小麦基因型磷素营养特性研究进展

作物矿质营养遗传学研究 是当今植物营养研究领域的热点课题,对农业 可持续发展具有 重要意义。本文就小麦磷高效基因型的定义、种质 资源的利用与磷高效基因型的筛 选、遗传特性和育种 改良等方面的研究结果进行综述。目前,有关小麦这方面的研究工作还较少,有待于今后进一 步深入开展。     

黄淮麦区小麦成株期磷高效基因型的鉴定和筛选

为快速筛选磷高效基因型小麦品种,以黄淮麦区112份小麦品种(系)为材料,设置正常磷和低磷2个磷处理,通过大田池栽试验,对小麦成株期19个与产量及磷效率相关性状进行分析,并以济麦22为对照,筛选磷效率和产量均表现优异的磷高效基因型。结果表明,与正常磷处理相比,低磷条件下,小麦的8个产量相关指标(单株穗数、千粒重、株高、穗长、可育小穗数、穗粒数、单株粒重和地上部干重)和3个磷积累量指标(单株籽粒、秸秆和地上部总磷积累量)均显著下降,而3个磷利用效率指标(单株籽粒、秸秆和地上部总磷利用效率)均显著增加,说明低磷胁迫使小麦成株期的产量和磷积累量大大降低,但明显提高磷利用效率。相关性分析发现,株高、可育小穗数和单株粒重与秸秆和地上部单株含磷量、3个磷积累量指标均呈显著正相关,与2个磷利用效率指标(单株秸秆和地上部总磷利用效率)呈显著负相关(P≤0.01),可以作为磷效率的初步快评指标。正常磷处理下,筛选出17个磷高效基因型,其中,旱选H28、2010品4891和周麦28的单株粒重比济麦22分别高36.07%、31.96%和37.44%,地上部总磷利用效率比济麦22分别高出49.34%、49.42%和33.05%;低磷处理下,筛选出10份磷高效基因型,其中,河农826的单株粒重和地上部总磷利用效率分别比济麦22高37.69%和20.42%;旱选H23、旱选H28和徐麦856在正常磷和低磷处理下均被鉴定为磷高效基因型,可能具有较高的育种价值。     

新疆春小麦品种的磷营养差异研究

为揭示不同小麦品种的磷营养特性并为选育磷高效小麦品种提供理论依据,在施磷( P)和不施磷(-P)两种土壤条件下,研究了22个新疆自育春小麦基因型的磷营养性状的差异.结果表明,不论施磷与否,不同小麦品种的籽粒、颖壳、叶片、茎秆的含磷量和磷利用效率差异均达极显著水平(P＜0.01).不同器官的平均含磷量均为籽粒>颖壳>叶片>茎秆.采用相对产量(RGY=-P/ P×100%)为分析指标,对22个春小麦基因型的磷效率进行了筛选,将供试品种划分为耐低磷的高、中、低效基因型三类.同时通过相关分析,研究了不同供磷条件下磷利用效率与其他营养性状之间的关系,提出了筛选和培育磷高效品种的相关指标.     

甘蓝型油菜不同磷效率基因型对土壤难溶性磷吸收利用的差异

本文采用根箱试验，初步研究了磷正常和低磷胁迫下甘蓝型油菜磷高效基因型97081和低效基因型97009在植株生长、磷的累积、以及对根际土和非根际土不同形态磷吸收和利用方面的差异。结果表明，磷高效基因型在缺磷胁迫下能够产生较多的生物量；具有较强的吸收和积累磷的能力；土壤中不同形态磷的分级试验表明，低磷胁迫下磷高效基因型97081根际土的速效磷、Al-P和Ca-P浓度均低于磷低效基因型97009，暗示磷高效基因型具有较强的活化吸收土壤中Al-P和Ca-P的能力。     

