植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)性的鑒定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)性的鑒定方法，屬于生態(tài)治理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤中無機(jī)磷（P)是影響植物生長(zhǎng)的最主要限制因子之一。許多研究表明，磷缺 乏影響植物的光系統(tǒng)論（Photosystem歡）過程，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，凈光合速率減小，葉綠素含 量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)發(fā)生改變。
[0003] 中國(guó)喀斯特(巖溶）分布面積約有130多萬Km2,其中石漠化面積約占28. 7%。"南 石（石漠化）北沙（沙漠化）"成為制約西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的兩大生態(tài)環(huán)境問題?？λ?特生境中的基巖多為碳酸鹽巖類，其主要化學(xué)成分為0 &〇)3、1%〇)3等。由于長(zhǎng)期強(qiáng)烈的巖 溶作用，造成喀斯特地區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)為地表地下雙重空間結(jié)構(gòu)。該區(qū)地下河系很發(fā)育，地 表發(fā)育有眾多的溶洞、溶洼、溶溝、溶隙、漏斗和落水洞天窗等，再加上土層較薄，大部分巖 石裸露，致使雨水很快滲漏到地下，成為深埋的地下水，形成水土分離格局，很薄的土壤覆 蓋層所形成的土壤水又迅速被蒸發(fā)掉，致使土壤干旱。同時(shí)，在基巖的巖溶作用過程中，也 消耗了氫離子，形成大量的鈣離子和碳酸氫根離子，這也勢(shì)必改造其上覆土壤，使其上覆土 壤呈現(xiàn)出高pH、高鈣和高重碳酸鹽的環(huán)境在喀斯特地區(qū)的堿性石灰土壤中，由于磷的高吸 附性和難溶性，土壤中的磷形態(tài)不能以植物生長(zhǎng)所需的無機(jī)態(tài)磷（HPO 42 SH2PO4 )直接進(jìn)行 吸收，無機(jī)磷的供給受到嚴(yán)重限制，制約了喀斯特地區(qū)植物的生長(zhǎng)發(fā)育?？λ固剡m生植物為 了適應(yīng)喀斯特地區(qū)的土壤低磷環(huán)境，逐步進(jìn)化出一套獨(dú)特的無機(jī)磷利用機(jī)制和策略。植物 這種對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)性，成為其在低磷環(huán)境下生存的法寶，鑒定量化植物對(duì)低磷環(huán)境的 適應(yīng)性，對(duì)篩選喀斯特適生植物，治理喀斯特環(huán)境具有重大意義。
[0004] 此外，浮床植物也是治理水體富營(yíng)養(yǎng)化的一條重要途徑，很多陸生植物因?yàn)閷?duì)低 磷環(huán)境不適應(yīng)，而不能成為浮床植物，耐低磷環(huán)境的陸生植物成為陸生浮床植物的先決條 件，因此，鑒定量化植物對(duì)水體低磷環(huán)境的適應(yīng)性，對(duì)篩選陸生浮床植物，拓寬浮床植物資 源，治理水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種鑒定植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)性的方法，以 填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)不能定量植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)能力的空白。為篩選喀斯特適生植物和陸生 浮床植物提供新的指標(biāo)體系。
[0006] 本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)性的鑒定方法，包含以下步 驟： 第一，將被考察植物進(jìn)行水培，選擇大小一致的幼苗，在未加無機(jī)磷的培養(yǎng)液中饑餓培 養(yǎng)； 第二，將經(jīng)過饑餓培養(yǎng)后的被考察植物幼苗，放到附加0. 1-0. 5 mmol/L CaS04的含磷 酸二氫根離子的吸收液中進(jìn)行磷酸二氫根離子吸收實(shí)驗(yàn)； 第三，依據(jù)上述離子吸收實(shí)驗(yàn)，分別獲得被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米氏常 數(shù)Km和最小濃度，也即植物根對(duì)磷酸二氫根離子的凈吸收速率等于零時(shí)的外界養(yǎng)分濃度 Cmin ； 第四，測(cè)定生長(zhǎng)在待測(cè)環(huán)境中的被考察植物的根際環(huán)境中的速效磷含量CE ; 第五，依據(jù)上述獲取的被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米氏常數(shù)Km以及最小濃 度Cmin，以及根際土壤中的速效磷含量CE作為C帶入公式計(jì)算被考察 植物磷酸二氫根離子的相對(duì)吸收速率P ;
