低磷胁迫对不同磷效率棉花干物质及养分吸收的影响

［KH－3D］罗佳，候银莹，陈波浪

(新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052)

低磷胁迫对不同磷效率棉花干物质及养分吸收的影响

［KH－*3D］罗佳，候银莹，陈波浪*

(新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052)

以磷高效基因型棉花新海18号(XH18)、中棉42号(CCRI-42)、新陆早19号(XLZ19)和磷低效新陆早13号(XLZ13)、新陆早17号(XLZ17)为材料，通过特殊土培系统，研究不同磷效率棉花在不同磷水平下(磷胁迫0 kg·hm－2、正常供磷150 kg· hm－2)干物质及养分吸收变化，旨在为提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。结果表明:低磷胁迫下，各基因型棉花生物量较适磷降低了38．6%，氮、磷、钾积累量分别降低了42．9%、44．9%和41．25%。低磷胁迫环境下，磷高效基因型棉花整株干物质及氮、磷、钾积累量分别是磷低效的1．47、1．52、1．44和1．46倍。低磷胁迫降低了棉花功能叶中SPAD值，在相同磷水平下，磷高效基因型棉花功能叶SPAD值显著高于磷低效。因此，磷高效基因型棉花在低磷胁迫环境中，能更有效地地吸收利用土壤中的养分，积累较多的生物量，从而能较好适应低磷胁迫环境。

棉花;磷效率;干物质;养分吸收

磷在土壤中移动性弱，容易被固定。大部分磷以非有效态累积于土壤中，成为残留于土壤中的累积态磷，累积态磷绝大部分被土壤胶体固定成作物难利用的形态，只有少部分(10%左右)能转化到有效磷库［1－3］。磷矿资源是不可再生的，故提高作物当季施入磷和土壤累积态磷利用至关重要。目前，发掘作物自身磷营养高效的遗传潜力，改良作物磷营养性状已成为提高磷肥利用率的一条主要途径［4］。近年来，有关不同磷水平下植物养分吸收的研究已有报道［5－6］，对棉花植株也主要集中在棉花干物质积累规律及其分配规律的研究［7－10］，而缺乏不同磷水平对不同基因型棉花干物质积累及其氮磷钾吸收积累影响的研究。本研究选取5种不同磷效率基因型棉花，通过特殊土培设计，基于适磷和磷胁迫2个水平，分析不同磷效率基因型棉花干物质积累及养分吸收变化，旨在从养分吸收的角度比较不同基因型棉花对低磷胁迫的响应特征，为提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试材料

选用新海18号(XH18)、中棉42号(CCRI-42)、新陆早19号(XLZ19)磷高效棉花品种和新陆早13号(XLZ13)、新陆早17号(XLZ17)磷低效棉花品种［11］。氮、磷、钾肥分别选用尿素(N 46%)、重过磷酸钙(P2O546%)和硫酸钾(K2O 50%)。供试土壤为灰漠土，取自新疆北部玛纳斯县棉田耕层以下(0～30 cm)土壤。土壤有机质含量为17．45 g·kg－1，碱解氮55 mg·kg－1，Olsen-P 6．7 mg· kg－1，速效钾208 mg·kg－1，pH 8．5(水土比5∶1)。

1．2 试验设计

试验选择2014年5月在新疆农业大学科教园区试验基地温室进行。试验设置施磷(P2O5)分别为0 kg·hm－2(磷胁迫，LP)和150 kg·hm－2(适磷，HP)2个处理，每基因型棉花每处理12个重复，完全随机排列。氮肥和钾肥按施肥量N 300 kg· hm－2(底肥施入60%，出苗后30和75 d各追肥20 %，随水灌入)、K2O 75 kg·hm－2，播种时将底肥与晒干、去杂并过5 mm筛的土壤均匀混入。利用PVC管特殊设计的土柱试验，播种前，将直径为25 cm、高度为80 cm并消过毒的PVC管埋入土底，管口露出地面约6 cm，底部垫1张直径为25 cm左右的纱布，每管装25 kg土。播种前将种子清洗，选择饱满的种子进行发芽培育，培育温度控制在18～22℃左右，待芽长至2 cm左右移入PVC管土壤中进行培养。播种时，每管种两窝，每窝4粒种子，深度约3～4 cm，待棉苗长到3片真叶时定苗，每窝留长势均匀的棉花2株。灌水采用大田灌水量定量补水(按面积算)，与大田灌水量保持一致。

