大麦株高近等基因系的磷素利用效率特性分析

为明确大麦株高对磷素利用效率的影响,采用土培盆栽试验,以4对两种遗传背景下的大麦株高近等基因系为材料,设置施磷(P_2O_5:60 mg·kg~(-1)土)和不施磷两种磷处理,于成熟期采样,分析其农艺性状、磷含量、磷素利用效率等差异。结果表明,施磷处理下大麦近等基因系株高、单株产量、单株秸秆干重及收获指数均较不施磷处理增高,高秆大麦的株高、穗长、芒长、产量及收获指数均显著大于矮秆大麦,而其单株秸秆干重小于矮秆大麦。施磷处理下近等基因系根系、秸秆、籽粒磷含量及磷积累量整体高于不施磷处理。不施磷处理下,高秆大麦的秸秆磷含量及磷积累量整体小于矮秆大麦,而其籽粒磷积累量整体大于矮秆大麦,最大高出矮秆大麦89.87%。施磷处理下大麦的根系、秸秆及籽粒磷素利用效率小于不施磷处理,秸秆磷素利用效率变化最大,施磷为不施磷的25%～68%,其中高秆大麦变化幅度大于矮秆大麦。经相关性分析,大麦单株产量与籽粒磷积累量呈显著正相关,与根系磷积累量呈极显著或显著负相关;穗长与秸秆磷利用效率、株高与磷收获指数以及芒长与磷收获指数在施磷和不施磷处理下分别呈显著负相关和正相关。相较于矮秆大麦,高秆大麦在低磷环境下具有更高的收获指数及磷收获指数,说明高秆大麦具有更高的耐低磷特性。因此,在缺磷土壤中选择株高较高的大麦能获得更好的经济效益。     

几种矿物材料对Cd污染土壤中Cd形态分布及植物有效性的影响

采用盆栽试验,研究了海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土、汉白玉和石灰5种矿物材料不同添加量对Cd污染土壤p H、有效Cd、Cd形态分布及小白菜生物量、Cd含量的影响。结果表明:几种矿物材料均可显著提高土壤p H,并显著降低土壤有效态Cd含量,且降低幅度随添加量的增加而增大。与对照相比,添加矿物材料后土壤p H提高0.1~0.7个单位,有效Cd含量降低9.19%~18.92%。几种矿物材料对土壤Cd形态的影响均以酸提取态和残渣态的变化较为明显,酸提取态Cd比例降低3.27%~8.68%,残渣态Cd比例升高1.35%~4.75%,添加海泡石和钠基膨润土处理的变化更为突出。小白菜地上部和根部Cd含量随矿物材料用量的增加而降低,分别较对照降低16.03%~42.95%和20.69%~50.34%,海泡石、钠基膨润土和石灰的降低效果更好。值得注意的是,除海泡石和钙基膨润土外,施用钠基膨润土、汉白玉和石灰在降低小白菜Cd含量的同时亦可造成其地上部生物量的显著降低。     

野生大麦对土壤磷吸收及其酸性磷酸酶活性的基因型差异

在土培盆栽条件下,以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为材料,研究施磷量为 0,30,60 和 90 mg/kg土条件下其磷素吸收能力及酸性磷酸酶活性变化的差异,为探明磷高效野生大麦高效吸收利用磷素机理提供依据。结果表明,1)随施磷量的增加,不同磷效率野生大麦生物量、磷积累量均有不同程度的增加,而根冠比呈显著降低的趋势,且不同施磷处理下,野生大麦生物量、磷积累量和根冠比均表现为磷高效基因型显著高于低效基因型。2)不同施磷处理下,野生大麦根际土壤有效磷和水溶性磷含量均显著低于非根际土壤。不施磷、施磷 30 和 60 mg/kg土条件下,磷高效基因型较低效基因型根际土壤有效磷和水溶性磷亏缺程度突出。3)与非根际土壤相比,在不施磷、施磷 30 mg/kg土条件下,磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根际土壤酸性磷酸酶活性的效应范围为4 mm,均明显大于低效基因型IS-07-07的活性效应范围2 mm。不同施磷处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶的活性明显高于低效基因型,且在不施磷、施磷 30 mg/kg土条件下差异显著,表明磷高效野生大麦具有较强的低磷土壤环境适应能力和土壤磷素活化能力。随施磷量的增加,不同磷效率野生大麦植株叶片和根系酸性磷酸酶的活性均显著降低,且高效基因型叶片和根系酸性磷酸酶的活性较低效基因型高,表明高效基因型植株体内磷素的重复再利用能力较强。低磷胁迫下,磷高效基因型较高的酸性磷酸酶活性是其磷素高效吸收利用的重要特征。     

