小麥品種低磷脅迫下高效基因型品種的篩選

羅永露， 隋建樞， 陳天青， 吳文強， 何慶才， 王 偉

(貴州省旱糧研究所， 貴陽 550006)

磷肥作為作物生長發育所必需的大量營養元素之一，也是提高糧食作物產量的重要途徑，化肥的推廣施用曾為解決中國糧食問題做出了很大貢獻[1]。但隨著施用量的逐年增加，小麥產量并未相應增加，并且表現出一定的耐肥特性。土壤中的磷狀態包括有機磷和無機磷，其中有機磷占30%～80%[2]，主要以植酸(肌醇六磷酸鹽)的形式存在[3]，無機磷非常復雜，據估計土壤中含有170多種礦物形式的無機磷。這些磷大部分被土壤膠體所吸附或固定轉化為無效態磷，能被作物生長所吸收利用的磷稱為土壤有效磷。土壤總磷一般比有效磷高幾百倍，例如對我國黃土高原3 413塊耕地的調查結果表明，土壤有效磷平均6 mg·mL-1，而總磷平均為1 230 mg·mL-1，總磷比有效磷高兩百多倍[4]。同時由于植物對磷吸收主要依靠擴散方式，這是土壤磷利用率低的另一個原因，且磷在土壤中移動性很差[5]，所以磷主要是靠根系與土壤接觸面上的土體向植物提供，加之植物的高速率利用，常在植物根際周圍形成磷素的耗竭區。雖然在堿性土壤或酸性土壤中總磷量均很高，但能為植物所吸收利用的有效磷含量卻很低，因此很多土壤缺磷是“植物遺傳學缺磷”而非“土壤學缺磷”。

為了滿足作物磷素需要，傳統方法是通過施用磷肥來維持土壤所需磷水平，這既增加了農業生產的成本，也加劇了不可再生資源的耗竭，同時也造成了水體營養化和生態環境的污染。作物在長期的自然選擇過程中，形成了相應的適應機制，以提高對土壤難溶態磷的吸收和利用效率，從而更好地適應這種低水平磷環境[6-8]。研究表明，植物在缺磷環境下根系會發生一系列的變化，主要表現在根冠比增加、根毛增生加快，根毛伸長、形成排根、大量側根形成、菌根增加[5]。因此，通過研究主流基因型，篩選出磷高效基因型，對培育磷高效新基因型品種具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

共選擇24個小麥基因型，均是西南片區的主流栽培品種。品種名稱如表4所示。

1.2 培養方法及磷處理

本研究借鑒柴建芳等[9]的培養方法。將種子在加水的蛭石上萌發，選擇苗勢生長一致的移栽到塑料盆(約42 L)中，裝入蛭石約占盒子體積一半。24份材料分4行6列，各個材料按照1穴7株進行移栽，澆定根水(自來水)，每個塑料盒1個重復。設置無磷、低磷2種處理，每處理3次重復，重復隨機排列。常規管理僅澆自來水，在二葉一心期定苗，每穴選取5株，定苗噴施營養液每盒一次3 L；抽穗期同樣噴施營養液每盒一次2 L。耕作層土體積667 m2×0.2 m×1 000=133 400 L，塑料盒體積=47 L，裝30 L蛭石，氮12 kg·(667 m2)-1，盆栽擴大2倍用量，營養液中含210 mg·L-1氮(15 mmol·L-1×14)。整個生育期共需25.7 L營養液(5.4/0.210),將大量元素配成1 mol·L-1的營養液存儲待用。缺磷區采用表1，施磷區采用表2。微量元素采用休伊特營養液(表3)。

表1 大量元素不完全和霍格蘭營養液(缺磷)

表3 微量元素儲備液(休伊特營養液)

1.3 生長指標測定及其統計分析

植株成熟后按單株收獲，測量株高、穗長、粒重、根重和地上部，計算根冠比、經濟系數，用DPS 3.01統計軟件對數據進行統計分析，用LDS法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同品種在低磷處理下的農藝性狀表現

由表4可知，在低磷水平下，SW1747、渝1734、川麥42、綿16 Z 36、17 P 2-5的根重指數較大；棉16 Z 36、17 P 2-5的根重及根冠比均較大；綿麥367、棉16 Z 36、貴農19的根冠比較大。

表4 不同品種在缺磷處理下的農藝性狀表現

2.2 不同品種在缺磷處理下的農藝性狀表現

由表5可知，在不施磷處理水平下，川麥104、川麥42、內麥836、安97-12的根重指數較大；貴農19、17 P 2-5、內麥836、安97-12的根重及根冠比均較大；黔1141、SW 1747、安97-12、黔麥18的根冠比較大。

表5 不同品種在不施磷處理下的農藝性狀表現

2.3 不同磷水平處理下的對比

由表6可知，施磷比較不施磷有以下表現：根重指數大幅度增加，冠重指數有明顯提高，根冠比指數有所下降；根、冠及根冠比的極差現象明顯；根重變異系數基本沒有變化，冠重變異系數變化較大，根冠比變異系數變化明顯。

由表4～表6可知，施磷可以顯著提高根重及冠重指數，但降低了根冠比指數，這與袁園園等[1]和楊秀君[5]的研究結果一致。在不施磷的水平下作物應對脅迫相關指數變異系數有所增加。對比分析可知，川麥42及川麥104在低磷及無磷處理下的根重指數均較高，內麥836、安97-12、17 P 2-5、黔麥19等在無磷水平下根重指數較高，同時無磷水平下的變異系數較高，表明無磷條件下更易于篩選出不同種質利用磷素的差異性。加之磷素移動性較差這一特征，依據根系特征進行磷素利用效率的篩選具有一定的科學性。

表6 不同磷水平處理下的對比

3 結 論

西南麥區小麥種質磷素利用效率相關性狀存在顯著的基因型差異，加之磷素使用效率較低的現狀，具有節能增產的現實意義。根據不同磷素水平下根重及根冠比指數差異，所選24份材料可被劃分為4類磷效率類型：低磷高效型品種、無磷高效型品種、適應廣的磷高效材料和一般材料。對于貴州麥作區，除去磷高效基因型品種，其他小麥品種磷素施用量建議采用低磷水平或中低磷水平；初步分析出穗長和經濟系數可作為西南片區篩選良種的依據。除此之外結合磷素移動性較差這一特點，建議適當增加翻耕次數，這樣可以較好提高磷素的利用率。