植物必需的营养元素及主要生理功能np课件

第二章植物必需的营养元素及主要生理功能 PlantNutrition 第一节植物组成及必需营养元素的概念 一 必需营养元素的确定方法与定义二 必需营养元素的分类三 最小养分律的概念 一 必需营养元素的确定方法与定义 1 基本概念 植物营养 植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分 用以维持其生命活动 营养元素 植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素 目前 国内外公认的高等植物所必需的营养元素有17种 碳 氢 氧 氮 磷 钾 钙 镁 硫 铁 硼 锰 铜 锌 鉬 氯 镍 Mn B Fe S N C O H Ca K P Cu Cl Zn Mg Mo Ni 有益元素 非必需营养元素中一些特定的元素 对特定植物的生长发育有益 或为某些种类植物所必需 例 豆科作物 钴藜科作物 钠硅藻和水稻 硅 4 正常生长植物干物质中必需营养元素的平均含量 元素符号 mol 克 干重 mg kg Mo0 0010 1 Cu0 10 6 Zn0 3020 Mn1 050 Fe2 0100 B2 020 Cl3 0100 S3 0 0 1 P60 0 2 Mg80 0 2 Ca125 0 5 K250 1 0 N1000 1 5 O30000 45 C40000 45 H60000 6 钼铜锌锰铁硼氯硫磷镁钙钾氮氧碳氢 分组原则 根据植物体内含量的多少分为大量营养元素和微量营养元素 一般以占干物质重量的0 1 为界线 大量营养元素含量占干物重的0 1 以上 包括C H O N P K Ca Mg S等9种 微量营养元素含量一般在0 1 以下 包括Fe B Mn Cu Zn Mo Cl等7种 来源 碳和氧来自空气中的二氧化碳 氢和氧来自水 其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤 由此可见 土壤不仅是植物生长的介质 而且也是植物所需矿质养分的主要供给者 二 必需营养元素的分类 十七种营养元素同等重要 具有不可替代性 N P K素有 肥料三要素 之称 有益元素对某些植物种类所必需 或是对某些植物的生长发育有益 需要注意的问题 三 最小养分律的概念 所谓最小养分就是指土壤当中最缺乏的那一种营养元素 物为了生长必须要吸收各种养分 但是决定作物产量的却是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因子 产量在一定限度内随着这个因素的增减而相对变化 因而无视这个限制因素的存在 即使继续增加其它营养成分也难以再提高作物的产量 第二节必需营养元素的主要生理功能和吸收利用 一 必需营养元素的一般生理功能 第一组 C H O N S 植物有机体的主要组分 第二组 P B Si 都以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收 并可与植物体中的羟基化合物进行酯化作用 第三组 K Na Ca Mg Mn Cl 有的能构成细胞渗透压 有的活化酶 或成为酶和底物之间的桥接元素 第四组 Fe Cu Zn Mo Ni 这些元素的大多数可通过原子价的变化传递电子 三 氮 磷 硫的主要生理功能 1 氮 1 含量和分布 一般植物含氮量约占植物体干物重的0 3 5 而含量的多少与植物种类 器官 发育阶段有关 种类 大豆 玉米 小麦 水稻器官 叶片 子粒 茎秆 苞叶发育 同一作物的不同生育时期 含氮量也不相同 注意 作物体内氮素的含量和分布 明显受施氮水平和施氮时期的影响 通常是营养器官的含量变化大 生殖器官则变动小 但生长后期施用氮肥 则表现为生殖器官中的含氮量明显上升 氮是植物体内许多重要有机化合物的组分 也是遗传物质的基础 A 蛋白质的重要组分 蛋白质中平均含氮16 18 B 核酸和核蛋白质的成分 C 叶绿素的组分元素 D 许多酶的组分 酶本身就是蛋白质 E 氮还是一些维生素的组分 而生物碱和植物激素也都含有氮 FunctionsoftheNitrogeninPlants 总之 氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用 合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施 氮的吸收 同化和运输 Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 吸收 Nitrogenisaessentialelementfromplantgrowth andalsoisamostlimitedfactorinfluencingthecropproductionworldwide Nitrogencanbeacquiredbyplantsfollowingthreeways 1 nitrateuptake 2 Ammoniauptake 3 nitrogenfixationbysymbioticrhizobium SubcellularLocalizationofNRT1 8 OnionepidermalcellstransientlytransformedwitheithertheNRT1 8 EGFPfusionorunfusedEGFPwereincubatedin0 8Mmannitoltoinduceplasmolysisandthenimagedbyconfocalmicroscopy A FluorescenceimageofepidermalcellexpressingtheNRT1 8 EGFPfusionprotein B MergedEGFPfluorescenceandbright fieldimage C FluorescenceimageofepidermalcellexpressingEGFPasacontrol D