项目编号：大学生创新性实验计划项目申请书项目名称提高春玉米磷效率根际过程研究项目负责人学院、年级、专业联系电话电子邮件指导教师姓名职称填表日期 2010 年月日吉林大学教务处制表填表说明一、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》要按顺序逐项填写。
填写内容要实事求是，讲究诚信，不能有雷同；表达要明确、严谨。
空缺项要填“无”。
要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。
二、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者4人以内）。
三、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目的个人或团队必须聘请教师作为项目指导教师，并请指导教师在申请书上签名。
四、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》由项目负责人所在学院初审，签署意见后报送教务处实习与实验教学科（一式3份原件）。
五、“项目编号”由教务处填写。
一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力和已参加过的研究等条件）项目背景：二十世纪八十年代，我国多数土壤缺磷，施用磷肥一度成为农业生产中主要的增产措施。
我国磷肥生产量与施用量均高居世界首位。
2007年，我国磷肥用量达到1142万吨, 占全世界磷肥消费量的30% 。
当前，我国高品位磷矿资源快速耗竭和磷肥价格大幅度上涨，使我国农业增产承受着巨大的资源和成本压力。
然而，与此形成鲜明对比的是，我国的磷肥资源并未得到高效利用，表现在磷肥的增产效果较差且仍呈下降态势（每公斤磷肥平均增产 7.9公斤粮食，与国际先进水平有较大差距）以及磷肥利用率低（当季利用率只有10-15%）等方面（张福锁等，2008）。
因此，在目前集约化农业中磷的管理不能再重复过去那种完全依靠大量增加投入的办法，必须在适度施肥调控的基础上，充分挖掘作物自身高产和磷高效利用的生物学潜力，走出一条“少投入、多产出、保护环境”的可持续发展新路。
已有的研究表明，挖掘作物高效利用磷的生物学潜力的关键在于揭示和调控与磷有关的根际过程。
根际是养分和水分从土壤进入作物系统的门户，也是作物－土壤－微生物相互作用的交叉区域，在这一区域中所发生的生物之间的相互作用－根际生物互作，被认为是作物－土壤系统中最重要的生态过程（Rovira,1991；Sparks,2005）。
玉米是全球种植面积最大的旱地作物，也是我国东北地区集约化农业种植体系的模式作物，理解玉米高效吸收利用磷的根际过程特点，充分发挥玉米高效利用磷的生物学潜力，建立高产高效栽培条件下的玉米根际养分管理体系是协调高产、高效、环境友好的关键，也是未来东北地区可持续发展农业的方向。
自身具备的知识、素质、能力和已参加过的研究等条件：本小组成员于2009年9月-11月间对吉林省27个主要玉米品种在低温低磷条件下根系形态进行了初步研究，发现不同玉米品种在低温缺磷条件下根系构型表现出明显差异(图1)。
针对某一根系生长最好的品种，我们又进行了根系分层施肥实验，确定最适宜吸收磷的部位。
本小组成员在系统学习了植物生理学、土壤学、生物化学、植物学、遗传学、化学仪器分析、农化分析等相关专业知识的基础上，于2009年9月跟随本科生指导教师开始进行过大量的室内和室外实验，具备独立分析数据和查阅文献的能力和土壤样品及玉米样品的田间采集经验。
小组成员具有很强的责任心和团队意识，以及良好的协调能力；动手能力强，用理论和实验相结合去探索未知世界。
图1 不同玉米品种根系构型变化二、项目研究内容（目前研究的现状、主要研究内容，重点和难点及可能的创新点，研究思路和方法等）研究现状：由于磷在土壤中的有效性较低，常成为限制植物生长发育的关键因素（Raghothama and Karthikeyan，2005），因此科学家从生理学、遗传学和分子生物学等方面对植物如何适应土壤磷养分状况进行了大量研究（李振声等，2004；Hammond et al., 2004; Raghothama and Karthikeyan，2005; Franco-Zorrilla et al., 2007)；发现不同作物种、以及小麦、玉米、水稻、菜豆和大豆等作物的不同基因型吸收利用磷的效率具有显著差异（Liu et al., 2004；李振声等，2004；Zhu et al., 2005a, b)，证明选育磷高效基因型可以提高作物吸收利用磷的效率。
但存在的普遍问题是，以往的研究主要重视在缺磷土壤条件下的磷吸收利用，而对适度投入的集约化高产体系中磷高效的基因型潜力关注不够。
例如，李振声等（2004）筛选出的磷高效品种虽可在缺磷土壤上获得较高的相对产量（缺磷/施磷的相对产量），但在施磷肥条件下却不一定具有更高产量和高效吸收利用磷的优势。
也有一些磷高效小麦基因型既可在高磷条件下获得较高产量，也可在低磷条件下获得较高产量，如代108（邢宏燕等，1999）。
但还没有发现在不施磷肥的缺磷土壤上不减产的磷高效小麦基因型（李继云等，1995；邢宏燕等，1999）。
玉米和豆科作物的相关研究也大多如此（廖红和严小龙，2001；刘向生等，2003；赵静等，2004）。
因此目前还不清楚在集约化种植体系中，高效基因型吸收利用磷的生物学潜力有多大，即在少施多少磷肥的情况下，以磷高效品种为基础的种植体系仍能持续高产。
