低磷脅迫下五種蘋(píng)果砧木的磷吸收與利用特性

季萌萌， 許海港， 彭 玲， 任飴華， 葛順?lè)澹?姜遠(yuǎn)茂

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院， 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東泰安 271018 )

蘋(píng)果樹(shù)由砧木和接穗兩部分構(gòu)成，砧木為果樹(shù)提供根系，與所處的土壤環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換，對(duì)樹(shù)體的養(yǎng)分吸收、 生長(zhǎng)發(fā)育、 開(kāi)花結(jié)實(shí)均有重要影響。不同砧木品種其根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的速率和程度有很大的差異[8]。P32放射性同位素標(biāo)記結(jié)果表明，嫁接在M16砧上的一年生旭蘋(píng)果樹(shù)的地上部含磷量比M.9砧多3倍以上[9]。另外，在低營(yíng)養(yǎng)水平下栽培的桃樹(shù)，極喬化的桃砧‘Shalil’比生長(zhǎng)勢(shì)較弱的桃砧‘Lovell’吸收更多的營(yíng)養(yǎng)和水分以供給接穗生長(zhǎng)[8]。我國(guó)蘋(píng)果的種植主要分布于環(huán)渤海灣山丘地和西北黃土高原，蘋(píng)果園土壤的有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，加之果農(nóng)在生產(chǎn)中過(guò)量施入無(wú)機(jī)化學(xué)肥料，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分不均衡，土壤質(zhì)量降低。在生產(chǎn)中為了提高蘋(píng)果樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的利用效率，需要選擇對(duì)養(yǎng)分具有高效吸收能力的蘋(píng)果砧木[10]。 我國(guó)耕地面積廣闊，目前全國(guó)范圍內(nèi)有50%左右的土壤處于缺磷狀態(tài)[5]。植株缺磷一方面指土壤中有效磷含量低造成的養(yǎng)分虧缺[1]，另一方面是植株對(duì)土壤中有效磷的吸收利用能力較低，從而使植株出現(xiàn)缺磷現(xiàn)象[11]。因此，研究和發(fā)掘磷高效的蘋(píng)果砧木對(duì)于解決低磷脅迫和提高磷利用效率具有重要意義。國(guó)內(nèi)對(duì)磷高效基因型的研究主要集中在玉米、 小麥、 大豆、 油菜等作物，在果樹(shù)上較少涉及。為此，本試驗(yàn)以五種蘋(píng)果野生砧木為試材，研究其磷吸收效率、 磷利用效率的差異，旨在選出磷吸收效率、 磷利用效率較高的砧木品種，為生產(chǎn)上合理選用砧木及養(yǎng)分高效基因型蘋(píng)果育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站完成。供試土壤為棕壤，質(zhì)地為粘壤土，有機(jī)質(zhì)含量10.13 g/kg，堿解氮76.63 mg/kg，速效磷14.60 mg/kg，速效鉀184.99 mg/kg，pH 6.7 。以正常管理的一年生八棱海棠(M.micromalusMakino)、 平邑甜茶(MalushupehensisRehd.)、 東北山荊子(M.baccataBorkh.)、 富平楸子[M.prunifolia(Willd)Borkh.]、 新疆野蘋(píng)果[M.sievesii(Ledeb.)Roemer]5種蘋(píng)果砧木為試材，每盆栽長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株3株。

1.2 盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)分為低磷(LP)和正常施磷(CK)兩組處理，低磷(LP)處理不施磷肥，正常施磷處理(CK)為每盆施入過(guò)磷酸鈣1.96 g(試驗(yàn)盆直徑20 cm，裝土至距離盆沿2 cm處，按100 kg/hm2的標(biāo)準(zhǔn)施入)，兩組處理均同時(shí)施入尿素0.67 g，硫酸鉀0.60 g，于2012年5月10日施肥。每個(gè)處理6次重復(fù)(6盆)，每盆3株，各處理生長(zhǎng)條件及栽培管理均保持一致。于2012年8月10日取樣測(cè)定。每處理選取6株，經(jīng)清水沖洗后用WinRHIZO 根系分析軟件進(jìn)行根總表面積、 根系總長(zhǎng)度分析，根系分級(jí)參照楊洪強(qiáng)[12]的方法進(jìn)行； 另取6株，將植株分成地上部和地下部，于 105 ℃殺青30 min ，80 ℃烘干至恒重，用不銹鋼電磨粉碎，過(guò)0.25 mm 篩后備測(cè)。地上部和地下部干物質(zhì)量用千分之一電子天平稱量； 含磷量用H2SO4-H2O2消煮—釩鉬黃比色法測(cè)定； 根系活力用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測(cè)定，以單位鮮樣質(zhì)量根系還原的TTC 量表示。

