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作物磷高效遗传改良与生物安全研究进展

农业生物技术学报 2024年第8期32卷 1909-1922页

作者：徐纪明陆宏吴忠长毛传澡浙江大学生命科学学院植物生物学研究所

磷(phosphorus, P)是植物生长发育必需的大量营养元素之一，在植物生长发育过程中发挥着不可替代的作用。植物磷养分吸收利用的生理及分子调控机制的解析，是通过遗传改良提高作物磷吸收利用效率的基础。由于砷酸盐与磷酸盐具有相似的... 详细信息

磷(phosphorus, P)是植物生长发育必需的大量营养元素之一，在植物生长发育过程中发挥着不可替代的作用。植物磷养分吸收利用的生理及分子调控机制的解析，是通过遗传改良提高作物磷吸收利用效率的基础。由于砷酸盐与磷酸盐具有相似的化学性质，在提高作物磷吸收的同时，砷酸盐的吸收也可能同时提高，因此通过遗传改良提高作物磷养分吸收效率的同时，作物砷元素含量，尤其是可食用部位的含量也需要重点关注。本文综述了植物磷吸收、转运及磷信号调控机制，磷、砷偶联吸收分子机制等的研究进展，并对目前作物磷高效遗传改良模式进行了总结，以期为作物磷高效遗传改良及生物安全评价提供参考。

关键词：磷高效遗传改良砷酸盐生物安全

磷高效水稻根系对低磷胁迫响应的差异蛋白分析

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应用生态学报 2010年第12期21卷 3231-3238页

作者：郭玉春徐惠龙陈芳育郭陞垚梁义元梁康迳林文雄福建农林大学作物遗传育种与综合利用教育部重点试验室福州350002 福建中医药大学药学院福州350002 福建省泉州市农业科学研究所福建泉州362212

以IR71331为材料,通过水培试验,采用双向电泳分离不同磷浓度下(低磷浓度为0.5mg·L-1,对照为10mg·L-1)水稻生长3d和6d根系差异蛋白.结果表明:与对照相比,低磷胁迫下共有29个蛋白,其中3d时间点有17个蛋白上调、11个下调、1个新增,6d时... 详细信息

以IR71331为材料,通过水培试验,采用双向电泳分离不同磷浓度下(低磷浓度为0.5mg·L-1,对照为10mg·L-1)水稻生长3d和6d根系差异蛋白.结果表明:与对照相比,低磷胁迫下共有29个蛋白,其中3d时间点有17个蛋白上调、11个下调、1个新增,6d时间点有8个上调、19个下调、1个抑制表达、1个无明显变化.经鉴定,其中的10个差异表达蛋白可归为信号转导相关蛋白、基因表达相关蛋白、代谢相关蛋白离子转运相关蛋白4个功能类群.信号转导相关蛋白分别为富含甘氨酸RNA结合蛋白和类似参与磷酸盐饥饿反应调控子;基因表达相关蛋白分别为推定的mRNA前体剪接因子SF2和推定的AAA蛋白酶家族FtsH;代谢相关蛋白分别为腺苷酸琥珀酸裂解酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin)、S-腺苷蛋氨酸合成酶(SAM)和类似MYB类转录因子;离子转运相关蛋白分别为阳离子转运ATP酶和肌浆网膜蛋白.这些蛋白分别参与了信号识别、信号调控、mRNA的剪接、信号传递、蛋白质降解、细胞体内离子转运和平衡等生理过程.其中serpin、SAM和MYB类转录因子是水稻响应低磷胁迫的关键蛋白.水稻根系对低磷胁迫存在着一个复杂的抗逆信号应答和代谢调控网络,其作用机理可以通过差异表达的蛋白质得以体现.

