東北野生大豆種群對低鉀脅迫的生理響應

李興濤+佟曉楠 +依兵 +王曉光

摘要：以遼寧沈陽周邊地區99份野生大豆種群為試驗材料，采用盆栽試驗，設低鉀和施鉀2個處理，研究低鉀脅迫下野生大豆種群生長發育和產量特性。結果表明，在低鉀脅迫下群體內各單株平均株高、葉面積和單株癥狀葉差異很大，表明野生大豆種群對低鉀脅迫的適應性差異分化明顯；低鉀脅迫下植株產量及相關性狀的變異系數大小為：單株收獲指數>地上干物質量>單株產量>單株百粒質量。可見，遼寧沈陽地區野生大豆種群對低鉀脅迫有很高的適應性分化，存在耐低鉀生態型。

關鍵詞：東北野生大豆；種群；低鉀脅迫；生理響應

中圖分類號： S5650；Q94578文獻標志碼： A[HK]

文章編號：002-302（204）2-020-03[HS）][HT9SS]

收稿日期：204-03-03

基金項目：國家自然科學基金（編號：327644）。

作者簡介：李興濤（977—），男，甘肅張掖人，博士，講師，從事植物營養逆境相關研究。E-mail：li-sailor@63com。

通信作者：王曉光，副教授，從事大豆耐低鉀相關的生理和分子機理研究。E-mail：wxglyj@63com。

[ZK）]

大豆是我國主要的大田作物之一，缺鉀對大豆的產量和品質均有較大影響[-2]。我國鉀肥資源缺乏，缺鉀耕地面積日益擴大[3-6]，鉀肥供需矛盾日益突出，因此開展野生大豆鉀營養高效種質資源的利用研究，調查野生大豆鉀營養的基因型差異，不僅可為選育鉀高效基因型提供種質資源，而且對于提高土壤中鉀素有效性和鉀肥利用率、探索以生物資源緩解不可再生的礦產資源的虧缺具有重要意義[7]。

野生大豆（Glycine soja）是栽培大豆的近緣野生種，是栽培種大豆的祖先[8]。野生大豆為一年生草本植物，莖纖細、蔓生，具有很強的纏繞性，主莖與分枝分化不明顯，多數株系有、2級分枝，少數有3、4級分枝[9-2]。世界范圍內以我國野生大豆資源最為豐富，占全世界總量的90%以上[0-2]。野生大豆可與栽培大豆雜交產生可育后代，篩選到的耐低鉀野生大豆資源可以通過雜交將其耐低鉀特性導入栽培大豆。

本研究對遼寧沈陽地區野生大豆種群在低鉀脅迫條件下進行全生育期的低鉀耐性鑒定，調查全生育期植株生長發育和形態反應、土壤生態適應性，并篩選低鉀耐性的株系，以期為野生大豆遺傳資源的低鉀耐性種質選擇提供理論參考，從而提供可以應用于大豆低鉀耐性改良種的野生大豆種質資源。

材料與方法

試驗材料

2008年在遼寧省沈陽市的東陵區、沈河區和遼中縣采集99份野生大豆單株材料，采集地區的氣象和生態條件相似，在采集地區土壤中生長的植物葉片有缺鉀癥狀，也有少部分材料生長在小生境條件好的土壤中。

2試驗方法

試驗于2009年5—9月在沈陽農業大學農學院實驗基地進行。試驗采用盆栽，所用盆缽為紅色泥瓦盆，盆口直徑 30 cm，盆高35 cm，每盆可填裝過篩后的風干土5 kg；供試土壤取自沈陽市遼中縣大黑鄉，土壤類型為耕型沙質碳酸鹽草甸土，土壤中堿解氮含量為76 mg/kg，速效磷含量為 7 mg/kg，速效鉀含量42 mg/kg，土壤有機質含量為9 mg/kg，土壤pH值70。試驗用土在裝盆前晾干后過篩，設置為施鉀處理的土壤，每盆均勻混入79 g鉀肥（鉀肥采用硫酸鉀，折算為速效鉀含量50 mg/kg），播種前2 d適量澆水，使土壤保持濕潤。試驗設低鉀（未施鉀肥）和對照（增施速效鉀50 mg/kg）2個處理。每份材料、每個處理種植盆，共計98盆。氮、磷肥采用磷酸氫二銨，每盆施6 g，補充微肥硫酸鋅，每盆05 g，以底肥形式一次性施入。5月20日播種，每盆在不同位置播5粒種子。低鉀脅迫處理的播種和生育期間管理與對照盆栽處理相同。5月25日開始出苗，6月日定苗，每盆留株形整齊一致的幼苗3株，生長期間除雨天外每 2 d 澆水次，及時拔除盆內雜草，及時防治病蟲害。

