中文摘要：

申请人及其团队在作物根构型定量分析及三维重建、磷效率生理和遗传改良等方面取得了重要进展，主持了多项国内国际重大科研项目。创建了一系列作物根构型定量分析和三维重建体系，对大豆、菜豆核心种质磷效率进行了系统评价，初步阐明了磷高效根构型特性及生理和遗传基础，定位到一些与磷效率密切相关、控制根构型的QTLs，克隆了多个调控根构型和重要生理性状对磷营养强度变化响应的关键基因，获得一批改良根系性状的磷高效大豆转基因材料。近5年来在国内外知名期刊（Plant J，Plant Physiol，科学通报等）发表论文35篇，其中SCI收录13篇；出版专著1部；获得国家发明专利2个。上述工作得到国内外同行的认可与积极评价，产生了较大影响。荣获教育部霍英东教育基金会教学奖二等奖、广东省特聘教授等荣誉和称号。担任中国土壤学会"土壤-植物营养学专业委员会"副主任、农业部"南方土壤与植物营养重点实验室"主任等学术职务。

结论摘要：

磷是植物生长发育所必需的营养元素。作物磷效率的遗传改良，关键在于了解作物磷高效吸收利用的生理和分子机制。根系是植物吸收利用土壤磷的主要器官。因此，提高作物磷效率的重点在于提高根系对磷的吸收利用。本项目以大豆为主要研究材料，研究了豆科作物磷高效根构型建成的重要生理和分子机制，筛选并克隆到控制大豆根构型性状的重要基因4个，获得了根系遗传改良的磷高效大豆新材料4份。申请发明专利6项，获得4项；发表SCI论文21篇，其中IF大于5的论文10篇，累计IF超过110。培养优青1名，毕业博士生7名、硕士生12名。主要学术进展如下 1.优化了前期建立的根构型原位观测体系，发现并定量分析了根系间的“对话”行为。首次在玉米/大豆间作中，发现根系间存在回避和交叉生长的 “对话”行为，并且这种行为在不同土壤上对玉米磷吸收的影响不同。研究结果为实际生产中，进行磷高效间套作组合筛选提供了重要依据。进一步与杜克大学Benfey教授实验室合作发现，水稻根系间也存在回避和交叉的“对话”行为，并且这种行为是由根尖未知特异分泌物控制的。 2.筛选并克隆到控制大豆根构型和生理性状的重要基因4个。初步阐明了GmEXPB2和GmPT5在调控豆科作物“以磷增氮”，达到氮磷协同高效的分子机制。通过根系蛋白质的纯化和鉴定，克隆了一个酸性磷酸酶家族的新基因PvPAP3。过表达PvPAP3能促进根系分泌酸性磷酸酶，提高磷效率。克隆并鉴定了编码根尖苹果酸通道蛋白的基因GmALMT1，发现该基因的表达受磷、铝和pH的协同调控。研究结果为通过遗传改良途径，培育综合适应酸性土壤的作物品种，提供了理论依据和候选基因资源。 3.在本团队参与育成的磷高效国审大豆品种中过表达GmEXPB2、GmPT5、GmNEF1和GmMDH12等，获得了通过根系遗传改良提高磷效率的大豆转基因新材料4份。提出了大豆在不同土壤条件下的最佳养分管理措施及栽培模式，为豆科作物高产高效生产打下了良好的基础。2011年在黑龙江佳木斯、2014年在河北赵县进行的田间示范，均在减少氮肥施用量50%的基础上，提高大豆产量10-20%，达到了节肥增效高产的效果。通过本项目的研究，大幅度提高了本团队在国内外同行的学术影响力。本人被选为多个相关国际学术团体的常务理事，初步建立了根系三维重建及定量分析的国际协作网。