苧麻磷素吸收利用的基因型差異

梅 坤，康萬利，揭雨成，2* ，杜曉華，邢虎成，2

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長(zhǎng)沙410128;2湖南省作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410128)

磷是苧麻生長(zhǎng)發(fā)育中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)苧麻有一定的增產(chǎn)作用。磷是細(xì)胞中核酸、核蛋白、磷脂類的重要成分，它與細(xì)胞分裂活動(dòng)密切相關(guān)［1～5］。磷也是酶的重要成分，它與光合作用、呼吸作用以及碳水化合物的代謝和運(yùn)轉(zhuǎn)都有關(guān)系。特別是ATP等含磷化合物，它們是細(xì)胞中能量的貯存、傳遞與利用的主要媒介。缺磷對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有很大影響。苧麻缺磷時(shí)的外形變化與其他作物一樣，植株比較矮小，葉片呈暗綠色至紫紅色，葉面積較小，葉片癥狀明顯的出現(xiàn)在下部葉片上［1］。一般作物對(duì)磷肥的利用率很低，通常情況下當(dāng)季作物只有5%～15%，加上后效一般不超過25%。利用植物基因型間磷素吸收利用效率的差異，篩選和培育磷高效基因型作物對(duì)于提高磷素利用效率、節(jié)約磷礦資源具有重要意義［6～8］。對(duì)苧麻磷營(yíng)養(yǎng)的研究，前人主要集中在施肥對(duì)苧麻生長(zhǎng)的影響方面，而有關(guān)不同磷效率基因型苧麻對(duì)磷素的吸收規(guī)律及其生理機(jī)制的研究還缺乏系統(tǒng)報(bào)道。本研究對(duì)10個(gè)苧麻種質(zhì)生物量、磷積累量和磷利用效率進(jìn)行了研究，以期篩選出磷肥利用效率高的種質(zhì)，提高磷肥利用效率，減少肥料浪費(fèi)和防止環(huán)境污染。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為長(zhǎng)沙野麻、瀏陽(yáng)野麻、冷水江野麻、中苧1號(hào)、湘苧3號(hào)、湘苧X1、湘苧X3、湘苧X2、湘苧XB、多倍體1號(hào)，均來自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻種質(zhì)資源圃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 旱地試驗(yàn)

旱地試驗(yàn)于2010年5月～2010年12月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地進(jìn)行。土壤全氮1.23 g/kg，堿解氮84 mg/kg，速效磷 19.38 mg/kg，速效鉀 90.95 mg/kg。試驗(yàn)小區(qū)施肥量為尿素 240 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、氯化鉀240 kg/hm2。每個(gè)種質(zhì)3次重復(fù)，小區(qū)規(guī)格為2.5 m×4 m。5月1日移栽苧麻，株行距0.5 m×0.5 m，采用正常田間管理。

1.2.2 坡地試驗(yàn)

坡地試驗(yàn)于2010年5月～2010年12月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)新運(yùn)動(dòng)場(chǎng)道路護(hù)坡地進(jìn)行。土壤全氮0.82 g/kg，堿解氮 47 mg/kg，速效磷 13.27 mg/kg，速效鉀67.03 mg/kg，土壤很瘠薄。試驗(yàn)小區(qū)施肥量為尿素240 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、氯化鉀240 kg/hm2。每個(gè)種質(zhì)3次重復(fù)，小區(qū)規(guī)格為3 m×10 m。5月17日移栽苧麻，株行距0.5 m×0.5 m，采用正常田間管理。

1.2.3 盆栽試驗(yàn)

每盆施肥量為尿素2.14 g、P2O51.2 g、氯化鉀2.14 g，每個(gè)種質(zhì)5次重復(fù)。試驗(yàn)土壤為深層瘠薄土壤，全氮 0.84 g/kg，堿解氮 51 mg/kg，速效磷17.54 mg/kg，速效鉀40.77 mg/kg。每盆裝20 kg土壤，5月份栽植，每盆栽3株，放置在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室內(nèi)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

纖維成熟期收獲，在105℃下殺青15 min，然后在65℃下烘至恒重，然后稱量干物質(zhì)重。將干樣品粉碎后，采用混合酸消化，用釩鉬黃比色法測(cè)定樣品中的含磷量。磷素利用效率用植株地上部吸收單位磷素生產(chǎn)的收獲物產(chǎn)量表示，單位為kg/kg。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苧麻種質(zhì)農(nóng)藝性狀的基因型差異

表1為旱地、坡地、盆栽試驗(yàn)10個(gè)苧麻種質(zhì)的農(nóng)藝性狀各指標(biāo)表現(xiàn)。旱地試驗(yàn)株高、莖粗、分蘗數(shù)平均值為168.3 cm、9.86 mm、5.85株;坡地試驗(yàn)株高、莖粗、分蘗數(shù)平均值為101.76 cm、7.54 mm、5.79株;盆栽試驗(yàn)株高、莖粗、分蘗數(shù)平均值為60.48 cm、6.38 mm、8.14株。綜合分析3個(gè)試驗(yàn)可知，不同種質(zhì)資源在相同磷素水平下，在農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)存在差異，優(yōu)異的種質(zhì)為多倍體1號(hào)、湘苧X1、湘苧3號(hào)、中苧1號(hào)，表現(xiàn)中等的為湘苧X2、湘苧X3、湘苧XB，長(zhǎng)沙野麻、瀏陽(yáng)野麻、冷水江野麻表現(xiàn)較差。