MergedcontrolEGFPfluorescenceandbright fieldimage E and F ArabidopsisprotoplastsexpressingtheNRT1 8 EGFPprotein E andbright fieldimage F Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 1 Nitratetransports HighaffinityKm 10 100 MFunctionsinlownitrateconditionInducible lownitrate Constitutive absenceofnitrate LowaffinityDisplaysnonsaturatinguptakekineticsFunctionsinhighernitratecondition Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 1 Nitratetransports NRT1 Includingnitratetransporterswithdualaffinity bothlowandhighKm orlowaffinity CHL1 NRT2 Theinduciblehigh affinityuptakesystem CHL2 NRT1 2 Anothercomponentofthelow affinityuptakesystem Theothernitratetransport CHL8 Nitrateuptakemutantisresistanttochlorate ClO3 Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 1 Nitratetransports Principalelectrochemicalgradientoftheplantcell aprotongradientestablishedbymembraneproton pumpingATPasecangeneratepotentialsof 100to 250mV insidenegetive Anelectrogeniccotransportmechanismdrivesnitrateimport Theleadingtheoryproposesthattwoprotonsarecotransportedintothecellwiththenitrate 硝酸还原成氨是由两种独立的酶分别进行催化的 硝酸还原酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐 而亚硝酸还原酶可使亚硝酸盐还原成氨 NO3 N的同化 NO2 NO3 NH3 Nitrateassimilation 1 Nitratereduction nitratereductasestructure ThefirstcommittedstepinthenitrateassimilationThreecofactors FAD heme Fe andmolybdnum Nitrateassimilation 2 Nitratereduction regulation A Nitrateinduceexpressionofnitratereductasegene b EffectofLightregimeontheexpressionofnitratereductasegene Nitrateassimilation 2 Nitratereduction regulation Proposedmodelforregulationofnitratereductaseactivitybyphosphorylation dephosphorylationandreversiblebindingof14 3 3protein Nitrateassimilation 2 Nitratereduction nitratereductaseregulation Summaryofthenitrateuptakeandassimilationinplantcells 研究案例 Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment KineticconstantsforthevariouspartialactivitiesofNADH nitratereductasepurifiedfromBrassicachinensisL Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation Duetal 2008 PlantCellandEnvironment Nitrateassimilation 3 Nitratereduction NOregulation NH4 N的吸收 NH4 的吸收与H 的释放存在着相当严格的等摩尔关系 K Mengeletal 1978 水稻幼苗对NH4 的吸收与H 释放的关系 158184174145 149183166145 Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 4 Ammoniauptakeandtransport LocalizationofAMT1 2inArabidopsisRoots TransgenicplantsexpressinganAMT1 2 promoter ORF GFPfusionconstructweregrownonagarplatesfor2weeks PlantCell 2007 LocalizationofAMT1 5inArabidopsisRoots TransgenicplantsexpressinganAMT1 5 promoter ORF GFPfusionconstructweregrownonagarplatesfor2weeks