新疆农业科学2002,39(2):77—81 X.mjiang A cultural Sciences 低磷胁迫下玉米自交系磷高效基因型筛选 龚江 ,李绍长 ,夏春兰 ,王军 ,李明书 (1石河子大学作物高产研究中心832003;2.新疆康地科技发展膻份有限心司831300O) 摘要:采用小区试验,在不施磷( )和施磷(P1)条件下,研究了26个玉米自交系的磷营养效率。结果表明: 供试材料按对磷的吸收效率可划分为高效吸收型、中效吸收型和低效吸收型;按对磷的利用效率可划分为高 效利用型、中效利用型和低效利用型。研究中发现供试材料中只有极少数属于磷高效型,耐低磷条件,绝太 多数属于磷中、低效型。植株相对磷浓度可作为玉米吸磷效率的指标,相对产量可作为其磷利用效率指标。 关键词:玉米;自交系;低磷胁迫;磷效率 中图分类号:¥513;S143・4 1 文献标识码:A 文章编号:1001—433o( ̄o2)o2—0077—05 Selection ofMaizeInbredfor rno1 PhosphateEfficiencyinLow Phosphate Stress GONG Jiang1,LI SHao—chang1IXIA CHun—la ,WANG Jun‘ILIMing—shu f1.Research Center ofXinjiang CropHigh一)ield.Shihe ̄i Unixerzity-832003; 2.Kang dl Science&Techonolgy Development Corpor ̄ionlzd Company,Xinjiang.830000】 Abstract:In plot experimemIthe phc ̄phate eficifency of 26 maize inbred withfPI)and without(P0)plIosphate 印plican weIe studied.Tire results sbewedthatthe ger ̄ot3,ges call be classiifedinto 3 yp%aoco ̄tingtotheir出一 sorpton eficifency;they weIe hi P—absorption eficifency,moderate P—nb ̄ian eficifency and low P—absorp- Ie hish- d∞eficifency:they call alse be classiifedinto3typeswhile concerning oftheir utlization efiqciency;tll rrmderate andlow P—ufilizaton eficifent".It alo ssuggestedthat,only afew genotypesbelongto hish P—eficifency- which can tolerate low phosphate SIII ̄5.while most of genctypes belong to moderate or low P—eficifency.In addi- tion.plant relative P concentration nd raelative yield can be employed fits the cfiteri ̄for hish phosphate uptake and utilization eficifency selectionI respectively. Key words:maize;inbred;low phospbeto stress;pl№ph ̄te eficifency 磷极易被土壤固定,据统计,我国磷肥当季利用率只有15%,即使把后效包括在内,也不超过25%, 若施肥不当还会造成环境的污染Ⅲl J。利用植物基因型间矿质元素吸收利用效率的差异,筛选和培育磷 高效基因型作物对于提高磷利用效率、节约磷矿资源具有重要意义。 国内有关作物不同基因型吸收利用矿质元素的研究,近年来已有所开展。通过分析不同旋肥条件 下作物的养分积累量、养分吸收量、生物产量、相对产量或NUE(养分利用效率)中的一项或几项指标, 对小麦氮、磷、氮磷钾效率 刈,大豆磷效率_5 J,玉米氮、钾效率 高低基因型的筛选及机理研究已有 报道,但对玉米磷效率高低的筛选,国内报道的不多,特别是自交系磷效率高低的筛选尚未见报道。本 文在施磷和不施磷的条件下,研究了玉米磷素效率基因型有关性状的差异,并提出磷素效率高低的有关 评价指标,为进一步研究玉米磷素效率的机理提供了依据。 1材料与方法 1.1材料 试验于2001年在石河子大学农科系试验站进行。用土沙混合物创造培养苗床,土层厚度为∞一, 苗床面积为l8 m2,四边及底部有塑料布作为防渗层。土壤取用石河子大学农科系试验站耕作层熟 牧稿日期:2001—12—0I 作者茼介:龚江(1976一) 男,奉科.现在石河子大学就读硬士研究生 率文中所用的自交系由石河子农垦科学院田永浩、山东省农科院玉米所刘开昌 吉林省农科院玉米中心才 研究员、许明学副研究员等 惠蹭.在此深表谢忱 维普资讯 http://www.cqvip.com
