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苹果根系研究意义与领域 精选

已有 7577 次阅读 2018-11-6 09:20 |个人分类:苹果|系统分类:科普集锦

    根系是植物的“根本”,任何影响根系的因子都会影响整个植株的生长发育;根系更是农业生产措施的主要调控中心,人类最基本的农事活动,如施肥、浇水和耕翻等,主要是为根系创造最适宜的生长环境与合理的营养空间。果树根系是提高果品产量和改善果实品质的潜力所在,开展根系研究,对果树生产具有重要的理论和实践意义。但由于根系埋藏于地下,工作难度大,在研究方法上受到很大限制,尤其是苹果等高大果树更是如此。

    自上世纪五十年代,山东农业大学就开始了苹果根系研究,从最初的根系生物学观察,到根系生理生化与生态学分析,再到根系信号识别与转导及其分子基础的探索等,进行了系统深入的研究,取得了一系列的理论成果,提出了“沃土养根,养根壮树”、限根栽培、根系界面效应利用、根系介质转换、隔行交替灌溉及通过断根提高果树水分利用效率等对生产有重要意义的观点,创造了山地果园“地膜覆盖穴贮肥水”、平原果园“起垅沟草栽培”等因地制宜地提高苹果产量和改善果实品质的生产技术,形成了山东农业大学果树学研究的优势和特色,

一、苹果根系研究的意义

   根系构成了苹果植株体的地下部分,它通过吸收水分、矿质养分和合成内源激素等方式对地上部的新梢和叶片生长、碳素同化、花芽分化、果实发育等许多过程产生深刻影响。树体也在其生命活动过程中,通过根系与土壤建立了物质和能量交换的密切关系。苹果根系是在长期陆地生活过程中发展起来的重要器官和树体最活跃的部分,它按遗传特性发育,但受遗传基因的控制较枝系弱的多,其生长习性极易受到环境操控。根系由于受到土壤理化性状、生物生态因素及其树体其它部分的综合影响,表现出的生物时空效应极为复杂性,加之分布于地下,具有多年生、结构复杂、体系庞大的特点,致使人们对苹果根系研究远不如地上部分深入、系统和全面。

    苹果根系具有较强的可塑性,根系环境因素轻微变化就会使根系产生较为明显的反应,尤其是根系生长和生理功能,受土壤温度和土壤水分的强烈影响。各种削弱根系生长的环境因子和栽培技术,都会减弱根系的生长,从而抑制整个树体的生长;不良环境因子,常会改变根系的生长发育、形态结构和生物功能,进而改变地上部的生长方向及其生长发育进程。实际上,苹果树生长不良,多数是由于根系生长受抑或吸收能力降低所造成的。可塑性使苹果根系对环境敏感,易受土壤环境所左右,但也使它更易于受人为技术措施所调控,这给栽培管理提供了内在条件和依据。

    人为控制地上环境因子,诸如光、温、湿、气和灾害性天气,有较大难度,而调控根系生长的土壤环境则容易的多。在大田生产条件下,特别是在逆境条件下,涉及到水分、养分、生态方面的种种问题,这些问题的影响使根系与树体和环境的关系显得错综复杂,但人们并没有很好地认识这种关系;在果树栽培实践中,虽然深知树体地上部和地下部相互促进、相互制约,但人们也没有充分利用这种关系。苹果根系的生长特性、组织结构以及根系吸收、合成、贮藏、环境适应等特征,对树体的生长具有重要的调控作用,探索根系生长习性、发育动态、分布、密度、适应、活力、分化、吸收和运输水养的机理,了解不同土壤类型中各层次的水养供应状况,观测根系分布范围,获取相关参数,对果园耕作和肥水管理有重要指导意义

二、苹果根系主要研究领域

从十八世纪初,研究者出于各自的目的,对植物根系进行了多方面的研究。进入20世纪60年代,为认识果树根系发育动态,建成了一系列的现代化根系实验室以及能在玻璃板后面观察根系生长发育的地下走廊。从1962年在英国East Malling建成根系实验室原型以来,全世界已建立了许多人工根系研究室,山东农业大学也于1993年建立了摄像设备、土壤渗漏收集器和根系分析软件等比较齐全的专门用于苹果研究的根窖,系统开展了苹果根系生长动态及其与地上部生长发育相关性等多方面的研究。

近年来,根系研究日益受到重视,多数研究更加趋于专门化、系统化。研究领域更加宽泛,目前已涉及根系生物学、根系生态学、根系生理学、分子生物学、细胞生物学、根际营养学、菌根以及土壤学等等。多数研究在探讨根系基本规律的同时,更趋向于解决生产中的具体问题。目前,苹果根系的研究主要集中在以下几个方面:

1)利用分子生物学技术和理论研究根系生长发育进展中基因的时空表达及调控机理,充分开发利用果树种质(基因)资源;利用现代生物技术手段进行遗传工程育种,培育具有高度抗性和广泛适应性的特异砧木。

2)利用细胞生物学和植物解剖学的理论和技术,揭示根系细胞分裂、分化、死亡的机理及其对环境的反应;综合利用分子与细胞生物学技术和理论,在细胞和分子水平上阐明苹果根系分化的机制,探索果树根系构型及根型构建的机理。

3)利用细胞信号传递理论和研究手段,揭示根源信号分子的产生及其对根系生长发育的调节、根系对环境变化感知与识别的分子机理等。

4)利用电子探针、能谱技术、超声波、同位素(3H14C15N32P36Cl42K45Ca85Cr86Rb131I134/137Cs)示踪技术研究果树矿质营养、水分在根际区域的运动规律及根系对其吸收运转特性和代谢机理、动态模型,用以指导果园土壤肥水管理。

5)利用仿真模拟试验,进行根系土壤物理化学及其与生物因子相互作用的研究,包括离子吸收动力学、根际氧化还原特性、根分泌机理、根瘤、菌根、土壤酶、激素及信息反馈作用等,以为通过调控根系指导果树生产提供理论依据。

6)综合运用常规方法与现代科学技术,采取分根法、层析法、移位根法、容器法(盆栽、根际箱、水培),结合电子扫描和计算机数据图象处理,研究根系的形态学、生理学和生态学等有关问题,以揭示果树与环境这一复杂自然体系的深层奥秘。利用数字化技术研究果树根系构型,对根系发育和根型构建进行数字化实时模拟。

7)树木根系生态场研究,包括不同树种、不同年龄阶段的生态场强度、梯度、范围及时空变化规律,拟为解决生物与生物、生物与环境之间的相互作用问题提供基本理论和定量方法。

 

       (引自:杨洪强,束怀瑞. 苹果根系研究. 北京:科学出版社,2007p1-2




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