不同磷水平下大麦分蘖期磷效率相关性状QTL定位分析

磷素营养与大麦品质及产量密切相关,磷高效遗传机制和品种改良是近年的研究热点之一。本研究利用由大麦栽培品种Baudin和种质材料CN4079杂交构建的重组自交系(RIL)群体,低磷胁迫(0.02 mmol L~(-1) KH_2PO_4)与正常供磷(0.2 mmol L~(-1) KH_2PO_4)条件下,对地上部和地下部磷素利用效率、磷素吸收效率和干重,以及分蘖数相关的QTL定位,并预测相关位点基因。表型鉴定结果表明,各性状在RIL群体中表现连续变异,并存在超亲分离。两种磷水平下,共检测到16个QTL,分布在2H、3H和5H染色体上,表型贡献率14.1%~28.5%。3H染色体上含有3个磷素利用效率位点,其增效等位基因均来源于Baudin,其中Qspue.sau-3H.1和Qrpue.sau-3H与控制磷素吸收效率的Qspae.sau-3H和Qrpae.sau-3H处于同一区段,而Qspue.sau-3H.2与控制分蘖数的位点Qtn.sau-3H处于同一区段。5H染色体上含有3个磷素吸收效率位点,其中Qspae.sau-5H.2和Qrpae.sau-5H的增效等位基因来自CN4079,且与控制磷素利用效率的Qspue.sau-5H和Qrpue.sau-5H,以及控制干重的Qsdw.sau-5H和Qrdw.sau-5H处于同一区段。在磷效率相关的4个区段中,除Qspue.sau-3H.1所处区间仅含有磷酸代谢与磷脂代谢相关基因外,其他区间均包含磷酸盐转运蛋白基因、磷酸代谢与磷脂代谢相关基因。     

镉低积累水稻亲本及其杂交组合镉积累特征分析

为培育镉(Cd)安全水稻品种,以Cd低积累水稻亲本雅恢2816及其4个杂交组合泸98A/雅恢2816、5406A/雅恢2816、C268A/雅恢2816、蓉18A/雅恢2816为研究对象,采用盆栽试验,分析Cd低积累水稻亲本及其杂交后代成熟期Cd积累分配特征,探讨亲本及杂交组合对Cd的吸收转运差异。结果表明:在Cd处理浓度为1、2、4 mg·kg~(-1)条件下,杂交组合生物量均显著高于亲本,超亲优势达21.86%~89.63%。不同浓度Cd处理下,亲本及杂交组合各器官Cd含量分配顺序均为根茎、叶穗,其中杂交组合5406A/雅恢2816和C268A/雅恢2816的穗部Cd含量显著低于亲本,糙米Cd含量也仅为亲本的57.14%~86.36%,低于食品安全国家标准0.2 mg·kg~(-1)。随Cd处理浓度的增加,亲本及杂交组合Cd由根系向地上部的转移系数均降低,杂交后Cd在根系的分配比例上升,杂交组合根系Cd积累量为亲本的1.49~3.24倍,而茎、叶的分配比例仅为亲本的72.06%~81.20%和74.18%~91.08%。杂交组合5406A/雅恢2816和C268A/雅恢2816表现出优于亲本的籽粒Cd低积累特征,具有在中、轻度污染土壤上安全生产的潜力。     

水稻镉高积累材料不同生育期镉积累变化特征研究

为降低土壤Cd含量,以水稻Cd高积累材料Lu527-8和Lu17-9为研究对象,普通材料Lu527-4为对照,采用土培盆栽试验,分析其各生育期生物量、Cd积累量、Cd积累速率等指标,探讨水稻Cd高积累材料的Cd富集特性。结果表明:Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物量随生育期的延长呈上升趋势且差异显著,其在分蘖-拔节期上升幅度较小,而在拔节-成熟期急剧上升。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物富集量系数随生育期的延长显著上升且在灌浆期后差异不显著。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株Cd积累速率随生育期的延长先升高后降低且在灌浆期达最大值,其地上部Cd积累速率分别为Lu527-4的2.43倍和2.24倍。整株Cd积累速率分别为Lu527-4的2.33倍和2.10倍。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株Cd积累量随生育期的延长呈上升趋势且在拔节-灌浆期显著上升,Lu527-8和Lu17-9地上部Cd积累量在灌浆期分别达359.28、331.22μg·株-1,为Lu527-4的2.44倍和2.25倍。整株Cd积累量在灌浆期分别达1 374.35、1 240.72μg·株-1,为Lu527-4的2.33倍和2.10倍。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株阶段性Cd积累量在拔节-抽穗期和抽穗-灌浆期显著高于其他生育阶段,其整株阶段性Cd积累量在拔节-抽穗期和抽穗-灌浆期分别占整个生育时期的15.30%、40.45%和39.70%、20.74%。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株净化率随生育期的延长显著上升且在灌浆期后趋于稳定,其地上部净化率在灌浆期时分别达0.82%和1.25%,其整株净化率分别达4.88%和4.39%,为Lu527-4的2.44倍和2.21倍。高Cd条件下,水稻Cd高积累材料对Cd具有较强的吸收和积累能力,是一种理想稳定的Cd富集材料,且灌浆期为水稻Cd高积累材料最佳收获时期。     

