针对当前我国农业生产面临增肥不增产、土壤养分过量累积、化肥施用过量和养分利用效率下降等重大问题, 本文综述了中国土壤养分与植物营养状况的历史演变和研究进展, 提出中国植物营养科学研究应在跟踪国际科学前沿的同时, 紧密结合中国农业生产实际, 通过大幅度提高养分效率和作物产量为农业可持续发展做出应有的贡献。

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析, 有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述, 并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)共生是丛枝菌根真菌与大多数陆地植物的根系之间形成的一种互利共生关系。植物给菌根真菌提供碳水化合物; 作为回报, 菌根真菌能够增强植物对矿质营养元素(尤其是磷)的吸收。菌根的形成过程是一系列信号交换和转导的结果, 具有严格并且一致的顺序。本文以植物中菌根形成的信号途径为主线, 对菌根真菌的形成过程和信号转导途径及其方式进行了分析和讨论。高等植物中菌根形成的信号途径与豆科植物的结瘤信号途径部分共享, 并且与钙离子信号途径相关, 但前者更为广泛。尽管该途径中很多过程目前还不十分清楚, 但是相信在不久的将来就可以揭开菌根形成过程中的众多谜团。

氮是植物生长必需的营养元素。植物从土壤中吸收的氮素主要是NO3-和NH4 +等无机氮源。植物吸收NO3-和NH4+的系统均有高亲和转运系统(high-affinity transport system, HATS)和低亲和转运系统(low-affinity transport system, LATS)之分。近10多年的研究已对这些转运系统的分子基础有了较好的理解, 本文着重对近年来植物吸收无机氮分子机制的研究进展进行了综述。

本文综述了拟南芥低磷(Pi)胁迫反应分子机理的最新研究进展, 重点介绍了低磷胁迫反应中的SUMOylation途径、转录因子在低磷反应中的功能、Pi平衡调节机制以及磷脂酶在Pi的循环利用过程中的作用, 总结了已经鉴定的参与低磷胁迫反应的基因及其可能存在的相互关系。

植物作为无机硫的主要还原者, 在全球的硫循环中起着关键作用。植物对土壤中硫酸盐的吸收运输和同化代谢, 以及一系列具有重要生物学功能的含硫代谢产物的合成, 不但与植物生长发育、耐逆和抗病虫害等密切相关, 而且影响农作物产量与品质。硫营养的代谢和调控非常复杂, 且生物学功能众多。本文综述了近年来植物硫营养代谢及调控及其在逆境胁迫中的生物学功能等方面的新进展, 同时讨论了该领域悬而未决的重要生物学问题和研究动向, 进而提出硫营养在农业生产上的重要性和所面临的新问题。

钙是植物必需的营养元素。酸性砂质土壤中含钙较少, 导致在其土壤上生长的作物容易缺钙。另外由于果树果实、果菜类和包心叶菜类的蒸腾作用弱, 导致果树和蔬菜普遍生理缺钙。根系维管束组织可能通过共质体和质外体两种途径进行钙素吸收, 而果实则可通过非维管束组织直接吸收钙素。Ca2+通过Ca2+通道内流进入胞质, 并通过Ca2+-ATPase 和Ca2+/H+反向转运蛋白外流以保持胞质内低Ca2+浓度。为了应对植物发育和环境胁迫信号, Ca2+由质膜、液泡膜和内质网膜的Ca2+通道内流进入胞质, 导致胞质Ca2+浓度迅速增加, 产生钙瞬变和钙振荡, 传递到钙信号靶蛋白, 如钙调素、钙依赖型蛋白激酶及钙调磷酸酶B类蛋白, 引起特异的生理生化反应。本文综述了植物钙素吸收、转运以及代谢研究的最新进展, 包括植物对钙的需求和作物缺钙的原因, 根系维管束组织及果实钙素吸收机理, Ca2+跨膜运输特性, 钙的信使作用以及钙信号靶蛋白等方面内容。

铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素, 铁离子的吸收、转运和利用是一个复杂的过程, 很多基因参与了这一过程。本文对近10年来发现和分离的参与植物铁吸收、转运及调控的基因研究进展进行了综述。根据最近的研究结果, 提出了植物控制铁吸收的分子调控模式(机理I)。

硼是高等植物必需的矿质营养元素, 但是人们对硼行使生理功能及其分子机理的认识远落后于其它必需营养元素。近几年国际上植物硼营养的研究取得了一些重要的突破。首先是进一步明确了B-RG-II复合物的形成及其影响细胞壁结构和功能的分子机制, 并且发现B-RG-II的形成及其含量与陆生植物的进化密切相关。其次是在拟南芥中克隆了第一个植物硼转运子基因 BOR1, 并揭示了它的作用机理; 通过转基因实验证明了植物硼的高效吸收与水通道基因NIP5;1密切相关。进而通过大量的种质筛选, 从油菜、小麦、大麦及棉花等农作物中获得一批硼高效吸收利用的优异种质材料, 并开展了硼高效QTL定位和克隆。本文详细综述了以上几个方面的研究进展, 并对进一步的研究做了展望。

锌是所有生物体必需的微量元素之一, 是多种蛋白的辅酶并参与催化生物体内的一些重要生化反应。生物体为了维持细胞内适当的锌浓度以保证其正常功能而进化出了复杂的锌转运及调控系统。本文主要论述酵母和植物中的锌转运系统及其调控, 以及锌吸收的分子标记和QTL位点分析。

铜是生物正常生命活动所必需的微量矿质元素。酵母和植物中有复杂的机制来调节铜的摄取、分布、螯合以及输出。本文集中讨论了酵母和植物中铜离子的转运体、铜的金属伴侣及其基因转录水平的调控。