低磷脅迫對不同磷效率棉花干物質及養分吸收的影響

［KH－3D］羅佳，候銀瑩，陳波浪

(新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆烏魯木齊830052)

低磷脅迫對不同磷效率棉花干物質及養分吸收的影響

［KH－*3D］羅佳，候銀瑩，陳波浪*

(新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆烏魯木齊830052)

以磷高效基因型棉花新海18號(XH18)、中棉42號(CCRI-42)、新陸早19號(XLZ19)和磷低效新陸早13號(XLZ13)、新陸早17號(XLZ17)為材料，通過特殊土培系統，研究不同磷效率棉花在不同磷水平下(磷脅迫0 kg·hm－2、正常供磷150 kg· hm－2)干物質及養分吸收變化，旨在為提高養分利用效率的遺傳改良提供科學依據。結果表明:低磷脅迫下，各基因型棉花生物量較適磷降低了38．6%，氮、磷、鉀積累量分別降低了42．9%、44．9%和41．25%。低磷脅迫環境下，磷高效基因型棉花整株干物質及氮、磷、鉀積累量分別是磷低效的1．47、1．52、1．44和1．46倍。低磷脅迫降低了棉花功能葉中SPAD值，在相同磷水平下，磷高效基因型棉花功能葉SPAD值顯著高于磷低效。因此，磷高效基因型棉花在低磷脅迫環境中，能更有效地地吸收利用土壤中的養分，積累較多的生物量，從而能較好適應低磷脅迫環境。

棉花;磷效率;干物質;養分吸收

磷在土壤中移動性弱，容易被固定。大部分磷以非有效態累積于土壤中，成為殘留于土壤中的累積態磷，累積態磷絕大部分被土壤膠體固定成作物難利用的形態，只有少部分(10%左右)能轉化到有效磷庫［1－3］。磷礦資源是不可再生的，故提高作物當季施入磷和土壤累積態磷利用至關重要。目前，發掘作物自身磷營養高效的遺傳潛力，改良作物磷營養性狀已成為提高磷肥利用率的一條主要途徑［4］。近年來，有關不同磷水平下植物養分吸收的研究已有報道［5－6］，對棉花植株也主要集中在棉花干物質積累規律及其分配規律的研究［7－10］，而缺乏不同磷水平對不同基因型棉花干物質積累及其氮磷鉀吸收積累影響的研究。本研究選取5種不同磷效率基因型棉花，通過特殊土培設計，基于適磷和磷脅迫2個水平，分析不同磷效率基因型棉花干物質積累及養分吸收變化，旨在從養分吸收的角度比較不同基因型棉花對低磷脅迫的響應特征，為提高養分利用效率的遺傳改良提供科學依據。

1 材料與方法

1．1 供試材料

選用新海18號(XH18)、中棉42號(CCRI-42)、新陸早19號(XLZ19)磷高效棉花品種和新陸早13號(XLZ13)、新陸早17號(XLZ17)磷低效棉花品種［11］。氮、磷、鉀肥分別選用尿素(N 46%)、重過磷酸鈣(P2O546%)和硫酸鉀(K2O 50%)。供試土壤為灰漠土，取自新疆北部瑪納斯縣棉田耕層以下(0～30 cm)土壤。土壤有機質含量為17．45 g·kg－1，堿解氮55 mg·kg－1，Olsen-P 6．7 mg· kg－1，速效鉀208 mg·kg－1，pH 8．5(水土比5∶1)。

