不同根构型杉木基因型根系营养生态位竞争与觅磷行为

According to principles and methods of Stress Botany, Root Biology, and Plant Behavioral Ecology, Chinese fir genotypes with different root architecture were chosen for test on the research group's preliminary studies. The P niche competition environments between shallow root type,deep roots type and middle root type of Chinese fir were built by self-designed vertical and horizontal Root Box Culture System with heterogeneity phosphorus. The morphology indexes such as root length, root volume of different root architecture under P niche competitive conditions were measured by the root image analysis system and root physiological analysis system.And same with physiology indexes such as phosphorus absorption kinetics, endogenous hormones and root exudates. Root behavior of looking for different phosphorus plaques under P niche competition were analyzed.The root architecture differences of different Chinese fir genotypes to occupy soil phosphorus plaque were compared under the P niche competition.At last,the mechanism to seek phosphorus competitive behavior were revealed by Chinese fir genotypes with different root architecture.This project will provide a scientific theoretical basis for different root architecture configuration and interspecies interaction mechanism in Chinese fir mamagement.It will helpful for using heterogeneity phosphorus plaque in south China.

利用胁迫植物学、根系生物学及植物行为生态学的原理和方法，以课题组前期研究筛选出的不同根构型杉木基因型（浅根型、深根型、中间型）为研究对象，采用自主设计的垂直和水平异质磷斑块根箱培养系统，通过构建浅根型、深根型、中间型相互之间的磷营养生态位竞争环境，通过根系图像分析系统和生理过程分析技术，在磷营养生态位竞争条件下测定不同根构型根长、根体积及根构型等形态学、根系磷素吸收动力学、内源激素及根系分泌物种类和数量等生理学指标，分析杉木在营养生态位竞争条件下根系对磷斑块的寻觅行为，比较不同根构型杉木通过根系的拓展来占据土壤磷斑块能力的差异，研究在营养生态位竞争条件下杉木根系的觅磷策略，揭示不同根构型杉木觅磷竞争行为的内在机制及其调控途径。为杉木造林不同根构型配置和种内互作机理研究提供科学依据，丰富根系生物学的理论和方法，对挖掘南方大面积斑块分布的磷资源利用潜力具重要理论和实践意义。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方最重要的速生造林树种。由于我国传统人工林经营方式单一且地域集中分布，杉木个体间难免产生邻株竞争；加之磷素在土壤中移动性较差，导致根系可直接吸收利用的有效磷含量低，明显抑制了杉木人工林的长期生产力。虽然植物在对土壤磷饥饿环境的长期适应过程中，为最大限度地获取土壤有限的磷资源，可诱发其根系形态学和生理学过程的改变来增强觅磷能力，提高其在缺磷逆境中完成生命周期的机会；但植物这种通过根构型改变来提高对土壤磷的有效吸收，往往会加剧对共有资源的竞争程度。为阐明不同杉木个体在磷素竞争条件下如何感受土壤介质中磷的有效性，并诱导根系生理生态学过程的变化来影响杉木觅磷行为改变的调控机制。本项目以课题组前期研究筛选出的不同根构型杉木基因型（家系）为研究对象，利用室内模拟低磷胁迫盆栽试验，通过构建不同根构型杉木相互之间的磷营养生态位竞争环境，研究发现：低磷胁迫条件下，当不同根构型杉木基因型（27号与28号家系）构成邻居关系时，不同杉木家系根系在竞争区竞争剧烈，根系长度、表面积等形态学指标增生明显，根部磷积累量均增加，但侧根夹角明显减小，这与竞争条件下杉木根尖有机酸种类减少但总量明显增加有关，导致在邻株竞争初期，杉木苗高生长明显加快；随着竞争时间的延长，不同根构型杉木叶磷积累量呈明显下降趋势，且叶片蒸腾速率逐渐降低，一定程度上抑制了苗高生长。当相同根构型杉木形成邻株竞争关系时，两个杉木基因型根系生长方向均倾向于非竞争区域，以减轻竞争区的磷素竞争。该研究成果为杉木不同根构型人工造林配置和互作机理研究提供科学依据，这对于挖掘杉木对南方大面积斑块分布的异质磷资源的利用潜力具重要的理论和实践意义。目前已发表10篇标注国家自然科学基金资助的研究论文，其中SCI收录论文5篇；已获授权的相关专利5项；培养研究生6名。