玉米自交系苗期磷营养特性评价

利用一元线性回归模型对9种基因型玉米自交系在6叶龄苗期的磷(P)营养特性进行了评价。以幼苗的全株或地上部生物量(mg/plant)分别与培养介质对其供磷量(P.mg)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷效率的指标;以幼苗的全株或地上部生物量分别与相应的全株或地上部磷含量(P.mg/plant)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷利用效率的指标;以幼苗全株磷含量与培养介质对其供磷量建立线性模型的回归系数作为幼苗磷吸收效率的指标。结果表明,9种玉米基因型的磷效率,磷利用效率和磷吸收效率的平均值分别为53.95(全株)和42.61(地上部)、131.84(全株)和124.45(地上部)、0.41。自交系04419的磷效率比平均值约高出45%(全株)和59%(地上部),属于磷效率高效型;而自交系04065和04088的磷效率分别比平均值约低43%、38%(全株)和55%、51%(地上部),属于磷效率低效型;其余自交系的磷效率介于两者之间,为磷效率中间型。玉米自交系苗期的磷效率与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率关系不明显;磷吸收效率可作为苗期磷效率预筛选的生理指标。     

低磷胁迫下溶液培养大豆生长和磷素营养特性及其与土培下磷效率特性的关系

采用无磷 (P0 )和低磷 (P1 )溶液培养方法 ,对 1 9份经田间和盆栽土培试验中磷效率特性表现不同的大豆基因型进行研究 ,探讨低磷溶液培养条件下大豆基因型生长和磷素营养特性及其与土培条件下磷效率特性的关系。结果表明 ,在低磷溶液培养下 ,不同大豆基因型吸收溶液中可溶性磷的能力存在差异 ,吸收的磷量可达到自身固有磷量的 5 %～ 80 %左右。土培条件下磷效率比值相对值较小 (即在酸性红壤耕地上适应性较好 )的基因型 ,在低磷溶液培养下 ,不同基因型吸收溶液中可溶性磷的能力有强有弱 ;而磷效率比值相对值较大 (即在酸性红壤耕地上适应性较差 )的基因型 ,亦有相似的表现。低磷处理的不同大豆基因型植株鲜重净增量为无磷处理的 17.79%～99.09% ,植株干重净增量为 15.64 %～11.6 67%。无磷处理的植株干、鲜生物量 ,地上部干、鲜量 ,磷效率比值和低磷处理的磷效率比值以及种子重与土培条件下大豆基因型磷效率比值相对值呈显著、极显著正相关。     

甘蓝型油菜苗期磷高效基因型的TOPSIS法筛选

本研究以8个经田问初步筛选的不同磷营养效率代表品系为材料,在缺磷和施磷条件下进行营养液培养试验,通过测定苗期与磷营养效率相关程度较高的根长、冠部和根部鲜重、单株干重、根冠比、磷含量、冠部和根部酸性磷酸酶活性8个指标,引入TOPSIS法进行综合排序,以筛选出真正的磷高效甘蓝型油菜品系.结果表明:缺磷和施磷条件下,甘蓝型油菜品系W17(第1)和W39(第8)的TOPSIS排名相同,与田间试验结果一致;缺磷处理的W23及施磷处理的W11和W31的TOPSIS排名与田问试验结果一致:缺磷处理的W31和W290及施磷处理的其他4个品系的TOPSIS排名与田间试验结果相差1位;缺磷处理的W11、W27和W288的TOPSIS排名与田问试验结果相差2～4位.可以看出,TOPSIS法准确地筛选出了磷高效基因型甘蓝型油菜W17和磷低效基因型甘蓝型油菜W39;其他品系排序结果也与田问试验比较吻合,表明TOPSIS法可增加材料筛选的准确性,尤其适宜于极端品系的筛选.     