PlantCell 2007 Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 2 Ammoniauptakeandtransport LocalizationofAMT1 3andAMT1 1inArabidopsisRoots PlantJournal 2006 Howplantsacquirenitrogenfromrhizosphere 2 Ammoniauptakeandtransport 质膜上NH4 脱质子作用的示意图 外界溶液 NH3 质膜 细胞质 NH4 H 酮戊二酸 氨 谷氨酸 各种新的氨基酸 酮酸 酰胺 氨 还原性胺化作用 转氨基作用 NH4 N的同化 氨同化途径模式 1 2 谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶途径 1 NH3供给量低 2 NH3供给量高 3 谷氨酸脱氢酶途径 GOGAT 谷氨酰胺 酮戊二酸转移酶 NH4 N的同化 谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶 GS GOGAT 的反应图示 COOHH2N CHCH2CH2OCOHHNH2 COOHH2N CHCH2CH2CNH2 O COOHC OCH2CH2COOH COOHH2N CHCH2CH2COOH ATP ADP Pi 谷氨酰胺 谷氨酸合成酶 谷氨酸 铁氧还蛋白 2e 2H GOGAT 氨基转移作用 谷氨酸 谷氨酰胺合成酶 目前关于尿素被同化的途径有两种见解 其一 尿素在植物体内可由脲酶水解产生氨和二氧化碳 其二 尿素是直接被吸收和同化的 尿素磷酸氨甲酰磷酸 精氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 尿素同化的特点是 对植物呼吸作用的依赖程度不高 而主要受尿素浓度的影响 CO NH2 2 N的吸收和同化 TheyeaststrainYNVW1 dur3 ura3 wasunabletogrowon2mMureaasasolenitrogensource YNVW1wastransformedwiththeyeastexpressionvectorpHXT426 Wieczorkeetal 1999 aloneorharboringtheopenreadingframeofAtDUR3andplatedonyeastnitrogenbasewithoutammoniumandaminoacidsagar Difco adjustedtopH5 6 or7 LocalizationofthepromoteractivityofAtDUR3 TransgenicplantsexpressinganAtDUR3 promoter GFPconstructweregrownonMGRLagarplatesundernitrogen sufficient N ornitrogen deficientconditions N Imagesfromroottips eandf orlower candd andupper aandb roothairzonesweretakenbyanapotome equippedfluorescencemicroscope Barsrepresent50 m rh ep coandxyindicateroothair epidermis cortexandxylem respectively AtDUR3localizestotheplasmamembrane b Proteingelblotanalysisofrootmembranefractionsfromrootsofwild type Col 0 plantsculturedunderacontinuoussupplyof2mmammoniumnitrate N orundernitrogendeficiencyfor1 2or3days N d IntracellularlocalizationoftheAtDUR3proteininnitrogen starvedroothairsfromCol 0 aandc orfromatdur3 1 bandd plants NO3 N是阴离子 为氧化态的氮源 NH4 N是阳离子 为还原态的氮源 3 NO3 N和NH4 N营养作用的比较 不能简单的判定那种形态好或是不好 因为肥效高低与各种影响吸收和利用的因素有关 A 作物种类水稻是典型的喜NH4 N作物 水稻幼苗根内缺少硝酸还原酶 NO3 N在水田中易流失 并发生反硝化作用 烟草是典型的喜NO3 N作物 B 环境反应 pH 从生理角度看 NH4 N和NO3 N都是良好的氮源 但在不同pH条件下 作物对NH4 N和NO3 N的吸收量有明显的差异 NH4 N肥效不好主要是由于酸性所造成的 作物缺氮的外部特征叶片黄化 植株生长过程迟缓 苗期植株生长受阻而显得矮小 瘦弱 叶片薄而小 禾本科作物表现为分蘖少 茎杆细长 双子叶则表现为分枝少 若继续缺氮 禾本科作物表现为穗小粒瘪早衰 氮素是可以再利用的元素 作物缺氮的显著特征是下部叶片首先失绿黄化 然后逐渐向上部叶片扩展 4 植物缺氮症状与供氮过多的危害 作物缺氮不仅影响产量 而且使产品品质也下降 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 缺氮 作物贪青晚熟 生长期延长 细胞壁薄 植株柔软 易受机械损伤 倒伏 和病害侵袭 大麦褐锈病 小麦赤霉病 水稻褐斑病 二 氮素过多的危害 大量施用氮肥会降低果蔬品质和耐贮存性 棉花蕾铃稀少易脱落 甜菜块根产糖率下降 纤维作物产量减少 纤维品质降低 蔬菜硝酸盐超标 蔬菜硝酸盐累积和亚硝胺的形成 植物和水中NO3 大气N2 N肥 土壤NO3 蛋白降解的胺类 亚硝胺 胃肠道中NO3 蔬菜可食部分硝酸盐含量的食用卫生分级 