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(guò)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)低磷的耐受力和磷的利用能力都高于其來(lái)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(duì)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(duì)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(wú)機(jī)磷含量和根效比高，成熟期磷響應(yīng)度低。 無(wú)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(lái)源。 評(píng)價(jià)玉米對(duì)低磷敏感程度時(shí)，相對(duì)籽粒產(chǎn)量可較好的反映不同基因型玉米對(duì)磷水平變化的敏感程度，它可以作為不同基因型玉米

5、對(duì)磷敏感程度的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。而利用相對(duì)干物重大小評(píng)價(jià)植株對(duì)低磷敏感程度時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果與試驗(yàn)處理、試驗(yàn)材料、評(píng)價(jià)時(shí)期有很大關(guān)系，因此它只能作為對(duì)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(zhǎng)、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(duì)難溶性磷吸收利用的差異

7、 不同自交系對(duì)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(shuō)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(duì)生物量角度說(shuō)，SD-B和SD-D對(duì)Al-P、Ca-P的應(yīng)用效果好于掖502，對(duì)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(duì)難溶性磷利用效率不同，掖502對(duì)難溶性磷的相對(duì)利用效率均小于HP條件下的30％；但S

8、D-B對(duì)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(duì)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(duì)難溶性磷的活化能力強(qiáng)，從而使玉米幼苗葉片中無(wú)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(lái)滿足其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)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(wú)機(jī)磷含量高；根系生物量大，總根長(zhǎng)長(zhǎng)、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(duì)籽粒產(chǎn)量高；