Effects of phosphorus on root growth and photosynthetic physiology of alfalfa seedlings under aluminum stress

doi:10.11686/cyxb2020351

Abstract

Abstract:

In order to explore the effects of phosphorus （P） on growth and photosynthesis physiology of alfalfa seedlings under aluminum stress. Simple Ca（NO₃）₂ nutrient solution （pH=4.5） containing 200 μmol·L^-1 P or 100 μmol·L^-1 Al or 200 μmol·L^-1 P+100 μmol·L^-1 Al was used to treat ‘Wl440’ seedlings， and Ca（NO₃）₂ nutrient solution （pH=4.5） without P and Al was as control. It was found that application of P significantly decreased the Al content in roots （81.53%） and leaves （61.47%） of alfalfa under Al stress. Application of P significantly increased the root length， root activity， leaf chlorophyll content， transpiration rate， stomatal conductance， photosynthetic rate， and electron transfer rate of photosystem I and Ⅱ， and significantly decreased electrical conductivity and malondialdehyde （MDA） content. The contents of oxalic acid and malic acid in Al-stressed alfalfa roots were significantly increased by phosphorus addition. In summary， these results indicate that phosphorus addition can effectively increase organic acid contents， improve the photosynthetic system， and consequently alleviate alfalfa aluminum toxicity.

Key words: alfalfa, aluminum stress, phosphorus, photosynthetic system, organic acid

Ru-yue WANG, Shi-li YUAN, Wu-wu WEN, Peng ZHOU, Yuan AN. Effects of phosphorus on root growth and photosynthetic physiology of alfalfa seedlings under aluminum stress[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 53-62.

Figures/Tables 10

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指标 Index	处理 Treatments	处理天数 Days after treatment
指标 Index	处理 Treatments	3 d	7 d	10 d
叶绿素a Chlorophyll a	CK	1.19±0.13a	1.22±0.06a	1.27±0.09a
	P	1.23±0.08a	1.20±0.08a	1.30±0.14a
	Al	1.05±0.13a	1.04±0.04b	1.04±0.05b
	Al+P	1.11±0.03a	1.16±0.10ab	1.22±0.05a
叶绿素b Chlorophyll b	CK	0.38±0.04a	0.41±0.02a	0.42±0.04a
	P	0.39±0.05a	0.40±0.03a	0.44±0.04a
	Al	0.36±0.02a	0.34±0.03ab	0.34±0.01ab
	Al+P	0.39±0.03a	0.38±0.02a	0.40±0.03a

指标 Index	处理 Treatments	处理天数 Days after treatment
指标 Index	处理 Treatments	3 d	7 d	10 d
叶绿素a Chlorophyll a	CK	1.19±0.13a	1.22±0.06a	1.27±0.09a
	P	1.23±0.08a	1.20±0.08a	1.30±0.14a
	Al	1.05±0.13a	1.04±0.04b	1.04±0.05b
	Al+P	1.11±0.03a	1.16±0.10ab	1.22±0.05a
叶绿素b Chlorophyll b	CK	0.38±0.04a	0.41±0.02a	0.42±0.04a
	P	0.39±0.05a	0.40±0.03a	0.44±0.04a
	Al	0.36±0.02a	0.34±0.03ab	0.34±0.01ab
	Al+P	0.39±0.03a	0.38±0.02a	0.40±0.03a

光合参数 Photosynthetic parameter	处理 Treatment	处理天数 Days after treatment
光合参数 Photosynthetic parameter	处理 Treatment	3 d	7 d	10 d
蒸腾速率 Transpiration rate （mmol·m^-2·s^-1）	CK	2.79±0.20a	2.65±0.22a	2.63±0.09a
	P	2.55±0.53b	2.70±0.05a	2.66±0.07a
	Al	2.10±0.02c	2.25±0.10c	2.10±0.18c
	Al+P	2.39±0.02b	2.54±0.15b	2.37±0.14b
气孔导度 Stomatal conductance （mmol·m^-2·s^-1）	CK	63.17±4.49a	63.54±5.27a	55.23±2.00a
	P	58.01±12.20ab	64.61±1.24a	55.92±1.41a
	Al	47.68±1.38c	53.84±2.57c	43.30±3.67c
	Al+P	52.20±0.39b	59.01±3.48b	48.75±2.81b
光合速率 Photosynthetic rate （mmol·m^-2·s^-1）	CK	12.77±0.83ab	14.70±0.54a	14.11±0.74a
	P	12.26±0.44b	14.73±0.14a	14.56±0.52a
	Al	8.52±0.61c	8.87±0.21c	8.82±0.63b
	Al+P	9.58±0.46c	10.74±0.94b	9.46±0.54b
胞间CO₂浓度 Intercellular CO₂ concentration （ppm）	CK	314.80±16.63bc	276.27±14.80c	278.36±11.25c
	P	306.03±13.64c	284.27±11.96c	295.51±9.61c
	Al	350.82±9.59a	340.97±16.08a	350.28±10.19a
	Al+P	318.40±13.89bc	314.03±15.81b	316.91±17.23b

光合参数 Photosynthetic parameter	处理 Treatment	处理天数 Days after treatment
光合参数 Photosynthetic parameter	处理 Treatment	3 d	7 d	10 d
蒸腾速率 Transpiration rate （mmol·m^-2·s^-1）	CK	2.79±0.20a	2.65±0.22a	2.63±0.09a
	P	2.55±0.53b	2.70±0.05a	2.66±0.07a
	Al	2.10±0.02c	2.25±0.10c	2.10±0.18c
	Al+P	2.39±0.02b	2.54±0.15b	2.37±0.14b
气孔导度 Stomatal conductance （mmol·m^-2·s^-1）	CK	63.17±4.49a	63.54±5.27a	55.23±2.00a
	P	58.01±12.20ab	64.61±1.24a	55.92±1.41a
	Al	47.68±1.38c	53.84±2.57c	43.30±3.67c
	Al+P	52.20±0.39b	59.01±3.48b	48.75±2.81b
光合速率 Photosynthetic rate （mmol·m^-2·s^-1）	CK	12.77±0.83ab	14.70±0.54a	14.11±0.74a
	P	12.26±0.44b	14.73±0.14a	14.56±0.52a
	Al	8.52±0.61c	8.87±0.21c	8.82±0.63b
	Al+P	9.58±0.46c	10.74±0.94b	9.46±0.54b
胞间CO₂浓度 Intercellular CO₂ concentration （ppm）	CK	314.80±16.63bc	276.27±14.80c	278.36±11.25c
	P	306.03±13.64c	284.27±11.96c	295.51±9.61c
	Al	350.82±9.59a	340.97±16.08a	350.28±10.19a
	Al+P	318.40±13.89bc	314.03±15.81b	316.91±17.23b

参数 Parameter	PSII				PSI
参数 Parameter	CK	P	Al	Al+P	CK	P	Al	Al+P
快速光曲线斜率α	0.13	0.15	0.11	0.09	0.39	0.39	0.45	0.42
潜在最大相对电子传递效率rETR_max	15.29	18.20	7.94	11.12	101.53	92.72	71.05	80.05
半饱和光强Ik	125.35	79.54	124.80	142.44	257.96	239.00	158.17	191.39