FAO WHO日允许摄入量NO3 3 6mg kg体重 NO2 0 13mg kg体重 磷是植物生长发育不可缺少的营养元素之一 它对作物高产及保持品种的优良特性有明显的作用 因此 研究如何提高磷的利用率也是近年来学术领域的热点 2 磷 含量 植物体的含磷量一般为干物重的0 2 1 1 其中大部分是有机态磷 约占全磷量的85 而无机磷仅占15 左右 分布 幼叶中含有机态磷较高 老叶中则含无机态磷较多 虽然植物体内无机磷所占比例不高 但从无机磷含量的变化往往能反应出植株磷营养的状况 植物缺磷时 常表现出组织 尤其是营养器管 中的无机磷含量明显下降 而有机磷含量变化较小 1 植物体内磷的含量和分布 作物种类不同 含磷量也有差异 且因作物生育期和器官不同而有变动 一般的规律是 油料作物含磷量 豆科作物 谷类作物 生育前期的幼苗含磷量 后期老熟的秸秆 就器官来说 则表现为幼嫩器官 衰老器官 繁殖器官 营养器官 种子 叶片 根系 茎秆 磷在细胞及植物组织内有明显的区域化现象 植物细胞及组织内复杂的膜系统 将细胞和组织分隔成不同的区域 胞内分布 一般来讲 无机磷的大部分是在液泡中 只有一小部分存在于细胞质和细胞器内 液泡是细胞磷的贮存库 而细胞质则是细胞的代谢库 Raven 1974 研究了巨藻吸磷数量与细胞质及液泡中无机磷变化的关系 他发现 磷酯只存在细胞质中 约10 的无机磷位于细胞质 而90 存在于液泡中 而且液泡中磷的数量随巨藻对磷吸收时间的延长而不断地增加 Loughman 1984 的试验进一步证实了Rawen的试验结果 巨藻细胞和液泡中无机磷浓度的变化 Raven 1974 0 30 60 90 总量 液泡 细胞质 1 2 5 4 3 含磷量 nmol g鲜重 时间 小时 植物体内含量与分布的变化与供磷水平有密切关系 因此可通过测定植物某一部位中的的含量来判断其磷营养的状况 磷是运转和分配能力很强的元素 在植物体内表现有明显的顶端优势 供磷对菠菜叶片和燕麦种子中各种形态磷含量的影响 供磷磷脂核酸植素无机磷 菠菜叶片不充足1 10 9 2 2充足1 10 9 18 0燕麦种子不充足0 222 10 050 5充足0 222 40 51 3 Michaell 1939 Hartt 1972 水稻籽粒发育过程中 籽粒中无机磷和植素磷含量的变化 磷含量 mgP 100籽粒 10 2 20 30 0 4 6 0 开花后天数 全磷 植素磷 P i 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 含量 0 24 48 72 发芽时间 h 在发芽期间水稻种子中磷组分的变化 构成大分子物质的结构组分磷酸是许多大分子结构物质的桥键物 它把各种结构单元连接到更复杂的或大分子的结构上 磷酸与其它基团连接的方式有 a 通过羟基酯化与 链相连 形成简单的磷酸酯 P O P 例如磷酸酯 b 通过高能焦磷酸键与另一磷酸相连 P P 例如ATP的结构就是高能焦磷酸键与另一磷酸相连的形式 c 以磷酸二酯的形式 C P C 桥接 这在生物膜的磷脂中很常见 所形成的磷脂一端是亲水性的 一端是亲脂性的 2 磷的营养功能 多种重要化合物的组分核酸和核蛋白核酸是核蛋白的重要组分 核蛋白是细胞核和原生质的主要成分 它们都含有磷 核酸和核蛋白是保持细胞结构稳定 进行正常分裂 能量代谢和遗传所必需的物质 磷脂生物膜是由磷脂和糖脂 胆固醇 蛋白质以及糖类构成的 生物膜具有多种选择性功能 它对植物与外界介质进行物质交流 能量交流和信息交流有控制和调节的作用 此外 大部分磷酸酯都是生物合成或降解作用的媒介物 它与细胞的能量代谢直接有关 植素植素是磷脂类化合物中的一种 它是植酸的钙 镁盐或钾 镁盐 而植酸是六磷酸肌醇 它是由环己六醇通过羟基酯化而生成的 腺苷三磷酸 ATP 植物体内糖酵解 呼吸作用和光合作用中释放出的能量常用于合成高能焦磷酸键 ATP就是含有高能焦磷酸键的高能磷酸化合物 ATP能为生物合成 吸收养分 运动等提供能量 它是淀粉合成时所必需的 ATP和ADP之间的转化伴随有能量的释放和贮存 因此ATP可视为是能量的中转站 参与体内多种代谢a 碳水化合物代谢在光合作用中 光合磷酸化作用必需有磷参加 光合产物的运输也离不开磷 大分子碳水化合物合成需要磷 否则合成受阻 形成花青素 Pi对光合作用中蔗糖及淀粉形成的调节 蔗糖合成不同途经的示意图 b 氮素代谢磷是氮素代谢过程中一些重要酶的组分 硝酸还原酶含有磷 磷能促进植物更多的利用硝态氮 磷也是生物固氮所必需 氮素代谢过程中 无论是能源还是氨的受体都与磷有关 能量来自ATP 氨的受体来自与磷有关的呼吸作用 因此 缺磷将使氮素代谢明显受阻 C 脂肪代谢脂肪代谢同样与磷有关 脂肪合成过程中需要多种含磷化合物 图2 8 此外 糖是合成脂肪的原料 而糖的合成 糖转化为甘油和脂肪酸的过程中都需要磷 与脂肪代谢密切有关的辅酶A就是含磷的酶 实践证明 油料作物需要更多的磷 施用磷肥既可增加产量 又能提高产油率 脂肪合成途径示意图 糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 磷酸甘油 甘油 3 磷酸甘油酸 脂肪 丙酮酸 乙酰辅酶 A 脂肪酸 a 抗旱和抗寒抗旱 磷能提高原生质胶体的水合度和细胞结构的充水度 使其维持胶体状态 并能增加原生质的粘度和弹性 因而增强了原生质抵抗脱水的能力 抗寒 磷能提高体内可溶性糖和磷脂的含量 可溶性糖能使细胞原生质的冰点降低 磷脂则能增强细胞对温度变化的适应性 从而增强作物的抗寒能力 越冬作物增施磷肥 可减轻冻害 安全越冬 提高作物抗逆性和适应能力 EffectofP FertilizerApplicationonSweetbeetGrowth 施用磷肥能提高植物体内无机磷酸盐的含量 有时其数量可达到含磷总量的一半 这些磷酸盐主要是以磷酸二氢根和磷酸氢根的形式存在 它们常形成缓冲系统 使细胞内原生质具有抗酸碱变化能力的缓冲性 b 缓冲性 H2PO41 HPO42 缓冲体系 当外界环境发生酸碱变化时 