表1 苧麻種質(zhì)農(nóng)藝性狀的基因型差異Tab.1 Genotypic differences of agronomic trait in ramie germplasm

2.2 產(chǎn)量和磷素積累量的基因型差異

由表2可知，旱地、坡地、盆栽試驗(yàn)中10個(gè)苧麻種質(zhì)的總干重、磷含量、磷積累量變幅較大，說明各種質(zhì)間肥料利用存在豐富的變異。旱地試驗(yàn)總干重和磷積累量平均值為6.002和0.0228 kg/小區(qū)，變幅分別為4.411～7.073和0.019～0.032 kg/小區(qū);坡地試驗(yàn)總干重和磷積累量平均值為22.94和0.075 kg/小區(qū)，變幅分別為 13.653～43.618和0.045～0.132 kg/小區(qū);盆栽試驗(yàn)總干重和磷積累量平均值為0.139和0.000 47 kg/小區(qū)，變幅分別為0.114～0.170和0.000 36～0.000 63 kg/小區(qū)。

表2 苧麻種質(zhì)產(chǎn)量和磷素積累量的基因型差異Tab.2 Genotypic differences of yield and phosphorus uptake in ramie germplasm

2.3 磷素利用效率的基因型差異

由表3可知，不同種質(zhì)磷利用效率存在極顯著差異。旱地試驗(yàn)磷利用效率平均值為255.41 kg/kg，變幅為230.7～305.7 kg/kg;坡地試驗(yàn)磷利用效率平均值為308.19 kg/kg，變幅為215.8～347.2 kg/kg;盆栽試驗(yàn)磷利用效率平均值為301.34 kg/kg，變幅為264.4 ～343.2 kg/kg。

表3 苧麻種質(zhì)磷素利用效率(kg/kg)的基因型差異Tab.3 Genotypic differences for phosphorus use efficiency in ramie germplasm

2.4 磷素吸收利用效率的分類與評(píng)定

由圖1可知，旱地試驗(yàn)10個(gè)苧麻種質(zhì)可以分為3類，其中中苧1號(hào)、湘苧X3、湘苧 X1、湘苧 X2磷肥利用效率較高;坡地試驗(yàn)10個(gè)苧麻種質(zhì)可以分為4類，其中瀏陽(yáng)野麻、中苧1號(hào)、多倍體1號(hào)、湘苧X1、湘苧X2磷肥利用效率較高;盆栽試驗(yàn)10個(gè)苧麻種質(zhì)可以分為4類，其中瀏陽(yáng)野麻、中苧1號(hào)、多倍體1號(hào)磷肥利用效率較高。綜合三個(gè)試驗(yàn)，可將10個(gè)品種分為3類:磷肥利用效率較高的是瀏陽(yáng)野麻、中苧1號(hào)、湘苧X3、湘苧XB、湘苧X1，磷肥利用效率中等的是湘苧X2、湘苧3號(hào)、多倍體1號(hào)，磷肥利用效率較差的是冷水江野麻、長(zhǎng)沙野麻。

圖1 苧麻磷素利用效率聚類分析Fig.1 Clustering of ramie germplasm for phosphorus use efficiency

3 小結(jié)與討論

選育磷高效利用基因型作物是解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷素不合理利用的有效途徑之一。但相關(guān)研究多集中于耐低磷基因型的篩選等方面［8，11］。但就當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，多數(shù)仍然進(jìn)行正常施肥，因而在磷素正常施用水平下選育磷素吸收利用能力較強(qiáng)的基因型對(duì)于作物的生產(chǎn)具有極其重要的意義。本研究結(jié)果表明，磷素積累量和磷利用效率都存在顯著的基因型差異，這與前人在其他作物上的研究結(jié)果一致［12，13］，說明從現(xiàn)有的苧麻種質(zhì)資源中直接篩選磷吸收和利用能力強(qiáng)的苧麻品系具有較大可行性。本研究綜合旱地、坡地、盆栽3個(gè)試驗(yàn)，依據(jù)苧麻的農(nóng)藝性狀、生物產(chǎn)量、磷素積累量及磷素利用率可將10個(gè)苧麻種質(zhì)分為3類:磷素吸收利用能力較強(qiáng)的是瀏陽(yáng)野麻、中苧1號(hào)、湘苧XB、湘苧X3、湘苧X1，磷素吸收利用能力中等的是湘苧X2、湘苧3號(hào)、多倍體1號(hào)，磷素吸收利用能力較差的是冷水江野麻、長(zhǎng)沙野麻。

不同植物對(duì)養(yǎng)分脅迫的抗性能力存在很大的差異，主要原因是植物的遺傳性和環(huán)境的影響［9］。苧麻種質(zhì)間耐瘠能力存在顯著差異［10］，說明苧麻對(duì)養(yǎng)分利用機(jī)制可能存在遺傳差異，其差異機(jī)理有待進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)將田間試驗(yàn)、坡地試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行苧麻種質(zhì)磷素吸收利用差異性研究，3個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果存在一定差異，這可能與試驗(yàn)點(diǎn)之間土壤肥力差異有關(guān)。盆栽試驗(yàn)分類結(jié)果和3個(gè)試驗(yàn)的平均值分類結(jié)果，相差不大，以后工作中如需快速鑒定苧麻的耐瘠性可采用盆栽的方法，快速簡(jiǎn)便。

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