关键词：水稻低磷胁迫磷高效蛋白质组学

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磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

中国农业科学 2015年第16期48卷 3146-3155页

作者：蔡秋燕张锡洲李廷轩陈光登吴德勇四川农业大学资源环境学院

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前... 详细信息

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷(CK)、施磷(P)15 mg·kg-1土(Po15)、30 mg·kg-1土(Po30),研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】(1)随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。(2)随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15—1.24倍和1.18—1.34倍。(3)野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23—1.33倍和1.15—1.30倍。(4)随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64—1.12 mg·kg-1和13.8—33.9 mg·kg-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。

关键词：野生大麦磷高效植酸态有机磷磷素吸收磷素积累量

棉花高产和磷高效的磷肥基施追施配合技术研究

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植物营养与肥料学报 2018年第1期24卷 146-153页

作者：李青军张炎哈丽哈什.依巴提冯固中国农业大学资源与环境学院北京100193 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐830091 农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室乌鲁木齐830091

【目的】本文比较了不同磷肥基施、追施比例对棉花生物量、产量及养分吸收的影响,以优化新疆膜下滴灌棉花的磷肥施用技术。【方法】2009—2011年连续三年进行了田间试验。试验共设3个处理:不施磷肥,磷肥全部基施,磷肥滴灌追施(2009、201... 详细信息

【目的】本文比较了不同磷肥基施、追施比例对棉花生物量、产量及养分吸收的影响,以优化新疆膜下滴灌棉花的磷肥施用技术。【方法】2009—2011年连续三年进行了田间试验。试验共设3个处理:不施磷肥,磷肥全部基施,磷肥滴灌追施(2009、2010年为磷肥50%基施和50%滴灌追施,2011年为磷肥65%基施和35%滴灌追施),追施的磷肥分2次在棉花蕾期和初花期随水施入。各处理的氮、钾肥用量相同,氮肥全部滴灌追施,钾肥全部基施。棉花成熟期测定了棉株生物量、籽棉产量和磷肥的利用率。【结果】施用磷肥显著提高了棉花地上部生物量,与不施磷肥相比,磷肥基施显著增加了棉花的叶、茎、籽和纤维的生物量,分别增加15%、9%、9%和11%,磷肥滴灌追施显著增加了叶、茎、壳、籽和纤维的生物量,分别增加21%、23%、21%、12%和13%。施用磷肥能够显著提高棉花产量,与不施磷肥相比,磷肥全部基施籽棉平均增产8%,磷肥滴灌追施籽棉平均增产13%,而磷肥滴灌追施的产量比磷肥全部基施提高5%。施用磷肥显著增加了棉花的磷素吸收量,磷肥全部基施的磷肥平均利用率为18%,而磷肥滴灌追施的磷肥平均利用率为23%。磷肥35%滴灌追施的增产率和磷肥利用率分别为18%和24%,50%滴灌追施处理两者分别为11%和22%。【结论】与不施磷肥相比,磷肥全部基施与部分磷肥滴灌追施都能显著提高棉花生物量和产量,增加磷素吸收量,而磷肥部分滴灌追施的效果优于磷肥全部基施,磷肥65%基施和35%滴灌追施的增产效果好于50%基施和50%滴灌追施。

关键词：棉花磷高效磷肥基施追施

不同磷源对磷高效利用野生大麦根际土壤磷组分的影响

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应用生态学报 2014年第11期25卷 3207-3214页

作者：蔡秋燕张锡洲李廷轩陈光登四川农业大学资源环境学院成都611130

在土培盆栽条件下,以野生大麦磷高效利用基因型IS-22-30、IS-22-25和低效基因型IS-07-07为材料,研究不施磷(CK)、无机磷(KH2PO4,Pi)、有机磷(phytate,Po)及二者混合(KH2PO4+phytate,Pi+Po)的方式施磷30 mg·kg-1时,磷高效基因型野生大... 详细信息

