低磷胁迫下不同磷效率基因型棉花的根系形态特征

【目的】从根系形态变化的角度阐述磷高效基因型棉花对低磷胁迫的响应特征及适应机理,为找出影响棉花磷素吸收的主要因子和通过根系塑性提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。【方法】以磷高效基因型棉花品种新海18号（XH18）、中棉所42号（CCRI-42)、新陆早19号（XLZ19）和磷低效基因型棉花品种新陆早13号（XLZ13）、新陆早17号（XLZ17）为材料,通过特殊土培系统,研究不同磷效率棉花在不同磷水平下（低磷胁迫0、正常供磷150 kg·hm^-2）根系形态及其与植株磷素吸收的关系。【结果】低磷胁迫显著降低棉花生物量和磷累积量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.21-2.08和1.35-1.91倍。施磷可显著增加土壤中Olsen-P含量。低磷胁迫下各基因型棉花品种Olsen-P较适磷条件显著降低,且磷高效基因型棉花降低幅度大于磷低效。在低磷胁迫条件下,磷高效基因型棉花品种在0-25 cm土层中土壤Olsen-P浓度低于磷低效,较磷低效基因型XLZ13和XLZ17分别平均降低了21.1%和30.1%。棉花的总根长、总根表面积、总根体积、平均根系直径在低磷胁迫下显著降低,其中磷高效基因型棉花在各施磷水平下的总根长、总根表面积、总根体积分别为低效基因型的1.54-1.97、1.52-1.92、1.47-1.84倍。低磷胁迫下,磷高效基因型棉花比根长、比根表面积和比根体积均显著大于磷低效基因型棉花品种,分别为低效基因型的1.10-1.25、1.07-1.22、1.01-1.16倍,而平均直径显著低于磷低效基因型,为磷低效基因型的34.2%-70.2%;主成分分析表明,总根长、总根表面积、总根体积、根干质量、中根长、粗根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型棉花根系形态差异的主要指标。一般线性模型方差分解结果表明,总根长、总根表面积、总根体积、中根长、粗根长等根系参数是植株磷素吸收的重要影响因子。【结论】磷高效基因型棉花可较大幅度增加细根比例,降低根系总体细度,促使比根长增加,提高根系的构建效率,以适应低磷胁迫。     

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。     

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。     

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.     

不同大豆基因型苗期磷效率特性研究

[目的]探讨不同大豆基因型苗期磷效率特性。[方法]采用高、低磷土壤盆栽试验,对大豆苗期不同器官的吸收效率和利用效率进行了研究。[结果]低磷胁迫下,磷高效大豆基因型根、茎和叶的吸磷量明显高于磷低效基因型,对磷的吸收能力较强;磷低效大豆基因型的主要障碍是各器官的磷的吸收效率（即吸磷量）较低。在低磷处理下,根、茎和叶的干重与其吸磷量呈显著或极显著正相关,与其磷的利用效率均呈负相关。[结论]不同大豆基因型苗期对低磷胁迫的适应性反应可以从植株的磷营养效率得以综合体现。低磷胁迫下,磷吸收效率即吸磷量是不同大豆基因型苗期磷效率的主要变异来源,磷高效大豆基因型苗期植株根、茎和叶对磷的吸收和累积能力较强是形成较多干物质的营养基础。     

不同磷效率甘蓝型油菜对土壤磷和铁锰铜锌的吸收差异

以甘蓝型油菜磷高效基因型102和磷低效基因型105为材料,研究了不同磷处理下根系分泌有机酸的基因型差异及土培条件下对土壤磷和铁锰铜锌等微量元素的吸收利用差异,探讨了养分吸收差异与根系分泌有机酸的联系。研究结果表明:缺磷条件下,2个基因型根系分泌的有机酸总量显著高于高磷处理,且磷高效基因型102根系分泌的有机酸总量显著高于磷低效基因型105。随供磷水平升高,2个基因型对土壤中P、Fe、Mn和Zn的吸收量均显著增加,且植株体内P质量分数与Fe、Mn和Zn质量分数呈显著负相关。在低磷处理P15下,磷高效基因型102比磷低效基因型105能吸收更多的磷和微量元素,表明低磷胁迫下根系分泌的有机酸提高了土壤中磷和微量元素的有效性。     

