不同春小麥品種耐低磷性評(píng)價(jià)及種質(zhì)篩選*

劉露露，汪軍成，，姚立蓉，，孟亞雄，，李葆春，楊 軻，司二靜，，王化俊，，馬小樂(lè)，**，尚勛武，李興茂

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所 蘭州 730070)

磷素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要[1-2]，參與多種代謝途徑如蛋白活化、信號(hào)傳導(dǎo)等。而我國(guó)60%以上的土壤有效磷匱乏，通常是通過(guò)增施磷肥來(lái)緩解該現(xiàn)狀，但大部分被Ca2+、Fe3+、Mn2+等金屬離子固定在土壤中，從而造成土壤酸堿失衡和生態(tài)污染[3-5]。另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用磷肥為不可再生資源，隨著農(nóng)業(yè)對(duì)磷肥需求量的不斷增加，磷礦將在未來(lái)50～200年面臨枯竭[6-7]。因此，為了應(yīng)對(duì)未來(lái)缺磷對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的危機(jī)，研究作物的磷脅迫響應(yīng)機(jī)制和培育耐低磷品種顯得尤為重要。

小麥(Triticum aestivumL.)是重要的糧食作物之一，在我國(guó)小麥?zhǔn)亲钪匾纳唐芳Z和戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備糧，在糧食生產(chǎn)以及流通和消費(fèi)領(lǐng)域具有重要地位。但通過(guò)超量施用化肥達(dá)到小麥高產(chǎn)的目的有悖于“綠色農(nóng)業(yè)”和“可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)”的號(hào)召。為了響應(yīng)我國(guó)“雙減農(nóng)業(yè)”政策，降低小麥生產(chǎn)中磷肥的施用量，減少生態(tài)污染，耐低磷小麥種質(zhì)的培育顯得尤為重要。目前關(guān)于耐低磷種質(zhì)資源的篩選與評(píng)價(jià)在水稻(Oryza sativaL.)、玉米(Zea maysL.)、小麥、谷子(Setaria italicaL.)等作物中已有研究[8-11]。耐低磷品種通常是采用苗期生物學(xué)性狀、成株期株高、千粒重等性狀和酸性磷酸酶活性等指標(biāo)進(jìn)行篩選、鑒定和評(píng)價(jià)[13]。但上述研究主要是針對(duì)苗期或成株期單一生育期的耐低磷能力特性評(píng)價(jià)，有的采用大田和土培試驗(yàn)，肥力和水分難以控制一致，試驗(yàn)結(jié)果存在不確定性。在小麥耐低磷種質(zhì)的篩選中，通常采用苗期篩選體系，因苗期磷素營(yíng)養(yǎng)狀況直接影響小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，且苗期篩選成本較低，再結(jié)合成株期盆栽試驗(yàn)?zāi)芨訙?zhǔn)確、有效地評(píng)價(jià)小麥的耐低磷特性[14-15]。但綜合考慮小麥苗期與成株期的耐低磷特性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究對(duì)春小麥苗期及成株期的耐低磷能力進(jìn)行綜合篩選、鑒定和評(píng)價(jià)，苗期通過(guò)種子萌發(fā)袋篩選試驗(yàn)對(duì)162 份春小麥的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期篩選出苗期耐低磷候選材料和低磷敏感候選材料，并對(duì)其進(jìn)行盆栽苗的成株期鑒定，最終篩選出苗期和成株期耐低磷材料和磷敏感材料，并進(jìn)一步分析其在低磷脅迫下酸性磷酸酶的活性變化，旨在為進(jìn)一步研究小麥耐低磷特性、培育耐低磷品種提供理論依據(jù)和種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院麥類(lèi)遺傳育種實(shí)驗(yàn)室提供的162 份春小麥種質(zhì)資源。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每份材料挑選籽粒飽滿且大小一致的種子，用5% NaClO 溶液消毒5 min，之后用蒸餾水沖洗3 次，再將種子放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中萌發(fā)12 h，然后將露白的種子接入種子萌發(fā)袋[規(guī)格為18 cm(高)×12.5 cm(寬)]的紙芯上，每袋5 粒；設(shè)正常磷處理(0.2 mmol·L–1)和低磷脅迫處理(0.02 mmol·L–1)，3 次重復(fù)。以KH2PO4為磷源，同時(shí)在低磷脅迫的營(yíng)養(yǎng)液中加入0.18 mmol·L–1的KCl 補(bǔ)足K 元素，pH 為6.8±0.1，其余營(yíng)養(yǎng)液[16]成分均相同；每個(gè)種子袋中初始加入20 mL 該營(yíng)養(yǎng)液，待種子接入5 d 后，每3 d 加5 mL 營(yíng)養(yǎng)液。培養(yǎng)條件參考Ren 等[17]。共培養(yǎng)30 d 后，每重復(fù)挑選3 株有代表性的小麥幼苗采用根系掃描儀(Epson，Long Beach，CA，USA)和WinRHIZO 軟件(Quebec，QC，CAN)計(jì)算根系相關(guān)指標(biāo)[18]，同時(shí)測(cè)量地上部與根系的干重，并計(jì)算根冠比。

