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作者简介:

周广威(1990-),男(回族),河南平舆县人,助理研究员,硕士,主要从事土壤肥力与养分调控研究。E-mail:zgw024@163.com。

通讯作者:

张少民,E-mail:zhangshaomin8698@126.com。

参考文献 1
刘华英,萧浪涛,彭克勤.土壤难溶态磷的高效利用研究进展[J].贵州农业科学,2002,30(6):61-63.
参考文献 2
Vance C P,Uhde-Stone C,Allan D L.Phosphorus acquisition and use:critical adaptations by plants for securing a nonrenewable resource[J].New Phytologist,2003,157:423-447.
参考文献 3
张福锁.我国化肥产业与科学施肥战略研究报告[M].北京:中国农业大学出版社,2008.
参考文献 4
Carpenter S R,Caraco N F,Correll D L,et al.Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen[J]. Ecological Applications,1998,8(3):559-568.
参考文献 5
杨文博,程云,张艳,等.不同基因型小麦耐低磷生理机制研究[J].河南农业科学,2014,43(5):24-29.
参考文献 6
柏栋阴,冯国华,张会云,等.低磷胁迫下磷高效基因型小麦的筛选[J].麦类作物学报,2007,27(3):407-410.
参考文献 7
郭程瑾,李宾兴,周彦珍,等.不同磷效率小麦品种的磷吸收特性[J].植物遗传资源学报,2006,7(1):49-53.
参考文献 8
阳显斌,张锡洲,李廷轩,等.小麦磷素利用效率的品种差异[J].应用生态学报,2012,23(1):60-66.
参考文献 9
李春艳,马龙,张宏,等.新疆冬小麦苗期耐低磷指标的筛选[J].麦类作物学报,2013,33(11):137-140.
参考文献 10
鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.
参考文献 11
黄润,茹思博,张安恢,等.新疆春小麦品种的磷营养差异研究[J].麦类作物学报,2008,28(5):824-829.
参考文献 12
杨瑞吉,张小红,王鹤龄,等.不同基因型春小麦对磷胁迫适应性研究[J].西北植物学报,2005,25(11):2314-2318.
参考文献 13
薛香,吴玉娥.小麦叶片叶绿素含量测定及其与SPAD值的关系[J].湖北农业科学,2010,49(11):2701-2702,2751.
参考文献 14
李忠,江立庚,唐荣华,等.施磷量对花生光合特性及干物质积累的影响[J].广东农业科学,2017,44(7):48-52.
参考文献 15
马祥庆,梁霞.植物高效利用磷机制的研究进展[J].应用生态学报,2004,14(4):712-716.
参考文献 16
王培培,姬俊华,付军亮,等.不同基因型棉花苗期耐磷性评价及鉴定指标筛选[J].贵州农业科学,2019,47(8):8.
参考文献 17
任永哲.低磷胁迫对不同基因型小麦品种苗期性状的影响 [J].中国农学通报,2012,28(18):40-44.
参考文献 18
罗佳,候银莹,程军回,等.低磷胁迫下不同磷效率基因型棉花的根系形态特征[J].中国农业科学,2016,49(12):2280-2289.
参考文献 19
原梦,赵峥艳,李雪林,等.低磷胁迫下不同基因型棉花生理和形态的响应差异[J].种子,2019,38(4):20-23,30.
参考文献 20
龚丝雨,梁喜欢,钟思荣,等.苗期耐低磷烟草基因型筛选及其磷效率[J].植物营养与肥料学报,2019,25(4):661-670.
参考文献 21
张魏斌.旱地小麦深施磷肥对土壤水分及植株氮素吸收、利用的影响[J].激光生物学报,2016,25(4):371-378.
参考文献 22
吴沂珀,张锡洲,李廷轩,等.小麦不同磷效率品种对不同磷源的利用差异及酸性磷酸酶的作用[J].核农学报,2013(3):351-357.
参考文献 23
刁超朋,王朝辉,李莎莎,等.旱地高产小麦品种籽粒氮含量差异与氮磷钾吸收利用的关系[J].植物营养与肥料学报,2018,24(2):285-295.
目录contents

