玉米耐低磷基因型的筛选

试验以生物量、磷积累量、根冠比以及磷的利用效率为指标,采用液体培养试验,研究了36个玉米自交系苗期对低磷胁迫的反应。结果表明,不同自交系对低磷胁迫的反应不同,对磷的吸收和利用能力存在差异,大部分自交系属磷低效不敏感材料;初步筛选出3个典型的玉米磷高效基因型材料478、太系113和丹340,2个玉米磷低效基因型材料P138和F349。     

低磷胁迫下谷子的磷吸收利用效率

探索不同品种谷子对磷吸收利用情况,以筛选耐低磷或具有磷高效利用潜力的谷子品种。采集18个品种谷子,通过盆栽试验方法,研究低磷胁迫下不同品种谷子在营养生长期的生物量、磷吸收转运及利用效率等差异,并利用聚类分析方法对供试谷子品种进行分类。结果表明,在营养生长期,不同谷子品种对低磷胁迫的应对机制和能力存在差异,4,6,11,15,18号根系较其他品种发达;1,4,6,7,15,18号地上部干物质量较其他品种高;6,15,18号磷吸收效率较其他品种高;1,2,8,15,18号磷转运率较其他品种高;4,5,10,17号磷利用效率较其他品种高,各品种因其自身应对低磷胁迫机制不同,导致谷子生物量不同。综合植株地上部干物质量、磷转运率、磷吸收效率、磷利用效率4个指标,对供试谷子品种进行聚类分析,当阈值为30时,供试18个品种谷子可分为7类,其中,1,7,18号为综合磷高效型谷子品种;4号为磷利用效率高效型谷子品种;6,15号为磷吸收效率和磷转运率高效型谷子品种;而2,9号为低磷敏感型品种。试验筛选出的磷高效谷子品种为冀谷20、鲁谷6号、济谷13号。     

玉米自交系耐低磷材料苗期筛选研究

以20个玉米自交系为材料,设置3个磷处理水平,对玉米苗期的生物学和营养学性状进行了比较研究。结果表明,低磷胁迫对玉米幼苗各生物学性状均有不利影响,其中对干重、缺素症状的影响较大。不同玉米自交系对低磷胁迫的生物学反应特征不同,对低磷的耐性存在明显的基因型差异。干重和缺素症状的耐低磷指数加权平均值能较好地反映玉米自交系对低磷的忍耐程度。在严重缺磷土壤中进行苗期筛选时,以每千克土施磷(P)0.10 g与0.25 g分别作为缺磷处理和正常磷处理较为合适。相关分析表明,玉米自交系的耐低磷程度与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率相关不显著。不同玉米自交系耐低磷的内在机制不同,99239属于高效吸收型,99180属于高效吸收利用型。     

黄瓜磷效率评价及其基因型差异

在水培条件下,评价了来源不同的18个黄瓜基因型的磷效率,并初步分析了导致黄瓜磷效率基因型差异的生理机理。结果表明,两周的低磷胁迫严重抑制了黄瓜地上部生长,但刺激了根系的生长,主要表现在叶片数、叶面积、株高和茎粗降低,根冠比、比根长、总根长和总根表面积增加,根变细、根平均直径降低等。与高磷处理下供试黄瓜相比,低磷处理导致植株的总磷吸收量都不及高磷处理下的一半,下降了62.66%~93.96%,但磷利用效率提高了2~7倍。大部分根系形态指标(包括主根长、总根长、根表面积等)与黄瓜磷吸收效率显著相关。黄瓜的磷效率与其磷吸收效率极显著正相关,而与其利用效率相关性不大。磷胁迫改变了黄瓜地上部和地下部形态构型、显著降低了黄瓜植株总磷效率和磷吸收效率,磷利用效率则显著提高,基因型间差异显著。黄瓜的总磷效率主要由磷吸收效率决定。供试黄瓜中,基因型3、10、13和17为磷低效低敏感型,而基因型1、14、15和18为磷高效高敏感型,可用于培育磷高效黄瓜品种。     

水稻磷高效品种资源筛选的初步研究

采用低、中、高3种施磷水平(公顷施磷(P2O5)量分别为0 kg、75 kg、150 kg),对20个水稻品种(系)的磷利用效率进行了初步研究,结果表明:参试品种可划分为磷高效、磷低效、磷敏感等4种类型,其中吉粳88、吉03-2355、吉粳78为磷高效品种;沈农6014、吉06-44、吉03-55为磷低效品种;吉03-2843、吉06-43等为磷敏感型品种;其余品种为中间型。磷高效品种在3种供磷条件下籽粒产量和生物学产量(干物质)均较高,而且在高磷条件下尤为明显;磷低效品种与此相反;磷敏感品种在低磷条件下籽粒产量和生物学产量明显低下,但在中磷时大幅度提高。适当增施磷肥可有效提高产量、干物质生产及单位面积有效穗数,并能明显降低空秕粒率。     