玉米苗期根系生长与耐低磷的关系

在田间筛选试验的基础上,利用两个磷高效(181和186)、两个磷低效(153和197)玉米自交系,进一步研究了这些自交系苗期耐低磷能力差异及其与根系生长的关系。结果表明,在低磷胁迫(P.5.78.mg/kg)下,所有自交系玉米地上部重量、初生根重、次生根重及磷累积量降低,但磷高效自交系181和186受影响程度显著小于153和197。在试验所处的玉米生育时期(6叶龄),磷对所用自交系的初生根及次生根数量没有影响。比较181和197的根系形态,在低磷胁迫下,磷低效自交系197的初生根侧根长、轴根长均显著下降,磷高效自交系181则下降幅度很小。而且,低磷使181初生根的侧根/轴根比值、根长度/根重比值较高。说明低磷胁迫下,181自交系可以将根中的有限的养分及干物质作更合理的分配,促进细根的生长,从而获得较长的根系。     

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。     

玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究

以磷高效型04419和磷低效型04065玉米自交系为材料,研究了砂培试验条件下,二者在需磷临界期(苗期)的根系生理特性差异。低磷处理下,4～8叶期磷低效型04065玉米根系酸性磷酸酶(APase)活性显著高于磷高效型04419玉米,而其根系磷含量显著低于04419,表明根系APase水平能够反映不同基因型玉米磷效率的差异。当低磷处理至6～8叶期,除根冠比外,二者根系APase、根系活力、根系丙二醛(MDA)、根系总长和干物质积累差异显著,表明不同基因型玉米对低磷的耐受能力是多种生理反应综合作用的结果。     

不同磷效率小麦对低铁胁迫的基因型差异

用营养液培养方法研究了不同磷效率小麦幼苗对低铁胁迫的基因型差异。结果表明,低铁胁迫(-Fe)对磷高效基因型小麦生长的抑制作用显著大于对磷低效基因型。低铁处理下,磷高效基因型81(85)-5-3-3-3、Xiaoyan54和Taihe-5025的植株地上部干重平均比正常供铁(+Fe)处理下降55.2%;磷低效基因型Jinghe90-Jian-17、NC37和Jing41平均33.0%。低铁胁迫显著降低了磷高效基因型小麦的叶片叶绿素含量,3个磷高效基因型的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量分别降低了35.6%、35.3%和35.3%,磷低效基因型分别降低了16.8%、7.7%和11.9%。低铁胁迫对小麦的根系生长、根系吸磷量和磷利用效率均未产生明显的影响,但显著降低了磷高效基因型小麦的植株地上部吸磷量和根效率比。与正常供铁的处理相比,磷高效和磷低效基因型小麦的地上部吸磷量和根效率比在低铁处理中平均降低了55.0%、54.9%和32.5%、36.4%。磷高效基因型小麦植株体内积累的磷量明显高于磷低效基因型,这是磷高效基因型不耐低铁的主要原因。磷效率越高,对低铁的反应越敏感。     

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。     

不同基因型棉花磷效率的差异特征

以水培方法研究不同施磷水平对不同基因型棉花4个生育期干物质积累和磷效率的影响。结果表明,无论低磷条件或是高磷条件磷高效基因型棉花的生物量明显高于磷低效基因型,磷高效基因型含磷量显著低于磷低效基因型,说明高效基因型棉花能以较低的磷积累较多的干物质。各基因型棉花均表现出高磷条件下磷吸收效率大于低磷,而低磷条件下磷利用效率大于高磷;磷高效型品种的磷吸收效率和磷利用效率均高于磷低效型。其中磷吸收效率表现突出的是磷高效品种新陆早19号,4个时期中,低磷和高磷条件的平均值分别是14.62、137.48 mg/株;磷利用效率能力较强的是磷高效品种中棉42号,低磷和高磷条件下4个时期的平均值分别是590.71、182.27 g/g。     