原生质由于有缓冲作用仍能保持在比较平稳的范围内 这有利于作物正常生长发育 这一缓冲体系在pH6 8时缓冲能力最大 因此在盐碱地上施用磷肥可以提高作物抗盐碱能力 吸收 主要通过根毛区逆浓度主动吸收 一般认为磷的主动吸收过程是以液泡膜上H ATP酶的H 为驱动力 借助于质子化的磷酸根载体而实现的 即属于H 与H2PO4共运方式 进一步的试验证明 根的表皮细胞是植物积累磷酸盐的主要场所 并通过共质体途径进入木质部导管 然后运往植物地上部 植物吸收磷酸盐与体内代谢关系密切 磷的吸收是需要能量的过程 3 作物对磷的吸收与利用 1 morphologymodification roothair Jungk A 2001 J PlantNutr SoilSci 164 121 129 RoothairlengthincreaseswhenthePconcentrationintheplanttissuedeclines Photographofaroottipshowingtheprogressivedevelopmentofroothaircells ClaireGrierson andJohnSchiefelbein 2002 RootHairs TheArabidopsisBook pp 1 22 AmericanSocietyofPlantBiologists Stagesofroothairformation Roothairsformintwomainstages initiation whenasmall disc shapedareaofthecellwallloosenstoformaswelling andtipgrowth whentheremainderofthehairgrowsbytargetedsecretion ClaireGrierson andJohnSchiefelbein 2002 RootHairs TheArabidopsisBook pp 1 22 AmericanSocietyofPlantBiologists Roothairdevelopmentisimportantforplantstoacquirenutrientelements asitcangreatlyincreasetherootsurfacearea Theirhighphosphate acquisitionefficiencyisassociatedwithmanylongroothairs PlantPhysiol 2000 124 1786 1799 TwoaccessionsofArabidopsisthaliana thatwereveryefficientinphosphateacquisition ChangesinepidermalcelldifferentiationinresponsetoPandFestressinArabidopsis EpidermaldifferentiationthatisinducedbylowFeconcentrationsrequiresethylene ThisresponseisinhibitedinmutantsthataredefectiveinethylenesignalingandintheauxinresistantArabidopsismutantsaux1 axr1andaxr2 EpidermalchangesthatareinducedbylowPconcentrationsarenotaffectedintheethyleneandauxinmutants implyingthatthisresponseiscontrolledbyanindependentpathway TheP responsepathwaymaydirectlyaltertheexpressionofregulatorygenesthatcontrolroot hairformation suchasGLABRA2 GL2 ROOTHAIRDEFECTIVE6 RHD6 andWEREWOLF WER SignalingPathwaycontrolthephosphorus deficiency inducedroothairdevelopment 1 morphologymodification Lateralroot LowPPsufficient ResponsesofArabidopsisrootsystemstodifferentnutrientsupplies Therootsystemsweregrowninnutrient richmediawithorwithoutahighconcentrationofP NandS PandSdeficiencycandramaticallyalterprimaryandlateralrootgrowth modifyingtheoverallrootarchitecture ContrastingNavailabilitymayalterlateralrootelongation L pez Bucioetal CurrentOpinioninPlantBiology 2003 1 morphologymodification Whitelupin P P P P EffectofPavailabilityonauxin regulatedgeneexpression Ten hourGUSstainingofDR5 uidAprimaryrootsandLRPatvariousstagesofdevelopmentinwild typeseedlingsgrownfor10dinmediumwithhigh A F orlow G L Pcontent Ten hourGUSstainingofDR5 uidAprimaryrootsandLRPatvariousstagesofdevelopmentinlpr1 