不同磷水平对大豆植株生长发育的影响

不同磷浓度对大豆植株株高、根体积、叶面积、植株干重、植株磷含量、磷吸收量和磷利用效率等具有显著或极显著影响。随着液体磷浓度的增加,植株磷含量和磷吸收量相应增加,而植株磷利用效率相应减少。不同大豆品种和不同生长发育阶段对磷浓度的反应表现出显著差异。在液体培养条件下,适宜筛选和鉴定大豆磷高效基因型的介质磷浓度为125μmol/L,培养时间为3周。     

不同基因型春小麦根系对低磷胁迫的生物学响应

选用3个春小麦品种(加春1号、2号、4号)作为试验材料,研究了低磷胁迫下不同基因型春小麦根系的形态学与生理学特征,结果表明:(1)在缺磷环境中,小麦的根重、根数、总根长、总吸收面积、根活力、根系SOD及POD活性、根系活性吸收面积均明显降低,但根冠比与根系分枝密度明显增加。不同基因型间变化趋势相似,但变化幅度存在明显差异。(2)根系的形态与生理学特征存在着明显的基因型差异,而且在低磷水平下这种差异表现的更为突出。表明作物品种之间对磷胁迫反应存在差异。(3)根系形态学和生理学特征可以作为筛选高效吸磷小麦品种的参考指标。在供试的三个基因型中,加春1号对低磷环境的适应性最强。     

不同磷效率大豆基因型苗期吸收氮磷钾的差异

选用磷低效大豆基因型D03、D05、D17和D18及磷高效大豆基因型D31、D34、D37和D38,采用土培试验,设高（＋P）、低磷（-P）2个处理,分析了不同磷效率大豆苗期吸收氮磷钾的差异。结果表明,（-P）处理下,不同磷高效率大豆基因型根茎叶吸磷量有所不同,根茎叶的干重与吸磷量呈显著或极显著正相关,与磷利用效率呈负相关,但未达到显著水平,根、茎和叶的吸氮量和吸钾量均呈下降趋势。低磷胁迫下,抑制大豆苗期植株对氮磷钾的吸收,但磷高效大豆基因型对低磷胁迫的适应能力明显高于磷低效基因型。     

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。     

南方红壤地区耐低磷柱花草基因型筛选

在盆栽条件下,采用低磷下产量和减少磷肥施用量后产量降低幅度2个指标,并结合低磷下磷吸收能力和利用能力,对我国南方红壤区种植的14个柱花草基因型的耐低磷特点进行了分析.结果表明,14个基因型中,Z13是比较稳定的耐低磷基因型,而Z19和Z29是较不耐低磷的基因型;与Z19和Z29相比,Z13之所以耐低磷主要是由于其在低磷下对磷的吸收能力比较强.     

不同基因型韭菜对磷处理的响应机理

采用水培法,测定了4种不同基因型韭菜品种植株的地上部干重、根干重和根冠比,研究了对两种磷处理水平的适应机理。结果表明:(1)两种磷处理下,耐低磷高效基因型品种791雪韭和甜脆791根干重显著大于磷敏感基因型一代杂交和久星2号,磷敏感型基因型的韭菜根干重不仅小,且随着磷浓度的变化,下降幅度较大又较快。(2)在不同供磷水平下,4种不同基因型韭菜的根冠比和不同磷处理呈正相关,但不论高磷还是低磷,791雪韭和甜脆791的根冠比、根干重始终保持较高水平。     

不同施氮量对烤烟磷积累以及磷肥利用率的影响

小区试验设3个施氮处理分别为0、52.5和67.5 kg.hm-2,磷钾肥用量分别为P2O578.8 kg.hm-2和K2O157.5 kg.hm-2,研究烤烟根茎叶磷积累以及磷肥利用率的变化。结果表明:根系3~7周为缓慢积累期,7~15周为快速积累期;茎在7~11周快速增加,11~15周保持稳定状态,磷的积累量随氮肥用量增加而增加;整个生育期内叶片磷积累表现为稳定增加的趋势,叶片磷积累量随氮肥用量增加而增加;磷肥利用率为10.02%和11.74%,氮肥用量对磷肥利用率影响差异不明显。     

