耐低磷基因型玉米磷高效利用機(jī)理研究.pdf

1、本研究于2004～2005年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東大學(xué)進(jìn)行。以通過細(xì)胞工程技術(shù)獲得的耐低磷玉米自交系及以其組配的雜交組合為材料，以同源的非耐低磷玉米自交系和雜交組合為對照，在大田、水培和沙培條件下，系統(tǒng)比較研究了不同材料在不同磷肥用量、不同磷肥種類等磷處理的情況下，植株磷的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)、利用效率及其籽粒產(chǎn)量、生物量、根系形態(tài)、葉片光合能力等生理特性的變化，并對磷效率各構(gòu)成因素間、磷效率與玉米植株不同性狀之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如

2、下： 1.不同耐低磷基因型玉米生長發(fā)育和磷素吸收利用的差異不同耐低磷自交系的田間試驗(yàn)結(jié)果表明：SD-B、SD-C在磷素積累量、吸收效率、磷效率、籽粒產(chǎn)量四方面均顯著高于SD-A、SD-D和齊319；磷響應(yīng)度、利用效率顯著低于SD-A、SD-D和齊319；二者的耐低磷能力顯著高于SD-A、SD-D和齊319。SD-B的磷響應(yīng)度低于SD-C，相對籽粒產(chǎn)量高于SD-C，SD-B在經(jīng)實(shí)驗(yàn)室篩選出的4個(gè)耐低磷自交系中耐低磷的綜合性狀最好，

3、是獲得的最理想的耐低磷材料，采用SD-B進(jìn)行玉米耐低磷生理機(jī)理研究及雜交組合的選配更有意義。 耐低磷玉米自交系SD-B和用其組配的耐低磷雜交組合在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各種供磷條件下，對低磷的耐受力和磷的利用能力都高于其來源材料齊319及其組配的雜交組合，這種差異可能是由于與磷效率有關(guān)的基因變化所導(dǎo)致的。 不同玉米基因型對磷的吸收利用的差異在低磷條件下大于高磷條件下。在低磷條件下，耐低磷玉米基因型對磷素吸收利用能力強(qiáng)主要表現(xiàn)在：植株

4、磷累積量、吸收效率、磷效率較高，苗期葉片的無機(jī)磷含量和根效比高，成熟期磷響應(yīng)度低。 無論是在低磷水平，還是在高磷水平下，不同基因型玉米的磷吸收效率與磷1效率均呈顯著正相關(guān)，利用效率與磷效率有時(shí)表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，大多不表現(xiàn)相關(guān)性。同時(shí)磷素的吸收效率和利用效率呈顯著負(fù)相關(guān)。因此可以確定磷吸收效率是磷效率的主要變異來源。 評價(jià)玉米對低磷敏感程度時(shí)，相對籽粒產(chǎn)量可較好的反映不同基因型玉米對磷水平變化的敏感程度，它可以作為不同基因型玉米

5、對磷敏感程度的一個(gè)評價(jià)指標(biāo)。而利用相對干物重大小評價(jià)植株對低磷敏感程度時(shí)，評價(jià)結(jié)果與試驗(yàn)處理、試驗(yàn)材料、評價(jià)時(shí)期有很大關(guān)系，因此它只能作為對大量材料進(jìn)行耐低磷篩選時(shí)的參考指標(biāo)，不能作為唯一指標(biāo)。 2.不同耐低磷基因型玉米根系的形態(tài)生理耐低磷基因型玉米SD-1、SD-2植株含磷量(磷的吸收效率)高于SD-1-CK、SD-2-CK的原因是根系生理學(xué)與形態(tài)學(xué)的不同。SD-1、SD-2磷高效品系在LP(低磷)脅迫下，根系形態(tài)發(fā)生變化主要

6、表現(xiàn)在其總根長、總根表面積、根尖數(shù)目較HP(高磷)條件下均明顯增加。同時(shí)SD-1、SD-2在LP條件下具有較低的Km和Cmin參數(shù)值和較高Imax值。 吸磷效率高的SD-1、SD-2在低磷脅迫下顯著改變了根/冠比，即增加根系干重而減少地上部干重。在低磷脅迫和采用難溶性磷化物作為磷源時(shí)，根/冠比并不一定總是增大。根/冠比的變化與磷的有效性特別是根系的吸收活化能力密切相關(guān)。 3.不同基因型玉米對難溶性磷吸收利用的差異

7、 不同自交系對于難溶性磷的吸收效率、利用效率表現(xiàn)不同，且磷源之間差異顯著，這說明不同自交系難溶性磷的利用能力不同。三種難溶性磷化合物中，植株在Fe-P環(huán)境下的磷吸收量和植株體內(nèi)的磷濃度最低。從相對生物量角度說，SD-B和SD-D對Al-P、Ca-P的應(yīng)用效果好于掖502，對Fe-P的效果SD-B和掖502相當(dāng)，SD-D差于掖502。 不同自交系對難溶性磷利用效率不同，掖502對難溶性磷的相對利用效率均小于HP條件下的30％；但S

8、D-B對Al-P、Fe-P、Ca-P處理差異不明顯，且達(dá)到了HP條件下的60％左右，而且每株SD-B的總磷含量都顯著高于掖502的含量，這表明SD-B對難溶性磷的吸收能力高于掖502。 在不同磷素水平下，植株的磷素吸收量與根系的干重密切相關(guān)，植株的干物質(zhì)累積量與磷素吸收量顯著正相關(guān)。低磷條件下碳水化合物在根系與地上部之間分配比例發(fā)生改變，SD-B、SD-D和掖502根/冠比表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，根/冠比的變化與磷的有效性特別是根

9、系的吸收活化能力密切相關(guān)。低磷條件下SD-B的根/冠比增大是植株磷吸收量增加的主要原因。 4.不同基因型玉米光合作用的差異缺磷處理后SD-B和齊319的葉片光合速率下降，細(xì)胞間隙的CO2濃度(Ci)升高和氣孔限制值(Ls)的降低，表明玉米缺磷后光合速率降低是由非氣孔因素引起的，其中葉肉細(xì)胞光合相關(guān)酶活性的下降是主要原因。在Ca-P、Al-P環(huán)境中SD-B對難溶性磷的活化能力強(qiáng)，從而使玉米幼苗葉片中無機(jī)磷水平高于齊319，二者可以

10、從Ca-P、Al-P中獲得較多磷素來滿足其營養(yǎng)生長的需要。在難溶性磷的條件下，光合速率降低的同時(shí)伴隨細(xì)胞間隙的CO2濃度(Ci)下降和氣孔限制值(Ls)的增加，因此光合速率降低的原因可能是氣孔因素。 綜上認(rèn)為：耐低磷基因型玉米在低磷條件下應(yīng)具備的特征：葉片無機(jī)磷含量高；根系生物量大，總根長長、總根表面積大、根尖數(shù)目高，并具有小的Km、Cmin、β2值和大的Imax值；植株干物重高，根效比高，根/冠比高，籽粒產(chǎn)量和相對籽粒產(chǎn)量高；