《黃花苜蓿適應土壤低硫和低磷的機理研究》是張文浩為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：黃花苜蓿適應土壤低硫和低磷的機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文浩
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤有效磷和硫含量缺乏是制約我國北方草地豆科牧草產量和品質的主要因素。黃花苜蓿（Medicago falcata L.）是一種廣泛分布於我國北方的優良豆科牧草種質資源，具有抗寒、抗病蟲害、耐旱和耐土壤貧瘠的優異特性，但對黃花苜蓿適應養分脅迫機制的研究國內外尚未見報導。本研究擬以原產於內蒙古呼倫貝爾和錫林郭勒草原的兩個黃花苜蓿生態型為材料，研究土壤低硫低磷脅迫及其互動作用對黃花苜蓿的影響，探討黃花苜蓿回響和適應養分脅迫的機理；以乙烯和一氧化氮為切入點，研究本土植物黃花苜蓿對養分脅迫及其互動作用相應的信號網路關係。選題具有科學前瞻性和重要的套用價值。研究結果一方面將揭示黃花苜蓿適應養分脅迫的生理機制，同時也將為人工草地施肥和栽培管理提供重要的理論依據。
結題摘要
硫是植物生長必需的大量元素之一，在植物的生長和發育過程中發揮著重要的作用。由於大氣工業含硫廢氣排放的減少和集約化農業生產對土壤硫的掠奪等因素的影響，土壤缺硫問題逐漸成為限制農業生產的主要因素之一。在植物適應土壤缺硫脅迫的過程中，局部和系統調控機制都發揮著重要的作用。磷是另外一個植物必需的大量元素，同樣在植物的生長和發育過程中發揮重要的功能。目前，對於植物硫磷營養之間相互影響的研究報導還相對較少。本項目比較了苜蓿生態型A17和R108在植株生長、根系形態，以及養分代謝等多個方面的對缺硫脅迫的回響。發現苜蓿生態型R108對缺硫脅迫的回響比生態型A17更加敏感。為了探究苜蓿對土壤缺硫脅迫的系統回響，本研究運用分根培養的方法，研究了苜蓿在植株生長、根系形態、硫含量、以及與硫吸收和同化相關基因的表達等多個層次對缺硫脅迫的回響。研究結果表明，苜蓿在根系生長、硫含量以及硫吸收和同化相關基因的表達對土壤異質缺硫脅迫表現出明顯的系統回響。在土壤異質缺硫條件下，苜蓿地上部和根中的MtSULTRs和MtAPR1的表達模式呈現出不同的特點。在土壤異質供硫條件下，系統硫信號通過調節MtSULTR1.1和MtSULTR1.3基因的表達，增加處於硫供應充足介質中根系的硫吸收活力，而相對降低缺硫介質中根系的硫吸收活力，從而在植株整體水平調控苜蓿根系對硫的吸收。為了進一步闡明苜蓿對系統缺硫脅迫的回響機制，同樣利用分根培養條件，測定了恢復供硫或供應硫同化關鍵產物Cys對苜蓿硫吸收和同化關鍵基因在轉錄水平的影響。結果表明，SO42-可能作為系統信號，從一側根系經由植株地上部調控另一側根系的硫吸收和同化，而Cys不是調控苜蓿回響缺硫脅迫的系統信號分子。為了探究苜蓿硫磷營養互作機制，系統地研究了苜蓿的硫磷營養之間的互作關係。結果表明，硫磷營養對苜蓿植株生長，養分代謝，以及根系分泌質子、檸檬酸和酸性磷酸酶等多個方面的影響過程中存在複雜的互作關係。相關成果在Planta、BMC Plant Biology、Environmental and Experimental Botany、Journal of Plant Nutrition發表。
