玉米對(duì)低磷反應(yīng)的基因型差異及其生理機(jī)制研究.pdf

1、玉米是世界第三大糧食作物，也是我國主要的糧食作物、飼料作物及工業(yè)原料。缺磷是限制玉米生產(chǎn)的重要因素之一，改良玉米的磷營(yíng)養(yǎng)效率可經(jīng)濟(jì)有效地解決這一問題。本研究對(duì)來自國內(nèi)外不同遺傳背景的300個(gè)玉米自交系進(jìn)行苗期土培篩選，并對(duì)部分材料進(jìn)行全生育期鑒定，獲得一部分耐低磷和低磷敏感的自交系。同時(shí)利用選出的典型材料深入開展耐低磷營(yíng)養(yǎng)及生理特性的研究，以期為磷效率改良工作提供材料和理論上的依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1．采用苗期初篩并結(jié)合全生

2、育期鑒定的方法，通過大規(guī)模土培試驗(yàn)，篩選出一批典型耐低磷和低磷敏感的玉米自交系。該方法省時(shí)省工且符合生產(chǎn)實(shí)際，篩選的自交系典型可靠。 2．首次通過多個(gè)磷濃度梯度試驗(yàn)，提出玉米耐低磷苗期篩選的合適的P處理濃度和行之有效的篩選指標(biāo)。確定在嚴(yán)重缺磷土壤(有效磷含量小于5mg/Kg)中進(jìn)行苗期篩選時(shí)，以0.10g/Kg的磷用量作為低磷處理濃度，以0.25g/Kg或0.30g/Kg的磷用量作為正常磷處理濃度較為合適，鑒定效果較好。首次提出

3、并證明苗期篩選以綜合指數(shù)，即缺素癥狀和干重相對(duì)指數(shù)的加權(quán)平均值(權(quán)重均為1/2)作為篩選指標(biāo)更可靠更全面。通過大田產(chǎn)量試驗(yàn)驗(yàn)證，本篩選方法的可靠性可達(dá)76.9％。 3．對(duì)不同基因型玉米階段生長(zhǎng)發(fā)育特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同自交系在生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)低磷脅迫的反應(yīng)存在明顯差異。苗期和拔節(jié)期，低磷脅迫下，耐低磷自交系表現(xiàn)為相對(duì)植株干重較高，無缺磷癥狀或癥狀輕微；孕穗期，耐低磷自交系上部葉干重、莖干重受低磷影響的程度顯著低于敏感自交系；吐

4、絲期，耐低磷自交系的穗位高、雄花分枝數(shù)、功能葉面積均顯著高于敏感自交系；成熟期，缺磷時(shí)耐低磷自交系的相對(duì)產(chǎn)量較高。缺磷還影響玉米的生育進(jìn)程。低磷脅迫下，敏感自交系99152S的抽雄期、抽穗期、吐絲期和散粉期顯著延遲，而耐低磷自交系99180T和 99239T受影響較小或幾乎不受影響。 4．首次對(duì)不同基因型玉米各生育期對(duì)P的吸收、利用和分配特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)苗期和拔節(jié)期，磷吸收效率是決定耐低磷特性的主要變異來源，低磷脅迫下，耐低磷

5、自交系99180T和99239T的相對(duì)植株吸磷量顯著高于敏感自交系99152S；孕穗期，玉米耐低磷特性主要體現(xiàn)在上部葉磷累積量較高；吐絲期，低磷脅迫下耐低磷自交系99180T和99239T的磷吸收效率和再分配效率仍明顯高于敏感自交系99152S，其中99239T主要表現(xiàn)為吸收效率較高，99180T則表現(xiàn)出更強(qiáng)的再分配能力。 5．營(yíng)養(yǎng)學(xué)特性研究表明，玉米苗期P營(yíng)養(yǎng)對(duì)其它元素的吸收利用有一定影響。缺磷抑制玉米植株對(duì)N的吸收，但耐低磷