在土培盆栽条件下,以野生大麦磷高效利用基因型IS-22-30、IS-22-25和低效基因型IS-07-07为材料,研究不施磷(CK)、无机磷(KH2PO4,Pi)、有机磷(phytate,Po)及二者混合(KH2PO4+phytate,Pi+Po)的方式施磷30 mg·kg-1时,磷高效基因型野生大麦对磷素吸收利用能力及土壤磷组分特征.结果表明:Pi处理野生大麦干物质量和磷素积累量最大,Pi+Po处理其次,Po处理最小,均显著高于CK处理,且磷高效基因型物质生产和磷素吸收能力显著高于磷低效基因型.土壤有效磷在不同磷源处理间差异显著,Pi处理时含量最高,Pi+Po处理次之,且磷高效基因型野生大麦根际有效磷含量显著高于磷低效基因型.磷高效基因型野生大麦根际有效磷呈现亏缺现象,在Pi和Pi+Po处理时亏缺程度较大.根际与非根际土壤无机磷组分含量为Ca10-P>O-P>Fe-P>Al-P>Ca2-P>Ca8-P,且其含量随着Pi的增加而增加.各磷源处理下,磷高效基因型野生大麦根际土壤Ca2-P、Ca8-P出现亏缺;Pi处理磷高效基因型野生大麦根际土壤Al-P、Fe-P出现富集.土壤中有机磷各组分含量为中活性有机磷>中稳性有机磷、高稳性有机磷>活性有机磷.野生大麦根际土壤活性有机磷和中活性有机磷呈现富集,其富集量在Pi处理时最大;中稳性有机磷和高稳性有机磷呈现亏缺.各磷源处理下,磷高效基因型野生大麦根际土壤活性有机磷含量显著高于磷低效基因型,中稳性有机磷和高稳性有机磷在基因型间差异不显著.Pi缺乏时,磷高效基因型野生大麦活化吸收Ca2-P、Ca8-P、Al-P和活性有机磷的能力较强.

关键词：野生大麦磷高效磷源磷组分

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水稻磷高效重组自交系群体的筛选鉴定

生态环境 2008年第3期17卷 1151-1156页

作者：杜娟曾亚文杨树明普晓英杨涛杜威王雨辰赵大伟云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所云南昆明650205 云南农业大学中药材研究所//云南省中药材规范化种植技术指导中心云南昆明650201

水稻耐低磷RILs群体培育可为磷高效育种和基因定位提供材料。该试验利用强耐低磷杂交组合合系41×大白稻产生的永久性重组自交系(RILs)群体,设低磷(有效磷6.26mg·kg-1)胁迫和非低磷(有效磷40mg·kg-1)胁迫两种处理,全生育期测定了相关... 详细信息

水稻耐低磷RILs群体培育可为磷高效育种和基因定位提供材料。该试验利用强耐低磷杂交组合合系41×大白稻产生的永久性重组自交系(RILs)群体,设低磷(有效磷6.26mg·kg-1)胁迫和非低磷(有效磷40mg·kg-1)胁迫两种处理,全生育期测定了相关的耐低磷形态性状,利用相关分析和多元逐步回归分析等方法探索RILs群体耐低磷筛选指标以筛选优良株系。结果表明:(1)12个主要农艺性状均呈连续性变异,耐低磷性状发生了明显的重组和分离,说明利用重组近交系可以筛选并培育出强耐低磷的水稻品系。重组近交系是水稻耐低磷特性进行遗传研究的良好材料;(2)6个相对性状:株穗产量、地上干物质量、实粒数、有效穗、剑叶长、穗长,综合评价RIL群体各株系的耐低磷强弱;(3)在RILs群体选出综合性状表现优良的5个大穗、大粒的耐低磷株系,具有良好的推广前景。

关键词：重组自交系磷高效筛选指标大穗大粒

甘蓝型油菜幼苗体内磷组分差异与磷高效关系的研究

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植物营养与肥料学报 2008年第2期14卷 351-356页

作者：石磊梁宏玲徐芳森王运华华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室

利用盆栽土培和营养液培养的方法,研究了甘蓝型油菜磷高效品种97081和磷低效品种97009在正常磷和低磷胁迫下幼苗植株生长、磷的吸收累积、植物磷组分以及酸性磷酸酶活性的差异。结果表明,缺磷条件下,97081品种的干物质重和磷累积量分别... 详细信息

