基因型影响磷镁互作下大豆生长及根瘤和菌根性状

  【目的】  明确施加镁肥在不同磷处理的土壤上对不同基因型大豆生长及根瘤和菌根性状的影响。  【方法】  田间试验采用三因素试验设计,设置施P₂O₅ 40 kg/hm2 (P40)和100 kg/hm2 (P100)两个水平,施MgO 0 kg/hm2 (Mg0)和75 kg/hm2 (Mg75)两个水平,磷高效基因型粤春03-3 (YC03-3)和磷低效基因型本地2号(BD2)两个大豆基因型。测定了大豆植株干重、单株结荚数、根系性状、根瘤性状、菌根侵染率以及植株氮、磷、镁含量。  【结果】  P100处理显著增加了两个大豆基因型的植株干重、单株结荚数、总根长、根表面积和体积以及植株氮、磷、镁积累量。施用镁肥,YC03-3在P40和P100处理下植株干重、单株结荚数、植株氮和镁积累量均显著增加,在P100条件下植株磷积累量以及根表面积、根体积、根平均直径显著增加;BD2在P40和P100处理下植株镁积累量显著增加,P40条件下植株氮积累量显著增加。磷和镁处理显著影响大豆与有益微生物的共生。P40条件下,两个大豆基因型的根瘤数和根瘤干重在Mg0和Mg75处理间无显著差异;P100条件下Mg75处理BD2和YC03-3的根瘤数分别较Mg0处理增加了135%和178%,根瘤干重分别增加了308%和197%。Mg0条件下P40处理YC03-3的菌根侵染率较P100增加了31.6%;Mg75条件下P40处理的BD2菌根侵染率较P100增加了15.0%。P40条件下,Mg75提高了BD2菌根侵染率16.3%;P100条件下,Mg75提高了YC03-3菌根侵染率32.1%。主成分分析发现,P100条件下,Mg0与Mg75处理之间差异显著,而P40条件下镁处理之间差异不明显。  【结论】  增施磷肥显著促进了两个大豆基因型的生长,改善了植株氮、磷、镁养分状况。增施镁肥可增加磷高效大豆基因型YC03-3的地上部和根部干重、单株结荚数、植株氮积累量,对磷低效型基因BD2没有显著作用。YC03-3的根瘤密度对施磷和施镁响应较BD2显著。BD2的菌根侵染率在低磷条件下对施镁的反应敏感,而YC03-3的菌根侵染率在P100条件下对施镁反应敏感。由此可见,磷和镁养分之间的互作效应受到大豆基因型的影响。     

苗期耐低磷烟草基因型筛选及其磷效率

【目的】筛选耐低磷及磷高效作物是充分利用土壤磷素和磷肥,减少磷肥施用对环境污染的重要手段。调查烟草基因型的磷素利用效率可为培育磷高效烟草品种提供理论依据。【方法】以71个烟草品种为供试材料进行了水培试验。以Hoagland营养液为基础(1.0 mmol/L KH₂PO₄),调整营养液磷水平0.01 mmol/L KH₂PO₄ (低磷)。烟苗在完全营养液中生长至4叶1心时进行处理。处理21天后,采样分析烟草主要生长、形态和生理指标,筛选耐低磷基因型判别指标,并对品种进行磷效率类型划分。【结果】全株磷累积量、地上部干重、根干重、株高、总根长及根直径可作为鉴定耐低磷烟草基因型的苗期筛选指标。将全株磷累积量和地上部干重的耐低磷相对值进行聚类热图分析,鉴定出8个耐低磷品种、21个低磷敏感品种及42个中间型品种。同时,依磷效率综合值作散点图发现,耐低磷品种中有4个低磷低效正常磷低效型、2个低磷高效正常磷高效型和2个低磷高效正常磷低效型,低磷敏感品种中有14个低磷低效正常磷低效型、1个低磷高效正常磷高效型和6个低磷低效正常磷高效型。【结论】初步确定K326和云烟105为耐低磷且磷高效品种,G28、闵烟3号、DB101、Oxford 2028、14P10、CV70、云烟98、MSB44、单育2号、净叶黄、CB1、中烟101、RG11和MSB31等14个为不耐低磷且磷低效品种。     