不同磷效率玉米自交系干物质积累与分配的影响

采用小区试验,在施磷和不施磷条件下,研究了不同磷效率玉米自交系干物质积累的动态变化.结果表明:在苗期干物质积累过程中呈现出物质由老叶转移至新叶的趋势.其中,磷的中效基因型表现为较强的递减趋势,而低效基因型表现为较弱的递减趋势.在不施磷处理条件下,中效基因型的干物质积累量大于低效基因型.     

柱花草适应酸性缺磷土壤的基因型差异及可能的生理机制

通过田间和水培试验,探讨了柱花草适应酸性缺磷土壤的基因型差异及其可能的生理机制. 田间试验表明,12个供试柱花草对酸性缺磷土壤的适应性具有显著的基因型差异,并且这种差异主要来自于磷效率的高低. 其中头状柱花草(Capitata)、马弓形柱花草(Fine stem)、Mineirao柱花草(Mineirao)和CIAT1517柱花草(CIAT1517)属于磷低效不敏感型;热研2号柱花草(Reyan2)、热研5号柱花草(Reyan5)、GC1581柱花草(GC1581)和TPRC2001-1柱花草(TPRC2001-1)属于磷高效敏感型;西卡柱花草(Seca)属于磷高效不敏感型,有钩柱花草(Verano)、灌木柱花草(Seabrana)和TPRC2001-2柱花草(TPRC2001-2)表现不稳定. 在田间试验结果的基础上,挑选出适应性差异较大的TPRC2001-1、Fine stem和Verano进行水培试验,结果发现,在水培条件下,柱花草的磷效率和磷吸收效率具有明显的基因型差异,而磷利用效率基因型间差异不显著. 此外,虽然低磷胁迫能显著提高供试柱花草叶部和根部酸性磷酸酶的活性,但其基因型差异不显著. 表明柱花草对酸性缺磷土壤的适应性具有显著的基因型差异,并且这种差异主要来自磷吸收效率,而与酸性磷酸酶活性等磷利用效率指标没有直接的相关关系.     

不同磷效率小麦对磷的吸收及根际土壤磷组分特征差异

【目的】研究不同磷效率小麦根际土壤磷组分特征及磷高效小麦对土壤中不同形态磷素的活化利用特征,以探明磷高效小麦高效吸收利用磷素机理。【方法】在土培盆栽条件下,以小麦磷高效品种CD1158-7、省A3宜03-4和低效品种渝02321为材料,研究每kg土中施磷0、10、20和30 mg（表示为0、10、20、30 mg•kg-1）条件下其生物量、磷素积累量、根际与非根际土壤水溶性磷、无机磷组分、有机磷组分的浓度差异。【结果】不同磷效率小麦生物量、磷素积累量随着施磷量增加均有不同程度的增加,且高效品种显著高于低效品种。不同施磷处理,根际土壤水溶性磷浓度均低于非根际土壤。在低磷处理（不施磷、施磷10、20 mg•kg-1）条件下,高效品种根际土壤水溶性磷出现了亏缺,而施磷量较高（施磷30 mg•kg-1）时,其根际土壤水溶性磷则出现了富集。根际与非根际土壤无机磷组分浓度为Ca10-P＞O-P、Fe-P＞Al-P＞Ca8-P＞Ca2-P,且Ca10-P浓度占无机磷总量的50%以上。不施磷、施磷10 mg•kg-1,高效品种根际土壤中Ca2-P浓度是低效品种的1.22和1.23倍、1.31和1.59倍。低效品种根际土壤Al-P浓度在不施磷处理下是高效品种1.13和1.23倍。施磷量减少,不同磷效率小麦根际土壤均表现出O-P、Fe-P的减少。根际与非根际土壤4种有机磷组分中,以中活性有机磷浓度最高,其次为中稳性有机磷和高稳性有机磷,而活性有机磷的浓度最低。不施磷和施磷10 mg•kg-1处理,低效品种渝02321根际土壤活性有机磷浓度是高效品种CD1158-7和省A3宜03-4的2.00与1.76倍、1.68与1.63倍。【结论】磷高效小麦具有较强的磷素积累、物质生产和水溶性磷吸收能力。低磷胁迫下,磷高效品种活化吸收Al-P、Ca-P、活性有机磷能力强于低效品种。     

