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水稻是最重要的粮食作物之一,全球约13%的水稻产量来自酸性土壤。铝毒害和磷缺乏是酸性土壤上植物生长的两个主要限制因子,而且在大多数酸性土壤中这两个因子同时存在。另外,由于酸性土壤中硝化反应受到抑制,NH4+-N是酸性土壤中无机氮存在的最主要的形式,故酸性土壤中Al3+和NH4+-N经常共存,然而这种现象往往被忽视。因此,探讨P和Al以及氮形态和Al之间的相互关系不仅有助于我们更好的理解水稻的耐铝机制,还能够为酸性土壤施肥提供理论依据。本研究选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培试验,通过长期处理和短期处理相结合的方式研究了铵态氮和硝态氮对水稻铝毒害的影响及其作用机制;利用水培和土培试验研究了P在缓解水稻Al毒害中的作用及其机制。
主要研究结果如下:
1.铵态氮和硝态氮对水稻铝毒害的影响及其机制
1)长期硝态氮与铝交替处理下,铝对两个水稻品种生物量和根系形态的抑制作用明显要比长期铵态氮与铝交替处理下严重,而且硝态氮处理下水稻根部铝含量要显著高于铵态氮处理。短期氮-铝处理下,铝在硝态氮条件下对水稻根伸长抑制程度要比铵态氮条件下严重。随着硝态氮浓度的提高,水稻根尖铝含量显著增加,而且90%以上的铝分布在细胞壁上。这些结果表明,与铵态氮相比,硝态氮通过提高铝在根尖细胞壁上的累积而加重了水稻铝毒害。
2)分根试验表明,当硝态氮与铝分别加在根箱的两侧时,水稻根系铝含量没有增加。因此,与铵态氮相比,硝态氮增加根系铝累积不是通过信号传导途径。
3)与NO3-相比,NH4+降低了水稻根系阳离子交换量,减少了铝在根尖细胞壁表面的吸附位点,这可能是铵态氮和硝态氮对水稻铝吸收影响不同的原因之一。当向铝溶液添加pH缓冲剂后,NH4+/NO3-对根尖铝累积影响的差异缩小,表明NH4+和NO3-处理下溶液pH的变化可能是铵态氮和硝态氮对水稻铝吸收影响不同的另一个原因。
2.磷对水稻铝毒害缓解作用及其机制
1)通过Al、P交替试验发现,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害,而且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。这种缓解作用可能与根和地上部较高的P/Al有重要关系。根部和地上部高的P/Al比意味着铝在根中有效的固定以及磷的有效转运以保持地上部良好的磷供应。
2)水培试验结果表明,与耐铝品种武运粳7号相比,扬稻6号磷吸收效率低,而利用效率高。红壤土培试验进一步证明铝敏感水稻品种扬稻6号在酸性土壤上的磷利用效率要显著高于耐铝水稻品种武运粳7号。