3觀察、測定與統計

出苗后及時觀察和記錄植株生長發育狀況，調查記載項目包括出苗時間、出現癥狀葉數目、階段生長株高、葉面積、生長速率、單株產量、百粒質量、單株干物質質量和收獲指數（單株產量/地上干物質質量）等。每個株系所給出的調查值都是按株系（盆）為單位測定的3株平均值。用DS 7軟件進行數據分析。

2結果與分析

2低鉀脅迫下野生大豆農藝性狀的變化

低鉀脅迫下，供試野生大豆在苗期營養生長階段（播種后20 d，即出苗后4 d），各株系平均株高2242 cm，對照平均株高2684 cm（表），兩者之間差異不顯著，表明苗期野生大豆種群平均株高生長被抑制的趨勢不顯著。出苗到播種后20 d的4 d中，低鉀脅迫下野生大豆種群的平均日生長速率為60 cm/d，而對照的生長速率為92 cm/d，在此時期群體內的變異系數非常高，達到了2743%，而對照為239%，說明群體內株系之間出現了明顯的低鉀適應性分化。在營養生長中期（播種后40 d，即出苗后34 d），低鉀脅迫下生長的株系株高被顯著抑制，平均株高56 cm，對照達 6453 cm，二者差異顯著。從播種后20 d到播種后40 d的20 d中，低鉀脅迫下野生大豆種群平均生長速率為 446 cm/d，而對照為688 cm/d；此時期群體內變異系數增大，達到332%，而對照的變異系數減小，為38%，說明群體內株系之間經過了苗期的低鉀鍛煉，耐性和敏感性品種的株高分化日趨明顯。

由表還可以看出，供試野生大豆在苗期營養生長階段的葉面積變化情況與株高類似。在播種后20 d，低鉀脅迫下的株系與對照差異不顯著，此時低鉀脅迫群體內的變異達到了2589%，對照為2277%，表明群體內株系之間葉面積對低鉀表現出不同的適應性分化。在營養生長中期（播種后40 d），低鉀脅迫下的葉面積與對照差異顯著；低鉀脅迫大豆群體內變異系數增加到3484%，對照減小到829%，說明野生大豆群體葉面積對于低鉀脅迫的反應差異很大。[FL）]

[FK（W8][HT6H][Z]表低鉀條件下野生大豆的平均株高、葉面積和單株癥狀葉變化[HTSS][STBZ]

[H5][BG（！][BHDFG3，WK7，WK6，WK0，WK6，WK8，WK6，WK，WK6W]播種時間（d）處理株高（cm）株高變異系數（%）葉面積（cm2）葉面積變異系數（%）單株癥狀葉比率（%）單株癥狀葉比率變異系數（%）

[BHDG2]20低鉀脅迫2242±65a2743475±23a2589255±46a5725

[BHDW]對照（CK）2684±574a239584±33a2277000±000b0

[BH]40低鉀脅迫56±3494b33225±392b3484925±735a7946

[BH]對照（CK）6453±873a38553±284a829000±000b0[H][BG）F]

注：同列數據后標有不同小寫字母者表示差異顯著（<005）。表2同。[FK）]

[FL（2K2]缺鉀植株會表現出“鑲金邊”的葉部特征，此類葉片稱作缺鉀癥狀葉[3]。對低鉀脅迫和對照處理的野生大豆群體統計缺鉀癥狀葉發現，在對照條件下沒有出現缺鉀癥狀葉片（表）。在低鉀條件下，苗期營養生長階段的野生大豆群體出現了具有癥狀葉的植株，群體內單株癥狀葉比率是255%，從數值看是非常低，但是群體內變異系數高達5725%，說明此時期低鉀脅迫群體癥狀葉和正常葉的植株差異明顯。到了營養生長中期，低鉀脅迫下的單株癥狀葉比率達到了925%，此時群體內變異系數增加到了7946%。