1．3 样品采集与测定

施肥前采集原始土壤带回实验室分析基础状况，分别在棉花蕾期(出苗后60 d)和花期(出苗后90 d)开始采样，每处理采集长势一致的3个重复(管)。采样前，对每基因型各处理棉花功能叶(倒4叶)进行SPAD值测定。采样时，将整个PVC管从土体中挖出，先将植株地上部分剪出，再将PVC管内土柱整体抖出，收集所有根系，植株地上部依茎、叶器官分开，和收集的根系均用去离子水洗净，105℃下杀青30 min，70℃下烘干至恒量后称重。样品粉碎过筛后，用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定P含量，奈氏比色法测定N含量，火焰光度计法测定K含量［12］。

1．4 数据处理

采用SPSS17．0对数据进行统计分析，采用LSD法进行差异显著性分析(P=0．05)。采用Microsoft Excel2010作图。

2 结果与分析

2．1 施磷水平对不同磷效率棉花生物量的影响

由表1和2可知，磷胁迫(LP)显著降低了棉花根、茎、叶及整株的干物质积累，在蕾期和花期较适磷(HP)处理分别降低了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显著高于磷低效(XLZ13和XLZ17)，其中蕾期时磷高效基因型整株生物量分别为磷低效XLZ13和XLZ17的1．21～2．08、1．32～1．99倍，花期时分别为磷低效的1．20～1．40、1．14～1．43倍。2个时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间存在极显著差异(P＜0．01)，且存在极显著的磷水平(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质和根冠比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质和根冠比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积量Table 3Phosphorus accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

2．2 施磷水平对不同磷效率棉花叶中SPAD值的影响

图1 显示，低磷胁迫降低了棉花功能叶中SPAD值。LP处理下，各基因型棉花功能叶中SPAD值分别在蕾期和花期较HP处理降低了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叶SPAD值显著高于磷低效。

图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施磷水平对不同磷效率棉花磷素累积量的影响

表3 和4数据显示，低磷胁迫显著降低了棉花植株根、茎、叶及整株吸磷量，分别在蕾期和花期较HP处理平均降低了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处理)，蕾期磷高效基因型棉花各器官及整株磷累积量均显著高于磷低效基因型，其中整株吸磷量在分别为XLZ13和XLZ17的1．47～1．91、1．35～1．76倍;花期时，磷高效基因型棉花整株吸磷量分别为XLZ13和XLZ17的1．08～1．48、1．10～1．42倍。各磷高效基因型棉花叶及整株吸磷量均显著高于磷低效。两个时期均表现为，棉花各器官及整株磷累积量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用间均存在极显著差异(P＜0．01)。

2．4 施磷水平对不同磷效率棉花氮素累积量的影响

由表5～6可看出，低磷胁迫显著降低了棉花植株根、茎、叶及整株的氮素吸收量，分别在蕾期和花期较HP处理平均降低了42．1%、40．5%、55．22 %、51．4%和25．3%、26．9%、35．8%、34．4%。蕾期时，磷高效基因型棉花的根、叶及整株氮累积量均显著高于磷低效，其中整株吸氮量分别为XLZ13和XLZ17的1．59～2．29、1．39～2．02倍;花期时，相同磷水平下(HP和LP处理)，磷高效基因型棉花的茎、叶及整株吸氮量均显著高于磷低效，其中整株吸氮量分别为XLZ13和XLZ17的1．24～1．47、1．15～1．36倍。两时期均表现出棉花各器官及整株氮累积量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用间均存在极显著差异(P＜0．01)。

表4 花期不同磷水平下不同磷效率棉花植株磷累积量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积量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积量Table 6Nitrogen accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