不同磷效率基因型小麦应对缺磷胁迫的表型及相关基因表达的研究

  【目的】  小麦是磷肥需求量最大的作物之一。为了探索小麦对磷的高效利用机制,本研究评价了不同磷效率基因型小麦在缺磷条件下的差异响应。  【方法】  本研究选取一个磷高效小麦基因型‘小偃54’和一个低效率型‘中国春’作为试验材料,设置正常供磷(+P)、缺磷(?P)和缺磷7天后恢复正常供磷(RP) 3个处理进行小麦水培试验,调查分析了小麦幼苗的表型、生理以及缺磷响应基因的表达随缺磷时间的变化趋势,及它们在不同磷效率小麦基因型间的异同。  【结果】  缺磷胁迫明显增加了两个小麦基因型的根冠比,但无论缺磷与否,磷高效基因型‘小偃54’的根冠比均大于磷低效基因型‘中国春’。随着缺磷时间的延长,小麦幼苗地上、地下部无机磷和总磷浓度逐渐降低,但不同基因型之间无明显差异。对缺磷的小麦幼苗恢复供磷后,磷耗竭的小麦幼苗体内无机磷含量迅速增加,‘小偃54’地上、地下部的无机磷含量均明显高于‘中国春’。缺磷响应信号基因TaIPS1和TaSPX3在缺磷6 h即被诱导表达,随着缺磷时间的延长表达量逐渐升高,且恢复供磷后表达量显著降低;缺磷早期‘中国春’中TaIPS1和TaSPX3的表达量比小偃54高,但在长期缺磷和缺磷后恢复供磷处理下又比‘小偃54’低,表明磷低效小麦基因型‘中国春’可能对体内磷稳态变化更为敏感。然而,两个根系特异表达的高亲和磷转运子TaPHT1.1/9 和TaPHT1.10均表现出缺磷早期表达受到抑制,而长期缺磷被诱导升高表达。未预料到的是,二者在复磷处理后的表达量明显高于缺磷处理。长期缺磷处理下,‘中国春’中TaPHT1.1/9的表达量明显低于‘小偃54’,但其TaPHT1.10的表达与‘小偃54’无显著差异,表明不同磷效率基因型小麦幼苗缺磷诱导表达的磷吸收转运子可能存在差异。除此以外,缺磷胁迫显著增加了‘中国春’根系DCB-Fe含量,但对‘小偃54’无明显影响。  【结论】  磷高效基因型小麦幼苗(‘小偃54’)比磷低效型(‘中国春’)具有更大的根冠比和更强的磷吸收能力。‘小偃54’根系中的磷转运子基因TaPHT1.1/9的表达也明显高于‘中国春’。然而,缺磷明显促进了磷低效基因型小麦根表铁的富集。今后将进一步研究小麦根表铁的富集对小麦幼苗磷高效吸收和利用的影响。     

大豆响应低磷胁迫的XTH基因鉴定及XTH38调节根系生长研究

  【目的】  鉴定大豆木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶 (xyloglucan endotransglycosylases/hydrolases, XTHs) 基因家族,分析其表达模式和对低磷养分胁迫的响应,初步明确大豆XTH38调节根系生长的功能。  【方法】  供试大豆品种为粤春03-3 (YC03-3),拟南芥野生型为哥伦比亚 (Columbia-0,Col-0) 生态型。通过生物信息学方法,鉴定了大豆XTH基因家族成员,并对大豆的XTH家族成员进行进化分析。采用水培方法,设定高磷对照(HP,KH₂PO₄ 500 μmol/L)和低磷处理(LP,KH₂PO₄ 25 μmol/L)营养液培养,将大豆幼苗处理14天后,取大豆幼苗的根和叶,使用定量PCR分析幼苗中5个GmXTHs的表达;将在1/2 MS固体培养基上发芽2天的超表达GmXTH38株系和Col-0分别接种到HP、LP、低铁 (LFe,Fe 0 μmol/L)、中铁(MFe,Fe 50 μmol/L)和高铁 (HFe,Fe 500 μmol/L)固体培养基上,7天后测定GmXTH38株系的侧根长度和密度。  【结果】  通过生物信息学分析,确定了大豆XTH基因家族共有61个成员,分为3个不同亚组,其中GmXTH38与AtXTH9、AtXTH23位于同一亚组。定量PCR分析结果表明,GmXTH基因家族成员在大豆器官或组织的表达模式不同,其中GmXTH28、GmXTH38、GmXTH41和GmXTH52受LP诱导表达,特别是GmXTH38在大豆根和叶中的表达均受LP诱导。与大豆一致,LP条件下GmXTH38启动子在拟南芥幼苗根、叶的活动强于HP处理。在高磷和中铁(植物正常生长养分需求量)条件下,拟南芥异源超表达GmXTH38抑制拟南芥主根生长、侧根数目和侧根密度。在LP、LFe和HFe胁迫下,与Col-0相比,超表达GmXTH38拟南芥材料主根变短、侧根数和侧根密度减少;超表达GmXTH38导致Col-0侧根形成对LP的敏感性增加;超表达GmXTH38导致Col-0侧根密度在LFe或HFe胁迫条件下下降程度更明显,超表达GmXTH38增加拟南芥主根生长对LFe或HFe的敏感性。  【结论】  大豆基因组存在61个XTH成员,分别为GmXTH1~GmXTH61。GmXTH38在大豆根叶均受LP诱导。超表达GmXTH38 在正常养分条件下抑制拟南芥主根生长和侧根数目;超表达GmXTH38改变拟南芥根系在磷铁养分胁迫条件下的生长。     