1．2 試驗設計

試驗選擇2014年5月在新疆農業大學科教園區試驗基地溫室進行。試驗設置施磷(P2O5)分別為0 kg·hm－2(磷脅迫，LP)和150 kg·hm－2(適磷，HP)2個處理，每基因型棉花每處理12個重復，完全隨機排列。氮肥和鉀肥按施肥量N 300 kg· hm－2(底肥施入60%，出苗后30和75 d各追肥20 %，隨水灌入)、K2O 75 kg·hm－2，播種時將底肥與曬干、去雜并過5 mm篩的土壤均勻混入。利用PVC管特殊設計的土柱試驗，播種前，將直徑為25 cm、高度為80 cm并消過毒的PVC管埋入土底，管口露出地面約6 cm，底部墊1張直徑為25 cm左右的紗布，每管裝25 kg土。播種前將種子清洗，選擇飽滿的種子進行發芽培育，培育溫度控制在18～22℃左右，待芽長至2 cm左右移入PVC管土壤中進行培養。播種時，每管種兩窩，每窩4粒種子，深度約3～4 cm，待棉苗長到3片真葉時定苗，每窩留長勢均勻的棉花2株。灌水采用大田灌水量定量補水(按面積算)，與大田灌水量保持一致。

1．3 樣品采集與測定

施肥前采集原始土壤帶回實驗室分析基礎狀況，分別在棉花蕾期(出苗后60 d)和花期(出苗后90 d)開始采樣，每處理采集長勢一致的3個重復(管)。采樣前，對每基因型各處理棉花功能葉(倒4葉)進行SPAD值測定。采樣時，將整個PVC管從土體中挖出，先將植株地上部分剪出，再將PVC管內土柱整體抖出，收集所有根系，植株地上部依莖、葉器官分開，和收集的根系均用去離子水洗凈，105℃下殺青30 min，70℃下烘干至恒量后稱重。樣品粉碎過篩后，用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測定P含量，奈氏比色法測定N含量，火焰光度計法測定K含量［12］。

1．4 數據處理

采用SPSS17．0對數據進行統計分析，采用LSD法進行差異顯著性分析(P=0．05)。采用Microsoft Excel2010作圖。

2 結果與分析

2．1 施磷水平對不同磷效率棉花生物量的影響

由表1和2可知，磷脅迫(LP)顯著降低了棉花根、莖、葉及整株的干物質積累，在蕾期和花期較適磷(HP)處理分別降低了39．5%、44．9%、46．6%、45．3%和20．0%、28．6%、34．3%、31．5%。相同磷水平下(LP和HP)，磷高效基因型(XH18、CCRI-42、XLZ19)各器官及整株生物量均顯著高于磷低效(XLZ13和XLZ17)，其中蕾期時磷高效基因型整株生物量分別為磷低效XLZ13和XLZ17的1．21～2．08、1．32～1．99倍，花期時分別為磷低效的1．20～1．40、1．14～1．43倍。2個時期棉花各器官生物量及根冠比在不同磷水平和不同基因型間存在極顯著差異(P＜0．01)，且存在極顯著的磷水平(基因型交互作用。

表1 蕾期不同磷水平下不同磷效率棉花干物質和根冠比Table 1Dry weight and root shoot ratio of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

表2 花期不同磷水平下不同磷效率棉花干物質和根冠比Table 2Dry weight and root shoot ratio of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

表3 蕾期不同磷水平下不同磷效率棉花植株磷累積量Table 3Phosphorus accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

2．2 施磷水平對不同磷效率棉花葉中SPAD值的影響

圖1 顯示，低磷脅迫降低了棉花功能葉中SPAD值。LP處理下，各基因型棉花功能葉中SPAD值分別在蕾期和花期較HP處理降低了4．4%～18．6 %、13．8%～17．3%。在相同磷水平下，磷高效基因型棉花功能葉SPAD值顯著高于磷低效。

圖1 不同磷水平下不同磷效率棉花SPAD值Fig．1SPAD of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration

2．3施磷水平對不同磷效率棉花磷素累積量的影響

表3 和4數據顯示，低磷脅迫顯著降低了棉花植株根、莖、葉及整株吸磷量，分別在蕾期和花期較HP處理平均降低了43．3%、65．8%、54．6%、54．3 %和24．8%、57．1%、39．0%、35．4%。在相同磷水平下(HP和LP處理)，蕾期磷高效基因型棉花各器官及整株磷累積量均顯著高于磷低效基因型，其中整株吸磷量在分別為XLZ13和XLZ17的1．47～1．91、1．35～1．76倍;花期時，磷高效基因型棉花整株吸磷量分別為XLZ13和XLZ17的1．08～1．48、1．10～1．42倍。各磷高效基因型棉花葉及整株吸磷量均顯著高于磷低效。兩個時期均表現為，棉花各器官及整株磷累積量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用間均存在極顯著差異(P＜0．01)。

2．4 施磷水平對不同磷效率棉花氮素累積量的影響

由表5～6可看出，低磷脅迫顯著降低了棉花植株根、莖、葉及整株的氮素吸收量，分別在蕾期和花期較HP處理平均降低了42．1%、40．5%、55．22 %、51．4%和25．3%、26．9%、35．8%、34．4%。蕾期時，磷高效基因型棉花的根、葉及整株氮累積量均顯著高于磷低效，其中整株吸氮量分別為XLZ13和XLZ17的1．59～2．29、1．39～2．02倍;花期時，相同磷水平下(HP和LP處理)，磷高效基因型棉花的莖、葉及整株吸氮量均顯著高于磷低效，其中整株吸氮量分別為XLZ13和XLZ17的1．24～1．47、1．15～1．36倍。兩時期均表現出棉花各器官及整株氮累積量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用間均存在極顯著差異(P＜0．01)。

表4 花期不同磷水平下不同磷效率棉花植株磷累積量Table 4Phosphorus accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

表5 蕾期不同磷水平下不同磷效率棉花植株氮累積量Table 5Nitrogen accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

表6 花期不同磷水平下不同磷效率棉花植株氮累積量Table 6Nitrogen accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

2．5 施磷水平對不同磷效率棉花鉀素累積量的影響

與氮、磷一樣，低磷脅迫顯著降低了棉花植株根、莖、葉及整株的鉀素吸收量(表7～8)，分別在蕾期和花期較HP處理平均降低了41．3%、51．58%、52．4%、50．2%和13．9%、33．3%、34．9%、32．3 %。蕾期時，相同磷水平下(HP和LP處理)，磷高效基因型棉花的各器官及整株吸鉀量均顯著高于磷低效，其中整株吸鉀量分別為XLZ13和XLZ17的1．48～2．07、1．42～1．97倍;而花期表現為，相同磷水平下(LP和HP處理)，磷高效基因型棉花整株鉀積累量分別為XLZ13和XLZ17的1．28～1．54、1．05～1．41倍。低磷脅迫下(LP)，XLZ13基因型棉花的莖和葉吸鉀量顯著低于磷高效，XLZ17基因型表現為根的鉀累積量顯著低于磷高效。棉花2個生育期均表現出各器官及整株鉀累積量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用間均存在極顯著差異(P＜0．01)。

表7 蕾期不同磷水平下不同磷效率棉花植株鉀累積量Table 7Potassium accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

3 結論與討論

在棉花生長各時期，干物質的積累均對棉花產量高低及品質優劣有直接影響，它反映了養分的有效吸收狀況［13］，而生物量積累形成是以養分吸收為基礎的［14－15］。本研究結果表明，不同磷效率基因型棉花在適磷和低磷兩個處理下對干物質積累及養分吸收都發生了明顯的變化。在棉花生長各時期，低磷脅迫顯著降低了各基因型棉花根、莖、葉及整株的干物質積累，較適磷(HP)處理分別降低了29．8%、36．8%、40．5%和38．4%，其中地上部降低為38．6%。這與前人［16－18］研究結果中說到低磷脅迫會導致植株變小，鮮重、干重尤其是地上部明顯下降的結果相一致。在相同磷水平下，磷高效基因型棉花各器官生物量顯著高于磷低效，其中整株生物量分別為XLZ13和XLZ17的1．20～2．08、1．14～1．99倍。根冠比增大是植物耐低磷脅迫的機制之一［19］。本研究結果表明，低磷脅迫下各基因型棉花根冠比有所增加。棉花生長各時期，各器官生物量及根冠比在不同磷水平和不同基因型間存在極顯著差異(P＜0．01)，且存在極顯著的磷水平(基因型交互作用。

