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湖南農業大學苧麻研究所，長沙410128;2湖南省作物種質創新與資源利用重點實驗室，長沙410128)

磷是苧麻生長發育中不可缺少的營養元素，對苧麻有一定的增產作用。磷是細胞中核酸、核蛋白、磷脂類的重要成分，它與細胞分裂活動密切相關［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轉都有關系。特別是ATP等含磷化合物，它們是細胞中能量的貯存、傳遞與利用的主要媒介。缺磷對植物生長發育有很大影響。苧麻缺磷時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在下部葉片上［1］。一般作物對磷肥的利用率很低，通常情況下當季作物只有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于提高磷素利用效率、節約磷礦資源具有重要意義［6～8］。對苧麻磷營養的研究，前人主要集中在施肥對苧麻生長的影響方面，而有關不同磷效率基因型苧麻對磷素的吸收規律及其生理機制的研究還缺乏系統報道。本研究對10個苧麻種質生物量、磷積累量和磷利用效率進行了研究，以期篩選出磷肥利用效率高的種質，提高磷肥利用效率，減少肥料浪費和防止環境污染。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為長沙野麻、瀏陽野麻、冷水江野麻、中苧1號、湘苧3號、湘苧X1、湘苧X3、湘苧X2、湘苧XB、多倍體1號，均來自湖南農業大學苧麻種質資源圃。

1.2 試驗設計

1.2.1 旱地試驗

旱地試驗于2010年5月～2010年12月在湖南農業大學耘園基地進行。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。試驗小區施肥量為尿素 240 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、氯化鉀240 kg/hm2。每個種質3次重復，小區規格為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

坡地試驗于2010年5月～2010年12月在湖南農業大學新運動場道路護坡地進行。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。試驗小區施肥量為尿素240 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、氯化鉀240 kg/hm2。每個種質3次重復，小區規格為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

每盆施肥量為尿素2.14 g、P2O51.2 g、氯化鉀2.14 g，每個種質5次重復。試驗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，放置在湖南農業大學智能溫室內。

1.3 測定指標及測定方法

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

試驗數據采用Excel和DPS軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 苧麻種質農藝性狀的基因型差異

表1為旱地、坡地、盆栽試驗10個苧麻種質的農藝性狀各指標表現。旱地試驗株高、莖粗、分蘗數平均值為168.3 cm、9.86 mm、5.85株;坡地試驗株高、莖粗、分蘗數平均值為101.76 cm、7.54 mm、5.79株;盆栽試驗株高、莖粗、分蘗數平均值為60.48 cm、6.38 mm、8.14株。綜合分析3個試驗可知，不同種質資源在相同磷素水平下，在農藝性狀方面表現存在差異，優異的種質為多倍體1號、湘苧X1、湘苧3號、中苧1號，表現中等的為湘苧X2、湘苧X3、湘苧XB，長沙野麻、瀏陽野麻、冷水江野麻表現較差。

表1 苧麻種質農藝性狀的基因型差異Tab.1 Genotypic differences of agronomic trait in ramie germplasm

2.2 產量和磷素積累量的基因型差異

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

表2 苧麻種質產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，不同種質磷利用效率存在極顯著差異。旱地試驗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定

由圖1可知，旱地試驗10個苧麻種質可以分為3類，其中中苧1號、湘苧X3、湘苧 X1、湘苧 X2磷肥利用效率較高;坡地試驗10個苧麻種質可以分為4類，其中瀏陽野麻、中苧1號、多倍體1號、湘苧X1、湘苧X2磷肥利用效率較高;盆栽試驗10個苧麻種質可以分為4類，其中瀏陽野麻、中苧1號、多倍體1號磷肥利用效率較高。綜合三個試驗，可將10個品種分為3類:磷肥利用效率較高的是瀏陽野麻、中苧1號、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、多倍體1號，磷肥利用效率較差的是冷水江野麻、長沙野麻。

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 小結與討論

選育磷高效利用基因型作物是解決當前農業生產中磷素不合理利用的有效途徑之一。但相關研究多集中于耐低磷基因型的篩選等方面［8，11］。但就當前農業生產而言，多數仍然進行正常施肥，因而在磷素正常施用水平下選育磷素吸收利用能力較強的基因型對于作物的生產具有極其重要的意義。本研究結果表明，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果一致［12，13］，說明從現有的苧麻種質資源中直接篩選磷吸收和利用能力強的苧麻品系具有較大可行性。本研究綜合旱地、坡地、盆栽3個試驗，依據苧麻的農藝性狀、生物產量、磷素積累量及磷素利用率可將10個苧麻種質分為3類:磷素吸收利用能力較強的是瀏陽野麻、中苧1號、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、多倍體1號，磷素吸收利用能力較差的是冷水江野麻、長沙野麻。

不同植物對養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境的影響［9］。苧麻種質間耐瘠能力存在顯著差異［10］，說明苧麻對養分利用機制可能存在遺傳差異，其差異機理有待進一步研究。本試驗將田間試驗、坡地試驗和盆栽試驗相結合，進行苧麻種質磷素吸收利用差異性研究，3個試驗的結果存在一定差異，這可能與試驗點之間土壤肥力差異有關。盆栽試驗分類結果和3個試驗的平均值分類結果，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，快速簡便。

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