    摘要

    通过室内盆栽试验,研究了 32 个新疆冬小麦品种在苗期低磷和高磷水平下干物质重、叶绿素含量、类胡萝卜素含量、氮累积量和磷累积量的差异,以筛选出磷高效利用品种。结果表明:低磷和高磷处理,小麦叶绿素含量、类胡萝卜素含量、干物质重及氮磷累积量在各品种之间差异显著。聚类分析可以看出,施磷后新冬 4 号和新冬 53 号磷累积量增幅最大,对磷的响应比较敏感,为高磷高效品种;新冬 5 号在低磷条件下磷累积量最大,为低磷高效品种,且新冬 5 号叶绿素含量受磷的影响最敏感;在高磷条件下,新冬 9 号、新冬 18 号、新冬 19 号、 新冬 28 号、新冬 33 号、新冬 35 号、新冬 49 号和新冬 52 号品种具有较高的磷累积量,为高磷较高效品种;高磷及低磷处理条件下,新冬 6 号、新冬 12 号、新冬 20 号、新冬 23 号、新冬 24 号、新冬 26 号品种磷累积量均最低,为磷低效品种。

    Abstract

    Through pot experiments,the differences in dry matter weight,chlorophyll content,carotenoid content, nitrogen accumulation,and phosphorus accumulation of 32 winter wheat varieties in Xinjiang under low-phosphorus and highphosphorus conditions at seedling stage were studied to screen out the varieties with high phosphorus utilization efficiency. The results showed that there were significant differences in chlorophyll content,carotenoid content,dry matter weight and accumulation of nitrogen and phosphorus among wheat varieties under low-phosphorus and high-phosphorus treatments. According to the cluster analysis,Xindong No.4 and Xindong No.53 showed the largest increase in phosphorus accumulation after phosphorus application,and the response to phosphorus was relatively sensitive,indicating that these two varieties are phosphorus-efficient varieties under high-phosphorus conditions;Xindong No.5 had the largest accumulation of phosphorus under low-phosphorus conditions,which was a phosphorus-efficient species under low-phosphorus conditions,and the chlorophyll content of Xindong No.5 was most sensitive to phosphorus;under high-phosphorus conditions,Xindong No.9, Xindong No.18,Xindong No.19,Xindong No.28,Xindong No.33,Xindong No.35,Xindong No.49 and Xindong No.52 had higher phosphorus accumulation,which were more efficient varieties under high-phosphorus condition;Xindong No.6,Xindong No.12,Xindong No.20,Xindong No.23,Xindong No.24 and Xindong No.26 had the lowest phosphorus accumulation under high- and low-phosphorus conditions,which were low-efficient varieties.

    关键词

    冬小麦品种苗期磷效率

  • 磷是小麦生长过程中需要的大量元素之一,在小麦生长发育和新陈代谢中起着不可替代的作用。 土壤中磷素缺乏尤其是土壤中能够为作物所利用的有效磷缺乏,成为限制小麦产量提高的主要因素[1], 使用磷肥可以解决这个问题,但由于农田长期施磷肥和磷矿石资源的开采,世界上可开采的高品位磷矿将在35 年左右用尽[2]。而未来如果没有新的磷矿发现,现有的磷矿资源终将在未来180 余年内耗竭殆尽[3]

  • 在小麦生产中一般需要施用大量磷肥,但磷肥当季利用率低,而且过度施用磷肥是水生生态系统出现水体富营养化的主要原因[4],造成了资源浪费和环境问题,因此,发掘小麦磷高效利用的遗传潜力,从作物品种资源中发掘耐土壤低磷或对土壤难溶性磷有较强吸收利用能力的种质,选育对土壤磷高效的品种,将大大降低资源消耗和农业成本, 减少环境污染,保护农业生态环境。

  • 小麦磷高效基因型的筛选是小麦磷高效育种及低磷胁迫分子机制研究的重要基础[5]。关于不同小麦基因型品种磷效率类型及评价方法的相关研究有很多[6-7],阳显斌等[8] 研究了小麦不同品种在低磷水平下生物量和磷浓度等的差异,以筛选磷高效利用小麦品种。李春艳等[9] 研究结果表明,植株磷积累量和干物质重等可以作为小麦苗期耐低磷基因型快速筛选的指标。前人关于小麦磷效率的研究较多,但有关新疆不同冬小麦品种的磷效率研究较少,因此,本研究采用32 个新疆自育冬小麦为材料,进行磷营养效率鉴定,以期为新疆冬小麦生产和遗传育种提供理论指导。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验材料

