史向遠，王秀紅，韓彥青，胡婉平，白建榮，劉惠民

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原 030032；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原 030006）

磷是植物生長發(fā)育中必不可少的大量元素之一，是產(chǎn)量和質(zhì)量形成的重要組成成分。有效磷低是我國土壤普遍存在的問題[1-4]，盡管磷肥的施用能滿足植物生長的需要，但是同時也帶來諸如磷礦資源缺乏、水資源富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境問題[5]。王慶仁等[6]認為，選育磷高效植物品種是提高土壤潛在磷利用率的一條重要途徑。已有研究表明，不同植物在低磷條件下對磷的利用存在基因型差異，如水稻、小麥、油菜、玉米等[7-12]。充分發(fā)掘和利用植物自身的抗低磷能力，從中篩選對磷吸收利用效率高的基因型和磷高效利用基因資源，對于選育磷高效品種、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約磷礦資源、保護環(huán)境具有重要意義。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本研究對36個玉米自交系進行磷高效利用的初步鑒定，以期為玉米磷高效利用基因資源的挖掘奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

選用的36個玉米自交系（表1）均來自山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心玉米育種研究室，試驗在日光溫室內(nèi)進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理及催芽 精選的玉米種子用75%的酒精表面消毒30 s，沖洗干凈后用蒸餾水浸泡24 h，播種至濕潤的珍珠巖中，25℃暗處發(fā)芽。一葉一心（苗高20 mm）時，選出整齊的幼苗，去掉胚乳后用海綿將所選幼苗固定在帶孔塑料泡沫板上，后移植于盛有1.5 L，pH值為6.0±0.1的全磷營養(yǎng)液的盆缽中。每盆移栽3株，隨機擺放于溫室中。相對濕度控制在65%～70%之間。

表1 參試的36個玉米自交系

1.2.2 不同磷處理水平 基本營養(yǎng)液成分參照文獻[13]配置，并設(shè)置2個磷處理水平，即1mmol/L KH2PO4為全磷處理（＋P），0.1 mmol/L KH2PO4為低磷脅迫處理（－P）。在低磷營養(yǎng)液中，減少的部分K＋用KCl補齊，用1 mol/LHCl調(diào)節(jié)pH值。幼苗在全磷營養(yǎng)液中培養(yǎng)7 d后，進行低磷處理，全磷培養(yǎng)為對照，每盆3株，3次重復(fù)。每隔3 d換1次營養(yǎng)液，并更換盆缽的位置，用玻璃棒攪動營養(yǎng)液調(diào)節(jié)換氣，每天2次。共處理30 d，收獲植株時要分別收獲植株冠部和根部。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 植株干物質(zhì)量 采樣時將植株按莖葉（冠部）、根系分開，放入鼓風(fēng)干燥恒溫箱中，于105℃殺青30 min，然后70℃烘干至恒質(zhì)量，分別用1/10 000電子天平稱質(zhì)量。稱冠部干物質(zhì)量和根部干物質(zhì)量，計算根冠比。

1.2.3.2 磷含量 烘干的植物樣品磨碎后用濃H2SO4-H2O2消煮，用釩鉬黃比色法測定磷含量[14]。

1.3 不同耐低磷基因型的評價指標及計算方法

參照Lynch[15]對養(yǎng)分效率和植物施肥的反應(yīng)程度分類標準，對不同基因型的磷利用情況進行分類。即：Ⅰ.磷低效不敏感型。冠部干物質(zhì)量或冠部磷積累量低于在高、低磷處理下的平均值；Ⅱ.磷低效高敏感型。冠部干物質(zhì)量或冠部磷積累量在低磷處理下低于平均值，但在高磷處理下高于平均值；Ⅲ.磷高效高敏感型。高、低磷處理下，冠部干物質(zhì)量或冠部磷積累量均高于在高、低磷處理下的平均值；Ⅳ.磷高效不敏感型。冠部干物質(zhì)量或冠部磷積累量在低磷處理下高于平均值，但在高磷處理下低于平均值。

相對干物質(zhì)量＝低磷下干物質(zhì)量/高磷下干物質(zhì)量。

相對根冠比、相對磷含量和相對磷利用效率的計算方法同相對干物質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)用Excel整理并采用SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低磷處理對36個自交系的干物質(zhì)量和磷積累量的影響

植株干物質(zhì)量是磷利用情況的直接反映。對36個自交系在2個供磷水平下的苗期冠部干物質(zhì)量進行了分析，結(jié)果表明，在低磷處理30 d后，所有玉米自交系的干物質(zhì)量較全磷處理都有降低。低磷處理下，自交系冠部干物質(zhì)量平均為0.489 g/株，變幅為 0.166～1.179 g/株；對照（全磷）自交系冠部干物質(zhì)量平均為0.616 g/株，變幅為 0.263～1.518 g/株（表 2）。