分层供水施磷对冬小麦生长及水分利用效率的影响

【目的】研究分层供水条件下磷对冬小麦根系分布及产量的影响。【方法】以土垫旱耕人为土为供试土壤,进行土柱试验,研究分层供水施磷对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响。试验设不施磷、施磷于0-30 cm和30-60 cm土层3种处理,每个施磷水平下设整体湿润和上干下湿（0-30 cm土层干旱胁迫,30-60 cm土层湿润）两种水分处理。【结果】不同土层水磷处理显著影响冬小麦根系分布、产量及水分利用效率。上干下湿水分处理上层根系生物量较整体湿润水分处理降低19.6%,下层根系生物量增加18.8%;磷肥对根系分布的影响大于对总根系生物量的影响,施磷能明显增加施磷层次根系生物量,在上干下湿条件下,深层施磷更有利于深层根系分布。土壤水分极显著影响冬小麦产量和水分利用效率（P＜0.01）,与整体湿润水分处理相比,上干下湿水分处理产量和水分利用效率分别增加10.0%和47.4%;施磷显著提高产量,改善水分利用效率。不同水分条件下,施磷位置对产量和水分利用效率的影响不同,上干下湿条件下,下层施磷处理冬小麦产量及水分利用效率较上层施磷处理提高11.2%和28.6%,整体湿润条件下则相反,分别降低41.1%和37.9%。【结论】本模拟试验结果表明,磷肥深施有利于冬小麦深层根系发育,提高水分利用效率及小麦产量,在上干下湿条件下更为明显。     

不同根构型大豆对低磷的适应性变化及其与磷效率的关系

 【目的】探讨土壤低磷胁迫下大豆的根形态、构型适应性变化的基因型差异及其与大豆生长和磷效率的关系。【方法】采用具有不同根构型和磷效率的51个大豆品种,分别在广东省博罗县和英德县两个试验点的酸性缺磷红壤上,分春播和夏播两个季节进行田间试验,测定低磷、高磷处理下根形态、构型的差异及其与大豆生长和磷效率的关系。【结果】低磷处理下供试大豆基因型间生物量和产量具有极显著的基因型差异;供试大豆基因型的根形态、构型与磷效率密切相关,浅根型大豆根系具有合理的三维空间分布和较长的总根长,其磷效率和产量最高;低磷条件下,浅根构型和深根构型的大豆基因型根构型可塑性最小,中间根构型的大豆供试材料根构型最不稳定,可塑性最大。【结论】缺磷是供试酸性红壤上大豆生长的主要限制因子之一,大豆具有适应低磷土壤的遗传潜力;土壤中磷的有效性等环境因素对根构型具有调节作用;具有较好根形态构型的大豆基因型有利于从耕层土壤中吸收有效磷和其它养分,其产量和磷效率均较高。     

磷肥用量对河套灌区玉米产量·土壤磷含量的影响

[目的]为了探讨不同磷肥用量对河套灌区玉米产量、土壤有效磷含量的影响。[方法]采用田问试验和室内分析化验相结合的方法,在内蒙古五原县连续2年进行不同磷肥用量试验。[结果]施磷可明显提高玉米产量。随着磷肥用量的增加,磷肥利_用率、农学效率、经济效益均呈逐渐下降趋势,土壤中3种磷素形态表现为Olsen-P〉CaCl2-P〉DTP。随着磷肥施肥量的增加,土壤Olsen—P、CaCl2-P、DTP呈二次型曲线增加趋势。[结论]河套灌区种植玉米经济施磷量为150kg／hm^2,生产100kg籽实吸磷量平均在0．77kg左右,随着施磷量的增加,土壤磷残留逐渐增加。     

磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷（CK）、施磷（P）15 mg·kg^-1土（Po15）、30 mg·kg^-1土（Po30）,研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】（1）随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。（2）随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15-1.24倍和1.18-1.34倍。（3）野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23-1.33倍和1.15-1.30倍。（4）随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64-1.12 mg·kg^-1和13.8-33.9 mg·kg^-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。