不同铁效率玉米品种苗期适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异

  【目的】  石灰性土壤高pH和高重碳酸盐含量严重影响土壤中有效铁含量,导致作物缺铁黄化、减产,铁高效玉米品种的推广应用是实现石灰性土壤玉米高产稳产的重要途径。 本研究探讨不同铁效率玉米品种适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异,旨在为铁高效玉米品种的推广应用提供科学依据。  【方法】  试验以铁高效玉米品种正红2号 (ZH2)、正大619 (ZD619) 和铁低效玉米品种川单418 (CD418)、先玉508 (XY508) 为材料,设置极低铁处理 (Fe0,Fe浓度为0 μmol/L)、低铁处理 (Fe10,Fe浓度为10 μmol/L) 和正常供铁 (Fe100,Fe浓度为100 μmol/L) 3个处理,通过砂培试验,研究不同铁效率玉米品种适应低铁胁迫的根系形态特征、干物质重、铁积累及铁吸收利用差异。  【结果】  低铁胁迫下,玉米幼苗的根干重、单株干重、铁积累量、根系相对铁吸收效率均显著降低,而根冠比与铁素生理效率均显著升高,且随胁迫程度的增加变幅加大;总根长、根表面积、根体积和根直径则表现出明显的品种差异,与正常铁处理 (Fe100)相比,低铁处理下铁低效品种的总根长、根表面积和根体积显著降低,根直径显著增加,而铁高效品种的总根长和根表面积差异不显著,根体积显著增加,根直径在极低铁处理(Fe0)下显著降低,低铁处理 (Fe10)下差异不显著;铁高效品种总根长、根表面积、根体积、根干重、单株干物重、铁积累量和根系铁吸收效率的降幅及根冠比的增幅均明显低于铁低效品种,而铁生理效率的增幅高于铁低效品种。相关性分析结果表明,玉米幼苗铁积累量与总根长、根表面积、根体积和根干重均呈显著正相关,而与根冠比呈负相关,其中与总根长 (R2 = 0.8546) 和根表面积 (R2 = 0.8983) 相关性最强。  【结论】  与铁低效玉米品种相比,铁高效玉米品种低铁胁迫下具有较优的总根长、根表面积及较高的根系铁吸收效率与铁生理效率,促进了其对铁的高效吸收与利用,提高了其对低铁环境的适应能力。     

低磷胁迫下不同磷效率玉米某些特性的基因型差异

以2个磷高效玉米基因型6112、6060和2个磷低效玉米基因型6105、6128为材料进行试验,研究了低磷胁迫下不同磷效率玉米基因型生物学指数、根系分泌物指数、叶片活性氧清除酶活性(SOD、CAT)和叶片丙二醛LP/P的差异,其结果是:磷高效基因型的生物学指数、根系分泌物指数和叶片活性氧清除酶活性比磷低效基因型高,而叶片丙二醛LP/P比磷低效基因型低。表明磷高效基因型比磷低效基因型具有较强的低磷忍耐能力、分解吸收磷能力、活性氧清除能力和自我修复能力。     

淹水对石灰性土壤无机磷形态转化的影响

  【目的】  磷肥施入土壤后大部分转化为与铁氧化物关系密切的Fe-P和O-P,而淹水后土壤中铁的氧化还原过程可能影响与铁氧化物结合的磷的形态及有效性的变化。研究不同施磷处理下淹水土壤Fe (II) 、无机磷组分等的变化,以期明确淹水后土壤无机磷形态及磷有效性变化及其与铁氧化还原过程的关系。  【方法】  用不施磷土壤 (P0) 和连续6年施用P 180 kg/hm2的土壤 (P180) 进行室内模拟培养试验。将土壤装于西林瓶内,加水模拟淹水条件,西林瓶密封后,分别在避光或者光照条件下,于 (30 ± 1)℃恒温培养40天。测定供试土壤以及淹水培养土壤中的速效磷、无机磷以及不同形态无机磷组分含量,测定培养过程Fe (II) 的动态变化,以探讨磷形态转化与铁氧化还原过程的关系。  【结果】  施用磷肥显著增加土壤中的速效磷含量和无机磷总量,P0处理土壤速效磷含量为 (7.65 ± 1.65) mg/kg,P180处理土壤速效磷含量高达 (33.5 ± 2.01) mg/kg。施入土壤中的磷只有很小部分以Ca₂-P存在,主要以Ca₁₀-P、Ca₈-P、Al-P和Fe-P形态存在。避光淹水培养后,土壤速效磷含量增加,P0和P180处理土壤速效磷含量的增量分别为8.44、2.95 mg/kg。淹水培养降低了土壤Ca₈-P含量,提升了Fe-P、O-P、Al-P含量。光照和避光条件下P180处理土壤中Ca₈-P含量分别降低106.8、156.2 mg/kg,Fe-P含量分别增加23.4、47.0 mg/kg,O-P含量分别增加64.1、92.9 mg/kg,Al-P含量分别增加38.8、34.7 mg/kg,避光时Ca₈-P降幅以及Fe-P和O-P的增量均大于光照条件下。避光条件下,铁还原量和还原最大速率与Ca₈-P变化量之间存在显著负相关关系,与Fe-P、O-P增量之间存在显著正相关关系。  【结论】  淹水条件下,石灰性土壤中的Fe (Ⅲ) 还原形成Fe (Ⅱ) 和Fe (Ⅲ) 混合物,增加了铁氧化物的比表面积和磷吸附点,可促进Ca₈-P向O-P、Fe-P和Al-P转化。光照降低了Fe (Ⅲ) 的还原量,可能是Ca₈-P向O-P、Fe-P和Al-P转化率低的原因之一。     