2 BIG IAAtransport seedlingsgrownfor10dinmediumwithhigh M P orlow Q U Pcontent Photographsarerepresentativeindividualsofatleast20plantsstained Scalebar 100 m PlantPhysiology 2005 137 681 691 SignalingPathwaycontrolthephosphorus deficiency inducedlateralrootdevelopment SignalingPathwaycontrolthephosphorus deficiency inducedlateralrootdevelopment RootarchitecturalresponsestoPlimitationandtheirregulation LowPavailabilityaltersrootarchitecturebyatleasttwomechanisms onethatisindependentofauxintransportandBIGfunctionleadstoprimaryrootgrowthinhibitionandroothairgrowthstimulation andonewherelowPpromotesrootbranchinginteractingwithauxin InlowP lateralrootdevelopmentisatwo stepprocessinvolvingLRPinitiationfromthepericycleandthefurthermaturationoftheseLRPintofast growinglateralroots Inourmodel LRPinitiationrequiresauxintransportandnormalBIGfunction whereasLRPmaturationisaBIGindependentprocess HighPavailabilityrepresseslowP inducedrootdevelopmentalresponses PlantPhysiology 2005 137 681 691 Howplantsacquirephosphatefromrhizosphere 2 phosphateuptakeisdrivenbytheprotongradientacrosstheplasmamembrane H2PO4 isthemainformofPiincorporatingintotherootcell ThePiuptakealwaysaccompaniedwiththealkalinizationoftherhizosphere H H2PO4 2 4RootPiuptakeisenhancedwhentheresearcherslowerthepHofthebathingsolution StudiesusingthepHmicroelectrodesandpH sensitivefluorescentdyeshaveshownthatPiabsorptionacidfiesthecytoplasm ProtonophoressuchasCCCP aprotonophorethatcancollapsetransmenbraneH gradient abolishrootPiabsorption Howplantsacquirephosphatefromrhizosphere 2 phosphateuptakeisdrivenbytheprotongradientacrosstheplasmamembrane Phosphate inducedtransientstransmembraneelectricalpoteintialofTrifoliumrepens A Pisufficient B Piwithheldforthefinaldayofgrowth C Piwithheldforlast7daysofgrowth D Piwithheldforlast14daysofgrowth Howplantsacquirephosphorusfromrhizosphere 2 Identificationofphosphatetransportsgenes Planta 2002 216 23 27 Howplantsacquirephosphorusfromrhizosphere 4 phosphatetransport PitransportermutantsshowdefectsinPiuptake PlantJournal 2004 39 629 642 Howplantsacquirephosphatefromrhizosphere 4 phosphatetransportstructure HydrophobicityplotsdepictingthepredictedproteinstructuralsimilaritiesbetweentoArabidopsisPtransports AtPT1andAtPT2 andatransportclonedfromthemycorrhizalfungus GvPT SignalingPathways RNAgel blotanalysisfortheexpressionofOsPTF1B Southern blotanalysisofricegenomicDNAfromtheKasalathgenotype PlantPhysiology 2005 138 2087 2096 B Northern blotanalysisofOsPTF1forwildtypeandtwotransgeniclines C WesternblotofOsPTF1intherootsofwild typeandtwo