1.2.2 盆栽試驗(yàn)

種子處理和營(yíng)養(yǎng)液配比同種子萌發(fā)袋試驗(yàn)。將種子接入盛有8 L 沙子和蛭石(體積比為1∶2)的花盆中，每盆5 株，在室外按照完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)擺放。待其生長(zhǎng) 7 d 后，進(jìn)行正常磷處理(0.2 mmol·L–1)和低磷脅迫處理(0.02 mmol·L–1)，每次5 株，3 次重復(fù)，共計(jì)15 株，其余管理均相同。成熟后收獲每個(gè)重復(fù)所有植株的地上部分測(cè)量不同處理的總分蘗數(shù)、無(wú)效分蘗數(shù)、株高、穗長(zhǎng)、不孕小穗數(shù)、穗粒數(shù)、株粒重、地上部干物質(zhì)、千粒重、粒長(zhǎng)和粒寬等性狀。

1.2.3 水培試驗(yàn)

對(duì)上述篩選的耐低磷材料和磷敏感材料進(jìn)行水培試驗(yàn)，培養(yǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)液的配比同種子萌發(fā)袋試驗(yàn)，設(shè)3 次重復(fù)，每重復(fù)選取3 株長(zhǎng)勢(shì)一致且具有代表性的小麥幼苗，分別在脅迫3 d、7 d、14 d、21 d、30 d 測(cè)定地上、地下部干重和根系與葉片組織中酸性磷酸酶的活性變化。

1.2.4 酸性磷酸酶(APase)活性測(cè)定

膨脹土在干濕循環(huán)的作用下會(huì)發(fā)生不可逆的脹縮變形，一旦這種變形受到限制，就會(huì)產(chǎn)生膨脹力，這是研究膨脹土問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)然，對(duì)于膨脹土邊坡而言，除了膨脹力以外，還有其他因素也在同時(shí)影響著膨脹土邊坡的穩(wěn)定性。大量實(shí)際工程發(fā)現(xiàn)，土坡在失穩(wěn)之前，邊坡上往往會(huì)出現(xiàn)一定的裂隙，隨著裂隙的發(fā)展，邊坡的穩(wěn)定性會(huì)隨之降低[11]。因此，在了解了膨脹土邊坡破壞過(guò)程中的變形特征的基礎(chǔ)上，分析膨脹土邊坡在裂隙、膨脹力和降雨歷時(shí)影響下的安全系數(shù)的變化趨勢(shì)，從而了解這些因素對(duì)膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響。

參照Liu 等[19]方法測(cè)定葉片和根組織中APase活性，APase 活性以單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的根或葉生成的對(duì)硝基苯酚(PNP)的量來(lái)表示[μg·g–1·h–1(FW)]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和GraphPad Prism 6.01、R 語(yǔ)言分析作圖，利用SPSS 19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用隸屬函數(shù)法對(duì)小麥苗期和成株期進(jìn)行耐低磷綜合評(píng)價(jià)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[11]計(jì)算指標(biāo)。

式中：μ(Xj)為第j個(gè)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xj為第j個(gè)綜合指標(biāo)值，Xmax為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值，Xmin為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值。

式中：Wj為第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度及權(quán)重，Pj為各品種第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

式中：D為在低磷脅迫條件下各品種耐低磷能力的綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 春小麥苗期耐低磷種質(zhì)的篩選