1.3 離子吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定

5種蘋(píng)果砧木的幼苗培養(yǎng)在人工氣候室進(jìn)行，Hoagland 完全營(yíng)養(yǎng)液初始pH為6.5，每周換一次營(yíng)養(yǎng)液，每天定時(shí)通氣，14h光照，光量子通量密度為150 μE/(m2·s)，白天/夜間溫度為28℃/21℃。試驗(yàn)前一天，將幼苗根系沖洗干凈，移入盛有去離子水的黑色培養(yǎng)瓶饑餓處理24 h。而后將幼苗轉(zhuǎn)入連續(xù)通氣的處理營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行離子吸收動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。處理營(yíng)養(yǎng)液其它營(yíng)養(yǎng)元素濃度與正常營(yíng)養(yǎng)液相同，磷溶液系列濃度為KH2PO40、 0.05、 0.10、 0.20、 0.30、 0.40、 0.50、 0.60、 0.80、 1.00 mmol/L10個(gè)梯度，每個(gè)梯度6個(gè)重復(fù)，3株為1個(gè)重復(fù)。幼苗吸收24 h后采集營(yíng)養(yǎng)液10 mL，鉬銻抗比色法測(cè)定含磷量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

相對(duì)磷效率(%)=低磷脅迫下干物質(zhì)積累量/正常施磷條件下干物質(zhì)積累量×100[13]

植株磷吸收效率(mg/plant)=磷濃度(mg/g)×植株干物質(zhì)重(g/plant)[14]

植株磷利用效率(g/mg)=植株干物質(zhì)重(g)/吸磷量(mg)[14]

動(dòng)力學(xué)參數(shù)Vmax、 Km的計(jì)算采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法。使1/v 對(duì)1/[S]作圖，可以獲得一條直線。直線與x軸的截距即為1/Km的絕對(duì)值，直線與y軸的截距為1/Vmax。

用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蘋(píng)果砧木生物量的差異及相對(duì)磷效率

低磷脅迫及正常施磷處理下5種蘋(píng)果砧木整株干重從高到低均為富平楸子>平邑甜茶>新疆野蘋(píng)果>東北山荊子>八棱海棠，但低磷脅迫明顯抑制了砧木干物質(zhì)的積累。與正常施磷處理相比，低磷脅迫下各蘋(píng)果砧木的根冠比顯著增加，其增加量由高到低為富平楸子(16.22%)>平邑甜茶(11.29%)>東北山荊子(8.75%)>新疆野蘋(píng)果(7.41%)>八棱海棠(5.77%)(表1)。

相對(duì)磷效率用植株干物質(zhì)積累量在低磷與正常供磷水平下的比值表示，相對(duì)磷效率越高其對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)能力越強(qiáng)[15]。5種蘋(píng)果砧木相對(duì)磷效率(低磷/正常施磷)差異顯著，依次為富平楸子(93.66%)>平邑甜茶(87.69%)>東北山荊子(83.44%)>八棱海棠(74.54%)>新疆野蘋(píng)果(74.01%)，可見(jiàn)在低磷脅迫時(shí)富平楸子能夠最大限度地維持生長(zhǎng)勢(shì)。

2.2 不同蘋(píng)果砧木磷吸收效率及利用效率的差異

磷吸收效率(PAE)是植物在一定介質(zhì)有效磷濃度下吸收的總磷量，它反映了植株對(duì)介質(zhì)中磷的吸收能力[14]。由表2可以看出，正常磷和缺磷水平下5種砧木的PAE從高到低均為富平楸子>平邑甜茶>東北山荊子>新疆野蘋(píng)果>八棱海棠。與正常施磷處理相比，低磷脅迫下砧木的PAE降低，不同砧木降幅差異顯著。降幅最小的是富平楸子，降低了22.34%，八棱海棠降幅最大，為39.17%，東北山荊子為28.16%、 平邑甜茶為28.48%、 新疆野蘋(píng)果為32.57%。

磷利用效率(PUE)是指植株體內(nèi)單位磷所生產(chǎn)的生物量[14]。低磷脅迫下各砧木的PUE從高到低依次為平邑甜茶>富平楸子>八棱海棠>新疆野蘋(píng)果>東北山荊子； 正常施磷處理依次為平邑甜茶>富平楸子>八棱海棠≈新疆野蘋(píng)果>東北山荊子。低磷脅迫使各砧木PUE顯著增加，其中增幅最大的為平邑甜茶，其PUE增加了22.02%，增幅最小的為新疆野蘋(píng)果，PUE增加12.94%，其他砧木的PUE增幅由高到低依次為富平楸子(19.79%)、 八棱海棠(19.54%)、 東北山荊子(17.14%)。