表2 不同磷水平下36個自交系的冠部干物質(zhì)量和磷積累量

續(xù)表2

冠部磷積累量說明了植株對磷的吸收情況。本研究對36個自交系在2個供磷水平下的冠部磷積累量分析（表2）表明，在低磷處理下，自交系冠部磷含量平均為0.789mg/株，變幅為0.249～2.522 mg/株；對照（全磷）自交系冠部磷含量平均為6.170 mg/株，變幅為3.156～16.091 mg/株。

2.2 低磷處理對不同基因型玉米不同指標相對值的影響

為了消除不同基因型玉米自交系間固有生物學(xué)特征的差異，采用低磷條件下與全磷條件下的相對值來衡量不同基因型玉米間的耐低磷脅迫能力差異。本研究分別計算了相對干物質(zhì)量、相對根冠比、相對磷積累量和相對磷利用效率。結(jié)果（表3）表明，各基因型間相對值的差異較大，其根冠比變幅為0.383～1.779，平均0.915；干物質(zhì)量變幅為0.413～0.996，平均0.778；磷積累量變幅為0.058～0.220，平均0.133；磷利用效率變幅為0.164～11.411，平均6.339。

表3 36個自交系各項指標相對值（-P/+P）比較

從標準差和變異系數(shù)（表4）可以看出，植株的根冠比、干物質(zhì)量、磷積累量和磷利用效率均存在顯著差異，且不同自交系各指標相對值對低磷脅迫反應(yīng)的變異幅度較大。

2.3 不同磷利用效率基因型的篩選

分別以干物質(zhì)量和磷積累量（表2）作為衡量不同玉米自交系總磷效率和磷吸收效率的指標，根據(jù)Lynch的評價方式，將供試玉米自交系劃分為4種不同的類型。從冠部干物質(zhì)量（圖1A）可以看出，36個自交系中大部分為磷低效不敏感型（圖1A－Ⅰ），27號材料為磷低效高敏感型（圖 1A－Ⅱ）。2，3，4，5，10，17，20，22，31 號材料則屬于磷高效高敏感型（圖1A－Ⅲ）。15，34號材料屬于磷高效不敏感型（圖1A－Ⅳ）。而從冠部磷累積量（圖1B）可以看出，大部分自交系同樣屬于Ⅰ區(qū)，為磷低效不敏感型，屬于Ⅱ區(qū)磷低效高敏感型的自交系有15，20號材料，屬于Ⅲ區(qū)磷高效高敏感型的自交系有 2，3，4，5，10，17，22，29，31號材料，屬于Ⅳ區(qū)磷高效不敏感型的自交系有 16，23，30，33，36 號材料。

同時，以根冠比、干物質(zhì)量、磷積累量和磷利用效率相對值為篩選指標（表3），以平均值為標準，將全部參試玉米自交系劃分為2類，高于平均值的材料為磷高效基因型，低于平均值的材料為磷低效基因型（表4）。綜合以上4個指標，初步篩選確定3，10，31號材料為磷高效基因型，19，24，32號材料為磷低效基因型。

再通過Lynch評價方式和平均值劃分標準綜合分析得出，自交系 3（478）、10（太系 113）和31（丹 340）為磷高效基因型，而 19（P138）和 24（F349）為磷低效基因型。

表4 各項指標相對值分析

3 結(jié)論與討論

苗期是大多數(shù)作物磷素營養(yǎng)的敏感期和臨界期，該期吸收的磷素大體占全生育期的2/3以上，而后期主要為體內(nèi)磷的再轉(zhuǎn)移和重復(fù)利用。玉米是低磷敏感作物，對低磷脅迫反應(yīng)在不同基因型間存在顯著差異[16]。李紹長等[17]研究認為，在苗期和成熟期對不同基因型玉米磷效率的篩選結(jié)果基本一致，可在苗期進行磷效率的早期選擇。本研究在苗期采用液體培養(yǎng)試驗，通過不同玉米基因型對低磷脅迫的反應(yīng)，說明玉米自交系之間的干物質(zhì)量和磷積累量存在基因型差異。

要獲得典型的磷利用效率不同的基因型，篩選指標的確定非常重要。迄今為止，前人已對不同的篩選指標進行了對比分析。龔江等[18]認為，相對生物量和植株相對磷濃度作為玉米磷高效指標篩選更合適。這2個指標不僅反映了干物質(zhì)生產(chǎn)能力受低磷脅迫的影響，而且反映了單位干物質(zhì)量吸磷能力對低磷脅迫的反應(yīng)。研究也表明，根冠比是篩選耐低磷品種的指標之一。在低磷脅迫下，植物耐低磷類型常常通過根系適應(yīng)性反應(yīng)來提高植物對土壤磷的吸收能力。由于耐低磷品種光合同化物向地下部分轉(zhuǎn)移量增加，而低磷敏感品種則下降，耐低磷品種根冠比增加的程度大于低磷敏感品種[19]。而磷利用效率則是我們的育種目的。本研究從生物量和磷積累量方面進行了對比分析，而且通過結(jié)合相對值的分析，初步獲得了磷高效（耐低磷）基因型材料478、太系113和丹340，磷低效基因型材料P138和F349。

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