不同磷素水平下大豆叶片超显微结构的观察

利用筛选获得的表现稳定的磷高效基因型和磷低效基因型大豆品种各4个为材料,在不同供磷水平条件下培养至盛花期,取大豆生长点以下第二片复叶中间叶进行超微结构观察。结果表明:无论磷高效还是磷低效基因型品种随着施磷量的增加,叶片上单位面积气孔数目、气孔大小以及气孔开度均有所提高。在低磷处理下,磷高效基因型品种的气孔大小小于磷低效基因型品种,但气孔开度大于磷低效基因型品种,磷高效基因型品种低磷处理及中磷处理的单个叶肉细胞内叶绿体数量显著高于磷低效基因型品种,而高磷处理单个叶肉细胞内叶绿体数量则显著低于磷低效基因型品种。磷低效基因型品种随着磷肥施入量的增加,叶绿体的数量有所增加,且叶绿体形态较规则。对于磷高效基因型品种而言,高量的磷肥对叶绿体可能有一定的毒害作用,叶绿体破坏较为严重。因此,针对不同磷效基因型大豆合理地施用磷肥能有效改善叶片气孔及叶绿体的超微结构,提高大豆叶片光合作用的执行功能。     

大豆适应低磷胁迫的机理初探

通过营养液栽培试验研究大豆适应低磷胁迫的机理，试图找出供试大豆在水培条件下对低磷胁迫下的适应性与田间表现的关系，为快速选育磷高效品种提供具有参考价值的实验数据。结果表明：在水培条件下，大豆在磷效率方面存在着显著的基因型差异。在总体磷效率(以生物量为标准)方面和磷吸收效率(整株含磷量)方面，结果与田间试验表现基本一致。BX10和GD1属于磷高效对磷不敏感基因型，BD2属于磷低效对磷不敏感基因型，BX11和GD2属于磷低效对磷敏感基因型，BD1属于磷高效对磷敏感基因型，GD3和GD4表现不稳定。从磷的利用效率(单位磷所产生的生物量)来看，基因型间没有显著差异。说明即使在水培条件下，磷利用效率对大豆总体磷效率贡献也不大，大豆总体磷效率主要是由吸收效率决定的。与田间反应不同的是，水培条件下磷吸收效率高的基因型，具有较长的根长与较大的根表面积。说明在介质有效磷分布均匀的条件下，根形态性状对磷吸收效率起一定的作用。     

硬粒小麦-粗山羊草人工合成小麦的磷效率研究

为了挖掘磷高效种质资源、培育磷高效小麦品种,利用盆栽方法,设两个磷处理,以磷高效小麦品种长武134和磷低效小麦品种中国春为对照,研究了47份人工合成六倍体小麦(AABBDD)苗期的磷效率、磷吸收效率、磷利用效率的差异及评价指标。结果表明,SPAD值和地上部磷浓度不能作为评价人工合成小麦磷效率的指标,而低磷条件下幼苗的地上部干物质积累量、磷吸收效率与磷效率呈显著正相关。根据磷效率和地上部干物质积累量筛选出3份磷高效的人工合成小麦(SW23、SW24、SW26)。由本研究结果可知,粗山羊草包含与磷高效有关的基因,其与硬粒小麦杂交人工合成的小麦可作为育种材料和普通小麦杂交,进而选育磷高效小麦品种。     

难溶性无机磷酸盐对大豆苗期根系生长的影响

为了研究不同难溶性磷(钙磷,铝磷和铁磷)与大豆根系生长的关系,以田间筛选试验为基础,采用室内砂培与水培相结合的栽培方法,分别对磷高效基因型(东农44和东大1号)和磷低效基因型(黑河13和黑河24)大豆苗期根系生长进行比较。结果表明:4个基因型大豆利用难溶性磷酸盐的能力存在显著差异。难溶性磷源条件下,各基因型大豆的根干重、根冠比、总根长、根总表面积比对照处理均有显著增加,而根系全磷浓度、磷含量和平均半径均减小。磷高效基因型大豆在各处理下的根长和根表面积均大于磷低效基因型,但磷高效基因型部分性状的适应性未表现出优势。     

