不同磷效率基因型的中国杉在根系磷吸收策略上的差异及权衡

杉木磷高效基因型通过根形态可塑性、有机酸分泌及菌根共生协同调控磷吸收，低效基因型依赖根生物量补偿和非特异性有机碳分泌。研究表明，碳磷分配权衡驱动功能分化，高磷效基因型整合细根发育、靶向有机酸分泌与菌根共生，显著降低碳耗。为缺磷土壤下高效品种选育及林分管理提供机制依据。

　　

摘要

背景与目的

中国杉（Cunninghamia lanceolata）是中国南方重要的造林物种，其基因型在磷（P）吸收方面存在差异，以适应长期土壤磷缺乏的环境。本研究旨在阐明高磷利用效率基因型如何平衡根系形态、根际分泌物以及丛枝菌根（AMF）共生关系，从而在不同土壤磷供应条件下优化磷的吸收。

方法

选取了14个具有不同磷利用效率（PUE）的基因型，分别进行低磷（5 mg/kg）和高磷（30 mg/kg）处理，同时考虑是否接种AMF。研究分析了根系形态特征、分泌物、AMF定植情况以及碳磷分配情况。

结果

在低磷条件下，高磷利用效率（H-PUE）基因型表现出根长和根表面积增加、根直径减小，以及有机酸分泌和酸性磷酸酶活性增强。低磷条件下接种AMF会抑制H-PUE基因型的根系增殖，同时降低酸性磷酸酶活性和溶解有机碳含量，但增加有机酸浓度和AMF依赖性。相比之下，低磷利用效率（L-PUE）基因型则依赖补偿性的根生物量分配和非特异性的溶解有机碳分泌。主成分分析表明，H-PUE基因型在结构与共生特征（如细根、AMF定植）方面具有协同作用，而L-PUE基因型则通过酸性磷酸酶分泌来激活根际环境。

结论

中国杉基因型在根系磷吸收策略上的功能分化是由碳磷分配权衡驱动的。H-PUE基因型通过整合根系形态可塑性、定向分泌物分泌和AMF共生关系来优化磷的吸收，从而最小化碳消耗。本研究阐明了木本植物中根系形态、菌根协作以及分泌物介导的根际重塑的层次协调机制，并为培育高磷利用效率品种和管理磷限制的林地提供了理论依据。

图形摘要