  • 供试材料为新疆农业科学院农作物品种资源研究所提供的32 个新疆冬小麦品种,分别为新冬1 号、 新冬2 号、 新冬4 号、 新冬5 号、 新冬6 号、 新冬7 号、 新冬9 号、 新冬12 号、 新冬13 号、 新冬14 号、 新冬16 号、 新冬17 号、 新冬18 号、 新冬19 号、 新冬20 号、 新冬22 号、 新冬23 号、新冬24 号、新冬26 号、新冬27 号、新冬28 号、 新冬32 号、 新冬33 号、 新冬35 号、 新冬41 号、 新冬46 号、 新冬49 号、 新冬50号、 新冬51 号、 新冬52 号、 新冬53 号、 新冬57 号。

  • 1.2 试验设计

  • 采用蛭石浇灌营养液法进行盆栽试验,每个品种设置2个磷素处理水平,为低磷P2O5(KH2PO4) 5 mg/kg和高磷P2O5(KH2PO4)178 mg/kg处理,分别用LP和HP表示,每个处理3 次重复,共192 个处理。每盆装80 g蛭石,在播种前每盆均加入了1/4 浓度的营养液(每盆共加入50 mL营养液), 浇灌营养液后蛭石中养分含量为:Ca(NO32 50 mg/kg,KNO3 50 mg/kg,KCl 50 mg/kg,MgSO4 50 mg/kg,P2O5(KH2PO4)5 mg/kg,微量元素5 mg/kg和铁盐5 mg/kg。

  • 试验于2019 年3 月9 日播种, 每盆播种4 粒,定苗2 株,试验初期每2 ~ 3 d用蒸馏水浇灌,保持含水量一致,播种12 d后开始浇灌营养液。高磷处理每次浇灌营养液后蛭石中养分含量为:Ca(NO3)2 200 mg/kg,KNO3 200 mg/kg,KCl 200 mg/kg,MgSO4 200 mg/kg,P2O5(KH2PO4)178 mg/kg, 微量元素20 mg/kg和铁盐20 mg/kg( 每隔4~ 5 d浇灌一次,共分5 次进行,每次加入40 mL营养液,5 次共加入200 mL营养液)。低磷处理不添加P2O5(KH2PO4),其余培养介质中养分含量与高磷处理一致。在播种35 d后进行取样测定。

  • 1.3 样品采集与测定

  • 取0.1 g叶片剪碎,利用95%乙醇浸提,至叶片完全失绿,用酶标仪比色测定叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a/叶绿素b及类胡萝卜素含量。鲜样经105℃杀青,70℃烘干至恒重,分别测定地上部干物质重,粉碎消煮后采用凯氏定氮法测定植株含氮量,钼锑抗比色法分析植株含磷量[10]

  • 1.4 数据分析

  • 数据计算和绘图使用Excel 2003 软件进行。方差分析和聚类分析采用SPSS 20.0 统计分析软件进行。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 氮磷累积量及干物质重

  • 在低磷处理条件下,新冬9 号品种的氮累积量、磷累积量和干物质重均为最低,新冬51 号品种氮累积量最高,新冬5 号品种磷累积量最高,新冬1 号的干物质重最大(表1)。而高磷处理条件下,新冬4 号的氮累积量最大,而磷累积量和干物质重为新冬52 号最大,新冬57 号品种氮累积量最低,新冬20 号磷累积量最低,干物质重为新冬6 号最小。高磷处理与低磷处理氮累积量在新冬33 号、49 号和57 号品种之间没有显著性差异,其他品种高磷处理均显著高于低磷处理。新冬7 号小麦磷累积量在低磷和高磷处理无显著性差异,其他品种均表现为高磷处理高于低磷处理。15 个新疆冬小麦品种(新冬1 号、新冬2 号、新冬7 号、新冬12 号、新冬20 号、新冬22 号、新冬23 号、 新冬32 号、 新冬33 号、 新冬41 号、 新冬46 号、新冬49 号、新冬50 号、新冬51 号、新冬57 号)的干物质重在高磷与低磷处理没有显著差异,其余品种干物质重均为高磷处理高于低磷处理。

