小麦品种低磷胁迫下高效基因型品种的筛选

罗永露， 隋建枢， 陈天青， 吴文强， 何庆才， 王 伟

(贵州省旱粮研究所， 贵阳 550006)

磷肥作为作物生长发育所必需的大量营养元素之一，也是提高粮食作物产量的重要途径，化肥的推广施用曾为解决中国粮食问题做出了很大贡献[1]。但随着施用量的逐年增加，小麦产量并未相应增加，并且表现出一定的耐肥特性。土壤中的磷状态包括有机磷和无机磷，其中有机磷占30%～80%[2]，主要以植酸(肌醇六磷酸盐)的形式存在[3]，无机磷非常复杂，据估计土壤中含有170多种矿物形式的无机磷。这些磷大部分被土壤胶体所吸附或固定转化为无效态磷，能被作物生长所吸收利用的磷称为土壤有效磷。土壤总磷一般比有效磷高几百倍，例如对我国黄土高原3 413块耕地的调查结果表明，土壤有效磷平均6 mg·mL-1，而总磷平均为1 230 mg·mL-1，总磷比有效磷高两百多倍[4]。同时由于植物对磷吸收主要依靠扩散方式，这是土壤磷利用率低的另一个原因，且磷在土壤中移动性很差[5]，所以磷主要是靠根系与土壤接触面上的土体向植物提供，加之植物的高速率利用，常在植物根际周围形成磷素的耗竭区。虽然在碱性土壤或酸性土壤中总磷量均很高，但能为植物所吸收利用的有效磷含量却很低，因此很多土壤缺磷是“植物遗传学缺磷”而非“土壤学缺磷”。

为了满足作物磷素需要，传统方法是通过施用磷肥来维持土壤所需磷水平，这既增加了农业生产的成本，也加剧了不可再生资源的耗竭，同时也造成了水体营养化和生态环境的污染。作物在长期的自然选择过程中，形成了相应的适应机制，以提高对土壤难溶态磷的吸收和利用效率，从而更好地适应这种低水平磷环境[6-8]。研究表明，植物在缺磷环境下根系会发生一系列的变化，主要表现在根冠比增加、根毛增生加快，根毛伸长、形成排根、大量侧根形成、菌根增加[5]。因此，通过研究主流基因型，筛选出磷高效基因型，对培育磷高效新基因型品种具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

共选择24个小麦基因型，均是西南片区的主流栽培品种。品种名称如表4所示。

1.2 培养方法及磷处理

本研究借鉴柴建芳等[9]的培养方法。将种子在加水的蛭石上萌发，选择苗势生长一致的移栽到塑料盆(约42 L)中，装入蛭石约占盒子体积一半。24份材料分4行6列，各个材料按照1穴7株进行移栽，浇定根水(自来水)，每个塑料盒1个重复。设置无磷、低磷2种处理，每处理3次重复，重复随机排列。常规管理仅浇自来水，在二叶一心期定苗，每穴选取5株，定苗喷施营养液每盒一次3 L；抽穗期同样喷施营养液每盒一次2 L。耕作层土体积667 m2×0.2 m×1 000=133 400 L，塑料盒体积=47 L，装30 L蛭石，氮12 kg·(667 m2)-1，盆栽扩大2倍用量，营养液中含210 mg·L-1氮(15 mmol·L-1×14)。整个生育期共需25.7 L营养液(5.4/0.210),将大量元素配成1 mol·L-1的营养液存储待用。缺磷区采用表1，施磷区采用表2。微量元素采用休伊特营养液(表3)。

表1 大量元素不完全和霍格兰营养液(缺磷)

表3 微量元素储备液(休伊特营养液)

1.3 生长指标测定及其统计分析

植株成熟后按单株收获，测量株高、穗长、粒重、根重和地上部，计算根冠比、经济系数，用DPS 3.01统计软件对数据进行统计分析，用LDS法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同品种在低磷处理下的农艺性状表现

由表4可知，在低磷水平下，SW1747、渝1734、川麦42、绵16 Z 36、17 P 2-5的根重指数较大；棉16 Z 36、17 P 2-5的根重及根冠比均较大；绵麦367、棉16 Z 36、贵农19的根冠比较大。

表4 不同品种在缺磷处理下的农艺性状表现

2.2 不同品种在缺磷处理下的农艺性状表现

由表5可知，在不施磷处理水平下，川麦104、川麦42、内麦836、安97-12的根重指数较大；贵农19、17 P 2-5、内麦836、安97-12的根重及根冠比均较大；黔1141、SW 1747、安97-12、黔麦18的根冠比较大。

表5 不同品种在不施磷处理下的农艺性状表现

2.3 不同磷水平处理下的对比

由表6可知，施磷比较不施磷有以下表现：根重指数大幅度增加，冠重指数有明显提高，根冠比指数有所下降；根、冠及根冠比的极差现象明显；根重变异系数基本没有变化，冠重变异系数变化较大，根冠比变异系数变化明显。

由表4～表6可知，施磷可以显著提高根重及冠重指数，但降低了根冠比指数，这与袁园园等[1]和杨秀君[5]的研究结果一致。在不施磷的水平下作物应对胁迫相关指数变异系数有所增加。对比分析可知，川麦42及川麦104在低磷及无磷处理下的根重指数均较高，内麦836、安97-12、17 P 2-5、黔麦19等在无磷水平下根重指数较高，同时无磷水平下的变异系数较高，表明无磷条件下更易于筛选出不同种质利用磷素的差异性。加之磷素移动性较差这一特征，依据根系特征进行磷素利用效率的筛选具有一定的科学性。

表6 不同磷水平处理下的对比

3 结 论

西南麦区小麦种质磷素利用效率相关性状存在显著的基因型差异，加之磷素使用效率较低的现状，具有节能增产的现实意义。根据不同磷素水平下根重及根冠比指数差异，所选24份材料可被划分为4类磷效率类型：低磷高效型品种、无磷高效型品种、适应广的磷高效材料和一般材料。对于贵州麦作区，除去磷高效基因型品种，其他小麦品种磷素施用量建议采用低磷水平或中低磷水平；初步分析出穗长和经济系数可作为西南片区筛选良种的依据。除此之外结合磷素移动性较差这一特点，建议适当增加翻耕次数，这样可以较好提高磷素的利用率。