磷素处理对不同磷效率基因型大豆根系性状的影响

大豆的耐低磷能力与根系性状密切相关.以磷高效基因型大豆锦豆33和磷低效基因型大豆铁丰3号为试材,采用沙培的方法,设5个磷浓度,研究了不同生育时期磷效率基因型大豆的主根长、根冠比、根体积、根系活性和根系比表面积对磷素处理的反应.结果表明:不同生育时期磷效率基因型大豆根系性状对磷浓度的反应比较复杂.幼苗期,不同磷浓度处理下主根长度和根冠比磷高效基因型品种均显著高于磷低效基因型品种;在有些磷浓度处理下根体积、根系活力和根系比表面积等指标基因型间差异达到显著水平,指标值的大小随磷浓度的变化没有一致的规律性.分枝期,不同磷效率基因型品种间和不同磷浓度处理间主根长度都没有显著差异.开花期,不同磷浓度处理下主根长度和根冠比存在显著的基因型间差异,表现为磷高效品种显著大于磷低效品种.结荚期,根系活力和根体积在不同磷浓度处理下均表现出显著的基因型间差异.在各磷浓度下,磷高效品种的根系活力都显著大于磷低效品种的.在O.5、1.O、1.5和2 mmol·L-1的磷浓度下,磷高效品种的根体积显著大于磷低效品种.     

缺铁条件下磷素水平对不同磷效率大豆农艺性状的影响

为给缺铁地区磷肥的合理施用提供理论依据,以磷高效和磷低效基因型大豆为材料,采用砂培方式研究不同磷/铁处理对不同磷效率大豆生物学性状的影响,分析农艺性状与大豆植株磷、铁性状的关系,以及磷、铁性状对单株粒重的影响,并利用因子得分综合评价磷高效和磷低效基因型对不同磷/铁处理的响应.结果表明:磷高效基因型大豆在R5期的株高、茎...     

供磷水平对不同磷效率基因型大豆生物量积累及分配影响

以高磷效和低磷效基因型品种为材料,采用土壤盆栽法,研究了不同供磷水平对大豆生物量积累及分配的影响。结果表明:苗期磷高效基因型品种地上部(茎、叶)的生物量在施磷处理P640达到最高,磷低效基因型品种地上部(茎、叶)的生物量随着施磷量的增加而显著增加。随着供磷水平的提高,磷高效基因型大豆品种的根冠比值大于磷低效基因型大豆品种;花期磷高效基因型品种茎、叶、根干重在施磷处理P320达到最高,磷低效基因型品种茎、叶、根的干重随着施磷量的增加而显著增加;结荚期磷高效基因型品种的叶干重在施磷处理P640达到最高,根干重在施磷水平P320达到最高,茎干重随着施磷水平的提高而显著升高。磷低效基因型品种的茎、叶、根干重随着施磷量的增加而增加,荚干重在处理P640处达到了最高值,不同磷效基因型品种随着施磷量的增加根冠比值大体呈现降低趋势;鼓粒期不同磷效基因型品种随着施磷量的增加荚干重、叶干重、茎干重均有所增加。磷高效基因型品种相同施磷水平下生物量呈现荚≥茎≥根≥叶。磷低效基因型品种在高磷处理下叶干重大于根干重,并且根冠比值较低磷处理时显著降低。     

干旱胁迫对不同磷效率基因型大豆膜脂过氧化作用的影响

以不同磷效率基因型大豆黑河27、黑河29为材料,在控制磷素供应水平的条件下,通过控制灌水量的盆栽试验,研究了干旱胁迫对不同磷效率基因型大豆膜脂过氧化作用的影响。结果表明：随土壤干旱强度增加,磷高效基因型大豆叶片丙二醛（MDA）含量、细胞膜透性和O2^-含量递增的幅度明显小于磷低效基因型,超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性及过氧化物酶（POD）活性降低的幅度显著小于磷低效基因型,渗透调节物质可溶性糖（SS）、脯氨酸（Pro）随干旱胁迫强度增大而增加,磷高效基因型大豆的渗透调节能力要明显大于磷低效基因型。表明大豆耐旱性与其抗氧化酶活性相关,渗透调节物质是构成其耐旱性的重要物质基础,磷高效基因型膜脂过氧化程度小于磷低效基因型,并且表现出显著性差异。     