不同基因型棉花根系对局部供磷的响应特征

【目的】 养分异质性存在于自然土壤或农田土壤,探讨不同基因型棉花根系对异质性养分的响应,对提高棉花磷利用效率具有重要意义。 【方法】 本试验在土培条件下,设磷均质供应和磷局部供应两种供磷方式,根箱自上而下分为三层 (上层0—20 cm、中层20—40 cm、下层40—60 cm)。磷均质供应方式下根箱每一层的磷肥用量均为P₂O₅ 100 mg/kg,磷局部供应方式下磷肥用量为P₂O₅ 300 mg/kg,全部集中施在中层 (20—40 cm),上下两层均不施磷,两种供磷方式下氮钾肥均按N 150 mg/kg和K₂O 5 mg/kg均匀加入至根箱各层 (施钾量按75 kg/hm2计算),利用根箱分层研究2种基因型棉花根系对局部供磷 (20—40 cm) 响应的差异。 【结果】 局部供磷能显著改变棉花的根系形态,磷低效基因型‘新陆早13号’和磷高效基因型‘新陆早19号’总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度分别增加了38.0%、41.9%、97.6%、27.3%、35.9%和34.5%、21.7%、39.0%、22.5%、42.8%。棉花对局部供磷的响应存在基因型差异,磷高效基因型‘新陆早19号’的总根长、根系表面积、根系总体积、比根长、中层细根长度均显著高于磷低效基因型‘新陆早13号’,分别是磷低效基因型‘新陆早13号’的1.23、1.31、1.73、1.07、1.30倍。主成分分析表明,棉花根系的可塑性主要受养分供应方式影响,而根系的基本构架主要受基因型控制。偏最小二乘回归分析表明,总根长、中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度、根系表面积和根系总体积的VIP值超过1,对地上磷吸收起着明显重要的作用,其中中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度10%的增加量可以引起地上部磷吸收2.33%的增加,即中层 (20—40 cm) 细根 (0—0.4 mm) 长度对植株磷吸收的贡献最大。 【结论】 在局部供磷区,磷高效基因型棉花具有更高的环境适应能力。对于高效和低效基因型,都应采取局部供磷的方式,优化根系分布和生长,提高棉花获取异质性磷养分的能力,以发挥棉花的最大生物学潜力,提高养分利用率,减少肥料用量,保护生态环境。      

潮土累积磷的供磷能力及其有效磷消耗特征

  【目的】  长期过量施肥极大地提升了土壤中磷的累积量。研究土壤累积磷的有效性及其消耗特征,可为发掘土壤中的磷资源,保持土壤磷肥力的可持续性提供理论基础。  【方法】  依托“国家潮土肥力与肥料效益长期监测站”26年的长期定位试验,从中选取5个磷地力水平地块,其土壤基础Olsen-P含量分别为1.2、14.3、27.6、55.4、72.3 mg/kg,依次记为L1、L2、L3、L4、L5,设置微区试验。从2016年6月开始,只施用氮、钾肥,不施磷肥,连续进行了3年6季玉米小麦轮作种植。调查6季作物产量、土壤供磷能力,分析Olsen-P的消耗量及变化规律。  【结果】  潮土磷地力水平从L1提高到L2和L3时玉米和小麦产量快速增加,超过相应磷地力水平后,继续提升磷地力水平对增产贡献不大,L1、L2、L4、L5地块6季总产量分别是L3地块的37.4%、82.8%、104.7%和102.3%。相比玉米,小麦对土壤磷的需求更高。保障小麦-玉米高产所需的年供磷 (P) 量为203.2 kg/hm2;供磷能力低的L1、L2、L3地块总供磷量分别是高产所需供磷量的19.2%、65.4%和94.9%。基础磷地力超过L3地块水平,基本可保障小麦-玉米连续6季获得较高产量的供磷能力。每生产100 kg小麦籽粒和玉米籽粒作物吸磷 (P) 量分别为0.48和0.34 kg。在小麦玉米轮作体系下,Olsen-P的季消耗速率与土壤Olsen-P含量呈极显著线性关系 (y = 0.1219x?0.1557,R2 = 0.9894**),L5、L4、L3、L2磷地力水平地块每季Olsen-P的消耗量分别为8.37、7.06、3.03、1.59 mg/kg,消耗速率符合指数下降模型Y = 69.642e–0.169x,每季消耗基础Olsen-P的15.5%。  【结论】  长期大量施用磷肥可以快速提升潮土有效磷含量至很高水平,但是土壤的磷地力产量达到一定水平后,作物产量不再提高。停止施磷肥后,土壤的有效磷水平呈指数下降,下降至农学阈值仅需约9.1季。停施磷肥后,土壤的供磷能力下降也很快,小麦产量在第二年 (第三季) 即显著降低。因此,持续合理的磷肥施用量是维持潮土适宜的磷地力水平,提高磷肥利用率的有效手段。     