第六，依據(jù)上述獲取的被考察植物相對(duì)吸收速率評(píng)估被考察植物對(duì)被考察的低磷環(huán)境 的適應(yīng)性。
[0007] 在第二步驟中，所敘的磷酸二氫根離子吸收實(shí)驗(yàn)中含磷酸二氫根離子吸收液為附 加了加0. 1-0. 5mmol/L CaS04、磷酸二氫根離子的濃度與喀斯特地區(qū)土壤的有效磷的平均 含量處在同一數(shù)量級(jí)的溶液。
[0008] 在第三步驟中，吸收速率通過測(cè)定吸收液中磷酸二氫根離子隨時(shí)間的變化量來計(jì) 算，將磷酸二氫根離子濃度C及對(duì)應(yīng)濃度C下的吸收速率In帶入方葙 算被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米氏常數(shù)Km和最小濃度Cmin。
[0009] 在第四步驟中，所述的被考察植物的根際環(huán)境是指生長(zhǎng)在待測(cè)的低磷環(huán)境中的根 際周圍的土壤或水體環(huán)境，測(cè)定生長(zhǎng)在待測(cè)環(huán)境中的被考察植物的根際環(huán)境中的速效磷含 量CE是指測(cè)定上述根際周圍的土壤或水體環(huán)境的速效磷含量CE。
[0010] 在第五步驟中，計(jì)算被考察植物磷酸二氫根離子相對(duì)吸收速率P是指測(cè)定植物在 環(huán)境濃度為CE時(shí)，吸收速率占最大吸收速率的比例P。
[0011] 在第六步驟中，依據(jù)上述獲取的被考察植物相對(duì)吸收速率評(píng)估被考察植物對(duì)被考 察的低磷環(huán)境的適應(yīng)性，是將上述獲取的被考察植物相對(duì)吸收速率按0-0. 20、0. 20-0. 40、 0. 40-0. 60、0. 60-0. 80、0. 80-1. 00分成5級(jí)，分別表示不適應(yīng)，微適應(yīng)、適應(yīng)、強(qiáng)適應(yīng)、超強(qiáng) 適應(yīng)，由此評(píng)估被考察植物對(duì)被考察的低磷環(huán)境的適應(yīng)性。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下： 1) 本方法能量化植物對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)能力； 2) 本方法步驟少，計(jì)算簡(jiǎn)單；數(shù)據(jù)可靠； 3) 本方法綜合使用了磷酸二氫根離子吸收最小濃度和親和力兩個(gè)指標(biāo)，不僅優(yōu)于現(xiàn)有 技術(shù)或僅用最小濃度^_或僅用米氏常數(shù)4來表征耐瘠薄能力，也優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中用β值 [β=(4?；,") 1/2]與α值[α=/_/4]來描述的耐瘠薄能力。因?yàn)闊o論β值與α值都沒有 明確的生物學(xué)意義，并且可能放大或縮小離子對(duì)植物的實(shí)際效應(yīng)。
[0013] 4)本方法考慮到了被考察植物的根際環(huán)境中的無機(jī)磷濃度，一方面可以很好地 表征植物對(duì)實(shí)際的低磷環(huán)境的適應(yīng)能力。另一方面，考慮了被考察植物的根際環(huán)境中的無 機(jī)磷濃度，將植物根系生理生化作用下的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素活化能力納入到植物適應(yīng)低磷環(huán) 境的能力中，這避免了僅用離子吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)表達(dá)的植物對(duì)低磷環(huán)境適應(yīng)能力的偏低估 算，代表了植物對(duì)低磷環(huán)境的實(shí)際適應(yīng)能力。
[0014] 5)喀斯特石灰土和湖泊水體為大多為低磷環(huán)境，本方法可以直接用于喀斯特適生 植物和陸生浮床植物的篩選。
[0015] 6)可以借用本方法，定量評(píng)判植物對(duì)其它無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素的低濃度的耐受能力，為 篩選優(yōu)良作物品種提供技術(shù)支撐。
[0016] 本發(fā)明的基本原理為： 離子吸收直接涉及到載體、離子通道等酶的反應(yīng)，與酶促反應(yīng)中的酶系統(tǒng)極為相似， 因而可以用酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來描述植物對(duì)離子的動(dòng)力學(xué)吸收過程，其動(dòng)力學(xué)方程為：