耐低磷新疆春玉米基因型筛选及其磷效率

【目的】筛选耐低磷及磷高效玉米品种是充分利用土壤磷素和减施磷肥的有效途径,挖掘玉米利用土壤磷素的生物学潜力,为培育磷高效利用玉米品种提供理论依据。【方法】采用盆栽试验,在低磷(P₂O₅:20 mg/kg)和正常磷(P₂O₅:100 mg/kg)条件下,以8个新疆自育的春玉米品种和1个对照品种(郑单958)为供试材料。【结果】筛选耐低磷基因型,划分不同磷效率类型,鉴定出对磷高效的玉米品种。施用磷肥对玉米生长有明显的影响,玉米地上部干物质重、单株产量及植株氮磷累积量在各品种之间差异显著。鉴定出4个耐低磷品种,分别为新玉29号、新玉47号、新玉54号 和新玉69号。依据磷效率综合值对玉米基因型磷效率类型进行了划分。【结论】新玉47号、新玉54号和新玉69号为耐低磷且低磷高效品种,郑单958为不耐低磷且正常磷高效品种,新玉110号为不耐低磷且磷低效品种,新玉24号、新玉29号、新玉80和新玉102号为磷低效品种。     

冬小麦品种的磷营养效率鉴定

为获得磷高效育种及相关理论研究所需的材料 ,在大田条件下对 2 16份冬小麦种质的磷营养效率进行鉴定。磷营养效率用磷效率 (低磷产量 )和对低磷的敏感度 [(高磷产量 -低磷产量 )× 10 0 /高磷产量 ]来描述。 2 0 0 0—2 0 0 1年将 2 16个冬小麦品种分别种在低磷 (Olsen P为 2 .4mg·kg-1,不施磷 )和高磷 (Olsen P为 17.4mg·kg-1,施纯磷 6 0kg·hm-2 )土壤上 ,根据各品种的磷效率选出 37个典型品种 ,但对低磷敏感度的品种间差异没有表现出来。2 0 0 1— 2 0 0 2年在低磷 (Olsen P为 6 .6mg·kg-1,不施磷 )和高磷 (Olsen P为 17.4mg·kg-1,施纯磷 6 0kg·hm-2 )土壤上对上述 37个品种进行磷营养效率再鉴定 ,根据磷效率和对低磷的敏感度划分为高效不敏感、高效敏感、低效不敏感、低效敏感 4种磷营养效率类型。磷效率年度间稳定性的研究表明磷效率表现稳定的品种仅占 37.8% ,因此为增加鉴定的准确性应该进行多年的连续鉴定并利用次级性状作为辅助筛选指标。     

不同磷效率玉米基因型相对生物学指标和相对生理特性的差异

在两个供磷水平下,以2个磷高效玉米基因型*082和178和2个磷低效玉米基因型掖107和7922为材料进行试验,研究了不同磷效率玉米基因型在低高磷之间的相对生物学指数、相对根系分泌物指数、叶片的两种活性氧清除酶——相对超氧化物歧化酶活性(SOD)和相对过氧化氢酶活性(CAT)以及相对丙二醛(MDA)含量的差异,其结果表明:磷高效基因型的相对生物学指数、相对根系分泌物指数和叶片的相对活性氧清除酶活性均比磷低效基因型高,而相对丙二醛含量比磷低效基因型低。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。     

磷胁迫下不同基因型大豆苗期根系形态及生物量差异的研究

在磷胁迫[0mmol/L(P),砂培]条件下,对不同基因型大豆苗期在根系形态、生物量等方面的差异进行了研究,结果表明:磷高效基因型在两叶期并未发挥出其基因型潜力的优势;四叶期,磷高效基因型的侧根数、侧根长、根系吸收面积、茎叶干重等性状的受抑制程度均显著低于磷中、低效基因型,而地下干重、根冠比却受到了较中、低效基因型更强的诱导作用。综合评价表明,磷高效基因型的综合值(评价磷效率特性的综合指标)显著高于磷中、低效基因型,显示出了较强的抗磷胁迫能力,但磷高效基因型并非所有性状都表现突出;四叶期可作为大豆耐低磷胁迫的筛选期,根表面积和活跃吸收面积可作为衡量磷效率特性的特异性指标。     