关中平原夏玉米临界磷浓度稀释曲线构建与磷营养诊断

  【目的】  通过分析不同施磷水平下夏玉米地上部生物量与其植株磷浓度的变化关系,构建临界磷浓度稀释曲线模型,为夏玉米磷素优化管理及磷营养诊断提供理论基础。  【方法】  2019—2020年在陕西关中平原,以两个玉米品种郑单958和豫玉22为试验材料进行田间定位试验。共设4个施磷量处理 (P₂O₅):0、60、120、180 kg/hm2。在夏玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期进行地上部取样,分析夏玉米地上部干物质量、全磷含量以及产量。利用2019年试验数据构建夏玉米临界磷浓度稀释曲线模型和磷素营养指数,利用2020年数据对模型进行验证。  【结果】  增施磷肥能显著提高夏玉米产量、地上部生物量和植株磷浓度,两个品种之间没有显著差异。随施磷水平的提高,夏玉米产量表现为先增加后减少,P120处理可获得最高产量,产量效应方程显示两年两个品种夏玉米平均理论最高产量对应的施磷量为110.2 kg/hm2。由产量构成要素看出,施磷对穗数没有显著影响,但能显著提高穗粒数和百粒重,且施磷对玉米穗粒数的影响大于对百粒重的影响。地上部生物量表现为P0c) 变化曲线:P_c = 8.11DM?0.22 (R2 = 0.886)。模型拟合的植株磷浓度和2020年玉米实际磷浓度线性相关,稀释曲线模型的RMSE和n-RMSE分别为1.146和18.23%,说明模型具有较好的稳定性。基于临界磷浓度稀释曲线计算磷营养指数 (PNI),各生育时期PNI值随磷肥用量增加而增大,随生育进程推进呈现先升高后降低趋势。PNI与相对吸磷量 (RP_upt)、相对地上部生物量 (RDW) 和相对产量 (RY) 均呈极显著相关。  【结论】  本研究建立的夏玉米临界磷浓度稀释曲线和磷营养指数 (PNI)模型能够很好地预测植株不同生育时期的磷素盈亏状况,对指导夏玉米生长季磷素营养诊断及最佳磷肥施用量具有可行性。     

施磷水平对玉米大豆间作系统氮素吸收与分配的影响

  【目的】  研究施磷对玉米大豆间作系统氮素吸收、分配和间作优势的影响,为优化玉米与大豆间作系统氮、磷养分管理提供参考。  【方法】  两年盆栽试验设置3种种植方式:玉米单作、大豆单作、玉米与大豆间作;4个P₂O₅施用水平:0、50、100、150 mg/kg,分别以P0、P50、P100和P150表示。在玉米小喇叭口期、大喇叭口期、孕穗期、成熟期及大豆分枝期、开花期、结荚期、成熟期进行采样,分析玉米、大豆各器官氮素吸收、分配以及氮吸收间作优势对施磷的响应。  【结果】  与单作相比,在P0、P50、P100和P150水平下,2019年间作玉米和大豆籽粒生物量分别显著提高了38.2%～111.8%和22.2%～31.4%,2020年分别显著提高了38.2%～121.1%和13.0%～31.1%。在4个磷水平下,玉米大豆间作土地当量比 (LER) 为1.31～1.72。与P100水平下单作处理相比,在磷肥减施1/2 (P50水平) 条件下,玉米大豆间作并未降低玉米和大豆的籽粒生物量。间作种植提高了玉米与大豆叶、茎、根与籽粒等各器官氮素吸收量,显著提高了间作体系氮素吸收量,并促进了氮素向玉米籽粒的分配,却降低了氮素向大豆籽粒的分配。与P0水平相比,施磷进一步提高了间作体系玉米与大豆各器官的氮素吸收量,提高了间作体系氮吸收量与氮吸收间作优势,并促进了氮素向玉米籽粒的分配。与P100水平的单作相比,间作P50水平不会降低玉米与大豆植株的氮素吸收量与利用率。  【结论】  玉米与大豆间作具有明显的产量优势,土地当量比介于1.31～1.72之间。施磷可显著提高间作玉米和大豆的氮吸收量,并促进氮素向玉米籽粒的分配,具有明显的氮吸收间作优势。施磷水平调节玉米和大豆对养分的竞争能力,适宜的磷肥水平可缓解二者之间对氮素营养的竞争,获得更高的氮肥利用率。     

