磷是植物维持自身生长发育所必需的营养元素,一旦植物处于磷缺乏状态,其体内多种代谢便会受阻,然而,土壤磷素化学固定率高且扩散速率慢的特点,使得土壤中大部分磷素难以被植物直接吸收利用。杉木[Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.]是我国南方特有速生优势树种,具产量高、材质好、易繁殖等特点,已被我国17个省区广泛栽植,但长期以来杉木多代连栽培育方式加剧了土壤有效磷匮乏对林木生长限制的困境。导师课题组从提高杉木磷素利用效率出发,在筛选出磷素高效利用杉木基因型的基础上,初步研究发现这些基因型可通过降低叶片光合速率、改变根系形态构型、增加根系分泌有机酸以及根系皮层组织融解等一系列策略对低磷胁迫作出响应。这些响应指标的变化均有利于增强根系的觅磷能力或加速体内磷素循环以抵抗逆境。然而,前期发现低磷胁迫条件下杉木根系也会释放乙烯,虽然乙烯参与了植物整个生命过程的调控,与植物的抗性密切相关;但乙烯的不断释放会使植物消耗大量的能量。鉴于此,我们猜测低磷胁迫下杉木为节约能量会减少对外的释放量,而增加根系组织内的积累以增强其敏感性,以诱导杉木对低磷胁迫的响应策略;另一方面,如果外界能提供给杉木足够的乙烯或乙烯合成抑制剂,那么杉木对低磷胁迫的响应策略是否会有所改变?为此,本研究选取福建省漳平五一国有林场培育的长势均一的6个月生1.5代的2个半同胞家系No.32和No.25。通过设计2个不同供磷处理(P0:0 mmol·L-1 KH2PO4;P1:1 mmol·L-1 KH2PO4)的室内沙培模拟试验,另设两个不同供磷水平且不种苗的容器作为空白,分别于低磷胁迫后的第7 d、14 d、21 d原位收集并测定根系释放乙烯含量,并测定不同试验条件下各参试苗木的苗高、地径、根系形态指标变化、幼苗的磷素分配与利用,通过对以上各指标的含量变化分析,以及根系乙烯含量与以上各测定指标的相关性分析,阐明了低磷胁迫下杉木幼苗根系释放乙烯的规律。在此基础上,再次选取6个月生且长势均一的No.25苗木为参试材料,通过设计2个供磷水平,在不同供磷水平下设计3个试剂处理(E+:200 mg/L乙烯利;0:无添加试剂;E-:5 umol/L乙烯合成抑制剂CoC12),一个月后用顶空法收集根系组织内乙烯,并测定不同试验条件下各参试苗木的苗高、地径、根系形态指标变化,并对杉木幼苗的磷素分配与利用、光合参数、根系酶活性、根系皮层溶解率进行测定。通过对以上各指标的含量变化分析,以及对根系乙烯含量与以上各测定指标的相关性分析,阐明了杉木在低磷胁迫下添加外源试剂根系乙烯生成规律,以及与其生态生理之间的响应策略。主要研究结果如下:(1)低磷胁迫下两家系杉木幼苗根系乙烯释放量均显著低于正常供磷,且25号家系高于32号家系。随着胁迫时间的延长,25号家系根系乙烯释放量先急剧下降后缓慢上升,而32号家系根系乙烯释放量持续下降。(2)乙烯释放量高的25号家系较乙烯释放量低的32号家系更能耐低磷。低磷胁迫下,两家系苗高、地径均低于正常供磷,但25号家系根系各指标、地下磷含量、生理可塑性(Pr/Ps)均高于32号家系。两家系苗高、地径增量、磷含量均随根系乙烯释放量增加而增加,但生理可塑性随之增加而降低。25号家系根冠比、根长、根体积增量随根系乙烯释放量增加而降低,32号家系呈现与之相反的规律。(3)低磷胁迫和外源乙烯均会诱导杉木幼苗根系产生更多内源乙烯,且外源乙烯诱导下生成的更多内源乙烯增加能增强幼苗根系觅磷能力,体内磷素的利用率也随之提高。低磷胁迫下不添加试剂处理的杉木幼苗根系乙烯含量高于正常供磷,而添加外源乙烯处理的杉木幼苗全株磷累积量、地上磷含量、地下磷含量均高于正常供磷,且添加外源乙烯处理促进了幼苗根长、根平均直径、根体积增量的增长。不同供磷水平下添加外源乙烯处理的杉木幼苗根系乙烯含量高于不添加试剂处理高于添加乙烯抑制剂处理,且外源乙烯处理抑制苗高生长、促进地径生长。(4)外源乙烯对杉木光合能力有一定的抑制作用。低磷胁迫下,添加试剂处理均不同程度的抑制了气孔导度和胞间CO2浓度,胞间CO2浓度随外源乙烯和乙烯含量增加而增加,但净光合速率、气孔导度、蒸腾速率随外源乙烯和乙烯含量增加而降低。低磷胁迫下,添加外源乙烯抑制了杉木根系酶活性。外源乙烯和乙烯含量与过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性呈正相关,与过氧化氢酶活性、多酚氧化酶活性呈负相关。(5)外源乙烯与低磷胁迫均可进根系皮层组织的溶解。低磷胁迫下不添加试剂处理的根系皮层溶解度高于正常供磷,但添加外源乙烯处理后,不同供磷水平下的根系皮层溶解度均高于不添加试剂处理。低磷胁迫下,添加乙烯抑制剂处理的杉木幼苗根系皮层溶解度减缓了低磷导致的根系皮层溶解,但加剧了正常供磷环境下的根系皮层溶解度。(6)综上,低磷胁迫下杉木会通过降低根系乙烯释放量减少能量支出,同时增加根系内源乙烯含量以增强其敏感性,从而提高杉木幼苗体内磷含量,以增强杉木耐低磷能力;而加入外源乙烯会诱导杉木幼苗产生更多内源乙烯,从而抑制气孔导度、胞间CO2浓度,减少光合消耗;最终促进了根系各形态指标明显增生,有效增强了杉木根系觅磷能力,同时根系皮层细胞的溶解程度增加、根系酶活性明显增强,从而提高了杉木体内磷素利用率。