表8 花期不同磷水平下不同磷效率棉花植株鉀累積量Table 8Potassium accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

葉綠素作為光合色素中的重要色素分子，參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉換等過程，在光合作用中占有重要地位［20］。本試驗表明，低磷脅迫時各基因型棉花功能葉SPAD值顯降低。這與前人［21－22］在其他作物上研究結果一致。而在相同磷水平下，磷高效基因型棉花功能葉SPAD值顯著高于磷低效。

前人研究表明［23－24］，施磷水平不僅影響了植株不同部位磷素吸收量，還影響了植株對氮、鉀的吸收。本試驗結果表明，在棉花生長各時期，低磷脅迫顯著降低了各基因型棉花各器官氮、磷、鉀積累量，其中整株氮、磷、鉀積累量分別平均降低了42．9%、44．9%和41．25%。低磷脅迫下，磷高效基因型棉花氮、磷、鉀累積量顯著高于磷低效，適應低磷脅迫的能力較強。棉花生長各時期，各器官氮、磷、鉀吸收量在不同磷水平和不同基因型間存在極顯著差異(P＜0．01)，且存在極顯著的磷水平(基因型交互作用。

綜上所述，低磷脅迫顯著降低了不同磷效率基因型棉花生物量及養分吸收量。且在低磷脅迫中，磷高效基因型棉花表現為干物質積累量及氮、磷、鉀積累量均顯著高于磷低效。說明磷高效基因型棉花能較好的適應磷脅迫環境。

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(責任編輯 李山云)

Effect of Phosphorus Stress on Dry Matter Accumulation and Nutrient Absorption of Cotton Genotypes with Different Phosphorus Efficiency

LUO Jia，HOU Yin-ying，CHEN Bo-lang*
(Faculty of Grassland and Environment Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052，China)

A pot experiment was carried out to test the effects of phosphorus(P)supply levels(phosphorus stress 0 kg·hm－2，suitable phosphorus 150 kg·hm－2)with two P genotype(efficient XH18，CCRI-42，XLZ19;inefficient XLZ13，XLZ17)cotton on changes of dry matter and nutrient absorption，and to offer science-based fertilizer recommendations for improving efficiency of nutrient utilization of genetic improvement．The results showed that cotton biomass reduced 38．4%，nitrogen，phosphorus and potassium accumulation decreased by 42．9%，44．9%and 41．25%by low P stress．Efficient genotype cotton biomass and nitrogen，phosphorus，potassium accumulation were 1．47，1．52、1．44 and 1．46 times as much as those of inefficient genotype cotton by low P stress．The content of SPAD in the leaves were significantly reduced by low P stress．The content of SPAD in the leaves of Phosphorus efficient genotype cotton was significantly higher than P-inefficient．It is concluded that P efficient genotype cotton adapted to low P stress through more effective absorbed and used nutrients in the soil，and accumulate more biomass．

Cotton;Phosphorus efficient genotype;Dry matter;Nutrient absorption

S154．4

A

1001－4829(2017)1－0155－07

10．16213/j．cnki．scjas．2017．1．027

2016－02－29

國家自然科學基金(31260499);新疆農業大學大型儀器設備新功能開發項目和新疆自治區土壤學重點學科

羅佳(1991－)，新疆阿拉爾人，碩士研究生，主要研究植物營養與生理，E-mail:luojia8229@foxmail．com，*為通訊作者:E-mail:chenwang200910@sina．com。