低磷胁迫对不同磷效率基因型烟草苗期生长及生理特征的影响

为揭示不同磷效率烟草对低磷胁迫的响应机理,以磷高效且耐低磷基因型K326和云烟105及磷低效且低磷敏感基因型G28和中烟101为试验材料,设置低磷(0.01 mmol·L^-1,LP)和正常磷(1.00 mmol·L^-1,NP)2个处理,研究不同磷效率基因型烟草苗期主要农艺性状及生理指标对低磷处理的反应。结果表明,磷高效基因型的农艺指标(株高、地上部干重、根系干重等)在2种处理中均显著高于磷低效基因型,表明磷高效基因型在LP和NP水平下均能较好生长,对磷素具有较高的吸收或利用效率;在LP下,磷高效基因型的主根长增幅较大,干重、株高等降幅较小,即磷高效品种的生长受低磷影响较小,耐低磷性较强。在生理指标方面,LP条件下磷高效基因型的3种保护酶[过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)]和酸性磷酸酶(ACP)活性及可溶性糖和游离脯氨酸含量的增幅较磷低效基因型大,丙二醛(MDA)含量的增幅较小,可溶性蛋白含量、根系活力的降幅较小,水培营养液的pH值降幅较大;磷高效基因型的农艺性状及生理指标的耐低磷指数均高于磷低效基因型。综上,在低磷胁迫中,磷高效基因型烟草具有较强的活性氧清除能力,可累积较多渗透调节物质以维持细胞渗透势,较好地保护细胞,增强体内ACP活性,提高对磷素的吸收利用效率,维持自身的正常生长与代谢。本研究结果为烟草磷素高效吸收利用提供了一定的理论依据。     

温室番茄对增施不同浓度CO2的光合响应

【目的】 日光温室冬春季栽培中CO₂严重匮乏,探明增施不同浓度CO₂对温室番茄光合特性的影响,明确北方地区日光温室番茄各生育期适宜生长的CO₂浓度,可为其生产实践提供理论依据。 【方法】 用塑料膜将试验温室隔出四个52m2独立面积的隔间,于定植一周后到试验结束 (2016年11月—2017年4月) 采用CO₂自动释放控制系统,通过调整CO₂钢瓶上的流量计控制气体流速和循流风机将CO₂均匀施入试验区,增施时间为晴天9:00—11:00,14:00—16:00。设增施3个CO₂浓度水平:(600 ± 20)、(800 ± 25)、(1000 ± 30) μmol/mol,以大气CO₂浓度 (400 ± 15) μmol/mol为对照,‘兴海12号’番茄为试验材料,在温室内进行小区试验。分别于番茄苗期、开花期、幼果期及成熟期,选取生长势一致的植株生长点以下第3或4片功能叶片,采用80%丙酮浸提法测定其光合色素含量,采用美国LI-COR公司的LI-6400便携式光合仪测定其光合特性参数,计算光合色素含量、光合作用、光响应曲线特征参数以及番茄产量对不同CO₂浓度变化的响应。 【结果】 增施CO₂显著增加了番茄各生育期光合色素含量,增幅在开花期和幼果期较大。叶绿素a和叶绿素b含量均以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol处理的增幅最大;类胡萝卜素含量在开花期以CO₂ (800 ± 25) μmol/mol处理增幅最大,其他生育期均以 (1000 ± 30) μmol/mol浓度的增幅最大。番茄叶片净光合速率、胞间CO₂浓度及水分利用效率于各生育时期均显著增加,以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol的增幅最大,(800 ± 25) μmol/mol次之;气孔导度与蒸腾速率则随着增施的CO₂浓度的升高而显著降低。增施CO₂能不同程度提高番茄各生育期叶片光饱和点、最大净光合速率及表观量子效率,降低番茄叶片光补偿点,且均以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol效果最佳,(800 ± 25) μmol/mol效果次之。 【结论】 供试条件下,增施CO₂后显著增加了番茄在开花结果期的光合能力,提高了番茄叶片光合色素含量、净光合速率,提高胞间CO₂利用能力和水分利用效率,降低了非气孔限制及其光补偿点,有利于番茄产量的提高;在试验以增施CO₂ 800～1000 μmol/mol的效果较为适宜。      

持绿和早衰花生品种根系形态、叶片生理及产量对叶面喷施磷肥的响应

  【目的】  叶面喷施磷肥是土壤施磷的重要补充，作物品种、喷施浓度等因素都会影响磷的喷施效果。比较不同花生品种喷施磷肥后根系形态、叶片酶活性、养分吸收特性及产量的差异，可加深对品种特性与叶面喷磷效果关系的理解。  【方法】  在温室大棚内进行沙培盆栽试验，采用两因素试验设计，以持绿型品种花育39和早衰型品种花育20为材料，设置P₂O₅ 0 (对照)、0.1% (P_0.1) 和0.2% (P_0.2) 3个叶面喷磷水平，以磷酸二氢钾作为叶面磷源，于初花后第5和15天各喷施1次。结荚初期 (播种后70天) 和成熟期 (播种后110天) 分别取新鲜叶片 (主茎倒三叶) 测定丙二醛 (MDA) 含量及抗氧化酶活性，取根系鲜样测定根系形态指标，将整株花生分为营养体 (根、茎和叶)、果针和荚果三部分烘干后测定干物质重及氮、磷含量。  【结果】  结荚初期，与对照相比，P_0.1处理显著提高了两品种根长、根体积、根表面积，提高叶片超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD) 及过氧化氢酶 (CAT) 活性，降低了MDA含量；P_0.2处理植株各指标增幅小于P_0.1处理，多数与对照差异不显著。成熟期，持绿型品种两喷磷处理 (P_0.1和P_0.2) 各指标增幅较小，多数与对照差异不显著；叶面喷磷降低了早衰型品种根系长度、表面积和体积，增加了叶片膜脂过氧化程度，加速了植株衰老，其中P_0.2对根系和叶片的负面影响大于P_0.1处理。喷施叶面磷肥提高了两品种不同器官及整株的氮、磷积累量，持绿型品种P_0.2处理荚果中元素积累量高于P_0.1处理，而早衰型品种则表现出相反趋势。叶面喷磷提高了两品种各器官干重及荚果产量，其中持绿型品种P_0.2处理整株干重低于P_0.1处理，荚果产量高于P_0.1处理，虽然早衰型品种P_0.2处理的营养体干重高于P_0.1处理，但其果针干重和荚果产量均低于P_0.1处理。  【结论】  叶面喷磷对两个品种结荚初期根系发育及叶片生理活性均有促进作用，0.1% P₂O₅的效果好于0.2% P₂O₅。成熟期，持绿型品种根系和叶片对叶面磷肥的反应不敏感，但与P_0.1相比，P_0.2处理荚果中氮、磷元素累积量及荚果产量增幅更大，因此，该品种适宜的叶面喷施磷肥浓度为0.2% P₂O₅。喷施0.2% P₂O₅磷肥显著降低了早衰型品种成熟期根系形态指标和叶片生理活性，一定程度上抵消了叶面喷施磷肥对该品种结荚初期的积极作用，导致P_0.2处理植株氮、磷积累量及荚果产量的增幅小于P_0.1处理。因此，早衰型品种更适合的浓度为0.1% P₂O₅。     

