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磷是植物必需营养元素之一,参与了植物体内许多生物分子的合成,在物质新陈代谢及调节酶活性等方面均起着极其重要作用。我国南方土壤全磷含量丰富,但由于土壤对磷的强烈化学固定作用,使得土壤有效磷极度缺乏,植物仅能利用以正磷酸盐(H2PO4-和HPO42-)形式存在的有效态磷,仅占土壤全磷的1/600-1/100。在目前技术条件下植物对土壤全磷的利用效率仅为10-25 %,无法满足植物对正常生长的需求。由于土壤养分无论在空间还是时间上均为异质分布的,其中磷的分布较其他离子更为特殊,磷会与土壤表面的Al3+、Fe3+、Ca2+等离子强烈结合,形成难溶的络合物,因此磷在土壤中表现出的异质性更为突出,更易在土壤中形成斑块分布。植物在长期的进化过程中,对土壤养分的异质分布形成了一定的觅食行为,因此如何挖掘植物对土壤异质磷斑块的利用途径已成为当前植物学界亟待解决的重大课题。类芦是南方水土流失区优良的水土保持草种,能快速地恢复裸露山体,快速入侵崩岗水土流失区,成为优势种群。类芦不仅能在生境条件极其恶劣的条件下生存,而且枝繁叶茂,能形成强大的根网,固土护坡效果极为显著。目前国内对类芦的研究主要集中在其对水土流失的治理、种子保育、重金属耐性机制等方面,类芦能在养分缺乏的立地表现出旺盛的生长能力,是类芦长期适应其恶劣生存环境的结果,是长期进化过程中形成的特殊适应性,存在着特殊的生态学意义,可能存在独特的觅寻环境养分能力,但目前国内对类芦适应异质性养分的内在机制还了解得很少。有鉴于此,本文根据植物根系生物学和胁迫植物学的原理和方法,在导师课题组前期研究基础上,以南方地区广泛分布的类芦幼苗为研究对象,通过构建垂直和水平异质供磷的砂培模拟试验,研究在异质供磷条件下类芦根系的形态学和生理学特征的变化规律,分析类芦在异质供磷和同质供磷环境下形态学和生理学特征的差异,探讨类芦对土壤异质分布磷的觅食行为,比较类芦在不同异质供磷条件下根系的磷利用效率,从机理水平上揭示类芦对异质供磷胁迫的适应机制,为揭示类芦在低磷环境中高效利用土壤磷的内在机制提供科学依据。主要研究结果如下:1.不同垂直供P处理显著影响类芦的根系形态参数(根系总长、根系总表面积、根系总体积),但对地上部分干重和根系总干重的影响不显著。在表层供P量较高处理中,类芦根系形态参数均较其他处理高;在不同垂直供P处理中,三个根层的根系形态分布与P浓度无关,生物量与根系形态参数的变化相似。7个供磷处理的根长、根表面积、根体积和生物量在三层的分布数量均表现出高、低、高的变化趋势,但对不同垂直供P处理下同一根层的根系形态参数进行比较发现:表层供P较高处理在三个根层的形态参数均大于表层供P低的处理。根冠比的变化也与不同处理表层供P量的变化有关,根冠比随着表层施P量的增加而减小。2.在水平供P处理条件下,异质供P处理类芦根系形态参数大于相应的同质处理,地上部分干重随供P量的升高而增加,与两侧供P量关系不大,从总体上看水平异质供P处理的地上部分干重大于相应的同质处理;比较不同水平异质供P处理分室根系形态参数时发现:在相对较高P浓度分室中,两分室基质P浓度差越大,类芦根系增生程度越强烈;在不同水平同质供P处理中,两侧根系的根长、根表面积、根平均直径、根体积差异不显著。3.在不同垂直供P处理下,类芦根系P含量随表层供P量的增加而提高,类芦地上部分吸P量的大小也与表层供P量相关,表层供P量最大处理地上部分吸P量最大,表层不供P处理的最小,表层供P量相同的处理间的地上部分P含量差异不显著。但不同处理下P含量在三层根系的分布较均匀,垂直异质供P处理不同层次的根系P含量变化规律不明显。4.类芦地上部分P含量与不同水平供P处理的供磷量有关,随供P总量的增加,植株地上部分含P量随之提高。在水平异质供P处理下,类芦地上部分含P量、根系含P量、PTC的变化与同质供P处理一致。异质供P处理地上部分吸P量均大于相应的同质供P处理,而根系含P量却小于相应的同质供P处理。5.在不同垂直供P处理下,叶绿素a与叶绿素b比值随表层供磷量的增加而减小;类芦蛋白质含量与表层供P量有关,表层供P量大小均可能抑制其蛋白的合成;不同垂直供P处理下类芦叶片酸性磷酸酶活性存在显著差异,根系酸性磷酸酶活性与叶片的变化相似,随着表层供P量的增加呈现波动性递减趋势。6.在不同水平供P处理下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a/b值均未达显著水平,但却表现出一定的变化规律。在不同水平供P处理下,类芦叶片的可溶性蛋白含量无明显的规律。不同水平供P处理中对照处理的酸性磷酸酶活性最高,同质供P处理下类芦叶片酸性磷酸酶活性随供P量的增加依次递减,根系两侧的酸性磷酸酶活性无明显差异;在异质供P条件下,酸性磷酸酶活性也大致呈逐渐递减的趋势,在供P量较高处理中,两个分室的根系酸性磷酸酶差异不显著,从总体来看,同质供P处理的酸性磷酸酶活性大于相应的异质供P处理。7.综上所述,在垂直异质供P处理下,类芦根系未表现出明显的觅P行为,其生物量分配、根系形态参数与表层供P量呈正相关关系。但在水平异质供P处理中,类芦根系却表现出明显的增生现象,即根系在高供P根室表现出较高的生物量、根系形态参数和较低的酸性磷酸酶活性,并发现类芦在异质供P处理中的生长状况比同质供P处理好。两种不同的P分布方式导致了类芦生长的显著差异,这可能与类芦根系在不同方向上的生长规律有关。