揭示磷高效作物基因型吸收利用磷的根际过程，可为实施适宜的根际调控以充分挖掘作物高效吸收利用磷的生物学潜力提供科学依据。
已有的研究表明，发达的根系、有利的根系形态构型和较强的根系活化土壤难溶态磷的能力是磷高效基因型的重要基础（廖红和严小龙，2001；Liu et al, 2004；李振声等，2004；Neumann and Römheld, 1999, 2007）。
因此，本研究拟利用磷高效与低效基因型玉米品种，通过对玉米根层（根际）供磷强度的调控，1）明确作物磷高效基因型吸收利用磷的生物学潜力与机制；2）找出既可以保证磷高效基因型玉米获得高产，也能让其根际效应得到较好发挥，提高磷的吸收利用效率的适宜供磷强度；为合理实施根际调控提高集约化种植体系的磷效率提供科学依据。
1.Franco-Zorrilla JM, González, E, Bustos R, Linhares F, Ley-va A and Pax-Ares J. 2004.The transcriptional control of plant responses to phosphate limitation. Journal of Experimental Botany 55:285-293.2.Hammond JP, Broadley MR and White PJ. 2004. Genetic responses to phosphorusdeficiency. Annals of Botany 94: 323-332.3.Liu Y, Mi GH, Chen FJ, Zhang JH and Zhang FS. 2004. Rhizosphere effect and rootgrowth of two maize (Zea mays L.) genotypes with contrasting P efficiency at low P availability. Plant Sci 167: 217–223.4.Neumann G and Römheld V. 2007. The release of root exudates as affected by the plantphysiological status. In:R Pinton, Z, Varanini, Z. Nannipieri (eds). The Rhizosphere.Biochemistry and Organic Substances at the Soil-Plant Interface. Taylor and Francis Group, Boca Raton, FL, pp 23-72.5.Neumann G. and Römheld V. 1999. Root excretion of carboxylic acids and protons inphosphorus-deficient plants. Plant and Soil 211:121-130.6.Raghothama KG and Karthikeyan AS. 2005. Phosphate acquisition. Plant and Soil 274:37–49.7.Zhu JM, Kaeppler SM and Lynch JP. (2005b). Mapping of QTLs for lateral rootbranching and length in maize (Zea mays L.) under differential phosphorus supply.Theor. Appl. Genet. 111: 688-695.8.Zhu JM, Kaeppler SM and Lynch JP. 2005a. Mapping of QTL controlling root hairlength in maize (Zea mays L.) under phosphorus deficiency. Plant Soil 270:299-310. 9.李继云, 刘秀娣, 周伟, 孙建华, 童依平, 刘文杰, 李振声, 王培田, 姚树江. 1995.有效利用土壤营养元素的作物育种新技术研究. 中国科学(B辑) 25: 41-48.10.李振声, 朱兆良, 章申, 张福锁, 米国华. 2004. 挖掘生物高效利用土壤养分潜力,保持土壤环境良性循环. 北京:中国农业大学出版社.11.廖红, 严小龙. 2001. 菜豆根形态特性的基因型差异与磷效率. 植物学报43:1161-1166.12.刘向生, 陈范骏, 春亮, 等. 2006. 玉米自交系耐低磷胁迫的基因型差异. 玉米科学14(3):74-77.13.邢宏燕, 王二明, 李滨, 李继云, 李振声. 2000. 有效利用土壤磷的小麦种质筛选方法研究. 作物学报26: 839-844.14.赵静, 付家兵, 廖红, 何勇, 年海, 胡月明, 邱丽娟, 董英山, 严小龙. 2004. 大豆磷效率应用核心种质的根构型性状评价. 科学通报49(13): 33-41.15.张福锁,王激清,张卫峰,崔振岭,马文奇,陈新平,江荣风.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报,2008,45(5).研究内容：1、不同供磷水平对两种基因型玉米磷吸收的影响2、施磷量对两种基因型玉米菌根侵染程度的影响3、不同供磷条件下，不同玉米基因型根构型的变化4、不同基因型玉米根际土壤有机酸及速效磷的变化重点和难点：集约化条件下磷高效基因型吸收利用磷的关键根际过程的确定。