・78 新疆农业科学 表1试验土壤肥力状况 39卷 土,粉碎过筛去除植物残茬后,与淘洗过的河沙 以土:沙=1:2.5(w/w)的比例混合均匀,苗 床分不施磷(P0)和施磷(P1)两个处理,施磷处 理按1 土施500 nag磷酸二铵,折100 ragP/kg 土和9o /kg土,不施磷处理按每kg土施 204 nag尿素,折合90 m / 土,肥料在土沙混 合时施人。施肥处理后测定土壤肥力状况(表 1)。试验于8月6日播种,8月l1~12日出苗。 表2。 1.2试验方法 表2供试玉米基因型 序号 1 西502 序号 1o 3189 序号 19 齐3l8 2 3 4 5 6 7 昌7—2 吉853 泷∞ 掖8l12 丹9o46 四4l12 ll l2 13 14 15 16 郑32 835 掖1o7 Pl38 V^—_91 20。B 20 2122 23 斟 25 106 (32 掖488 丹340 金54 338 试验采用裂区设计,肥料为两个处理(P0、 P一),将供试玉米自交系按行区播种,一行为一 个小区,每一个自交系播一行。处理内行距为 20 cm,株距为10 cm。出苗后30d收获植株,每 个自交系取生长一致苗5株,烘干称重后粉碎 测定磷含量。 1.3分析测定方法 8 9 {瘦478 l78 17 18 7o9t 黄c 自330 磷的含量测定方法参考李笃仁、黄照愿主编的《实用土壤肥料手册》_8J,并略做修改,具体方法如下: 称0.5O0O g左右植株粉碎干样,加浓硫酸8 ml、70%一74%高氯酸1 ml摇匀过夜后,置于电炉上加热消 化至无色。滑化液定容至100 ml,用无磷滤纸过滤后,取5 加2滴2.6一二硝基酚,用IONaOH滴定至 微黄色,然后加入5%ml钒钼酸铵定容至25 ml;30rain后,在波长420 nnl处比色测吸光度。 数据用SPSS 8.0数据分析软件进行聚类分析。 2结果与分析 2.1生长速度的差异 生育期调查统计了各基因型在两种供磷水平下的叶片数,经方差分析,26个自交系间展叶数存在 显著差异。不施磷处理的展叶数平均为6.14片,普遍少于施磷处理为6.95片。不施磷处理的见展叶 差也明显低于施磷处理,二者分别为2.42片和3.19片。说明,缺磷影响叶片的生长发育。相对叶片数 (不施磷处理叶片数与施磷处理叶片数的比值)也存在显著差异(表3),其中,黄C、昌7—2、掖478、掖 488、338、200B等自交系较高,P138、四4ll2、沈5OO3、丹9O46等自交系较低。 表3不同基因型间生长速度的差异 自变 系名 西502 昌7 2 吉853 展叶数(片) P0 6 oo 6 33 7∞ 见展叶差(片) 相对叶 P0 3 oo 2 67 2∞ 自交 系名 掖lO7 P138 178 展叶数(片) P0 5 oo 6 33 5 67 见展叶差(片) 相对叶 片数 2.67 2.船 2.船 P【 7 oo 6 67 7.50 P】 4 oo 2.67 3.∞ 片数 o.86 0 95 0够 P1 6 oo 8” 7 oo 3.oo 3.邓 3 oo o.83 o.76 o.8l 泷∞∞ 敞8112 5 oo 6.oo 6.翦 7.oo 3 00 2.33 3 33 3.oo 0 79 o 86 2gol ̄ 7o91 6 67 6 67 7.oo 7.67 2 33 3 oo 3 67 3 oo o 95 0 87 丹9o46 四4l12 5.33 5.oo 6.67 6.33 2.67 2.33 3.67 3.oo o.80 o.79 酋C 835 6.33 7.oo 6.33 7 67 2 33 2.33 3 oo 3 67 1.oo o 91 掖478 敞488 31孵 6.驺 6 33 6 oo 6 50 6.67 6.67 2.∞ 2.oo 2 33 3.50 2.67 3 67 O.卵 0.95 0 99 52106 C32 齐318 6.oo 6.33 6.67 6 67 7.33 7.67 2.oo 2.67 2.oo 3.oo 3.13o 3.oo o.99 o.86 o.87 郑32 丹340 自330 7 33 5.oo 5 oo 8∞ 5.33 6.oo 2.