筛选磷高效小麦种质的磷源液相控制释放系统建立的原理和方法

 针对土壤溶液中磷素营养的特点，以小麦磷效率不同的典型基因型洛夫林10号和中国春等为材料，以Ca#-3（PO#-4）#-2为磷源，运用溶度积原理，首次建立了磷源液相控制释放系统这一磷营养缓冲液，用于对小麦不同磷效率基因型进行快速鉴定与筛选。结果表明，以Ca#-3（PO#-4）#-2为唯一磷源，外加0.75mmol/Lca#+[2+],在40d内就可实现对小麦不同基因型的筛选。从而否定了美国的Gerloff等的液培方法不能对植物磷效率基因型进行筛选与鉴定的结论。     

耐低磷水稻基因型筛选评价指标

以14个不同基因型水稻为供试材料，对低磷和正常供磷两个处理下水稻分蘖期相对生物性状、相对磷吸收和利用效率以及成熟期相对产量进行研究。结果表明，相对地上部干质量可以作为分蘖期筛选水稻耐低磷能力的首选形态指标，其次是相对干物质量。筛选耐低磷水稻基因型时，在早期筛选的基础上，还要考虑成熟期的籽粒产量。     

不同结球甘蓝自交系氮效率的分析

试验研究了在3个氮处理水平上对12个结球甘蓝自交系的氮效率。结果表明,不同结球甘蓝自交系的产量、氮吸收效率、氮生理利用效率、氮效率和氮响应度存在显著的差异。据氮效率分析,把供试结球甘蓝自交系划分为4个类型:92-1041,96-1047,96-1013,606-12-21属于双高效型;96-1025-1,96-1028属于低氮高效型;96-1038-8,92-1023,97-1126属于双低效型;96-1012-3-11,97-1018,PR1-3-6属于高氮高效型。     

磷转运蛋白基因TaPHT2;1在染色体上定位 及对小麦磷素吸收和利用效率的影响

【目的】以中国春遗传背景的整套B染色体双端体为材料,鉴定磷转运蛋白基因TaPHT2;1的染色体定位特征。解析不同供磷水平下,上述材料和不同磷利用效率小麦品种该基因的表达特征及其与植株干物质生产能力和磷效率特征的联系。【方法】采用溶液培养法水培中国春（CS）及该品种遗传背景的整套B染色体组双端体和不同磷效率小麦品种材料。以B染色体组供试端体为材料进行TaPHT2;1 PCR扩增,鉴定TaPHT2;1在染色体上的定位。采用半定量RT-PCR及qRT-PCR技术分析B染色体组供试端体和小麦品种TaPHT2;1的表达水平。采用常规分析技术,测定供试材料单株干重和磷吸收参数。【结果】①PCR检测发现,在CS及所有供试B染色体组双端体材料中,除缺失1B长臂的1BS外,其它所有材料均能特异扩增出目标基因TaPHT2;1,表明TaPHT2;1定位在1B长臂。②丰、缺磷条件下,TaPHT2;1在CS及除1BS外双端体根、叶中的表达均表现为叶片优势表达特征,且在叶片中表达受到低磷胁迫的诱导。TaPHT2;1在根系中的表达不受低磷逆境调控。表明TaPHT2;1在介导丰磷下磷素吸收、转运及增强低磷下植株体内磷素再度调运中可能发挥重要功能。③丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株干重和全磷含量显著降低;缺磷条件下,1BS的单株干重与CS相比也显著下降,但全磷含量增加。表明位于1B染色体长臂后的磷转运蛋白基因TaPHT2;1,对丰、缺磷条件下的植株磷素吸收、转运具有较大影响,进一步对不同供磷水平下的植株干重产生重要调控效应。④丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量显著增加,磷利用效率没有改变;缺磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量没有变化,磷利用效率显著降低。不同磷利用效率品种相比,丰磷条件下,随着品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重、全磷含量和单株磷累积量也随着增加;缺磷条件下,随着小麦品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重和磷利用效率也随之增高,但全磷含量呈下降趋势,单株磷累积量品种间差异较小。因此,TaPHT2;1的表达水平与小麦品种丰、缺磷条件下的磷素吸收、利用和干物质积累能力具有紧密联系。【结论】小麦磷转运蛋白基因TaPHT2;1位于1B染色体长臂。该基因通过其特定对外界供磷水平产生应答,在较大程度上调控植株的磷素吸收和利用能力,对不同供磷水平下的植株干重产生重要影响。TaPHT2;1在调控植株丰磷下磷素吸收和低磷下磷素利用中发挥重要作用,可作为鉴定小麦品种磷效率的评价指标。     