(1) 其中：I一植物對(duì)養(yǎng)分的吸收速率. Imax一植物體對(duì)養(yǎng)分的最大吸收速率。
[0017] Km-米氏常數(shù)，即當(dāng)吸收速率為最大吸收速率Imax -半時(shí)的外界養(yǎng)分濃度。植物 對(duì)離子的親和力則用I/ Km表征。
[0018] 由于離子吸收與一般酶反應(yīng)又有不同，離子吸收中植物細(xì)胞膜不能完全將環(huán)境中 的離子吸收干凈，而且細(xì)胞中的離子還有被動(dòng)擴(kuò)散過程，這樣使環(huán)境中的離子吸收干凈。能 很好滿足酶動(dòng)力學(xué)方程的是涉及到酶促過程的主動(dòng)吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)。考慮到植物根系在吸收離 子的同時(shí)也發(fā)生離子的溢泌現(xiàn)象。因此在進(jìn)行離子吸收動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，實(shí)際的吸收速率是 凈吸收速率，也就是植物根系對(duì)離子的凈吸收速率=總吸收速率-溢泌速率。后來Nielsen 和Barber對(duì)上述的離子吸收動(dòng)力學(xué)方程（1)進(jìn)行了矯正：
2) 其中：Cmin-植物根對(duì)某種離子的凈吸收速率等于零時(shí)的外界養(yǎng)分濃度。
[0019] In一表不在外界養(yǎng)分濃度為C時(shí)的條件下植物根系對(duì)養(yǎng)分的凈吸收速率 與方程（1)相比，方程（2)更附合植物根系對(duì)離子的吸收和代謝過程。因此，方程（2) 現(xiàn)已被離子吸收動(dòng)力學(xué)在植物營(yíng)養(yǎng)的應(yīng)用研究中所廣泛采用。Cmin是吸收速率為零時(shí)外液 離子的濃度。Cmin值越小，植物吸收能力越強(qiáng)，耐貧瘠能力越大。 「00201 胳方賴? 2)亦開泛為
(3) 這里P為相對(duì)吸收速率。
[0021] 濃度越大，相對(duì)吸收速率越大，無機(jī)磷相對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育越充足。因此可以用植物 對(duì)無機(jī)磷吸收的相對(duì)速率來表示，植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)無機(jī)磷的需求，由此來判斷植物對(duì)低磷 環(huán)境的適應(yīng)性。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明的實(shí)例：它包括以下步驟： 第一，將被考察植物水培到適合大小，選擇大小一致的幼苗，以一定數(shù)量的幼苗為單 位，在未加無機(jī)磷的培養(yǎng)液中饑餓培養(yǎng)48h ; 第二，將經(jīng)過饑餓培養(yǎng)后的被考察植物幼苗，放到附加0.2 mmol/L CaSO4的含磷酸二 氫根離子的吸收液中進(jìn)行磷酸二氫根離子吸收實(shí)驗(yàn)。
[0023] 第三，依據(jù)上述離子吸收實(shí)驗(yàn)，分別獲得被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米 氏常數(shù)4和最小濃度，也即植物根對(duì)磷酸二氫根離子的凈吸收速率等于零時(shí)的外界養(yǎng)分濃 度 ^iin。
[0024] 第四，測(cè)定生長(zhǎng)在待測(cè)環(huán)境中的被考察植物的根際環(huán)境中的速效磷含量' 第五，依據(jù)上述獲取的被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米氏常數(shù)疋以及最小濃度 ，以及根際土壤中的速效磷含量G作為碟入公另計(jì)算被考察植物 磷酸二氫根離子的相對(duì)吸收速率凡
[0025] 第六，依據(jù)上述獲取的被考察植物相對(duì)吸收速率評(píng)估被考察植物對(duì)被考察的低磷 環(huán)境的適應(yīng)性。
[0026] 在第一步驟中，一定數(shù)量的幼苗，是依據(jù)幼苗大小和隨后的溶液中磷酸二氫根離 子濃度以及吸收體積，確定用于吸收實(shí)驗(yàn)的幼苗株數(shù)。
[0027] 在第二步驟中，所敘的磷酸二氫根離子吸收實(shí)驗(yàn)中含磷酸二氫根離子吸收液為附 加了加0.2 mmol/L CaSO4、磷酸二氫根離子的濃度與喀斯特地區(qū)土壤的有效磷的平均含量 處在同一數(shù)量級(jí)的溶液。在吸收實(shí)驗(yàn)過程時(shí)滴加〇. 3%過氧化氫以補(bǔ)充氧氣。
[0028] 在第三步驟中，吸收速率通過測(cè)定吸收液中磷酸二氫根離子隨時(shí)間的變化暈來計(jì) 算，將磷酸二氫根離子濃度C及對(duì)應(yīng)濃度的吸收速率/"帶入方程
算被考察植物的磷酸二氫根離子吸收的米氏常數(shù)4和最小濃度心"