22低鉀脅迫下野生大豆生物產量和經濟產量的變化

對忍受低鉀脅迫的株系進行地上干物質量和經濟產量構成因素等性狀的調查表明，低鉀脅迫和施鉀處理的野生大豆株系的各項測試指標中，除了收獲指數，其余都顯著低于對照（表2）。特別是對照和低鉀脅迫的最小值在株系之間的差異相當大，表明很多野生株型對低鉀脅迫很敏感；此外，低鉀脅迫的所有性狀變異系數都明顯高于對照（CK）。低鉀脅迫株系性狀變異系數從大到小依次為單株收獲指數>地上干物質質量>單株產量>單株百粒質量。[FL）]

[FK（W][HT6H][Z]表2低鉀條件下野生大豆的百粒質量、收獲指數、地上干物質和單株產量的變化[HTSS][STBZ]

[H5][BG（！][BHDFG42，WK6，WK54W]處理[ZB（][BHDWG2，WK27。2W]單株百粒質量（g）單株收獲指數

[BHDWG3，WK5。2，WK2，WK5，WK5。2，WK2，WK5W]最大值最小值平均值±標準差變異系數（%）最大值最小值平均值±標準差變異系數（%）[ZB）W]

[BHDG2，WK6，WK5。2，WK2，WK5，WK5。2，WK2，WK5W]低鉀脅迫26304342±045b369043004023±02a527

[BHDW]對照（CK）30392234±04a7520320022±006a2727

[BHDSG42，WK6，WK54W]處理[ZB（][BHDWG2，WK27。2W]地上干物質質量（g）單株產量（g）

[BHDWG3，WK5。2，WK2，WK5，WK5。2，WK2，WK5W]最大值最小值平均值±標準差變異系數（%）最大值最小值平均值±標準差變異系數（%）[ZB）W]

[BHDG2，WK6，WK5。2，WK2，WK5，WK5。2，WK2，WK5W]低鉀脅迫353582065±523a4903354465±2a4538

[BHDW]對照（CK）584522442666±738b2768565545853±24b2509[H][BG）F][FK）]

[FL（2K2]23低鉀脅迫下野生大豆的耐性系數

表3表明，基于產量的最大、最小和平均耐性系數值都高于基于干物質量的耐性系數值。基于干物質質量的耐性系數的變異系數、基于產量的耐性系數的變異系數分別為239%、2246%，說明各株系收獲指標對于低鉀脅迫反應比較大，兩者之間差異不大，表明野生大豆株系產量和干物質質量對于低鉀脅迫的反應差異不大。對耐性系數的分布進行考察可知，大部分株系耐性系數都位于30%～65%之間，分別有8、個株系的干物質質量耐性系數、產量耐性系數超過了65%，有4、3個株系的干物質質量耐性系數、產量耐性系數低于30%（圖），所有品種的耐性系數呈正態分布。

3結論與討論

作物的耐低鉀性狀是復雜的數量性狀，是多種因素、多種

[FK（W8][HT6H][Z]表3低鉀條件下野生大豆的耐性系數[HTSS][STBZ]

[H5][BG（！][BHDFG5，WK5，WK7，WK5，WK7，WK5W]類別基于干物質質量的耐性系數（%）基于干物質質量的耐性系數的變異系數（%）基于產量的耐性系數（%）基于產量的耐性系數的變異系數（%）

[BHDG2]最大值68827477

[BHDW]最小值23342599

[BH]平均值486±723955±572246[H][BG）F][FK）]

生理機制共同作用的結果[4]，最終通過各種性狀在不同發育時期的一系列變化體現出來[5-6]。近年來，學者們報道了諸多作物，包括大豆篩選耐低鉀基因型的研究結果[，7-9]，但是關于栽培種大豆祖先的野生大豆低鉀耐性研究并未見報道。本研究結果表明，低鉀條件下，野生大豆群體苗期營養生長階段[CM（25]（播種后20[KG3]d，即出苗后4[KG3]d）的株高、葉面積和癥狀葉對[CM）][FL）]

[FK（W2][TLXTtif][FK）]

[FL（2K2]于低鉀脅迫已經有了反應，變異系數均高于對照，對低鉀脅迫產生了適應性分化。到了營養生長中期（播種后40 d，出苗后 34 d），對照調查指標的變異系數明顯減小，而低鉀脅迫群體的變異系數增大，都高于對照，也高于苗期，尤其是癥狀葉的變異系數達到了7946%，說明低鉀癥狀葉是很好的低鉀指示性狀，能敏感地體現植株是否缺鉀，同時也能說明植株對低鉀是耐性還是敏感。