中国饲料磷推荐水平及磷酸盐应用现状和优化分析

【目的】磷是动物必需的矿物质元素之一,在动物生长、发育和生产中发挥着重要作用。但是,动物生产中磷利用效率通常较低,大量未被利用的磷随粪尿排出体外,使得环境中磷不断富集,引起水体富营养化等环境污染。饲料磷水平、磷酸盐的添加量与磷利用效率及粪尿磷排放量密切相关。论文旨在研究中国饲料磷水平及磷酸盐应用现状,为合理利用饲料磷资源和降低粪尿磷的环境影响提供科学依据。【方法】通过分析中国与美国常见畜禽饲养标准,比较不同饲养标准推荐的总磷和非植酸磷需要量的差异;通过对饲料企业调研和饲料样品测定,分析不同饲料中采用的磷酸盐种类、添加量和磷的含量。【结果】与中国饲养标准相比,美国的猪饲养标准未列出非植酸磷的需要量,而是以总磷及标准、表观总肠道可消化磷来表示;美国的蛋鸡、肉仔鸡和肉鸭饲养标准均未列出总磷需要量;中国的奶牛饲养标准后备期、泌乳期和干奶妊娠期牛的磷需要量分别比美国饲养标准高31%、74%和26%;中国产蛋鸡、肉仔鸡饲养后期和肉鸭的饲养标准中非植酸磷需要量（分别为0.32%、0.35%-0.40%、0.35%-0.42%）均高于美国饲养标准（分别为0.25%、0.30%-0.35%、0.30%-0.40%）。中国畜禽饲料中所用的磷酸盐主要为磷酸氢钙,其次是磷酸一二钙和磷酸二氢钙;不同企业生产的同种饲料中磷酸盐添加量、总磷含量及非植酸磷含量差异很大;当前饲料中磷酸钙盐的添加量低于2006年的添加量（分别为8.8 和12.0 kg·t^-1）;企业标准中饲料总磷需要量与实际测定值、中国饲养标准推荐值及2006年调研值基本相同,但是产蛋鸡、小猪和大猪饲料的企业标准推荐的非植酸磷需要量均高于中国和美国饲养标准推荐值。【结论】中国饲养标准推荐的奶牛、产蛋鸡、肉仔鸡后期和肉鸭的磷需要量高于美国饲养标准,饲料中磷酸盐的添加量较10年前降低了3.2 kg·t^-1,企业标准的产蛋鸡、小猪和大猪饲料中非植酸磷需要量高于中国和美国饲养标准。建议根据中国畜禽品种和饲料特点,开展磷需要量相关研究,修改畜禽磷需要量推荐标准,同时采用低磷日粮、高利用率磷酸钙盐和添加植酸酶等综合调控措施来提高饲料磷的利用效率,降低粪尿磷对环境的污染。     

不同大豆基因型耐低磷能力的评价

采用水培方法,在低磷(LP)和高磷(HP)水平下,对河北省广泛种植的17个大豆品种进行了比较研究,旨在筛选大豆耐低磷基因型,为合理布局大豆种植品种,提高土壤磷素利用率提供试验依据。结果表明:‘中黄15’、‘中黄19’、‘Nf37’与‘中黄10’、‘冀黄13’相比,在根干重、冠干重、根系活性吸收表面积、植株磷含量、分泌性酸性磷酸酶活性等方面差异显著,确定了‘中黄15’、‘中黄19’、‘Nf37’为耐低磷基因型,‘中黄10’和‘冀黄13’为不耐低磷基因型。     

小麦低磷响应基因的筛选与表达分析

利用Affymetrix wheat microarray分析了郑麦9023在低磷和正常磷水培条件下,苗期根部基因在转录水平的差异。结果表明,1)筛选得到1 889个差异表达基因,其中1 298个上调表达,591个下调表达。2)基因功能分析显示,这1 889个基因参与了信号转导、蛋白存储、逆境胁迫、能量代谢、病程相关和其他与植物生长发育有关的过程。3)利用qRT-PCR对其中30个基因的表达情况进行了验证,显示与基因芯片结果基本相同的表达趋势。4)在低磷及磷恢复条件下,对其中5个候选基因(TaSPX3,TaIPS1.3,TaGST_Like,TaPDF19,TaG6PDH1_Like)在不同小麦品种中的表达进行分析,显示这5个基因受到低磷胁迫的强烈诱导,恢复供磷后表达显著回调。但是,这些候选基因在不同品种间横向表达趋势有差别,反应了不同基因型小麦对低磷胁迫的响应机制存在差异。预测这5个候选基因的功能涉及信号转导、氨基酸代谢、糖代谢、抗逆响应等重要的代谢或调控途径,在小麦应对低磷逆境机制中发挥重要作用。