苦蕎耐低磷力鑒定及其產量和品質分析

汪 燕， 廖 凱， 喻武鵑， 黃 娟， 鄧 嬌， 霍冬敖， 孫艷紅， 王鵬程， 梁成剛

(1.貴州師范大學蕎麥產業技術研究中心，貴州 貴陽 550001； 2.貴州中科項目數據分析師事務所有限公司，貴州 貴陽 550008； 3.貴州百世佳科技集團有限公司，貴州 貴陽 550003)

磷是作物生長和產量形成的重要營養元素之一。磷參與植物葉片的光合作用、電子傳遞等重要生理過程，在植物碳代謝、氮代謝、脂代謝中起著非常重要的作用[1-4]。土壤中含有的大部分磷為難溶磷，不能直接被植物吸收利用，因此農業生產中必需施用大量的磷肥[5]。磷肥的當季利用率非常低，僅為 5%～10%，磷流失造成農業環境污染[1-6]。中國磷礦資源缺乏，迫切要求提高作物對磷肥的利用效率，降低磷肥的投入。

蕎麥(Fagopyrum)是中國特色藥食兼用型小雜糧[7-10]。蕎麥包含甜蕎(FagopyrumesculentumMoench)和苦蕎(FagopyrumtartaricumGaertn)2個栽培種[8]。其中，苦蕎總黃酮含量明顯高于甜蕎，降血脂、降血糖、降血壓等保健功能更顯著[7-8]。侯鵬霞等[11]研究發現，蕎麥籽粒中不僅粗蛋白含量高，而且富含磷元素?？嗍w主要種植于中國北方黃土高原與南方云貴川紅土高原等地，具有耐冷、耐干旱、耐貧瘠等特性。蕎麥是典型的磷肥依耐型作物，生產上磷肥的施用量甚至高于氮肥。劉迎春等[12]研究發現，在赤峰地區磷肥的增產作用明顯大于鉀肥和氮肥。有研究結果表明，磷肥施用量在70 kg/hm2時，苦蕎主莖分枝數顯著提高，產量達到1 955.1 kg/hm2，較不施磷肥對照增產45.91%[13]。磷肥施用還能促進鋁脅迫下蕎麥對微量元素的吸收運輸，減少對鋁的吸收，降低鋁脅迫對蕎麥生長的抑制[14-16]。

篩選耐低磷品種對于減少磷肥施用量，降低農業生產中磷肥流失對環境污染，提高農業生產效益具有重要的理論與現實意義。目前，不同苦蕎品種對磷肥的響應及其效應仍不十分清楚。本課題組前期通過對180份苦蕎種質資源進行鑒定，建立苦蕎核心種質資源庫[17]。本試驗在不同施磷水平下研究20份苦蕎品種主要農藝性狀、產量與品質性狀及其相關特性，篩選磷高效苦蕎種質資源，為磷高效新品種選育與栽培推廣提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用8份貴州省審定的苦蕎品種與12份引進的苦蕎審定品種為材料，其中，來自貴州的品種為六苦2號(LK2)、六苦3號(LK3)、六苦4號(LK4)、黔黑蕎1號(QK1)、黔苦2號(QK2)、黔苦3號(QK3)、黔苦4號(QK4)、黔苦5號(QK5)，來自四川的為川蕎1號(CQ1)、川蕎2號(CQ2)、川蕎3號(CQ3)、川蕎5號(CQ5)和西蕎2號(XQ2)，來自云南的為云蕎2號(YQ2)、昭苦1號(ZQ1)、昭苦2號(ZQ2)和迪苦1號(DK1)，來自寧夏的品種為寧蕎2號(NQ2)，來自山西的品種為晉蕎麥2號(JQ2)，來自湖南的品種為鳳凰苦蕎(FKQ)。試驗地為貴州師范大學蕎麥產業技術研究中心百宜試驗基地，供試土壤為黃色土，土壤有機質15.11 g/kg、全氮0.97 g/kg、速效氮89.32 mg/kg、速效磷21.67 mg/kg、速效鉀193.45 mg/kg、pH 6.02，基礎肥力中等，速效磷為二級水平。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，2015年8月播種，條播，行距33.3 cm，小區面積為4 m2(2 m×2 m)，3次重復，種植密度為每1 hm21×106株。肥料作為底肥一次性施入，氮肥(硝酸銨)施用量為純氮60 kg/hm2，鉀肥(氯化鉀)為K2O 30 kg/hm2，以不施磷肥為低磷處理，施用60 kg/hm2P2O5(過磷酸鈣)為對照。苦蕎全生育期內處理與對照的栽培與管理等措施均保持一致。