站 2 oo 2 67 3∞ 3.oo 3 oo 0.92 0 94 0 83 ’m一9l 金54 338 7 33 6 33 6 67 8 O0 7.33 7.O0 2.67 2.67 2 33 3.33 3 O0 3.33 0.92 0.86 0.95 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 2.2植株磷浓度的差异 龚江等:低磷胁迫下玉米自交系磷高效基因型筛选 ・79・ 不施磷处理中,植株磷浓度在3.2~5.3rag/g(表4),高低相差65.6%。其中,黄c、沈5003、掖108、 P138等自交系株较高,丹340、四4112、掖488、3189、邦32、200B等自交系低。施磷处理,植桄磷浓度在 3.9—7.5 rn吕/g(表5),各基因型植株磷浓度明显高于不施磷处理。 表4不同磷条件下基因型各性状的差异 (g/X )西502 昌7—2 4 4 4 3 2 73 1 73 巍 辫 12 0l "伽 盥27 般1a7 P138 4.9 4 8 1 77 2 24 232 56  ̄, lli 8.67 l0 75 204.08 2(琳33 吉853 沈5∞3 掖8I12 丹9046 心4l12 4 5 5 2 4.1 4 2 3 3 1 6o 1.93 1.89 2 23 1 98 7∞ lO 04 7.75 9.37 6 53 222篮 192 31 甜3.90 238 lO 303 03 178 2008 7091 黄C 835 4 2 3 6 4.2 5.3 4 6 O 98 I.94 2.48 2 90 1 06 4 12 6 98 10 42 15.37 4 88 58 120 277 78 58.10 2188.68 217 39 掖478 掖488 3189 3.7 3.3 3 4 2 01 】.34 1.95 7 44 4 42 6 63 270 27 303 03 294.12 52106 (732 齐318 3 8 3 9 4.0 2 53 2.0】 1.17 9 61 7 84 4 68 263 l6 256 4l 250.00 郑32 丹340 自3∞ 3.4 3 2 3 8 2.72 0 79 1 36 9.25 2.53 5 17 294 12 312 50 263 l6 VA一91 金54 338 3.7 3.7 4 1 0 97 2.12 1 58 3.59 7.84 6 48 270.” 270.27 243 90 l >5-2 >2-47 >10-6 >294 II 聚 1 >5.2 >2 47 >】O 6 >29411 拳 等 2 3 3 2— 5 2 <3 2 1 l8— 2.47 <1 l8 7.0— l0 6 <7 0 217 38一 类 294.1】 <217娼 2 3 3 2— 5.2 <3 2 1.I8— 2 47 <1培 7.0— 10.6 <7 0 217.38一 294.11 <217 38 等 级 注:样品中磷以 计算,下同。 表5施磷条件下基因型各性状的差异 蚴腿fg/ ̄)西5。2 7 5 1O 55 .79.】 l33.招 援107 5.6 7.34 巍 41.1 178.57 昌7—2 吉853 6.5 7.】 4 04 lo.45 衢.3 74 2 153 85 14o 85 P138 178 6.0 6.2 5 4l 5.篮 32.5 32 4 l66.67 161 29 扰500(3 掖8ll2 7 2 5 7 4 26 5 77 30 7 32 9 138 89 175 44 20oB 709l 6 1 4 I 6 51 5.67 39 7 23 2 163 93 .90 丹9046 四4112 掖478 般488 3189 郑32 4 9 6 3 6.o 3.9 5 3 5 4 7.11 5.22 5 36 3 29 4 83 5.29 .8 32.9 32.2 12 8 25.6 28 6 204.08 l58.73 166 67 蛳4l 酋C 835 52106 C32 齐318 v^一91 6 5 7.0 5.8 6 1 7 2 6 6 2.88 6.37 7.62 4.嘴 4 22 4.75 18 7 44.6 44.2 24 9 3。