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农业种植技术

植物磷高效的生理与分子机制

土壤中的总磷浓度很高,但是直接能被植物根系吸收的磷浓度却很低,因此植物形成了多种应对低磷胁迫环境的机制,包括根系形态的适应、根系分泌物对土壤难溶解磷的活化、植物体内磷的再利用以及磷酸盐转运蛋白的适应性等。

植物根系通常只能截获距其表面1-4mm土壤中的磷,其它远距离的磷要通过扩散作用移动到根系表面,而磷的扩散速度只有10-30 um/h,且扩散距离仅有1-2mm,因此根构型对于植物根系对土壤磷素的吸收起到了十分关键的作用。

在低磷胁迫环境下,植物根系多在磷丰富的表层土壤分布,如主根生长受到抑制,而侧根和根毛的生长受到促进。在磷供应充足时,油菜产生的根毛极少,但在低磷胁迫下,其根毛变长变多。缺磷时,地上部产生的碳水化合物会优先向根系分配,从而增大植物的根冠比。因此,根构型的改变影响了植物根系与土壤的接触面积,可以有效改善植物在低磷环境下的适应性。

在低磷环境下,植物根系物分泌物如有机酸和酸性磷酸酶等显著增加,这使土壤的难溶磷活化,从而增加了根际土壤中有效磷的浓度。

有机酸通过以下方式来活化土壤磷:一方面,有机酸可以活化由金属离子(Ca2+、Al3+和Fe3+等)固持的磷,释放出的磷可以被植物根系直接吸收;此外,有机酸被土壤吸附后可以降低土壤表面所带的正电荷,减少根际土壤对磷的吸附固定,最终使根际土壤有效磷的浓度升高。此外,在低磷胁迫环境下,根系会分泌大量的酸性磷酸酶。

研究表明,小麦和油菜根际土壤有机磷的多少与根际土壤酸性磷酸酶活性的高低显著相关。因此,可以将分泌到根际的酸性磷酸酶活性作为评估植物磷效率的一个重要的生理指标。

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    标签:磷肥
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