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铝毒害和磷缺乏是酸性土壤中植物生长的两个主要限制因子。因此,铝和磷互作关系受到人们的普遍重视。磷和铝不仅在溶液中相互作用,在植物体中也有很重要的互作关系,探讨磷和铝毒之间的关系有助于我们了解植物是如何耐受酸性土壤的,同时为酸性土壤施肥提供理论基础。本研究以铝耐受性不同的两个小麦品种Atlas66(铝耐受型)和Scout66(铝敏感型)为研究对象,通过分室供应铝、磷的分根技术和剪根新生根技术,排除铝、磷在溶液中及根表面的直接作用,探讨植株内部磷含量对铝毒害的影响。主要研究结果如下: 1、红壤土培实验中施磷量对小麦铝毒害的影响 土培短期(7天)实验表明,不施CaCO3时,小麦地上部高度和根长度随着施磷量的增加而增长。当施入CaCO3时,施磷量对地上部和根系的生长影响不大。长期(32天)土培实验中,原位提取液的pH值随着施磷量的增加而升高,锰、铝等元素浓度随着施磷量的增加而降低,表明长期实验中,施磷可以有效地减少土壤溶液中的锰、铝等含量,从而缓解铝、锰的毒害;而小麦地上部分的锰、铝等含量在施CaCO3时,随着施磷量的增加而降低,不施CaCO3时则表现为先增加后降低的趋势;而小麦地上部干重随着施磷量的增加先增后降,地下部分干重则随着施磷量的增加而降低。以上结果表明红壤施磷可以缓解小麦的铝毒害。 2、磷铝不同处理方式对小麦根伸长的影响 当铝与磷在溶液中直接混合时,随着磷浓度的增加,铝对根伸长的抑制作用逐渐减弱,显示磷减轻了小麦根系的铝毒害。溶液中实测的无机单核铝浓度随着磷浓度的增加而显著降低,从无磷(0μM)处理的25.6μM降到低磷(25μM)处理的21.4μM和高磷(250μM)处理的18.8μM。磷、铝交替处理时,在铝胁迫下的根伸长量随着溶液磷浓度的增加而降低,表明高磷浓度加重了小麦根系的铝毒害。在分室供应铝、磷的分根实验中,A室根系供应不同磷浓度的营养液,B室根系为无磷营养液处理1天后再铝处理24 h,实验发现短期(24 h)不同磷浓度处理对根伸长无显著影响;而铝胁迫24 h的B室根的生长受到了显著抑制,且伸长量随着A室处理磷浓度的升高显著降低。 3、分室供应铝、磷的分根实验中磷对小麦铝毒害的影响 短期(3天)分室供应铝、磷的分根实验结果显示,小麦地上部分和分室B中根系的磷含量均随A室中供给磷浓度的升高而增加,小麦通过分室A中根吸收的磷转移到了地上部分和分室B的根中。铝处理24 h后,小麦根尖铝(0-2mm)的积累和胼胝质含量均随A室供给磷浓度/根尖磷浓度的增加而增加;而且根尖苏木精染色随着磷浓度的升高而加深。长期(15天)分室供应铝、磷的分根实验发现,处理5(A室低磷,B室加铝)地上部分生物量高于处理6(A室高磷,B室加铝);比较处理4(A室无磷,B室加铝)、处理5、处理6,加铝的B室生物量的累积显著低于不同磷浓度处理的A室,并随着A室中磷浓度的增加而显著降低;测定了小麦根系指标,发现铝处理后B室根尖数、根长和根表面积均随着A室磷浓度的增加而降低;小麦叶片的叶绿素指标和光合作用效率随着A室磷浓度的增加而降低。以上结果均表明高磷不能有效缓解铝对小麦的毒害作用,反而有增加小麦铝毒害的趋势。 4、剪根新生根中磷含量对小麦铝毒害的影响 小麦剪根后新生根的磷含量随着预处理时磷浓度的增加而显著增加,铝处理24 h后,小麦根尖铝、胼胝质含量随磷含量的增加而显著增加;根尖苏木精染色程度随磷含量的增加而显著加深。桑色素染色显示小麦根系吸收的铝主要积累在质外体,而且高磷预处理的铝信号强度要高于低磷和无磷处理。此实验结果也表明了体内高磷有加剧小麦铝毒害的趋势。 5、小麦体内磷浓度对铝胁迫的不同响应 测定了不同浓度磷处理的小麦根系有机酸的分泌,发现处理间无差异。琼脂显色实验显示,铝胁迫下内部磷含量不同的根际pH都有所升高,其中,耐铝的Atlas66高磷处理碱化程度要低于低磷和无磷处理。比较了铝处理前后小麦根系活力,发现铝处理前,不同磷浓度处理的根系活力无差异;铝处理后,根系活力随着处理磷浓度的增加而降低。通过比较细胞壁和细胞质的铝含量,发现随着磷浓度的增加细胞壁上的铝含量亦增加,而细胞液中的铝含量没有显著差异。这可能是由于磷和铝在细胞壁上形成的复合物导致细胞壁变硬,阻止细胞壁延伸,从而抑制细胞伸长,这可能是不同内部磷含量导致小麦铝毒害程度不同的原因之一。