不同春小麦品种耐低磷性评价及种质筛选

筛选磷高效作物是充分利用土壤磷素和减少磷肥施用量的重要手段。本研究以162份春小麦种质资源为材料,对其苗期的株高、总根长、根表面积等8个指标的耐低磷系数进行分析,采用隶属函数法综合评价春小麦苗期的耐低磷特性,初步筛选耐低磷材料,并进一步进行成株期的耐低磷特性鉴定,筛选出耐低磷材料和磷敏感材料,分析其在低磷下酸性磷酸酶的活性变化。结果表明,低磷胁迫下春小麦材料苗期和成株期的各性状均受到不同程度的影响,并随着胁迫程度的增加,小麦生长受抑制程度增强。通过主成分分析将苗期8个指标转化成4个综合指标(累计贡献率为82.60%),将成株期的10个指标转化为3个综合指标(累计贡献率为83.23%);采用隶属函数法计算耐低磷综合评价值(D)值,对D值进行聚类分析,将苗期的162份春小麦种质资源划分为耐低磷型(10份)、较耐低磷型(26份)、低磷较敏感型(91份)、低磷敏感型(35份)4类。选取耐低磷型材料(5份)和低磷敏感型材料(4份),进一步进行成株期鉴定,最终筛选1份耐低磷材料wp-35和1份磷敏感材料wp-119。通过分析其酸性磷酸酶活性,发现在低磷胁迫下春小麦根系和叶片中的酸性磷酸酶活性均升高,且耐低磷材料的酸性磷酸酶活性高于磷敏感材料。本研究结果可为解析春小麦耐低磷特性、培育耐低磷品种提供种质资源和理论依据。     

氮磷比对大豆生物学性状和根系分泌有机酸量的影响

为阐明生长介质中的氮磷条件对大豆生长和根系分泌有机酸的影响, 采用沙培培养方法, 设计3 种不同的氮磷配比, 分析不同氮磷条件下大豆生物量积累和结瘤情况, 利用高效液相色谱分析根系分泌的有机酸, 探讨根系分泌有机酸的变化情况。结果表明, 在大豆苗期, 适当减少磷肥施用量不影响生物量积累, 但需要充足的氮才能保证结瘤性状。低磷促进大豆根系分泌有机酸, 高氮对低磷处理有机酸分泌有促进作用, 说明磷和氮对大豆根系分泌有机酸存在负交互作用。     

不同供磷水平对旱作条件下水稻生长、根系形态和 养分吸收的影响

通过盆栽试验,比较分析了磷素对旱作条件下不同水稻品种苗期生长、根系形态及磷素吸收利用效率的影响。结果表明,施用磷肥促进水稻地上部和根系的生长,低磷胁迫显著增大了植物的根冠比,且品种间差异明显,丛矮2在低磷水平和高磷水平下的根冠比比值为1.982,而黄华占相应的比值为1.096;随供磷浓度的增加,水稻植株含磷量增加而磷素生理利用率降低,在3种磷水平下,3345的磷素吸收效率均高于其他4个品种,磷素生理利用率却低于其他4个品种。根系形态参数与磷素吸收、利用效率的相关性分析表明:根系总长对水稻植株吸磷量影响最大。总之,适当地施用磷肥能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系的生长和根系对磷素的吸收。     

