玉米根系微环境改变与根离子吸收的关系

【摘要】在研究玉米的根,特别是根系的生理功能时，为了得到无损伤的根系，以及在研究盐胁迫和渗透胁迫时，为了准确控制根系所处的实际化学物理环境，往往都需要用水培的方法培养玉米进行研究。然而我们的实验表明，直接用Hoagland和LongAshton这两种世界上使用最广泛的植物水培营养液，叶片在水培一周后就开始出现黄色条带，继续培养甚至出现整片叶片枯死现象，无法得到健康的玉米水培苗。本研究试图通过分析在土壤和水培条件下玉米根际微环境的差异，以及玉米根系分泌物的作用，通过改变营养液的pH和镁离子浓度，找到玉米根际微环境变化与根离子吸收的关系。实验表明，玉米在含有混合显色剂的琼脂培养基上萌发生长时，玉米幼苗的根系分泌物能够使根际周边含有混合显色剂的琼脂培养基从碱性的蓝绿色变成酸性的桔黄色，这表明玉米根系在生长时能够分泌酸性物质并改变根际微环境的pH。通过模拟根际微环境，调节水培营养液pH的实验结果表明，随营养液pH值下降，玉米的根茎长和干鲜重、叶绿素含量等生理生长指标值都持续升高，在pH=4时达到最大值。当溶液pH=3时，玉米的生长生理指标值开始下降，当溶液pH=2时幼苗出现严重的酸中毒现象，生长停止。单独增加镁离子的实验表明，在不改变其它组分配比，当Hoagaland溶液中的硫酸镁浓度从2mmol/L增加到16mmol/L时，也能得到生长正常的植株，并且当营养液中的硫酸镁浓度增加到32mmol/L时，植株仍然健康。在溶液中硫酸镁浓度是8mmol/L时，玉米的根长达到最大值，株高、干鲜重都是在溶液中硫酸镁的浓度是16mmol/L时达到最大值。强化培养液镁离子含量并同时改变溶液pH的双因子实验显示，在pH4.5的营养液中,镁离子浓度8mmol/L时（pH4.5+Mg8），玉米的根长最长。在pH4和硫酸镁浓度是32mmol/L时（pH4+Mg32），玉米的株高最高,干鲜重也达到最大值。各处理组之间的玉米叶绿素含量也有显著性差异，在pH4硫酸镁的浓度是16mmol/L和32mmol/L（pH4+Mg16/Mg32）的处理条件下，玉米幼苗的叶绿素含量到达最大值。尽管这样，由于考虑到玉米的长时间生长和离子吸收平衡，我们推荐用Hoagland营养液进行玉米水培时，最好使用pH4+8mmol/LMgSO4的组合改良Hoagland溶液。本研究初步证明了植物根系分泌物和根际微环境对植物生长和营养吸收的作用，证明了玉米根系需要一个至少是局部酸性的环境，并且找到用于玉米水培的Hoagland溶液的改进方法和配方。研究还证明了无论大幅度增加培养液的酸度，或是大幅度增加培养液中镁离子的浓度，或者同时大幅度增加培养液的酸度和镁离子的浓度，都能够大大改善用普通的Hoagland溶液培养玉米苗的效果。这种效果的原因究竟是两者或两者同时以相似的方式改变了根系的吸收特性或选择性吸收特性，还是改变了根系向地上部分输送的调节物质或调节信号，需要更进一步的深入研究。
【作者】张欢欢；
【导师】朱建军；
【作者基本信息】鲁东大学，生态学，2014，硕士
【关键词】玉米；水培；根际微环境；根系分泌物；矿质营养；

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