外源植物激素对宁夏枸杞种子萌发和幼苗生长的影响

分别用赤霉酸GA3(25~300μg/ml),α-奈乙酸NAA(25~200μg/ml)和6-苄基腺嘌呤6-BA(25~200μg/ml)对宁夏枸杞种子进行24 h浸泡处理,测定其萌发率和幼苗生长。结果表明:不同浓度的GA3和NAA对种子萌发均有促进作用,但6-BA仅在25μg/ml浓度下有促进作用。总体效果为GA3NAA6-BA,其中300μg/mlGA3处理的萌发率最高,达92.8%。萌发的幼苗在原培养基上生长46 d后,用300μg/ml GA3处理的宁夏枸杞幼苗在株高,叶片数目,叶片长度,可溶性蛋白含量等方面均高于对照;大于100μg/ml NAA处理的幼苗在叶片生长情况,可溶性蛋白含量方面高于对照;6-BA处理的幼苗各指标均低于对照,不能正常生长。     

烟草含钾量的基因型差异及钾高效品种筛选

【目的】高含钾量是优质烟叶的一项重要指标。比较不同烟草品种的含钾量及其对施用钾肥的反应,为筛选高钾基因型烟草品种提供基础。【方法】以 93 份烟草种质资源为研究对象,在凉山州进行连续两年的大田试验。设置常规钾 (K₂O = 300 kg/hm2) 与低钾 (K₂O = 150 kg/hm2) 两个水平,成熟期测定烟叶含钾量,以聚类分析将烟草分类,并分析其在不同叶位间的基因型差异。【结果】施钾量影响烟草上、中、下部叶片钾含量,常规钾水平下的烟叶含钾量高于低钾水平,常规施钾量下的上、中、下部烟叶含钾量分别为低钾水平下的 1.13、1.14、1.15 倍 (2014 年) 和 1.10、1.25、1.35 倍 (2015 年) 。将烟叶含钾量进行聚类分析,供试材料被划分为高钾型、普通型和低钾型 3 类,并筛选获得了典型材料。高钾型烟草的上、中、下部烟叶含钾量均显著高于普通型及低钾型烟草材料。常规施钾水平下,高钾型烟草的上、中、下部烟叶含钾量分别是低钾型的 1.50～1.92、1.54～2.52、1.31～2.36 倍;低钾水平下分别为 1.27～1.93、1.66～2.24、1.72～1.73 倍。【结论】高钾基因型烟草上、中、下部烟叶的含钾量均显著高于普通型和低钾型;普通型上部叶的含钾量与低钾型烟草之间无显著差异,中、下部烟叶含钾量普通型显著高于低钾基因型。通过两年田间试验筛选获得了 6 份高钾型烟草材料,包括嘎吉红大、长叶红大、达白 1 号、达白 2 号、MFZS、930032-7,可应用于烟叶生产,亦可为富钾基因型品种选育提供育种亲本材料。     

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。     

磷高效型野生大麦根系形态和根系分泌物对低水平植酸态有机磷的响应特征

【目的】 有机磷为土壤磷库的重要组成部分,研究不同磷效率作物对有机磷的利用能力的差异,有助于了解作物高效吸收磷的机理。 【方法】 以磷高效基因型大麦(IS-22-25、IS-22-30)和低效基因型大麦(IS-07-07)为试验材料,植酸钠为有机磷源进行水培试验。设置5个植酸钠浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L),使用根系扫描仪分析其根长、根表面积、根体积等形态特征,并测定根系与根系分泌的酸性磷酸酶、植酸酶活性等生理特征。 【结果】 随有机磷浓度降低,磷高效基因型野生大麦总根长、总表面积和总体积呈增加趋势。低有机磷浓度下,磷高效基因型大麦总根长较正常有机磷浓度(0.4 mmol/L)下增加了139.7%~146.0%,直径D＜0.16 mm的根长提高了156.8%~161.5%,且磷高效基因型总根长较低效基因型高8.6%~60.4%。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系各参数均显著高于低效基因型。随着有机磷浓度降低,磷高效基因型根总表面积提高了83.5%~117.5%,较低效基因型高14.0%~46.4%;根总体积提高了80.7%~119.3%,较低效基因型高19.6%~150.0%。随着有机磷浓度升高,磷高效基因型根系及其分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性显著降低。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了163.3%~172.2%和98.6%~121.2%,较低效基因型高14.4%~41.2%和23.1%~37.2%;磷高效基因型根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了157.8%~193.4%和172.4%~183.4%,较低效基因型高20.2%~45.7%和24.7%~51.4%。 【结论】 在低浓度有机磷胁迫下,磷高效基因型通过良好的根系形态,有效扩大了根系对水分和养分的接触空间,为磷高效基因型的快速生长和磷素吸收提供了条件;同时,低浓度有机磷胁迫增强了根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶,提高了介质环境中磷素的生物有效性,对有机磷的吸收利用表现出明显优势。