2.1.1 耐低磷系數(shù)的相關(guān)性分析

通過(guò)測(cè)定苗期不同磷素處理下的地上部及地下部的各個(gè)指標(biāo)，計(jì)算出相應(yīng)指標(biāo)的耐低磷系數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析(表1)。結(jié)果表明：地上部干重與地下部干重的耐低磷系數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與根冠比的耐低磷系數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；株高與總根長(zhǎng)和地上部干重的耐低磷系數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與根表面積和地下部干重的耐低磷系數(shù)呈顯著正相關(guān)；根長(zhǎng)與根表面積的耐低磷系數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與總根長(zhǎng)、根體積、地上部干重和地下部干重的耐低磷系數(shù)呈顯著正相關(guān)；總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、地上部干重和地下部干重 5 個(gè)指標(biāo)的耐低磷系數(shù)兩兩之間均存在極顯著正相關(guān)。

表1 供試春小麥材料苗期各生長(zhǎng)性狀耐低磷系數(shù)的相關(guān)性Table1 Correlation among low phosphorus tolerance coefficients of growth indicators at seedling stage of the tested spring wheat materials

2.1.2 主成分分析

對(duì)供試材料苗期各項(xiàng)指標(biāo)的耐低磷系數(shù)進(jìn)行主成分分析[20]，以特征值0.9為提取臨界值，共提取4個(gè)主成分(表2)。第1主成分的貢獻(xiàn)率最大，為44.30%，主要為反映根系因子的根表面積、根體積、地下部干重等指標(biāo)；第2主成分載荷較高的是根冠比，貢獻(xiàn)率為15.06%；第3主成分載荷較高的是株高，貢獻(xiàn)率為11.78%；第4主成分載荷較高的是根長(zhǎng)，貢獻(xiàn)率為11.46%。前4個(gè)綜合指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)82.60%，可以代表苗期8個(gè)指標(biāo)的絕大部分信息，因此將原始數(shù)據(jù)中的8個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，后續(xù)將利用這4個(gè)指標(biāo)對(duì)供試材料苗期耐低磷能力進(jìn)行綜合分析。

表2 供試春小麥材料苗期各生長(zhǎng)指標(biāo)耐低磷系數(shù)載荷矩陣、指標(biāo)特征值及貢獻(xiàn)率Table2 Load matrix，characteristics value and contribution rate of low phosphorus tolerance coefficient of each growth indicator of the tested spring wheat materials at seedling stage

2.1.3 耐低磷能力的聚類(lèi)分析

以2.1.2 提出的綜合指標(biāo)為基礎(chǔ)，采用隸屬函數(shù)法，計(jì)算出各供試春小麥材料苗期耐低磷綜合評(píng)價(jià)值D值(表3)，D值越大表示其耐低磷能力越強(qiáng)，D值越小表示其耐低磷能力越弱；然后基于D值進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖1)。結(jié)果表明，供試材料可被分為4 類(lèi)，第Ⅰ類(lèi)包含 10 份材料，占 6.17%，D值范圍為0.448 2～0.592 6，為耐低磷品種，其中品種wp-26、wp-29、wp-35、wp-72、wp-139 的D值依次為最高，為耐低磷候選材料；第Ⅱ類(lèi)包含26 份材料，D值范圍為0.322 4～0.414 8，為較耐低磷品種；第Ⅲ類(lèi)包含91 份材料，占56.17%，D值范圍為0.197 3～0.315 1；第Ⅳ類(lèi)包含材料35 份材料，D值范圍為0.083 3～ 0.192 6，其中wp-32、wp-33、wp-119、wp-141 的D值最小且耐低磷能力最弱。

表3 不同春小麥材料苗期的耐磷綜合評(píng)價(jià)值(D)及耐低磷類(lèi)型Table3 Comprehensive evaluation value (D) and low phosphorus tolerance types of seedlings of different spring wheat materials

續(xù)表3

2.2 春小麥成株期耐低磷種質(zhì)的鑒定

為了鑒定苗期種子萌發(fā)袋試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，進(jìn)一步對(duì)苗期篩選的耐低磷材料(5 份)和磷敏感材料(4 份)進(jìn)行盆栽成株期特性分析(圖1)，結(jié)果顯示，低磷脅迫對(duì)耐低磷候選材料的長(zhǎng)勢(shì)影響較小，而對(duì)磷敏感候選材料的生長(zhǎng)抑制作用較大，主要表現(xiàn)出植株矮小、分蘗減少和結(jié)實(shí)率下降等明顯的缺素癥狀。

