过程中加入的AIPO4会向介质中释放无机磷(Pi),玉米对这部分Pi有较强的利用能力,但白羽扇豆和蚕豆对其几乎没有吸收利用。综上,本论文通过不同培养和研究方法证明,与白羽扇豆和蚕豆根系具有明显形态和生理适应性变化不同,玉米根系主要通过形态变化适应低磷胁迫,表明具有良好根系构型的大根系玉米对提高磷肥利用率有重要意义。玉米根际土壤溶液中的磷存在显著耗竭,表明玉米根系适应低磷胁迫的生理分泌活动不足以活化土壤中的有机无机磷源。硝铵供氮能增加植物根表质子释放,但并不能改变三种植物根系对低磷胁迫的形态和生理响应差异。