  • 2.2 叶绿素含量

  • 不同磷水平下新疆冬小麦品种叶绿素含量见表2。低磷处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量为新冬1 号和新冬5 号最低,低磷处理叶绿素a、 叶绿素b和叶绿素总量为新冬6 号最大,高磷处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量为新冬5 号最大, 新冬1 号最小。13 个新疆冬小麦品种(新冬1 号、 新冬2 号、新冬5 号、新冬17 号、新冬22 号、新冬24 号、新冬32 号、新冬33 号、新冬35 号、新冬41 号、新冬51 号、新冬52 号、新冬53 号)叶绿素总量高磷处理显著高于低磷处理,其余品种在高磷与低磷处理之间差异不显著。叶绿素a/叶绿素b在低磷条件下,新冬22 号最大,新冬28 号最小,在高磷条件下,新冬6 号最大,新冬33 号最小,叶绿素a/叶绿素b均为低磷处理高于高磷处理,或与高磷处理差异不显著。

  • 2.3 类胡萝卜素含量

  • 在低磷条件下,新冬6 号冬小麦品种类胡萝卜含量显著高于除新4 号和新冬46 号外的其他品种, 新冬5 号冬小麦品种类胡萝卜素含量最低(表3)。 在高磷条件下,新冬5 号冬小麦品种类胡萝卜素含量显著高于其他品种,新冬9 号和新冬57 号品种类胡萝卜素含量最低。新冬2 号、5 号、24 号、41 号和53 号冬小麦品种均为高磷处理显著高于低磷处理,新冬6 号、27 号和46 号均为高磷处理显著低于低磷处理,其余品种在低磷和高磷处理没有显著差异。

  • 表1 不同磷处理下新疆冬小麦品种氮、磷累积量及干物质重

  • 注:同一列不同小写字母和同一行同一项目不同大写字母均表示在0.05 水平差异显著。下同。

  • 表2 不同磷处理下新疆冬小麦品种叶绿素含量

  • 表3 不同磷处理下新疆冬小麦品种类胡萝卜素含量(mg/g)

  • 2.4 聚类分析

  • 采用SPSS 20.0 中系统聚类法中组间联接平方欧式距离对小麦磷累积量进行聚类分析,结果见图1。从图1a中可以看出,在距离为5 时把32 个供试品种划分为4 大类,分别为类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,其中类群Ⅰ中27 个品种(新冬4 号、新冬14 号等),类群Ⅱ中3 个品种(新冬33 号、新冬41 号等),类群 Ⅲ中1 个品种(新冬5 号),类群Ⅳ中1 个品种(新冬7 号)。从图1b中可以看出,在距离为10 时把32 个供试品种划分为4 大类,分别为类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ, 其中类群Ⅰ中14 个品种(新冬1 号、新冬22 号等), 类群Ⅱ中9 个品种(新冬19 号、新冬28 号等),类群Ⅲ中2 个品种(新冬4 号、新冬53 号),类群Ⅳ中7 个品种(新冬26 号、新冬41 号等)。

  • 图1 不同磷处理下新疆冬小麦品种磷累积量聚类分析

  • 注:品种名称4、14、27、19、24、46、12、35、13、28、57、50、18、26、52、2、49、23、32、1、22、53、9、20、6、17、16、33、41、51、 5、7 分别为新冬4、新冬14、新冬27、新冬19、新冬24、新冬46、新冬12、新冬35、新冬13、新冬28、新冬57、新冬50、新冬18、新冬26、 新冬52、新冬2、新冬49、新冬23、新冬32、新冬1、新冬22、新冬53、新冬9、新冬20、新冬6、新冬17、新冬16、新冬33、新冬41、新冬51、新冬5、新冬7。表4 同。