圖1 耐低磷基因型與低磷敏感基因型小麥材料在成株期的長(zhǎng)勢(shì)情況Fig.1 Growth situation of wheat materials of low phosphorus tolerant and sensitive genotypes at maturity

對(duì)不同磷處理下10 個(gè)成株期指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表4)，結(jié)果表明第1 主成分的貢獻(xiàn)率最大，為40.21%，其主要包含株高、穗長(zhǎng)、地上生物量、株粒重等性狀；第2 主成分的貢獻(xiàn)率為26.06%，其中載荷較高的是株粒數(shù)、總分蘗數(shù)；第3 主成分的貢獻(xiàn)率為16.96%，其中載荷較高的是穗粒數(shù)。前3 個(gè)綜合指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.23%，利用這3 個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)對(duì)苗期篩選出的9 份春小麥的耐低磷能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)上述的3 個(gè)綜合指標(biāo)采用隸屬函數(shù)法，計(jì)算所篩選9 份春小麥的綜合評(píng)價(jià)值D值(表5)，并對(duì)D值進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖2)，結(jié)果表明，供試材料被分為2 類(lèi)：第1 類(lèi)包含5 份材料，其中綜合評(píng)價(jià)值最高的為wp-35，即耐低磷能力最強(qiáng)；第2 類(lèi)包含4份材料，其中wp-119 的綜合評(píng)價(jià)值最低，即耐低磷能力最弱。

2.3 耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119在低磷脅迫下根系和葉片干重和酸性磷酸酶活性的變化

干物質(zhì)作為植物苗期生長(zhǎng)情況的重要考量指標(biāo)，不僅能反映各非生物脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中的綜合影響，還能在特定條件下考量其對(duì)植物長(zhǎng)勢(shì)的影響。對(duì)耐低磷材料wp-35 和磷敏感材料wp-119 進(jìn)行水培試驗(yàn)，分別在脅迫3 d、7 d、14 d、21 d、30 d測(cè)定地上部與根系干重的變化。由圖3A 可知，與對(duì)照相比，在低磷脅迫下，wp-35 和wp-119 在7 d 以前對(duì)葉片干重影響較小，在7 d 以后小麥苗期根系和葉片的干物質(zhì)積累均受到不同程度影響，總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；wp-35 在脅迫21 d 地上部開(kāi)始下降，到脅迫30 d 達(dá)到極顯著下降；而wp-119 在脅迫14 d后與對(duì)照相比顯著下降。由圖3B 可知，wp-35 在低磷脅迫后總體下降幅度較小，而wp-119 在低磷脅迫7～14 d 根系的干重高于對(duì)照，在脅迫30 d 后，其根系干重顯著下降，說(shuō)明在低磷脅迫7 d 時(shí)，wp-119 對(duì)外界缺磷環(huán)境做出響應(yīng)，以增加外界磷素的獲取，而在脅迫30 d 時(shí)，缺磷環(huán)境下的小麥難以維持根系的快速生長(zhǎng)，呈顯著下降。

表4 供試春小麥材料成株期各綜合指標(biāo)的載荷矩陣、指標(biāo)特征值及貢獻(xiàn)率Table4 Load matrix，index characteristic value and contribution rate of each comprehensive index at adult stage of spring wheat materials

表5 供試春小麥材料成熟期的綜合性狀指標(biāo)值、權(quán)重、μ(X)及綜合評(píng)價(jià)值(D)Table5 Comprehensive index，index weight，μ(X) and comprehensive evaluation value (D) of the spring wheat materials at maturity stage

圖2 基于種子袋篩選結(jié)果的春小麥材料成株期的耐低磷性聚類(lèi)圖Fig.2 Low phosphorus tolerance clustering diagram of spring wheat material during the whole growth period based on screening results

從圖4A 可知，低磷脅迫處理30 d，小麥根系組織內(nèi)的APase 活性均升高，但不同磷效率小麥升高幅度存在差異。磷敏感品種wp-119 升高幅度較小，缺磷處理為正常磷處理的 1.77 倍，耐低磷品種wp-35 APase 活性升高幅度最大，為正常磷處理的1.97 倍?？傮w來(lái)看，隨著磷脅迫程度的不斷加深，小麥根系組織內(nèi)APase 活性不斷上升。