磷素水平对小麦突变体农艺性状和品质特性的影响

为丰富磷高效小麦遗传资源,分析了小麦纤维素相关基因突变体（ZC5和ZC7,为郑麦9023经EMS诱导的脆杆小麦）及其野生型（小麦品种郑麦9023）在三种磷素水平下（0、105、210 kg·hm^-2）、不同发育时期的相关生理指标和成熟期农艺和品质性状。结果表明,基因型、磷水平和基因型与磷水平互作均对旗叶叶面积、旗叶SPAD值和籽粒淀粉含量有一定影响,影响程度因生育时期而异。不同处理小麦灌浆过程符合Logistic生长规律,籽粒干物质积累均呈“慢－快－慢”的变化趋势。基因型和磷水平均对成熟期籽粒蛋白质含量和全磷含量有极显著影响;基因型对成熟期株高、有效小穗数、穗粒数及千粒重有极显著影响。相关分析表明,籽粒渐增期灌浆速率和干物质积累量、快增期干物质积累量和旗叶SPAD值均与千粒重呈极显著正相关,籽粒渐增期、快增期持续时间和淀粉含量均与千粒重呈显著正相关。ZC5为磷敏感材料,施磷能提前ZC5最大灌浆速率出现日期,提高其最大灌浆速率和平均灌浆速率,且随着施磷量的增加籽粒蛋白质和全磷含量增加。纤维素合成相关基因突变对旗叶SPAD值、叶面积、籽粒淀粉含量、蛋白质含量、全磷含量、株高、有效小穗数、穗粒数和千粒重均存在显著影响。通过化学诱变改良小麦细胞壁成分可为小麦育种提供丰富的遗传资源。     

低磷和干旱胁迫对不同基因型大豆光合生理特性的影响

采用盆栽培养的方法,研究了缺磷和干旱对鼓粒期磷高效基因型大豆黑河27,磷中效基因型大豆黑农43和磷低效基因型大豆黑河29的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Cs)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)、水分利用率等光合生理性状的影响.结果表明:低磷和干旱胁迫降低了3个基因型大豆叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和气孔限制值;相反,胞问CO2浓度呈卜升趋势,说明光合速率的降低受非气孔因素的限制;低磷和干旱胁迫处理降低了大豆叶面积、叶绿素含量,变化为磷低效基因型＞磷中效基因型＞磷高效基因型,说明缺磷和长期干旱能使大豆叶而积降低,叶绿素降解,减少了光合叶而积和光能吸收,影响光合作用.与磷低效大豆相比,磷高效大豆具有在干旱条件下对CO2的同化和水分利川能力上的优势.磷高效大豆在水分逆境下叶片能保持较高的光合速率并提高对水分的利用效率,显示其对干旱有较强的耐受性.     

甘蔗磷效率基因型差异及磷高效基因型筛选研究

以120个不同地域或具有不同遗传背景的甘蔗品种(系)为材料,通过田间试验研究甘蔗不同基因型间的磷效率差异并筛选出甘蔗磷高、低效基因型。结果发现:低磷胁迫下,甘蔗幼苗期地上部生物量、苗高、磷累积量、磷素利用效率、叶片(+5)磷含量均受到显著影响;幼苗期地上部生物量与磷累积量、磷素利用效率呈显著相关,与其他性状相关不显著。以幼苗期地上部生物量、磷累积量、磷素利用效率等为参数进行聚类分析,结果表明:供试品种(系)可分为低产磷低效、较低产磷较低效、高产磷低效、低产磷高效和高产磷高效5大类型。综合幼苗期效率相关性状和成熟期蔗茎产量相关性状,筛选出5个磷素高效基因型和5个磷素低效基因型。磷素高效基因型为福农91-21、闽糖01-77,桂糖97-69、云瑞06-8270、云瑞06-8362;磷素低效基因型为Co285、台引14、云瑞05-782、云瑞05-784、云瑞06-2414。该研究结果为甘蔗磷高效选育及机制研究提供了基础。     