2．5 施磷水平对不同磷效率棉花钾素累积量的影响

与氮、磷一样，低磷胁迫显著降低了棉花植株根、茎、叶及整株的钾素吸收量(表7～8)，分别在蕾期和花期较HP处理平均降低了41．3%、51．58%、52．4%、50．2%和13．9%、33．3%、34．9%、32．3 %。蕾期时，相同磷水平下(HP和LP处理)，磷高效基因型棉花的各器官及整株吸钾量均显著高于磷低效，其中整株吸钾量分别为XLZ13和XLZ17的1．48～2．07、1．42～1．97倍;而花期表现为，相同磷水平下(LP和HP处理)，磷高效基因型棉花整株钾积累量分别为XLZ13和XLZ17的1．28～1．54、1．05～1．41倍。低磷胁迫下(LP)，XLZ13基因型棉花的茎和叶吸钾量显著低于磷高效，XLZ17基因型表现为根的钾累积量显著低于磷高效。棉花2个生育期均表现出各器官及整株钾累积量在磷水平、基因型及磷水平(基因型交互作用间均存在极显著差异(P＜0．01)。

表7 蕾期不同磷水平下不同磷效率棉花植株钾累积量Table 7Potassium accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in green bud

3 结论与讨论

在棉花生长各时期，干物质的积累均对棉花产量高低及品质优劣有直接影响，它反映了养分的有效吸收状况［13］，而生物量积累形成是以养分吸收为基础的［14－15］。本研究结果表明，不同磷效率基因型棉花在适磷和低磷两个处理下对干物质积累及养分吸收都发生了明显的变化。在棉花生长各时期，低磷胁迫显著降低了各基因型棉花根、茎、叶及整株的干物质积累，较适磷(HP)处理分别降低了29．8%、36．8%、40．5%和38．4%，其中地上部降低为38．6%。这与前人［16－18］研究结果中说到低磷胁迫会导致植株变小，鲜重、干重尤其是地上部明显下降的结果相一致。在相同磷水平下，磷高效基因型棉花各器官生物量显著高于磷低效，其中整株生物量分别为XLZ13和XLZ17的1．20～2．08、1．14～1．99倍。根冠比增大是植物耐低磷胁迫的机制之一［19］。本研究结果表明，低磷胁迫下各基因型棉花根冠比有所增加。棉花生长各时期，各器官生物量及根冠比在不同磷水平和不同基因型间存在极显著差异(P＜0．01)，且存在极显著的磷水平(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钾累积量Table 8Potassium accumulation of cotton with different phosphorus efficiency at different phosphorus concentration in flowering stages

叶绿素作为光合色素中的重要色素分子，参与光合作用中光能的吸收、传递和转换等过程，在光合作用中占有重要地位［20］。本试验表明，低磷胁迫时各基因型棉花功能叶SPAD值显降低。这与前人［21－22］在其他作物上研究结果一致。而在相同磷水平下，磷高效基因型棉花功能叶SPAD值显著高于磷低效。

前人研究表明［23－24］，施磷水平不仅影响了植株不同部位磷素吸收量，还影响了植株对氮、钾的吸收。本试验结果表明，在棉花生长各时期，低磷胁迫显著降低了各基因型棉花各器官氮、磷、钾积累量，其中整株氮、磷、钾积累量分别平均降低了42．9%、44．9%和41．25%。低磷胁迫下，磷高效基因型棉花氮、磷、钾累积量显著高于磷低效，适应低磷胁迫的能力较强。棉花生长各时期，各器官氮、磷、钾吸收量在不同磷水平和不同基因型间存在极显著差异(P＜0．01)，且存在极显著的磷水平(基因型交互作用。

综上所述，低磷胁迫显著降低了不同磷效率基因型棉花生物量及养分吸收量。且在低磷胁迫中，磷高效基因型棉花表现为干物质积累量及氮、磷、钾积累量均显著高于磷低效。说明磷高效基因型棉花能较好的适应磷胁迫环境。

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(责任编辑 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

国家自然科学基金(31260499);新疆农业大学大型仪器设备新功能开发项目和新疆自治区土壤学重点学科

罗佳(1991－)，新疆阿拉尔人，硕士研究生，主要研究植物营养与生理，E-mail:luojia8229@foxmail．com，*为通讯作者:E-mail:chenwang200910@sina．com。