大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响

  【目的】  大气二氧化碳 (CO₂) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO₂浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO₂浓度 (CK)、常规大气CO₂浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO₂ (F)、高浓度CO₂ + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO₂分别为400和550 μmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO₂浓度下施生物炭 (B) 及单增CO₂浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO₂浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO₂浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。     

施磷量对不同磷效率小麦氮、磷、钾积累与分配的影响

在土培盆栽条件下,以磷高效小麦(CD1158-7、省A3宜03-4)和磷低效小麦(渝02321)为材料,研究了不施磷、施磷(P)10、20和30mg/kg对小麦不同生育时期生物量、籽粒产量及氮、磷、钾的积累与分配的影响。结果表明:(1)随施磷量的减少,不同磷效率品种小麦籽粒产量和生物量均减少;同一施磷处理,磷高效品种籽粒产量和生物产量高于磷低效基因型。不施磷、施磷10mg/kg,高效品种CD1158-7、省A3宜03-4的籽粒产量为低效品种渝02321 的1.84 倍和1.74倍、1.64倍和1.27倍。(2)低磷处理,磷高效品种小麦植株能够积累较多的氮素;扬花期之前,磷高效品种氮素积累量占小麦全生育期积累量的比例高于低效品种。拔节期、孕穗期氮素分配比例为叶>茎>根,扬花期为叶>茎>穗>根,而成熟期为籽粒、颖壳>茎>叶>根。拔节期和孕穗期磷高效品种根的氮素分配比例高于低效品种,而扬花期和成熟期磷高效品种穗(籽粒)氮素分配比例较高。(3)小麦植株磷素积累量主要集中在拔节期以后的生育时期,占全生育期的82.32%~94.23%。低磷处理,高效品种在拔节期和孕穗期磷素积累量高于低效品种,孕穗期尤为突出。扬花期之前,不施磷处理下,磷高效品种根的磷素分配比例较高。(4)不同施磷处理下,拔节期、孕穗期及扬花期,磷高效品种小麦的钾积累量高于低效品种。不同器官钾素分配比例拔节期和孕穗期均为叶>茎>根,扬花期为茎>叶>穗>根,成熟期为茎>叶>籽粒、颖壳>根。磷高效品种在颖壳和籽粒的钾素分配比例高于低效品种。     

膜下滴灌花生适宜追肥时期和次数研究

[目的]为建立节水省肥高效花生栽培技术体系,本文研究了膜下滴灌追肥时期和次数对花生生长发育和产量的影响,明确膜下滴灌条件下花生高产栽培适宜的追肥时期和次数,探究出适用于花生生产的高效水肥一体化管理方式。[方法]于2017年在青岛农业大学胶州现代科技示范园,以花生品种青花7号为试材,进行了一垄双行膜下滴灌施肥田间试验。以不灌水不追肥为对照(CK),在花生生育期间施肥总量相同的前提下,设置7种追肥方式,分别为:花针期追施1次肥(N),结荚期追施1次肥(P),饱果期追施1次肥(F),花针期和结荚期分别追施1次肥(NP),花针期和饱果期分别追施1次肥(NF),结荚期和饱果期分别追施1次肥(PF),花针期、结荚期和饱果期分别追施1次肥(NPF),共8个处理。分别于花针期施肥前1天和施肥后12天、结荚期施肥前1天和施肥后12天、饱果期施肥前1天和施肥后12天、收获期取样,调查入土果针数和未入土果针数、单株荚果数。在收获期测定荚果产量、百果重、百仁重、荚果数、籽仁重、出仁率。[结果]就追肥时期而言,追肥效果为花针期>结荚期>饱果期;就追肥次数而言,2~3次追肥效果优于1次追肥。花生生育期间只追肥1次的情况下,以花针期追肥增产幅度最高,结荚期追肥次之,饱果期追肥最低,分别较对照增产18%、15%和8%;花生生育期间追肥2次,则以花针期和结荚期追肥增产幅度最高,花针期和饱果期追肥次之,结荚期和饱果期追肥最低,分别较对照增产38%、24%和20%;花生生育期间追肥3次(花针期、结荚期和饱果期),较对照增产27%。各处理比对照花生百果重分别增加5%、6%、7%、15%、11%、11%、15%;百仁重分别增加1%、3%、2%、5%、5%、6%和7%;荚果数分别提高23%、21%、17%、51%、30%、36%和49%;籽仁重分别提高14%、21%、18%、43%、23%、27%和30%;出仁率分别提高5%、2%、2%、5%、3%、3%和5%。[结论]在本试验条件下,追肥时期越早、前期追肥量越大越有利于促进花生果针的形成、入土和结果。综合考虑滴灌追肥成本及效益,花生生育期内追肥2次,即在花针期和结荚期追肥对花生生长和产量表现最优,可作为花生水肥一体高效施肥管理措施。     

