中文摘要：

揭示和调控集约化作物种植体系中与磷高效吸收利用有关的根际过程，挖掘作物高效利用肥料磷和土壤累积态磷的生物学潜力，是实现集约化种植体系高产和磷高效的关键。本课题以玉米及其两种典型的种植体系玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作为研究对象，采用田间试验和室内模拟相结合的方法，研究影响集约化种植体系作物磷高效利用的根际过程和调控途径。重点研究（1）作物磷高效基因型吸收利用肥料磷和土壤累积态磷的生物学潜力及其关键根际过程；（2）磷供应强度调控根际过程、提高作物磷吸收利用效率的机制；（3）玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作体系磷高效利用机制及其根际调控途径。为集约化种植体系作物高产与磷资源高效利用提供科学依据。

结论摘要：

在课题执行期间，在不同生态区（河北、甘肃和广东）、不同土壤类型（北方石灰性土壤和南方酸性土壤）开展了多年、定点的田间试验，并与室内模拟研究相结合，综合运用植物营养学、分子生理学、土壤学研究方法，以玉米及其两种典型的种植体系玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作为研究对象，围绕课题计划要点，重点研究了（1）作物磷高效基因型吸收利用肥料磷和土壤累积态磷的生物学潜力及其关键根际过程；（2）磷供应强度调控根际过程、提高作物磷吸收利用效率的机制；（3）玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作体系磷高效利用机制及其根际调控途径。获得如下主要结果（1）明确了磷高效玉米基因型高效吸收利用磷的生物学潜力及其关键根际过程在根系形态和生理过程中，根系形态是玉米高效利用磷的关键根际过程。根据磷高效关键根际过程和分子标记辅助选择技术相结合，选育出磷高效玉米基因型NE15，与大面积推广品种相比，NE15可在少施磷肥的条件下仍能获得高产，在生产上具有节约磷肥、降低环境风险的较大潜力。（2）揭示了磷供应强度调控根际过程、提高作物磷吸收利用效率的机制利用农学和分子生物学相结合的研究方法，明确了华北平原小麦-玉米轮作体系获得高产的适宜供磷水平，小麦（科农9204）可在Olsen-P 20 mg kg-1获得最高产，玉米（NE15）可在6 mg kg-1获得高产。在适宜供磷水平下，强化了根系形态过程，但抑制了根系生理功能。与小麦相比，玉米可在更低的供磷水平达到最大根系干重和最大总根长, 且较高的菌根真菌侵染率与较高的菌根吸磷途径基因表达量协同，这是玉米可在更低供磷水平下高效吸收磷、并获得高产的重要根际过程基础。（3）建立了根层养分调控和恒量监控相结合、根系形态和生理协调的根际调控途径通过本课题对不同供磷强度下根际过程的最新理解，我们发展了根层养分调控与恒量监控相结合的根际调控理论与途径，即将根际过程对土壤磷响应的临界值作为下限，将农学需求的临界值作为上限，通过优化养分管理、强化根际过程，达到高产和磷高效利用的协同实现。并针对玉米根系生理过程较弱的问题，发展出磷高效玉米基因型调控、局部施肥调控和玉米-豆科间作调控强化玉米根系生理过程、协调根系形态和生理的根际调控途径，并解析了相关机理。