1.3 樣品采集與測定

苦蕎成熟后對每個小區進行測產，并選取生長正常的12個單株調查農藝性狀與產量性狀，同時，將莖葉與籽粒分裝并置于60 ℃烘箱中干燥2 d至恒質量，供干物質質量與粒質量測定，然后將莖稈與籽粒分別粉碎，并過100目篩，供蛋白質組分與總黃酮含量的測定。

1.4 試驗方法

1.4.1 品種耐低磷力分析 品種的適應性、耐低磷力、綜合力等指標計算參考劉鴻雁等[18]的方法。

品種適應力=(低磷處理下的品種產量-20個品種平均產量)/ 20個品種平均產量×100%；

產量耐低磷力=低磷處理的籽粒產量-施磷處理籽粒產量×100%；

生物產量耐低磷力=低磷處理的生物產量/施磷處理生物產量×100%；

耐低磷力綜合值=(產量耐低磷力+品種適應力)/2。

1.4.2 蛋白質組分含量測定 稱取待測樣品0.100 0 g，使用蒸餾水提取清蛋白，使用氯化鈉溶液(10%)提取球蛋白，使用正丙醇(55%)提取醇溶蛋白，使用谷蛋白提取液(含1.68% KOH溶液、0.24% CuSO4·5H2O、0.5%酒石酸鉀鈉和50%異丙醇)提取谷蛋白。蛋白質組分的提取與測定參考汪燕等[19]的方法。

1.4.3 總黃酮含量測定 稱取待測樣品0.100 0 g，使用2 ml 80%乙醇在70 ℃水浴鍋中浸提4～8 h，然后超聲提取10 min，靜置后收集上清液，總黃酮含量的測定參考徐寶才等[20-22]的方法。

1.5 數據處理與分析

數據使用Excel 2003與SPSS18.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 苦蕎農藝性狀對低磷處理的響應

對苦蕎成熟期的農藝性狀進行調查，結果(表1)表明，與對照相比，低磷處理下苦蕎的株高和莖葉質量在總體上呈現下降趨勢，品種間莖葉質量變幅較大。方差分析結果表明，8個品種的株高呈顯著或極顯著低于對照，9個品種的莖葉質量呈顯著或極顯著低于對照。但不同苦蕎品種的分枝數對磷肥的響應不一致，其中，2個品種的分枝數極顯著低于對照，2個品種的分枝數極顯著或顯著高于對照，其余品種差異均不顯著。

表1 苦蕎農藝性狀對低磷的響應

CQ1為川蕎1號、CQ2為川蕎2號、CQ3為川蕎3號、CQ5為川蕎5號、XQ2為西蕎2號、YQ2為云蕎2號、ZQ1為昭苦1號、ZQ2為昭苦2號、DK1為迪苦1號、NQ2為寧蕎2號、LK2為六苦2號、LK3為六苦3號、LK4為六苦4號、QK1為黔黑蕎1號、QK2為黔苦2號、QK3為黔苦3號、QK4為黔苦4號、QK5為黔苦5號、JQ2為晉蕎麥2號、FKQ為鳳凰苦蕎。*、**分別表示同一品種處理間差異達到0.05與0.01顯著水平。