圖3 春小麥耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119 在不同磷水平處理下地上部(A)和根系(B)干重變化Fig.3 Changes in dry weight of shoots (A) and roots (B) of spring wheat material wp-35 (low phosphorus tolerant) and wp-119 (low phosphorus sensitive) under different phosphorus levels

從圖4B 來(lái)看，在低磷脅迫3 d 和7 d 時(shí)，wp-35在對(duì)照和低磷處理下葉片 APase 活性增幅分別為28.53%和30.85%，而wp-119 增幅分別為24.75%和44.33%；在低磷脅迫處理14 d、21 d 和30 d 時(shí)wp- 35 和wp-119 葉片APase 活性均呈上升趨勢(shì)，且wp- 35 的APase 活性更高?？傮w來(lái)看，葉片中的APase活性隨著處理時(shí)間的延伸不斷提高，且達(dá)到顯著性水平。

2.4 耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119在不同磷水平處理下成株期的特征變化

為進(jìn)一步分析耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119 在低磷素脅迫下成株期的特征變化，測(cè)定了其在不同磷濃度處理下的形態(tài)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)果表明：低磷脅迫對(duì)兩品種粒寬(圖5A)的影響較小，且未達(dá)顯著水平；而對(duì)于粒長(zhǎng)、千粒重和株高而言(圖5B、5C、5D)，wp-35 的株高、粒長(zhǎng)、千粒重在低磷脅迫下較對(duì)照分別下降2.38%、4.55%和9.41%，而wp-119 的降幅高達(dá)15.36%、15.78%和24.05%，并且wp-119 的粒長(zhǎng)、千粒重和株高在低磷脅迫下與對(duì)照相比達(dá)顯著差異。而對(duì)于地上生物量、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、單株粒重而言(圖5E、5F、5G、5H)，兩品種與對(duì)照相比都呈顯著性下降，缺磷對(duì)其影響都較大。從上述各指標(biāo)在不同磷處理?xiàng)l件下的變化看，低磷脅迫不同程度上影響了wp-35 和wp-119 的正常生長(zhǎng)，其中對(duì)wp-119 的影響較大。

圖4 春小麥耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119 在不同磷水平處理下根系(A)和葉片(B)APase 活性變化Fig.4 Changes of APase activity in roots (A) and leaves (B) of spring wheat material wp-35 (low phosphorus tolerant) and wp-119 (low phosphorus sensitive) under different phosphorus levels

圖5 春小麥耐低磷基因型wp-35 和磷敏感基因型wp-119 在不同磷水平處理下形態(tài)和經(jīng)濟(jì)性狀的變化Fig.5 Changes of morphology and economic traits of spring wheat material wp-35 (low phosphorus tolerant) and wp-119 (low phosphorus sensitive) under different phosphorus levels

3 討論

小麥的耐低磷特性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，主要涉及植株對(duì)磷元素的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和利用等，與植株的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化等性狀密切相關(guān)。苗期又是作物營(yíng)養(yǎng)吸收的瓶頸期和篩選耐性指標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期[20]。苗期初篩不僅能快速、準(zhǔn)確地鑒定和篩選耐低磷品種，還可明顯地減少田間篩選的工作量與成本[21]；而盆栽試驗(yàn)被認(rèn)為是進(jìn)行養(yǎng)分脅迫篩選試驗(yàn)最簡(jiǎn)便有效且精確度較高的方法[22]。但綜合考慮小麥苗期與成株期耐低磷性鑒定評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。本研究分別選取小麥苗期與成株期耐低磷脅迫相關(guān)指標(biāo)，將其結(jié)合起來(lái)，采用綜合評(píng)價(jià)方式分析，結(jié)果顯示苗期和成株期各指標(biāo)受低磷脅迫影響的程度有所不同，且各指標(biāo)間存在一定程度的相關(guān)性。故此，直接利用這些指標(biāo)難以客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)小麥種質(zhì)資源的耐低磷特性，從而影響耐低磷特性鑒定結(jié)果。通過(guò)主成分分析，將苗期8 個(gè)和成株期10 個(gè)指標(biāo)分別轉(zhuǎn)化成4 個(gè)和3 個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，使評(píng)價(jià)工作簡(jiǎn)化且客觀準(zhǔn)確，然后采用隸屬函數(shù)法對(duì)苗期162 份春小麥材料的耐低磷特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)供試材料可被聚為4 類(lèi)：耐低磷型、較耐低磷型、低磷較敏感型和低磷敏感型，從中篩選苗期耐低磷候選材料5 份和磷敏感候選材料4 份，并進(jìn)一步對(duì)其采用盆栽方法進(jìn)行成株期鑒定，最后共同鑒定出耐低磷材料wp-35 和磷敏感材料wp-119，同時(shí)發(fā)現(xiàn)wp-26 為苗期耐低磷品種成株期磷敏感品種，wp-141 為苗期磷敏感品種成株期耐低磷品種，這可能是小麥苗期和成株期在耐低磷特性方面的遺傳機(jī)制不同所致。因此，就小麥不同磷效率基因型的篩選而言，僅僅只憑苗期來(lái)篩選耐低磷材料很難對(duì)復(fù)雜的小麥耐低磷能力進(jìn)行全面確定，需結(jié)合盆栽和水培的方法做進(jìn)一步的鑒定分析，才能篩選得苗期和成株期相統(tǒng)一的耐低磷材料，為后續(xù)研究提供可靠的材料支持。