本研究所調查的遼寧沈陽周邊地區土地在近年來日益缺鉀，該地區的野生大豆種群長期在此生態環境下生長，小生境異質環境的適應性選擇、種群內株系間微環境差異可能發揮適應性選擇作用，因此種群內存在低鉀耐受性不同的基因型。由研究結果可知，低鉀脅迫下野生大豆各株系測定指標和變異系數表明該地域種群內株系表現出很大的變異；另一方面也表明該地域的種群內耐低鉀脅迫的生態適應分化程度相當高。測定的與株系產量有關的幾個性狀中，低鉀脅迫下最容易變異或可塑性從大到小依次為單株收獲指數、地上干物質質量、單株產量、單株百粒質量。

本研究發現，在低鉀脅迫土壤條件下，種群平均收獲指數沒有發生任何變化，但是個體株系間發生明顯分化。干物質耐性系數、產量耐性系數的變異系數分別達到了239%、2246%，篩選到高低鉀耐性，產量耐性系數超過65%的株系達到了個，可用于大豆低鉀耐性育種。同時研究發現，這些低鉀耐性種質在產量和產量構成因素性狀上也表現不同的耐低鉀性狀，可以作為低鉀耐性生物學研究中研究產量相關基因的寶貴遺傳材料。

[HS2][HT85H]參考文獻：[HT8SS]

[ZK（#]李興濤，王偉，李晨，等 低鉀脅迫下不同低鉀耐性大豆光合特性及保護性酶的差異 植物營養與肥料學報，20，7（2）：384-390

[2]王偉，曹敏建，王曉光，等 低鉀脅迫對不同鉀營養效應型大豆保護酶系統的影響 大豆科學，2005，24（2）：0-05

[3]周賢芬，陳志堅，張興江 晚稻耐低鉀品種的篩選與研究 浙江農業科學，990（6）：25-254

[4]覃懷德，吳炳孫，吳敏，等 橡膠園土壤鉀素空間變異與分區管理技術——以海南省瓊中縣為例 江蘇農業科學，203，4（8）：326-329[H65mm]

[5]劉國棟，劉更另 水稻耐低鉀基因型篩選方法的研究 土壤學報，996，33（2）：3-20

[6]居立海，趙全久，徐廣輝，等 洪澤縣水稻土磷鉀豐缺指標及磷鉀肥施用量 江蘇農業科學，202，40（7）：82-83

[7]楊光宇，王洋，馬曉萍，等 野生大豆種質資源評價與利用研究進展 吉林農業科學，2005，30（2）：6-63

[8]曾維英，梁江，陳淵，等 廣西野生大豆SSR標記的遺傳多樣性研究 江蘇農業科學，202，40（3）：22-25[ZK）]

[9][ZK（#]李向華，田子罡，李福山 新考察收集野生大豆與已保存野生大豆的遺傳多樣性比較 植物遺傳資源學報，2003，4（4）：345-349

[0]董英山，莊炳昌，趙麗梅，等 中國野生大豆遺傳多樣性中心 作物學報，2000，26（5）：52-527[H75mm]

王克晶，李福山 我國野生大豆（Gsoja）種質資源及其種質創新利用 中國農業科技導報，2000，2（6）：69-72

[2]李福山 中國野生大豆資源的地理分布及生態分化研究 中國農業科學，993，26（2）：47-55

[3]李春紅，孫海鷹，孫晶，等 不同大豆品種（系）低鉀耐性的差異 沈陽農業大學學報，20，42（6）：649-653

[4]李興濤，曹敏建，于海秋，等 玉米低鉀耐性性狀的主基因多基因遺傳分析 玉米科學，20，9（4）：93-97

[5]唐勁馳，曹敏建，劉限 大豆品種（系）耐低鉀性的篩選與評價 大豆科學，2003，22（）：8-2

[6]曹敏建，王淑琴 松本英明玉米自交系對低鉀脅迫耐性的差異 作物學報，999，9（2）：254-259

[7]王曉光，李春紅，趙新華，等 低鉀脅迫下不同大豆品種鉀吸收利用效率的差異分析 沈陽農業大學學報，203，44（）：7-2

[8]李興濤，王偉，蔣春姬，等 不同耐性大豆品種根系對低鉀脅迫的生理響應 大豆科學，200，29（5）：800-803

[9]李興濤，曹萍，王偉，等 不同耐性大豆品種葉片對低鉀脅迫的生理響應 大豆科學，200，29（6）：964-966，970[ZK）][H][FL）]