IDENTIFICATION OF MAIZE GENOTYPES WITH HIGH TOLERANCE OR SENSITIVITY TO PHOSPHORUS DEFICIENCY

Soil culture containing phosphorus (P) supply of different levels may be used to screen maize genotypes for resistance to P deficiency. Relative dry weight and P-deficiency symptom level were proven to be fast and efficient indicators for screening of the P-deficiency tolerant genotypes at the stage of seedling. Two maize genotypes, HZS15 and HZS03 were identified as highly sensitive genotypes under P deficiency, simultaneously, HZT32 and HZT33 had extremely high tolerance to P deficiency. The yield experiment confirmed the reliability of this selecting strategy at the stage of seedling. The yield analysis revealed that HZT32 and HZT33 had higher average yield of each plant and thousand-grain weight than those of HZS15 and HZS03. Successively, responses of four genotypes to P deficiency were investigated with simplified hydroponic culture system. Elongated taproot and increased ratio of root to shoot were observed in all four genotypes. However, two P-deficiency-tolerant genotypes had higher ratio of root to shoot than those in P-deficiency-sensitive genotypes. Phosphorus efficiency analysis revealed that under P deficiency HZT33 had higher P absorption efficiency than those of other three genotypes, and two P-deficiency-tolerant genotypes had higher P use efficiency than that of two P-deficiency-sensitive genotypes. These results indicated that the tolerance of HZT32 and HZT33 to P deficiency might primarily be ascribed to high P use efficiency. Moreover, high P absorption efficiency contributed partially to the tolerance of HZT33 under P deficiency. Further research is needed to elucidate the complex correlation between other physiological traits and P efficiency.     

Identification of Phosphorous Efficient Germplasm in Oilseed Rape

ABSTRACT

Plant species and genotypes within one species may significantly differ in phosphorus (P) uptake and utilization when they suffer from P starvation. The objective of this research was to screen P-efficient germplasm of oilseed rape (Brassica napus L.) and analyze the possible mechanism responsible for P efficiency by two-steps screening experiments and validation of P efficiency. Phosphorus efficiency coefficient at seedling stage, namely, ratio of shoot dry weight under low P to that under adequate P (PECS) of 194 oilseed rape cultivars varied from 0.050 to 0.62 and was significantly related with shoot dry weight under low P level (r = 0.859??, P < 0.01). Oilseed rape cultivar ‘Eyou Changjia’ presented the highest P efficiency coefficient in each growth stage and had the highest seed yield at low P, whereas oilseed rape cultivar ‘B104-2’ was the most sensitive to low P stress among the 12 candidate cultivars obtained from the two-steps screening experiments. Under low P condition in validation experiments of soil and solution cultures, ‘Eyou Changjia’ could produce much more dry matter and acquire more P than ‘B104-2.’ Moreover, P efficient coefficient obtained from the pot experiment was comparable to those from the field experiment. This might be attributed to high P uptake efficiency for ‘Eyou Changjia’ when it suffered from low-P stress. Comparison of results from the hydroponics with those from the pot and field experiments led to the conclusion that the P uptake efficiency in the hydroponics is highly related to that in soil culture conditions. These results show that there are large genotypic differences in response to phosphorus deficiency in oilseed rape germplasm (Brassica napus L.) and ‘Eyou Changjia’ is P-efficient and ‘B104-2’ is P-inefficient. By comparing these results further, the mechanism responsible for P efficiency was suggested to be mainly due to high P uptake efficiency by forming larger root system, and improving the ability of mobilizing and acquiring soil P in P-efficient oilseed rape under the condition of P starvation.     

夏玉米种植条件下黄壤坡耕地径流及磷素流失特征

为揭示自然降雨条件下夏玉米生育期内黄壤坡耕地径流及磷素流失规律,采用野外径流小区观测试验与室内分析相结合的方法,探讨了自然降雨条件下地表径流、壤中流及其总磷的流失特征。结果表明：(1)顺坡垄作径流量显著高于其余两种耕作措施,其径流量分别为平作和横坡垄作的1.13倍和1.17倍。横坡垄作径流磷素流失总量显著低于其余两种耕作措施,其总磷流失量分别为平作和顺坡垄作的0.79倍和0.75倍。(2)随着玉米生育期的推进,径流量呈增加的变化趋势,表现为成熟期>抽雄期>拔节期、苗期。相较于苗期,成熟期径流量增加了9.35倍,径流磷素流失量增加了12.58倍。(3)地表径流、0—20 cm土层壤中流和20—40 cm土层壤中流量分别占径流总量的78.36%,10.20%,11.44%,其磷素流失量分别占径流磷素流失量的75.10%,9.90%,15.00%。综上,研究区以地表径流为磷素流失的主要途径,且在玉米成熟期达到最大值,横坡垄作措施对于坡面产流及磷素流失具有较好的控制效果。     