磷素是植物體內(nèi)核酸、植素和卵磷脂的組成成分，在能量代謝、糖分代謝和光合作用等代謝過(guò)程中起重要作用，很大程度上決定了作物的最終產(chǎn)量和品質(zhì)[23]。在磷脅迫條件下，小麥的根干重、地上部干重、增產(chǎn)潛力均受到不同程度的影響[24]。本研究發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下苗期地上部干重和根系干重均受到明顯的抑制作用，且磷敏感材料較耐低磷材料降幅更大，可能是因?yàn)槟偷土撞牧蠈?duì)磷素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)高于磷敏感材料；成株期株高、粒長(zhǎng)、粒寬、千粒重穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、單株粒重、地上生物量等形態(tài)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與對(duì)照相比均明顯下降，其中耐低磷材料wp-35 的株高、粒寬和千粒重等性狀與對(duì)照相比下降較小，而磷敏感材料wp-119 與其對(duì)照相比達(dá)顯著差異，株高、粒寬和千粒重等性狀可以作為區(qū)分小麥不同耐低磷特性的重要指標(biāo)，說(shuō)明低磷會(huì)限制小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，且對(duì)磷敏感材料的影響遠(yuǎn)大于耐低磷材料，進(jìn)一步說(shuō)明材料的可靠性。

APase 是一種適應(yīng)性誘導(dǎo)酶，低磷脅迫對(duì)細(xì)胞內(nèi)的APase 活性有明顯的誘導(dǎo)作用，其生理意義可能是增加對(duì)植物體內(nèi)有機(jī)磷化合物的水解，以促進(jìn)其體內(nèi)磷源的再利用，以提高磷素的利用效率[25]。如耐低磷基因型小麥‘小偃54’在低磷脅迫下可以通過(guò)提高根系A(chǔ)Pase 活性來(lái)增加磷素吸收[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，低磷處理 14 d，小麥根系和葉片組織內(nèi)的APase 活性大幅升高，耐低磷品種wp-35 升高幅度大于磷敏感品種wp-119，植物體內(nèi)的APase 具有將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷的能力，故推測(cè)植物體內(nèi)APase 活性與植物體內(nèi)磷素的再利用有關(guān)。表明低磷脅迫對(duì)不同基因型小麥根系酶活性具有不同的調(diào)控作用，耐低磷品種和低磷敏感性品種在低磷脅迫下的響應(yīng)存在差異，因而再利用作物體內(nèi)磷素的能力也不同。本研究與煙草(Nicotiana tabacum)[27]和玉米(Zea mays)[28]等有關(guān)APase 活性研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

本研究首先對(duì)162 份春小麥種質(zhì)的苗期耐低磷特性進(jìn)行研究，篩選出苗期耐低磷候選材料和磷敏感候選材料，進(jìn)一步對(duì)其采用盆栽方法進(jìn)行成株期鑒定，最終篩得苗期和成株期共同耐低磷材料wp-35 和磷敏感材料wp-119。其中不同磷效率基因型的APase 對(duì)低磷脅迫的響應(yīng)程度也不同，根系和葉片系統(tǒng)中的APase 活性wp-35 普遍高于wp-119，進(jìn)一步說(shuō)明wp-35 對(duì)低磷環(huán)境具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。該研究結(jié)果可為研究小麥耐低磷特性、培育耐低磷品種提供理論依據(jù)和種質(zhì)資源。