4 31 4 l53.85 142.86 l72 4l 163 93 138 89 151 52 18819 I吕5.19 丹340 自 5.3 6 5 2.59 3 02 13.7 19.6 l88.68 153 85 金54 3弼 5 4 6.7 4.05 9 48 21 9 63.5 185.19 149.25 l >6-6 >9-47 >79-o >256 41 聚 1 >6.6 )9.47 )79.0 >256 41 类 等 级2 3 4.2— 6 6 <4 2 2 59一 l3 o一 133.33一 娄 9 47 79 o 256.41 等 <2 59 <13 <13333 级 .2 3 4.2 一6 6 <4.2 2 59— 9 47 <2.59 13 0— 70.0 <13 133.33一 256.41 <133.33 为了分析各自交系的吸磷能力对低磷胁迫的反应,计算了相对磷浓度,即不施磷条件下植株磷浓度 与施磷条件下的植株磷浓度的比值。结果表明:各基因型间相对磷浓度的差异较大(表6),变动于O.52 一I.o2,平均为0.68。其中,709I相对磷浓度高,表明低磷胁迫对其吸磷能力影响较小,在不施磷条件下 其绝对磷浓度也较高(表4)。说明709I为磷高效吸收型。四4112、西502、齐318、VA一91等16个自交 系相对磷浓度低,低于0.67,其中四4112最低,只有O.52(表6),表明低磷胁迫对其吸磷能力影响较大。 说明这些基因型为磷低效吸收型。其余9个自交系相对磷的浓度介于0.67到1.O1,施磷或不施磷条件 维普资讯 http://www.cqvip.com
・8O 新疆农业科学 39卷 下相对磷的浓度中等,为磷中效吸收型。 表6基因型各相对性状的差异 自交系名 西502 昌7—2 吉853 相对产量O o 43 O.15 P相对积累量0 15 o 28 o.IO 相对P浓度 自交系名 O 59 O.66 O.64 相对产量0 24 0.41 0 19 P相对积累量0 2I 0 33 0 13 相对P浓度 O.87 O.80 0.67 掖1177 PI38 178 沈500B 掖8l】2 O 45 O 33 o 33 O 23 o.72 O.71 2t70It 7091 0 30 0 44 0 I8 0 45 O.60 1.02 丹 四4112 O.31 O 38 o.27 o 20 o.86 o.52 黄C 835 1 0l 0 l7 0 82 0【l O.81 O.66 掖478 掖488 3189 0 38 O 41 O 40 O 23 o 34 0 26 o.62 0.84 O.64 52106 (132 齐318 0 33 0 49 0 28 0 22 0 31 0 I6 O.66 0.64 0 56 郑32 丹340 自330 O.51 O.31 O.45 o 32 o18 o 26 0 62 0 60 o 59 VA一91 金54 33g 0.20 0.52 0.17 01l O 36 O 10 0 56 0 69 0 60 囊 】 >l oo >0 81 >I.0】 聚l >1.o0 >O 81 >l Ol 类 等 级 2 3 O 34~ 1.o0 <0.34 0 28— O 8l 0 28 0.67一 I.Ol <0.67 娄等 级2 3 O 34一 I.o0 <0.34 O 28—O 81 <O 28 0 67一 l 0l <0 67 2.3生物产量的差异 经方差分析,在不施磷或施磷条件下,26个自交系生物产量存在显著差异。不施磷处理中,各基因 型生物产量在0.79—2.9 株(表4)。其中,西502、郑32、黄C、7091、52106等白交系生物产量较高。丹 340、178、835、齐318、VA一91等自交系生物产量低。施磷处理中(表5),各基因型生物产量在2.59— 10.55 株,其生物产量明显高于不施磷处理中生物产量,平均增产204%。其中,西502、吉853、338生 物产量较高。丹340、自330、掖488等9个自交系生物产量低。 为了比较各基因型干物质生产能力对低磷胁迫的反应,计算了相对生物产量,即不施磷条件下植株 的生物产量与施磷下植株的生物产量的比值。结果表明:各基因型间相对生物产量的差异显著(表6), 变动于0.15—1.01,平均为0.37。其中黄c相对生物产量最高,为1.01。表明其干物质生产能力受低 磷胁迫影响较小,并在低磷条件下,仍可获得较大的生物产量(表4),从叶片生长速度看其相对叶片数 最大,两种供磷水平下见展叶差相差很小(表3),低磷胁迫对生长速度影响较小,说明黄c为磷高效利 用型。吉853、掖107、178、835、338、VA一91等l3个自交系相对生物产量低,低于0.33,其中,吉853只 有0.15(表6),这些基因型相对叶片数属于中等或偏低,两种供磷水平下见展叶差相差较大(表3),低磷 胁迫下其干物质生产能力和生长速度下降较大,因此,这l3个白交系为磷低效利用型。其余l2个自交 系相对生物产量介于0.34~1.51,施磷或不施磷条件下生物产量中等,为磷中效利用型。 