杉木(Cunninghamia lanceolata)为我国特有速生树种,也是我国南方最重要的用材造林树种之一。但随着杉木人工林栽培面积不断增大及多代连栽现象的出现,杉木生长的南方林地因有效磷匮乏而严重制约了杉木人工林长期生产力的维持。由于不同植物或同种植物不同基因型对养分胁迫逆境的适应能力存在较大差异。近年来,有研究表明不同杉木无性系的磷素吸收和利用效率存在明显差异。磷高效利用杉木无性系可通过增强光合效率、提高叶片和根际酸性磷酸酶活性、增加根系分泌有机酸的种类及数量等生理指标的改变,以调整根系表型、根构型等形态特征指标对低磷胁迫逆境作出响应。然而,植物根系在低磷环境下大量增生会增加体内有限磷营养的消耗。根据Lynch提出有关根系觅养行为的“成本-收益”理论,当植物体内磷资源不足以满足根系大范围拓展的养分需求时,根系生长明显受阻,这意味着植物通过根系从土壤中捕获养分的机会大大减少。那么,植物在低磷胁迫环境中如何平衡有限磷养分的吸收与消耗,以维持正常的生长状态?有学者发现低磷胁迫可诱导一些植物根系皮层细胞溶解形成空腔,这些空腔迅速被空气占据成为通气组织,一方面减少胁迫环境中根部老组织的呼吸消耗,缓解老幼组织对同化物的竞争,对保证幼嫩组织的正常生长有一定作用；另一方面,皮层溶解析出的磷营养等化合物被运往植物其它部位,用以满足植物对磷等化合物的需求,这种养分的循环高效利用有利于植物的生长发育。鉴于上述前人的研究经验,本研究认为低磷环境中不同杉木无性系在一系列生理指标的调控下,之所以有些无性系通过根系大量增生,提高觅磷机会以适应低磷环境,而有些无性系根系增生不明显,但通过加速体内磷素循环仍能维持较高生产力,这可能与根系皮层组织溶解程度及释放磷含量的不同有关。为验证这一假设,本文以导师课题组遴选出低磷胁迫下根构型差异较大的13个半同胞杉木家系幼苗作为研究对象,通过室内模拟磷胁迫环境,观测不同磷处理条件下杉木根尖、根端皮层组织溶解变化规律,同时测定不同供磷水平处理前后杉木的苗高、地径、根系生长等情况,比较不同磷处理条件下杉木各器官生物量的积累与分配,研究低磷胁迫环境下杉木根、茎、叶的磷含量、磷素累积量以及全株磷利用效率的变化规律,分析了磷胁迫环境条件下根系皮层组织溶解度与上述指标变化的相关性,阐明低磷环境中杉木磷利用效率与根系皮层组织磷溶解之间的关系,为深入探讨磷高效利用杉木基因型对低磷胁迫内在响应机制提供理论依据,为筛选优产、速生杉木基因型的研究提供形态解剖及生理学理论与实践依据。主要研究结果如下：(1)不同供磷水平处理对参试杉木家系根系皮层溶解形成通气组织的影响存在明显差异。正常供磷条件下,所有杉木家系根尖、根端皮层组织细胞均生长正常,无溶解现象；在中度磷胁迫条件下,仅32号家系根尖皮层组织出现少量的溶解现象,而根端皮层组织除20号、25号、40号、41号杉木家系尚未出现溶解现象外,其余参试苗木的根端皮层组织均出现不同程度的溶解现象；在重度磷胁迫条件下,15号、20号、25号、38号、41号家系根系未出现通气组织,其余家系的溶解度从大到小依次为28号、30号、27号、40号、4号、23号、32号和36号,根端皮层组织除41号家系根端皮层组织未出现溶解,其余家系均有溶解现象。相比于正常供磷和中度磷胁迫,重度磷胁迫条件下根端皮层组织溶解面积更大,皮层溶解度从大到小表现为4号、32号、36号、15号、30号、28号、40号、23号、27号、25号、20号和38号家系。(2)低磷胁迫下杉木根系皮层形成通气组织与苗高、地径、根系生长的相关性显著。不同磷处理条件下所有参试杉木家系苗高、地径的平均增量大小为：正常供磷>中度磷胁迫>重度磷胁迫。对杉木根系生长来说,20号、25号、38号、40号、41号家系随着磷胁迫程度加剧,根系形态指标的生长量逐渐增加；相反的,4号、32号、36号家系总体上表现为随着磷胁迫程度的加重,根系生长量逐渐减少。从皮层溶解度与杉木的苗高、地径、根系生长的相关性分析发现,随着磷胁迫程度的加重,根端皮层组织溶解度与苗高呈正相关性,并且相关性也逐渐显著,这与地径和皮层溶解度的相关性相反；而根系体积、总根长、根表面积、根平均直径在磷胁迫环境下与根系皮层组织溶解度呈负相关关系,并且随着胁迫程度的加深,这种负相关性也逐渐显著。(3)低磷胁迫下杉木根系皮层形成通气组织与各器官生物量积累分配的关系明显。随着磷胁迫程度的加重,20号、25号、38号、40号、41号杉木家系的茎、叶生物量均呈递减趋势,而根生物量和根冠比则逐渐增大；其它家系茎、叶的生物量随磷胁迫程度加剧而逐渐增加,根生物量和根冠比却变小。从皮层溶解度与其相关性分析表明：胁迫环境下根系皮层组织溶解度与根冠比呈负相关关系,同时,茎和叶生物量与根系皮层组织溶解度相关性系数逐渐增大。随着胁迫程度的加重,根尖和根端皮层组织溶解度与茎、叶生物量的相关性系数也逐渐增大,而根生物量与根系皮层组织溶解度呈负相关关系。(4)低磷胁迫下杉木根系皮层形成通气组织与各器官的磷含量、磷素累积量及全株磷利用效率均有明显的相关性。在不同磷处理条件下,所有参试杉木家系根、茎、叶的平均磷素含量以及平均磷素积累量均表现为正常供磷>中度供磷>重度供磷。从根系皮层组织溶解度与其相关性来看,胁迫条件下根系皮层组织溶解度与根磷含量及根磷素积累量均呈负相关关系。随着胁迫程度的加重,磷利用效率虽然与根系皮层组织溶解度相关性不明显,但随着皮层组织溶解度的加大,两者的相关性逐渐增大。(5)综上所述,低磷环境中杉木根系皮层组织发生溶解的家系与其磷利用效率具明显相关性。如皮层组织溶解明显的4号家系,随着磷胁迫程度的加重,其根系生长量逐渐减少,根的生物量、磷含量、磷素积累量虽然同样存在这样的规律,但地上部分茎、叶的生物量、磷含量、磷素累积量则随着胁迫程度加剧而逐渐增加,苗高、地径、磷利用效率也表现出相同的规律。对于皮层组织溶解不明显的41号家系,尽管皮层组织细胞未出现溶解,但在磷胁迫条件下,随着胁迫程度的加重,其根系增生明显,且维持了较高的磷利用效率。可见不同杉木家系对低磷胁迫的适应性策略差异较大,但均以能够维持植株的正常生长为目的。