2.2 苦蕎的產量性狀對低磷處理的響應

對苦蕎成熟期的產量性狀進行測定，結果(表2)表明，與對照相比，低磷處理下苦蕎的單株粒數和單株籽粒質量在總體上呈現下降趨勢，其中8個品種的單株粒數顯著或極顯著低于對照，9個品種的單株籽粒質量顯著或極顯著低于對照；而苦蕎百粒質量對磷肥的響應并不一致，其中4個品種的百粒質量在低磷處理下顯著或極顯著低于對照，4個品種的百粒質量顯著或極顯著高于對照。

表2 苦蕎的主要產量性狀對低磷的響應

CQ1、CQ2、CQ3、CQ5、XQ2、YQ2、ZQ1、ZQ2、DK1、NQ2、LK2、LK3、LK4、QK1、QK2、QK3、QK4、QK5、JQ2、FKQ見表1注。*、**分別表示同一品種處理間差異達到0.05與0.01顯著水平。

如圖1所示，低磷處理導致20個苦蕎品種的產量均明顯下降，下降幅度為 7.43%～31.12%，其中14個品種的產量與對照達到顯著或極顯著水平。FAOSTAT數據顯示近年來中國蕎麥的產量一直徘徊在1.00 t/hm2左右[23]。根據20個品種在低磷處理下的產量表現，將其分為3個不同區段。7個苦蕎品種產量較高(類型I)，產量為 1.21～1.50 t/hm2；6個苦蕎品種產量表現次之(類型II)，產量為 1.01～1.20 t/hm2；7個苦蕎品種產量表現最低(類型III)，產量≤1.00 t/hm2。其中，六苦3號在不同磷水平下產量均高于其他品種，對照條件與低磷處理下產量分別達到1.84 t/hm2和1.51 t/hm2。晉蕎麥2號在對照條件下產量達到1.76 t/hm2，排名第2，但在低磷條件下產量僅為1.21 t/hm2，減產幅度最大，達到31.12%。說明六苦3號為高產耐低磷品種，而晉蕎麥2號為高產磷敏感型品種。

Ⅰ:低磷處理下苦蕎產量1.21～1.51 t/hm2;Ⅱ:低磷處理下苦蕎產量1.01～1.20 t/hm2;Ⅲ:低磷處理下苦蕎產量≤1.00 t/hm2。CQ1、CQ2、CQ3、CQ5、XQ2、YQ2、ZQ1、ZQ2、DK1、NQ2、LK2、LK3、LK4、QK1、QK2、QK3、QK4、QK5、JQ2、FKQ見表1注。*、**分別表示同一品種處理間差異達到0.05與0.01顯著水平。圖1 苦蕎產量及其對低磷的響應Fig.1 The yield of tartary buckwheat and the response to low phosphorus treatment

2.3 苦蕎的品質性狀

如圖2所示，低磷處理下，苦蕎的球蛋白含量總體上呈現上升趨勢，其中14個品種的球蛋白含量顯著或極顯著提高；苦蕎的醇溶蛋白含量受低磷處理的影響較小，其中17個品種的醇溶蛋白含量與對照差異不顯著；苦蕎的清蛋白對低磷處理的響應并不一致，其中13個品種與對照差異不顯著，5個品種顯著或極顯著高于對照，2個品種顯著或極顯著低于對照；類型I中7個品種的谷蛋白含量受低磷處理的影響較小，與對照差異不顯著，類型II中3個品種谷蛋白含量與對照差異達到顯著或極顯著水平，類型III中4個品種谷蛋白含量與對照差異達到顯著或極顯著水平。

如圖3所示，與對照相比，低磷處理下20個苦蕎品種的總黃酮含量存在顯著差異，變化幅度為-3.21%～49.62%，以晉蕎麥2號含量最高，達到20.12 mg/g；僅2個品種總黃酮含量低于對照，18個品種的總黃酮含量顯著或極顯著高于對照，其中11個品種的總黃酮含量較對照提高20%以上。