表1 不同砧木低磷和正常施磷處理的生物量及相對(duì)磷效率

表2 不同砧木低磷和正常施磷處理的磷吸收效率及利用效率

2.3 不同蘋(píng)果砧木根系形態(tài)指標(biāo)、 根系活力及離子吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)的差異

在低磷及正常施磷處理下，5種蘋(píng)果砧木吸收根總表面積和吸收根總根長(zhǎng)從高到低依次為富平楸子>平邑甜茶>東北山荊子>新疆野蘋(píng)果>八棱海棠(表3)。低磷脅迫下砧木吸收根總表面積高于正常施磷處理，其增加量由高到低為平邑甜茶(19.72%)>富平楸子(13.38%)>東北山荊子(10.08%)>新疆野蘋(píng)果(9.15%)>八棱海棠(2.78%)； 除平邑甜茶外，低磷脅迫并未使吸收根根長(zhǎng)顯著增加，在八棱海棠、 東北山荊子和新疆野蘋(píng)果中甚至有所減少。

從表4可以看出，5種蘋(píng)果砧木在低磷及正常施磷處理下根系活力從高到低均為富平楸子>平邑甜茶>東北山荊子>新疆野蘋(píng)果>八棱海棠。與正常施磷處理相比，低磷脅迫使根系活力顯著升高，其中平邑甜茶、 東北山荊子、 富平楸子增幅較大，分別增加了35.45%、 30.59%、 27.58%。

相關(guān)性分析表明(表5)，磷吸收效率(PAE)與吸收根總根長(zhǎng)和吸收根總表面積呈顯著正相關(guān)(R2=0.80**，R2=0.61*)，與根系活力相關(guān)性較差(R2=0.56)。說(shuō)明低磷脅迫下，植物通過(guò)增加吸收根總表面積及總根長(zhǎng)等方式，擴(kuò)大根系吸收面積，從而增加根系對(duì)磷的吸收。而吸收根總根長(zhǎng)、 吸收根總表面積和根系活力與磷利用效率無(wú)顯著相關(guān)性，說(shuō)明根系的吸收能力與磷利用效率可能并無(wú)直接關(guān)系。

表3 不同砧木低磷和正常施磷處理的根系形態(tài)指標(biāo)

表4 不同砧木離子吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)及低磷和正常施磷處理的根系活力

表5 根系形態(tài)指標(biāo)與磷效率的相關(guān)性分析

3 討論

進(jìn)一步分析不同砧木對(duì)磷的吸收和利用效率的差異可見(jiàn)，砧木對(duì)磷的吸收效率與吸收根總表面積和總根長(zhǎng)存在顯著正相關(guān)關(guān)系。前人研究表明，磷吸收效率高的植物一般通過(guò)改變根系形態(tài)構(gòu)型，增加根系與土壤接觸面積，從而促進(jìn)對(duì)低磷土壤中磷素的獲取[16-19]。低磷脅迫下根冠比的增加，是植物對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制[16]。陳磊等[18]研究表明，總根長(zhǎng)越長(zhǎng)、 細(xì)根越多，越有利于植株對(duì)磷的吸收。本研究中，低磷脅迫下各蘋(píng)果砧木根冠比、 根系活力和吸收根總表面積均高于正常施磷處理，是蘋(píng)果砧木對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)，與前人研究結(jié)果一致[16-20]。但不同蘋(píng)果砧木的根系形態(tài)指標(biāo)變化差異顯著，因而其對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)能力也有顯著差異。

低磷脅迫下根系磷吸收能力的增加以及植株磷利用效率的提高是植物適應(yīng)低磷脅迫的重要基礎(chǔ)[20-21]。本研究表明，低磷脅迫下5種蘋(píng)果砧木磷利用效率(PUE)均高于正常施磷處理，說(shuō)明低磷條件下植物通過(guò)增加磷素在體內(nèi)的高效轉(zhuǎn)運(yùn)和合理利用提高其磷利用效率[22]； 但低磷脅迫下各蘋(píng)果砧木的磷吸收效率(PAE)均低于正常施磷處理，可能是由于低磷脅迫下土壤介質(zhì)中的有效磷總量較低，能夠被植物吸收的有效磷減少所致。

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