3讨论 (1)关于玉米吸磷效率的指标,前人提出以植株磷积累量_2 为指标。本文认为植株相对磷浓度更合 适。本试验中,不施磷条件下,基因型间的磷浓度、磷积累量均有显著差异,但有的基因型磷浓度高,而 磷积累量不高,如835其植株磷浓度为4.6嘴/g较高,而磷积累量只有4.9 r/株(表4),属于低等;而 有的基因型其植株磷浓度低,但磷的积累量高;如郑32磷浓度极低,只有3.2 r姊 ,而磷的积累量为9.2 r/株(表4),较高。施磷条件下,也存在磷浓度高但磷积累量不高或磷浓度低但磷积累量高的现象,这 是因为植株磷积累量等于植株磷浓度与植株干重的乘积,受这两个因素的影响。植株干重与自交系自 身的生长发育特性有关,所以植株磷积累量变异较大。而植株磷浓度是以单位干物质重所吸收的磷量 表示,排除了自交系生长发育特性和植株干重的影响。相对磷浓度反映了单位干重吸磷能力对低磷胁 迫的反应。所以,以植株相对磷浓度作为吸收效率评价的指标更为合适。 (2)对于玉米磷的利用效率指标,有人提出以PUE(磷利用效率) J或以相对生物产量_】0 为指标。 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 龚江等:低磷胁迫下玉米自交系磷高效基因型筛选 -8l・ 在同一施磷水平下,以PUE作为磷高效指标是可行的。但在评价作物耐低磷特性时,本文认为以相对 生物产量作为磷高效指标更合适。因为它反映了基因型干物质生产能力受低磷胁迫的影响,相对生物 产量大,表明其干物质生产受低磷影响小,在低磷条件下仍可获得与高磷条件相差不大的生物产量,为 耐低磷胁迫的磷高效利用型。反之,则为磷低效利用型。 (3)磷高效玉米的选育是提高土壤潜在磷利用率的一种途径,育种Ilf标是在不施磷或少施磷的条件 下能获得与施磷相差不大的高产高效品种。通过选育磷高效基因型玉米,为磷高效玉米品种的改良提 供了重要途径,而且对作物基因型筛选与改良比对环境和栽培技术的改变更有利ll 。本试验所用的26 个自交系中只有极少数属于磷高效型,而绝大多数为磷中效或低效,与刑宏燕等人对小麦磷效率研究的 结果相似ll 。虽然自交系数目较少,但也反映了我国玉米自交系中磷高效吸收和高效利用基因型的欠 缺。特别是在玉米育种中注重高产耐肥水品种的选育,对低营养胁迫基因型的筛选和开发利用重视不 够。今后应加强玉米种质资源的收集和耐低营养基因型的选育工作。 参考文献: [I]李生秀 植物营养与肥料学科的现状与展望_J .植物营养与肥科学报,1999.5(3):193—205 [2] 依平.李牛秀、李振声.不同小麦品种吸收利用氨索效率差异机理研究n影响吸收效率的因素分析[J]西北植物学报.1999.19 (3):393~40l [3]李继云、孙建华、刘垒友等不同小麦品种根系生理特性、磷的吸收及利用效率对产量影响的研究[J].西北植物学报.2000,2o(4):503 —5t0 [4]fnJ文寿.陈索生、康建宏等春小麦 报,1998.19(3):7~11 营养效率的基因型差异研究I项差异评价指标的总变异及其相荚分析 J]宁夏农学院学 [5]丁洪、李生秀大豆品种耐低P和对P肥效应的遗传差异[J]植物营养与肥料学报.1999.19(2):257—263 [6]郭强、赵A然,陈国平等.不同玉米品种基因型N肥技应的研究_J].华北农学报,2[删,15(1):97~101 [7 郭强、赵A然、脖海涛等.不同玉米品种基因型对钾素吸收利用的研究[J]玉米科学.2000.8(1):74~76 [8:张国平、张光恒.小麦鲺素利用效率的基因型差异研究_J]植桁营养与肥料学报,1996,2(4):331~336 【9:童依平、李生秀、李振声.不同小麦品种吸收利用氲索效率差异机理研究Ⅲ影响效率的因素分析[J 西北植物学报.1999.19(4):598 ~604 【】0]何文寿、陈素生、康建宏等春小麦NPK营养效率的基因型差异研究ⅡNPK养分效率的基因型比较与筛选[J].宁夏农学院学报. 1998,19(4):1—6 [11]王庆仁、李继云、李振声植物高教利用土壤难溶志碡研究动态及展望[J]植物营养与肥料学报,1998,4(2):10"7—116 [121 J ̄]宏燕、李滨、李继云等小麦品种营养持性的类型分析厦其年度问稳定性的研究_J] 西北植物学报,1999,19(2):219~228 [13]张宽、王秀芳、吴巍等.玉米喜肥能力与喜肥程度对化肥效应的影响及其丹级[J]玉米科学.1999,7(1):65~71 『14]李笃仁、黄照愿实用土壤手册『M’.北京:中国农业出版社.1989:657~663
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