2.4 苦蕎耐低磷力鑒定

劉鴻雁等[18]研究指出，耐低磷力和品種適應性是鑒定作物對低磷響應能力的一個重要篩選指標。由表3可知，供試20個苦蕎品種中僅類型II的CQ1、QK3和CQ5的生物產量耐低磷力高于95%，達到1級耐低磷能力，但苦蕎是以收獲籽粒為產量的作物，因此，以產量耐低磷力與品種適應性為主要篩選鑒定指標。根據劉鴻雁等報道的分級評價指標，本研究中品種適應性>30%的僅有LK3，8個品種的適應性為5%～30%，達到2級，4個品種的適應性為-10%～0，達到4級，7個品種的適應性<-10%，為5級；沒有1個品種的產量耐低磷力>95%，5個品種的產量耐低磷力為85%～95%，達到2級，11個品種的產量耐低磷力為 75%～85%，達到3級，4個品種的產量耐低磷力為65%～75%，達到4級；沒有1個品種的耐低磷力綜合值>62.5%，6個品種的耐低磷力綜合值為 45.0%～62.5%，達到2級；7個品種的耐低磷力綜合值為37.5%～45.0%，達到3級；5個品種的耐低磷力綜合值為27.5%～37.5%，達到4級；2個品種的耐低磷力綜合值<27.5，為5級。

3 討 論

3.1 苦蕎的農藝與產量性狀及其對低磷的響應

據FAOSTAT報道，2014年中國蕎麥的單位面積產量僅為0.99 t/hm2[23]。本研究發現，對照條件下，貴州省審定的8個苦蕎品種單位面積產量為1.36～1.85 t/hm2，12個引進苦蕎品種在0.97～1.76 t/hm2，品種間差異較大，引進品種單位面積產量與品質適應力在總體上低于本地品種，這可能與引進品種遺傳背景及其對環境的適應性存在差異有關。

Ⅰ:低磷處理下苦蕎產量1.21～1.50 t/hm2;Ⅱ:低磷處理下苦蕎產量1.01～1.20 t/hm2;Ⅲ:低磷處理下苦蕎產量≤1.00 t/hm2。CQ1、CQ2、CQ3、CQ5、XQ2、YQ2、ZQ1、ZQ2、DK1、NQ2、LK2、LK3、LK4、QK1、QK2、QK3、QK4、QK5、JQ2、FKQ見表1注。*、**分別表示同一品種處理間差異達到0.05與0.01顯著水平。圖2 苦蕎的蛋白質組分含量對低磷的響應Fig.2 The content of protein component of tartary buckwheat and the response to low-phosphorus treatment

苦蕎是典型的耐貧瘠作物，常種植于中國高寒山區。由于苦蕎的產量與產值較低，農戶在生產上不愿意投入肥料，生產管理也非常粗放，因此，篩選耐低磷苦蕎品種對于苦蕎生產尤為重要。與其他作物相比，蕎麥耐低磷種質資源的篩選與鑒定研究鮮有報道，而蕎麥對磷肥的需求又較強。劉迎春等[12]研究指出，赤峰蕎麥產區磷肥的增產作用明顯大于氮肥。宋毓雪等[13]以貴州審定品種黔苦6號為材料，研究發現施用磷肥70 kg/hm2時，產量較不施磷肥增產45.91%，分枝數顯著提高。本研究發現，不施磷肥處理下，20個苦蕎品種的產量較對照下降7.43%～31.12%，說明供試土壤中磷較為缺乏，不能滿足苦蕎生產所需。此外，研究還發現苦蕎的莖葉質量較對照變幅較大，品種間差異較大，不同品種的分枝數對磷肥響應不一致。說明苦蕎不同基因型材料對磷肥的吸收和生理利用效率存在差異。

