简述玉米根系的主要功能(玉米和大豆根系吸收元素区别的直接原因)

导语：根系对缺磷的生理响应之玉米和豆科植物根系对缺磷的形态响应

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磷在土壤中的有效性低并且移动性较差，是作物生长的主要限制因子之，因此，缺磷时植物根系一方面通过根系形态学改变，例如通过改变根系构型、增加根表面积、减小根直径或形成排根来增加对土壤中速效磷资源的获取；另一方面通过根系的生理活动如增加质子、有机酸和酸性磷酸酶的分泌来获取土壤中较稳定态磷源。此外通过与菌根真菌互作以及增加根系磷转运蛋白的表达和提高植株体内磷的利用效率也是植物对低磷环境的适应反应之一。但不同植物的适应机制有很大差别。

玉米根系

一、玉米和豆科植物根系对缺磷的形态响应

比较不同供磷水平对玉米和不同豆科作物生长的影响看到，低磷（LP，1mol/L）处理显著降低蚕豆和玉米的整株生物量，整株干物重的降低主要由地上部干重减少所致。低磷胁迫对玉米生长的抑制作用显著大于对蚕豆生长的影响。根箱土壤培养试验结果可知，LP（10mgP/kg soil）处理显著降低玉米和蚕豆地上部干重以及玉米的根系干重，增加了两种植物的根冠比；显著降低了两种植物地上部和根系的磷浓度以及植株的整株吸磷。缺磷初期玉米根系生物量显著增加，并且低磷胁迫对玉米地上部生物量的抑制作用大于白羽扇豆和蚕豆，高低磷处理之间植物体内磷浓度差异玉米蚕豆白羽扇豆，说明玉米比豆科植物对缺磷更敏感满足玉米生长所需要的体内养分浓度更高。持续缺磷最终会显著抑制玉米地上部和根系生长，导致减产。

玉米田

与玉米不同，尽管白羽扇豆在低磷胁迫下地上部和根系磷含量和浓度均显著降低，但地上部和根系生物量均未受到影响。表明维持白羽扇豆生长所需要的体内临界磷浓度很低。相反，低磷胁迫显著增加蚕豆在短期水培试验中的根系干重和总根长，表明蚕豆在低磷胁迫下也同样会形成更大根系，以利于在更大土壤范围内吸收磷资源。玉米和蚕豆高低磷处理之间生物量的差异小于磷含量之间的差异，并且尽管低磷处理玉米在7～16天收样期内用单位根长计算所得的磷吸收速率和磷吸收效率均最低，但磷利用效率最高，表明低磷条件下植物体内的磷利用效率均显著提高，尤其是玉米。

白羽扇豆种植

在植物适应低磷胁迫的各种机制中，降低生长速率和提高体内磷利用效率是策略之一。用玉米自交系478的研究发现，不同供磷水平下地上部干重之间的差异小于磷浓度的差异，说明在低磷胁迫下，每克磷产生的生物量比高磷条件下多，体内磷的生理利用效率显著高于高磷处理。低磷降低了玉米叶片生长和干物质积累。土壤中磷的移动性差，但是植物体内的磷移动相对灵活。低磷胁迫下，植物体内磷的分配发生变化，更多的磷从老叶向新叶转移，从营养器官向生殖生长器官转移。说明玉米可以通过增加体内磷的利用效率，降低生长对磷的需求来适应低磷胁迫。

玉米叶片

缺磷植株将更多的碳分配到根系，促进根系生长和根表面积增加，根系形态变化是植物适应低磷胁迫的主要措施之一。低磷下玉米的总根长、轴根长和侧根密度均有显著增加。蚕豆与玉米相似，低磷下根系的总根长和侧根密度也显著增加，但白羽扇豆根系指标受磷胁迫的影响较小。磷高效玉米基因型一般具有较大的根冠比和更多的侧根数目以增加与土壤的接触空间。

玉米根系

田间低磷条件下，玉米自交系478在拔节和吐丝期的细根增加，主要表现在直径＜0.6mm的根系显著增加。细根是吸收养分和水分最活跃的根系，其生理生态过程是地下过程的核心。细根有三个主要特征：①根系细胞中具有更高比例的通道细胞和较大的皮层细胞，有利于水分和养分的快速进入；②具有更大的根系比表面积，能够占据更多的土壤空间，增大与土壤的接触面积，增加根系对资源获取的概率；③可以进入粗根不能进入的养分微域，从而高效获取养分资源。细根的上述三个特征决定了其对养分资源的高效获取。与田间P100供磷水平相比，P0供磷水平下，拔节期和吐丝期自交系478在40～5cm土层中细根显著增加，提高了根系对磷的获取能力。生长后期细根根长显著下降，主要依靠提高体内磷的利用效率适应低磷胁迫。吐丝期后，无论何种供磷水平，总根长都显著下降，这是由于在生殖生长阶段根系衰老所致。

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