利用盆栽土培和营养液培养的方法,研究了甘蓝型油菜磷高效品种97081和磷低效品种97009在正常磷和低磷胁迫下幼苗植株生长、磷的吸收累积、植物磷组分以及酸性磷酸酶活性的差异。结果表明,缺磷条件下,97081品种的干物质重和磷累积量分别比97009高85.7%和50.0%,并且单位磷含量可以生产较多的干物质,具有较强的磷的吸收和利用效率。两品种中不可溶性有机磷、可溶性有机磷和无机磷含量都随着营养液磷水平的增加而提高。低磷胁迫时,根部不可溶性有机磷含量97009显著下降。两品种可溶性有机磷占总磷的比例均表现为下部叶>上部叶;97081根和下部叶可溶性有机磷含量及其比例均高于97009。97081根部无机磷含量高于97009,但其所占全磷比例却较低。缺磷处理,上部叶酸性磷酸酶(APase)活性两品种无显著差异;但根中和下部叶APase活性97081显著高于97009。这与甘蓝型油菜高效品种具有较强的磷吸收和再利用能力密切相关。

关键词：甘蓝型油菜磷组分磷高效酸性磷酸酶活性

花生磷利用特性及磷高效管理措施研究进展与展望

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核农学报 2015年第11期29卷 2246-2251页

作者：沈浦孙秀山王才斌石程仁于天一山东省花生研究所山东青岛266100

磷在花生田生态系统的物质循环过程中起重要作用。探究磷在土壤-花生系统供需特性及磷高效管理措施,对缓解资源紧缺与环境污染有重要意义。本文综述了国内外花生对磷素的需求状况、土壤磷素供应特点、植株对磷的吸收机制及磷高效利用途... 详细信息

磷在花生田生态系统的物质循环过程中起重要作用。探究磷在土壤-花生系统供需特性及磷高效管理措施,对缓解资源紧缺与环境污染有重要意义。本文综述了国内外花生对磷素的需求状况、土壤磷素供应特点、植株对磷的吸收机制及磷高效利用途径等方面花生田磷管理的研究现状,提出了今后花生田磷管理的研究重点:根据花生对磷肥的需求和土壤供应特性,强化花生品种选育、开展磷肥长效高效化研究和土壤潜在磷释放研究,以减缓磷资源耗竭、提高磷肥利用效率和降低环境污染。

关键词：花生合理施肥磷高效潜在有效磷养分管理

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酸性红壤中磷高效大豆新种质的磷营养特性

植物营养与肥料学报 2010年第1期16卷 71-81页

作者：程凤娴涂攀峰严小龙王秀荣廖红华南农业大学根系生物学研究中心广东广州510642

采用一系列磷高效大豆新种质及对照材料,在华南酸性红壤地区3种不同磷水平的代表性土壤上,分春、夏两季研究了不同大豆品种的磷营养特性,探讨了不同大豆品种(系)在不同磷水平土壤上的最佳施磷量及其经济效益。结果表明,1)土壤有效磷含... 详细信息

采用一系列磷高效大豆新种质及对照材料,在华南酸性红壤地区3种不同磷水平的代表性土壤上,分春、夏两季研究了不同大豆品种的磷营养特性,探讨了不同大豆品种(系)在不同磷水平土壤上的最佳施磷量及其经济效益。结果表明,1)土壤有效磷含量是影响酸性红壤地区大豆生产的重要因素,无论从地上部生物量、磷吸收量还是产量来看,所有供试品种均表现出高磷>中磷>低磷土壤的趋势。2)施磷对低肥力土壤上大豆产量的影响较大,对中等肥力土壤影响较小,而对高肥力土壤,施磷肥反而造成大豆减产;过量施用磷肥会造成大豆对磷的"奢侈吸收"。3)大豆的磷营养特性具有显著的基因型差异,因而需要不同磷养分管理方式。4个磷高效大豆新种质在低肥力土壤上仅需施用少量磷肥,在中、高肥力土壤上不需施磷即可满足生长需要。经济效益分析结果表明,磷高效品种无论在低肥力还是在中、高肥力土壤上,其纯收入均远高于本地和国家大豆区域试验对照品种。

关键词：华南地区酸性红壤大豆磷有效性磷高效