  • 根据聚类分析的结果按每个类群磷累积量的平均值由小至大排列重新分群(表4)。低磷处理类群Ⅳ新冬5 号为耐低磷品种且低磷高效品种,类群 Ⅲ新冬7 号为较耐低磷品种且低磷较高效品种,类群Ⅱ的品种为中等耐低磷品种且低磷中效品种,类群Ⅰ的品种为不耐低磷品种且低磷低效品种。高磷处理类群Ⅰ为高磷低效品种,类群Ⅱ为高磷中效品种,类群Ⅲ为高磷较高效品种,类群Ⅳ为高磷高效品种。综合分析来看,新冬4 号和新冬53 号既为高磷高效品种又为磷敏感品种,高磷后磷累积量均值增加幅度最大;新冬5 号既为低磷高效品种又是耐低磷品种;新冬9 号、新冬18 号、新冬19 号、 新冬28 号、新冬33 号、新冬35 号、新冬49 号和52 号为高磷较高效品种;新冬6 号、新冬12 号、 新冬20 号、新冬23 号、新冬24 号、新冬26 号品种为磷低效品种。

  • 表4 不同磷处理下新疆冬小麦品种磷累积量聚类结果(mg/盆)

  • 3 讨论

  • 小麦对于磷素的吸收、积累及利用存在较大的品种差异,而施磷和不施磷对于品种的生物量及磷素累积量都有显著差异[11],本研究中高磷后小麦地上部干重为17 个品种高于低磷,而15 个品种之间没有显著性差异,李春艳等[9]、杨瑞吉等[12]的研究结果表明有5 个基因型在低磷条件下地上部干重大于高磷条件下的干重,说明不同基因型小麦利用磷素来增加地上部干重的效率不同,低磷条件导致根冠比变化,光合产物分配到地下的比例高,促使根系发达,使获得的磷素增加。作物叶片叶绿素含量可以有效反应植物的光合特性[13],有研究表明施用磷肥可提高叶片叶绿素含量[14],本研究表明32 个品种中,有19 个品种高磷增加了小麦叶绿素含量,其余品种没有差异,原因可能是部分基因型小麦品种在苗期对磷的利用效率不同,进而影响了小麦的叶绿素含量。

  • 选育耐低磷、磷高效品种是解决作物磷素利用率低的有效途径之一[15],大量研究表明营养液中KH2PO4 浓度0.005 ~ 0.01 mmol/L为低磷水平[16-17], 也有相关研究以不施磷肥作为低磷胁迫来筛选磷高效品种,基础土壤速效磷含量在6.7[18]和9.22 mg/kg[11]。有研究表明耐低磷基因型品种在各项测定指标的综合表现良好,能够很好地适应低磷胁迫条件[19]。本研究将全株磷累积量和地上部干重作为鉴定耐低磷基因型和磷高效基因型品种的苗期筛选指标,龚丝雨等[20]和本研究的评价方式相似, 低磷条件下磷累积量和干物质重大,则为耐低磷且低磷高效品种,而高磷条件磷累积量较高,则为高磷高效品种,本研究筛选出新冬5 号为耐低磷品种,此品种在低磷条件下干物质重和磷累积量相对于其他品种都较高,能够更好地适应低磷胁迫。

  • 有研究表明施磷能显著增加小麦氮累积量[21], 本研究表明高磷与低磷小麦品种之间氮累积量差异显著,有3 个品种施磷没有显著增加氮累积量,其余品种施磷均显著增加了小麦氮累积量,说明不同基因型小麦利用磷来增加氮的效率不同。施磷后, 磷高效品种的干物质重和磷累积量都高于磷低效品种,这也与吴沂珀等[22]的研究结果一致,并且磷高效品种的干物质重及磷累积量的增幅也高于磷低效品种,刁超朋等[23]的研究也表明施肥后,高磷组的生物量与氮磷吸收量增幅均高于低磷组,这表明磷高效品种对于磷的响应更加敏感。

  • 4 结论

  • 不同基因型小麦品种苗期在施磷和低磷条件下叶绿素含量、干物质重和氮磷累积量差异显著。32 个品种中,新冬4 号和新冬53 号既为高磷高效品种又为磷敏感品种,新冬5 号既为低磷高效品种又是耐低磷品种,施磷与否对于新冬5 号的叶绿素含量影响最大;新冬9 号、新冬18 号、新冬19 号、新冬28 号、新冬33 号、新冬35 号、新冬49 号和新冬52 号为高磷较高效品种;新冬6 号、新冬12 号、新冬20 号、新冬23 号、新冬24 号、新冬26 号品种为磷低效品种。

  • 参考文献

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