氮肥对大豆结瘤固氮、籽粒产量和蛋白质含量的影响

  【目的】  合理施用氮肥不仅可提高大豆结瘤固氮能力,还可减少农业污染,实现大豆生产的高产优质高效。研究施氮时期和施氮量对大豆结瘤固氮、产量及蛋白质含量的影响,为大豆高产优质提供理论基础及科学依据。  【方法】  采用盆栽试验,供试大豆品种为‘东生35’,试验设2个氮肥施用时期(V2期和R1期)和3个氮肥施用量[N 0、5、100 mg/(kg, 土)],表示为N0、N5和N100。在大豆R2期(盛花期)和R5期(鼓粒期)取样分析了地上部干物质积累量、根瘤数量、根瘤干重和固氮酶活性。在R8期(成熟期)调查了大豆籽粒产量和蛋白质含量。  【结果】  施氮时期和施氮量对大豆地上干物质积累、结瘤和固氮能力均有显著影响。不论是V2期还是R1期施氮,大豆地上部干物质积累量均随着施氮量的增加而增加,而根瘤干重、数量则呈降低的趋势。R1期施氮条件下,N100处理的大豆盛花期根瘤数量和根瘤干重比N0分别下降了42.3%和32.8%,而固氮酶活性则均以N5处理最高;V2期施氮条件下,N5处理的大豆固氮酶活性在R2期和R5期较N0处理分别增加15.3%和27.1%。大豆籽粒产量和蛋白质含量均以N5处理最高,籽粒蛋白质含量较N0处理增加了6.3%～9.4%。结构方程结果表明,施氮量正向调控固氮酶活性,间接影响大豆产量;负向调控根瘤数量,间接影响大豆籽粒蛋白质含量。施氮时期直接负向调控大豆籽粒产量,正向调控籽粒蛋白质含量。  【结论】  合理施氮有利于大豆高产优质,早期(V2期)施用氮肥有利于大豆产量提升,而推迟到始花期(R1期)施用氮肥更有利于大豆固氮和籽粒蛋白质含量的增加。盆栽条件下,施氮量对大豆产量和蛋白质含量的影响大于施肥时期,施氮量均以控制在N 5 mg/(kg, 土)为宜。     

喷施矮壮素和多效唑对紫云英生长发育及结实性状的影响

  【目的】  研究不同时期喷施矮壮素和多效唑对紫云英生长发育及结实的影响，明确有利于增产的最佳喷施时期，为提高紫云英种子产量提供有效的化控途径。  【方法】  选取紫云英品种‘信紫1号’为供试材料，分别于越冬后期、返青期、现蕾期、初花期和始花后5天在叶面喷施矮壮素或多效唑 (浓度均为400 mg/kg)，以叶面喷施清水为对照。于盛花期，调查株高、茎粗、分枝数、SPAD值、单株重等生长指标，成熟期按常规考种法考察记载花数、荚数、籽粒数、结荚率和荚果结实率等结实性指标。  【结果】  现蕾期叶面喷施矮壮素和多效唑均可有效抑制植株株高，提高分枝数、SPAD值和单株重，多效唑喷施效果好于矮壮素。与喷清水对照相比，现蕾期喷施矮壮素的紫云英花数、荚数、籽粒数、结荚率和荚果结实率分别显著提高了16.32%、21.45%、15.94%、2.38个百分点和0.94个百分点，而其在越冬后期和返青期喷施却显著降低各指标；现蕾期喷施多效唑的紫云英花数、荚数、籽粒数、结荚率和荚果结实率分别显著提高了31.69%、43.41%、29.49%、4.76个百分点和2.14个百分点，在越冬后期喷施显著降低花数和荚果结实率。矮壮素和多效唑均在现蕾期喷施的种子产量最高，两者较对照分别增产15.95%和29.88%。  【结论】  在紫云英现蕾期，叶面喷施植物延缓剂多效唑和矮壮素，均可显著促进花期花荚发育，减少花荚脱落，促进花荚结实成粒，最终获得较高的种子产量，多效唑效果好于矮壮素。