低磷胁迫下不同基因型玉米内源激素的动态变化

用高效液相色谱法测定在低磷胁迫下不同基因型玉米生育进程中叶片和根系内源激素含量的动态变化。结果表明,不同基因型玉米叶片和根系内源激素含量除ABA含量为磷低效自交系>磷高效自交系>F₁外,ZT、GA₃和IAA含量均为F₁>磷高效自交系>磷低效自交系。低磷胁迫下,除ZT含量较正常供磷水平减少外,GA₃、IAA和ABA含量均较正常供磷水平增加。ZT和ABA的变幅表现为磷低效自交系大于磷高效自交系和F₁,GA₃和IAA的变幅表现为磷高效自交系和F₁大于磷低效自交系。此外,低磷胁迫下磷高效自交系与磷低效自交系间同一内源激素最值出现时期不同。说明低磷胁迫下不同磷利用效率自交系内源激素表现出规律性变化,因此可将内源激素作为鉴定和选育玉米磷高效基因型的参考指标。     

5个马铃薯品种组培幼苗的磷效率差异研究

试验以5个生产用马铃薯品种脱毒试管苗为材料,采用组织培养的方法,初步研究了茎切段在正常磷及低磷培养基中生长30 d时幼苗的磷营养效率差异,为筛选出适宜于生产用的磷高效马铃薯品种奠定了基础。试验结果表明,5个马铃薯品种幼苗在正常磷和低磷胁迫下对磷素的吸收和利用能力均存在明显的基因型差异。利用各品种幼苗的磷效率指标(植株干重、鲜重、吸磷量、磷利用效率)的相对指标(低磷处理的结果/正常磷处理的结果×100)进行聚类分析(类平均法)的结果表明,大白和I-1035属于磷高效基因型品种,中农Ⅷ是磷低效基因型品种,凉薯97和疫不加则属于中间类型品种。     

磷胁迫下大豆叶片及根系酸性磷酸酯酶酶谱的研究

通过营养液栽培试验,研究了低磷胁迫下4种不同磷效率基因型大豆叶片和根系的酸性磷酸酯酶(APase)同工酶的酶谱和活性变化.结果表明,大豆叶片和根系APase同工酶含量在低磷处理第10 d、20 d、30 d均比对照高,酶谱染色加深和谱带条数的增加,说明低磷胁迫增加该酶活性,磷高效基因型酶活性升高的幅度大于磷低效基因型.     

小麦磷效率的遗传研究进展

植物营养遗传研究是当今农业科研领域中的研究热点。本文就小麦磷效率的遗传研究进展进行了综述，如磷效率的含义、细胞遗传学研究、基因型间的差异、与其它性状的相关性、分子标记和分子生物学机制等。同时，对当前小麦磷效率遗传研究中存在的主要问题进行了讨论。     

小麦近缘染色体异附加系的磷效率及其机理研究

磷素缺乏是限制小麦高产的重要原因,而小麦近缘野生种往往表现出更好的耐低磷胁迫特性。本研究以通过盆栽实验初步筛选出来的9个磷高效的外缘染色体异附加系小麦为供试材料,以它们的亲本中国春(CS)为对照,在水培条件下对异附加系小麦在苗期的磷效率(包括磷吸收和磷利用效率)以及与磷效率有关的生理机制进行了研究。结果表明:(1)有6个外缘染色体异附加系材料(0226、0232、0244、0278、0282、0291)在水培条件下表现出了高磷效率;(2)在这6份磷高效的外缘染色体异附加系材料中有两份材料(0226和0232)在低磷条件下酸性磷酸酶的活性以及草酸和琥珀酸的分泌量都显著高于其亲本CS,而且在低磷条件下这两份材料的Cmin显著低于CS,说明这两份材料中添加的外缘染色体中包含与磷高效有关的基因,因此这两份外缘染色体异附加系可作为小麦育种材料,进而选育出高产的磷高效小麦品种。