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作物高效利用养分资源的根际调控机理
  • 项目名称:作物高效利用养分资源的根际调控机理
  • 项目类别:创新研究群体科学基金
  • 批准号:31121062
  • 申请代码:C150705
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2012-01-01-2014-12-31
  • 项目负责人:张福锁
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:中国农业大学
  • 批准年度:2011
中文摘要:

提高养分资源利用效率是实现作物高产、资源高效和环境保护的基础。深入理解植物-土壤,尤其是根际互作过程及其调控机制,是挖掘作物生物学潜力,提高养分资源利用效率的关键。本群体在过去近20年中,在植物根际过程、根际调控机制和根际调控途径方面开展了创新性研究。本研究拟继续坚持上述研究方向,重点开展植物高效利用养分的生理与分子调控机制、根际生物互作过程的分子生物学和分子生态学研究。主要内容包括养分作为营养或信号调节根系生长发育的分子生物学机制,根系吸收转运养分的分子机制;根际和菌丝际生物互作机制及其在养分转化中的作用;根际特定微生物群落的结构和功能及其与地上部生物多样性的互馈机制;创新稳定性同位素探针根际原位研究技术,揭示菌丝际微生态环境中菌根真菌与其它微生物间的相互关系及其对养分转化的作用机理,为认识根际生物间的互作过程及其分子调控机制,进一步提高养分资源利用效率奠定基础。

结论摘要:

群体围绕“作物高效利用养分资源的根际调控机理”这一主题,以充分挖掘作物养分资源高效利用的生物学潜力为核心,重点从作物根系高效吸收养分的形态和生理机制、作物养分高效利用的根际过程、农田养分高效利用的调控途径等多个层面开展研究。完成 了项目计划规定的研究内容和目标,主要进展包括: (1)揭示了田间条件下土壤养分动态和地上部需求对玉米根系生长的调节作用;明确玉米育种进程中根系形态的变化趋势;阐明了玉米氮磷养分高效利用根构型的遗传基础, 证实根系、产量与养分效率的遗传学关系,实现基于根系氮磷高效性状的改良;明确了玉米铵转运蛋白介导的高亲和铵吸收过程及分子调控机制;揭示了低氮胁迫和局部供氮调节玉米根系生长的生理与分子机制,为建立农田养分高效利用的根际调控途径奠定了理论基础和材料支撑。 (2)阐明了局部养分供应促进根系生长和强化根际效应的机制,发现在关键生育时期保持局部养分供应强度和持续供应是发挥根系/根际高效活化和吸收养分的关键;揭示了根际生物互作强化根际过程、提高养分利用效率的机理,发现集约化农田深层土壤存在菌 根“库”,土著菌根真菌促进了植物生长和养分吸收;揭示了启动磷和铵肥强化菌丝际效应的机制;阐明了间套作种间互作的根际效应,建立了通过地下互利机制提高产量和养分效率的模型,为在农田条件下通过根际关键过程的调控实现高产高效的作物生产提供了理论支撑。 (3)揭示了我国化肥施用的增产效应及环境效应,明确了根层养分供应与地上群体动态的定量关系,构建了主要作物的根层养分调控的指标体系,创新了根层养分调控途径与 技术;建立了土壤-作物系统综合管理模型与调控途径,充分挖掘区域光温资源和养分调 控潜力,为保障粮食安全和环境安全的集约化现代农业发展提供了典型范例。在项目实施的三年中,群体的整体研究水平得到大幅度提升,共发表SCI论文123篇,其中影响因子高于3的论文64篇,包括Nature 3篇,PNAS 1篇,Plant Cell 1篇,Global C hange Biol 2篇,New Phytol 2篇,J Exp Bot 6篇,Adv Agron 1篇,Environ Sci Tec hnol 4篇等。培养硕士研究生62人,博士研究生40人,博士后2人。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 159
  • 0
  • 10
  • 16
  • 3
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