6、自交系受影響程度較敏感自交系小。低磷條件下，耐低磷自交系不僅比低磷敏感自交系吸收和累積鉀元素的能力強(qiáng)，且適當(dāng)?shù)土滋幚碛欣谀承┠偷土鬃越幌祵?duì)K的吸收，嚴(yán)重缺磷抑制所有自交系對(duì)K的吸收。缺磷使Ca、Mg百分含量增加，累積量減少，但吸磷能力較強(qiáng)的耐低磷自交系99239T、99180T‘和99186T對(duì)Ca、Mg的吸收能力也較強(qiáng)，具有協(xié)同效應(yīng)。低磷處理時(shí)，各玉米自交系植株地上部Zn百分含量升高，Zn累積量減少，但耐低磷自交系99239T和99

7、180T植株地上部Zn累積量高于敏感自交系991 52S。低磷處理促進(jìn)99180T、99239T對(duì)Fe的吸收。缺磷時(shí)耐低磷自交系99239T、99180T和99186T植株體內(nèi)Mn、Cu累積量也明顯高于敏感自交系99152S。低磷對(duì)不同基因型玉米各生育期吸收、利用和分配N、K的影響不同。苗期和拔節(jié)期，各自交系植株體內(nèi)N、K累積量隨著施磷量降低呈下降趨勢(shì)，其中敏感自交系99152S下降幅度最大；孕穗期，缺磷時(shí)耐低磷自交系上部葉、下部葉對(duì)N

8、、K的累積和分配能力均強(qiáng)于敏感自交系：吐絲期，低磷脅迫下，耐低磷自交系功能葉中相對(duì)N、K累積量顯著高于敏感自交系。99239T還表現(xiàn)為莖桿粗壯，莖中N、K相對(duì)累積量顯著高于其它自交系。 6．通過研究與磷吸收、利用和轉(zhuǎn)運(yùn)效率有關(guān)的生理生化特征，分析了不同基因型玉米表現(xiàn)耐低磷的主要貢獻(xiàn)因子。結(jié)果表明，耐低磷自交系主要表現(xiàn)為根系較大，低磷脅迫下，相對(duì)最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根體積、根干重、根表面積、活躍吸收面積較大，根系活力較強(qiáng)；受低磷脅迫時(shí)根系分

9、泌Apase活性升高幅度大，尤其是99186T和99184T表現(xiàn)突出；磷分配系數(shù)較高；對(duì)難溶性磷的活化吸收能力強(qiáng)；其中99180T、99320T和99327T還表現(xiàn)為根冠比較大；99180T和99184T葉片中相對(duì)可溶性磷含量高。敏感自交系99152S，不僅根系小，活躍吸收面積小，而且表現(xiàn)為根、葉組織內(nèi)以及根系分泌的Apase活性低，磷分配系數(shù)低，對(duì)磷礦粉、鋁磷和植酸鈣的活化吸收能力較差。99270S在正常磷條件下植株生長(zhǎng)較快，根系較大

10、，但受低磷影響較大，低磷時(shí)相對(duì)根體積、相對(duì)根干重小于耐低磷自交系，根系活力降低，對(duì)鋁磷和植酸鈣的活化吸收能力較差，磷分配系數(shù)小。通過對(duì)不同耐低磷基因型玉米根系分泌有機(jī)酸特性研究發(fā)現(xiàn)，低磷脅迫時(shí)，99152S和99186T根系有機(jī)酸分泌量呈增加趨勢(shì)，其它自交系無明顯規(guī)律，表明根系有機(jī)酸分泌量與耐低磷能力之間并不完全一致。并注意到磷處理時(shí)間不同，根系分泌有機(jī)酸的種類不同，有待于進(jìn)一步證實(shí)和研究。缺磷時(shí)根系分泌有機(jī)酸的數(shù)量并不能反映根組織內(nèi)有

11、機(jī)酸的濃度。低磷脅迫下，玉米葉片韌皮部汁液的可溶性糖含量降低，葉片和根系中可溶性糖含量均增加。不同磷源對(duì)玉米的生物有效性不同，植酸鈣>鋁磷>磷礦粉。 7．首次對(duì)不同酸、磷處理?xiàng)l件下玉米苗期生物學(xué)及營(yíng)養(yǎng)學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，缺磷和酸鋁嚴(yán)重抑制了玉米植株的生長(zhǎng)。不同自交系之間確實(shí)存在耐低磷和耐酸鋁方面的差異，并發(fā)現(xiàn)耐低磷和耐酸鋁之間存在一定的關(guān)系。有的耐酸鋁自交系，如99320同樣耐低磷，有的耐低磷自交系，如99180和9