Hydroponic experiment for identification of tolerance traits developed by rice Nagina 22 mutants to low-phosphorus in field condition

Development of phosphate (P)-deficiency tolerant rice cultivars is constrained by lack of suitable, reproducible, and consistent seedling stage screening methods in breeding programs. This study reports the screening and characterization of M5 mutants derived from an ethyl methane sulfonate treated population of rice cv. Nagina 22 (N22) in low-P field (soil Olsen P 1.94–2.01 mg kg^?1; alkaline Vertisol; pH 7.94) for high yield. The present study showed that seedling growth responses such as increase in root weight, root length, root/shoot weight, and dry weight in P-deficient medium can be taken as indices of low-P tolerance in mature plants in field. Total phosphorus content in seedlings showed an inverse relationship with total phosphorus content and low-P tolerance in mature plants in the field. But, phosphorus content in seeds and acid phosphatase activity in the seedling stage were positively correlated with survival and seed set in low-P field. In low-P field, plant height correlated most with yield per plant, and the number of productive tillers in mature plants was highly correlated with tiller number at vegetative stage. These mutants (NH776, NH710, and NH719) have agronomic importance because of their ability to grow and give higher yield than N22 in P-deficient field.     

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。     

残留地膜对棉花和玉米苗期根系形态和生理特性的影响

通过盆栽试验,研究不同残膜量(0、90、180、360、540、720、900 kg·hm~(-2))对苗期棉花和玉米生长(干物质、株高和叶面积)、根系形态(根长、根表面积)和根系生理(根系活力、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD)的影响,并探究对两种作物根系影响差异显著的残膜量临界值。结果表明,在0~540 kg·hm~(-2)残膜量范围内,残膜对苗期棉花的株高和叶面积不会造成显著降低的影响;随着残膜量的增加,苗期玉米株高和叶面积逐渐降低,在90 kg·hm~(-2)残膜梯度下开始显著降低。随着残膜量的增加,苗期棉花和玉米的根长、根表面积以及根系活力、CAT和POD活性呈现先增加后降低的趋势,最大值出现在90~180 kg·hm~(-2)残膜量梯度范围内,最小值出现在900 kg·hm~(-2)残膜量。由于玉米的须根系众多,根系与残膜接触的面积大,导致苗期玉米产生显著差异的残膜量临界值小于苗期棉花。残膜量在90~180 kg·hm~(-2)区间内,残膜会作为一种适度胁迫,作物苗期根系会主动进行适应性的生长,超过该范围残膜会对作物根系的生长造成阻碍作用。     

烤烟苗期营养特性的基因型差异及其杂种优势分析

试验选用6个杂交烤烟组合共13种基因型,研究了苗期营养特性的差异,并分析F1代烟苗营养特性与亲本之间的相关性和杂种优势。结果表明: 1）不同基因型烟苗的生物量、 根冠比、 养分（氮、 磷、 钾）含量和吸收量、 硝酸还原酶活性、 叶绿素含量、 根系活力差异显著,表现出多样性; 2）在F1代烟苗中,根系氮、 磷、 钾和地上部氮、 钾含量,以及干物质积累量、 根系活力和根冠比与父本和母本值之间相关性不显著,地上部磷含量与中亲值之间呈显著负相关,叶片硝酸还原酶活性与母本值之间呈显著正相关,叶绿素含量与父本值、 中亲值和低亲值之间呈极显著正相关; 3）烟苗根系磷、 钾含量、 地上部氮含量、 硝酸还原酶活性、 叶绿素含量、 根系活力、 根冠比、 干物质积累量具有一定的中亲优势。根系磷含量、 硝酸还原酶活性、 根系活力、 根冠比和干物质积累量具有超高亲优势。尽管根系氮含量和地上部磷、 钾含量无明显杂种优势,但有的试验组合也表现出中亲优势和超高亲优势。