Ⅰ:低磷處理下苦蕎產量1.21～1.50 t/hm2;Ⅱ:低磷處理下苦蕎產量1.01～1.20 t/hm2;Ⅲ:低磷處理下苦蕎產量≤1.00 t/hm2。CQ1、CQ2、CQ3、CQ5、XQ2、YQ2、ZQ1、ZQ2、DK1、NQ2、LK2、LK3、LK4、QK1、QK2、QK3、QK4、QK5、JQ2、FKQ見表1注。*、**分別表示同一品種處理間差異達到0.05與0.01顯著水平。圖3 苦蕎的總黃酮含量及其對低磷的響應Fig.3 The flavonoid content of tartary buckwheat and the response to low-phosphorus treatment

表3 苦蕎耐低磷能力的鑒定

CQ1、CQ2、CQ3、CQ5、XQ2、YQ2、ZQ1、ZQ2、DK1、NQ2、LK2、LK3、LK4、QK1、QK2、QK3、QK4、QK5、JQ2、FKQ見表1注。

李莉等[24]通過低磷處理將27份中熟水稻分為4種類型：高產磷高效型、高產磷低效型、低產磷高效型、低產磷低效型。蘭忠明等[25]對9個紫云英材料進行不施磷處理，篩選鑒定出閩紫7號為高耐低磷型品種，8487711和閩紫7號為磷高效利用品種，余江大葉為磷敏感基因型品種。劉鴻雁等[18]研究發現，磷濃度、磷吸收效率及磷利用效率難以作為磷高效基因型玉米的篩選指標，產量是評價作物基因型耐低磷能力的關鍵指標。本試驗中六苦3號在低磷處理下產量高于其他品種，品種適應力達到1級但其產量耐低磷力僅為3級；5個品種的產量耐低磷力達到2級，其中僅六苦4號屬于高產類型品種，其余4個均屬于低產類型品種。此外，晉蕎麥2號雖然產量耐低磷力最低，為磷敏感基因型品種，但其屬于高產類型，且在施磷處理下產量達到1.76 t/hm2，排名第2。

3.2 苦蕎的品質性狀及其對低磷的響應

谷物蛋白質的含量及其組成成份是衡量其營養價值的主要指標之一。不同作物的蛋白質組分含量及其比例差異較大。例如，水稻谷蛋白含量最高[26]，小麥醇溶蛋白含量最高[27]。劉擁海等[27]研究發現苦蕎清蛋白含量最高，占71.4%，谷蛋白含量次之，占12.10%。本研究發現20個苦蕎品種中清蛋白與谷蛋白含量相當，與劉擁海等[27]的研究結果并不一致。這可能與谷蛋白提取時所使用的提取方法存在差異有關。此外，本研究還發現不同品種間4種蛋白質組分含量的變異幅度較大,說明不同苦蕎品種的蛋白質組分積累對磷肥的響應并不一致，但其具體原因還有待進一步研究。

苦蕎是典型的藥食同源作物，其黃酮含量高，富含蘆丁，具有降血糖、降血壓、降血脂的保健療效。1946年，研究者就已指出蕎麥是生物蘆丁提取的主要作物之一[28]。本研究發現，除黔苦2號與川蕎3號外，其余18個苦蕎品種的總黃酮含量在低磷處理下顯著或極顯著提高，其中晉蕎麥2號達到20.12 mg/g，較對照提高49.62%。說明低磷條件有助于苦蕎籽粒中總黃酮積累。

3.3 苦蕎高產優質耐低磷品種篩選

李喜煥等[29]指出，中國現階段磷高效育種研究應選育低磷條件下生長良好，同時外施磷肥又能顯著增加產量的新品種。本研究發現，晉蕎麥2號即為高產磷敏感型品種，可作為苦蕎磷高效核心種質資源利用；六苦3號在不同磷處理下產量均高于其他品種，適應性達到1級，可作為高產耐低磷品種直接用于貴州地區種植推廣。

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