磷高效水稻材料的根系形态结构特征

【目的】选育磷高效水稻材料是利用土壤磷资源的有效方式,根系是水稻吸收磷素最重要的器官,其形态结构特征直接影响水稻的磷素吸收能力,研究水稻根系发育特征有助于揭示其磷高效吸收的机理。【方法】采用水培试验,以40份水稻材料为研究对象,设置0.003 mmol/L(低磷)和0.3 mmol/L(正常磷)两个供磷处理,于分蘖期调查水稻地上部生物量和磷积累量,采用聚类分析筛选磷高效水稻材料。针对筛选获得的磷高效水稻材料R527和磷低效水稻材料IR58025,分析其根系形态和解剖结构特征,解析水稻根系发育特征与磷吸收的关系。【结果】1)低磷条件下,40份水稻材料磷吸收能力存在显著差异,生物量和磷积累量的范围分别为0.11~0.93 g/plant和0.07~0.58 mg/plant。以磷积累量为主、生物量为辅进行聚类分析,获得磷高效水稻材料R527和磷低效水稻材料IR58025。2)低磷条件下,磷高效水稻材料R527的生物量(0.83 g/plant)和磷积累量(0.46mg/plant)显著高于磷低效水稻材料IR58025,分别为IR58025的6.38和5.75倍。3)低磷条件下,磷高效水稻材料R527的总根长、根表面积、不定根长、侧根长和侧根表面积比正常磷处理分别增加了61.79%、38.12%、60.44%、67.99%和186.67%。低磷条件下,磷高效水稻材料R527的总根长、根表面积、根体积、平均根直径、不定根长、侧根长、不定根表面积和侧根表面积分别为磷低效水稻材料IR58025的2.62、2.87、3.22、1.18、4.41、2.97、3.97和1.45倍。4)低磷条件下,磷高效水稻材料R527中柱、外皮层和皮层占比分别为磷低效水稻材料IR58025的1.11、0.67和1.05倍。5)低磷条件下,水稻的总根长、根表面积、根体积、平均根直径、不定根长、侧根长、不定根表面积、侧根表面积、皮层占比和中柱占比与生物量和磷积累量显著正相关,外皮层和内皮层占比与生物量和磷积累量显著负相关。【结论】磷高效水稻材料R527的生物量和磷积累量均显著高于磷低效水稻材料IR58025。低磷条件下,磷高效水稻材料R527更大的总根长、根表面积、根体积、不定根长、侧根长、不定根表面积、侧根表面积和皮层占比,更低的外皮层和内皮层占比是其磷高效吸收的重要原因。

水稻苗期磷高效基因型筛选研究

采用难溶性磷酸盐Ca3 (PO4) 2 为唯一磷源 ,在pH值为 5 .5条件下产生相对高浓度低磷胁迫及以NaH2 PO4为磷源配制P浓度为 0 .5mg·L-1的相对低浓度低磷胁迫的两个水培环境 ,分别对不同基因型水稻的磷效率进行评价 .以相对分蘖干重 (RTW )、相对总生物量 (RPW )、相对分蘖数 (RTN)、相对根系干重(RRW )、相对地上部干重 (RSW )、相对叶龄 (RLA)和相对株高 (RPH)作为耐性指标进行相关分析 .结果表明 ,供试材料的磷效率存在极显著差异 ,若以能产生分蘖的相对高浓度低磷胁迫进行筛选时 ,相对分蘖干重、相对地上部干重、相对总生物量可作为较好的筛选指标 ,其中相对分蘖干重不仅与其它指标间的相关性强 ,且品种间差异和变异系数均较大 ,能准确、灵敏地反映不同基因型间的耐低磷胁迫能力 ;若采用相对低浓度的低磷胁迫对不同基因型水稻进行耐低磷种质筛选时 ,筛选指标则不同 ,最好的单一筛选指标应是相对地上部干重或相对总生物量 .

低磷胁迫下磷高效基因型小麦的筛选

为获得小麦磷高效育种所需的材料,在不施磷肥的条件下对58份小麦品种的磷效率及其年度间的稳定性进行了研究(磷效率用耐低磷力和品种适应性来描述),筛选出内乡188、徐麦25、西农979等3个高耐低磷力的品种和徐麦856、徐麦270、徐麦3-54、小偃54等4个磷高效品种。磷效率年度间稳定性分析表明,磷效率稳定的品种占66.67%,为增加鉴定的准确性应连续进行多年试验。

酸性红壤中磷高效大豆新种质的磷营养特性

采用一系列磷高效大豆新种质及对照材料,在华南酸性红壤地区3种不同磷水平的代表性土壤上,分春、夏两季研究了不同大豆品种的磷营养特性,探讨了不同大豆品种(系)在不同磷水平土壤上的最佳施磷量及其经济效益。结果表明,1)土壤有效磷含量是影响酸性红壤地区大豆生产的重要因素,无论从地上部生物量、磷吸收量还是产量来看,所有供试品种均表现出高磷>中磷>低磷土壤的趋势。2)施磷对低肥力土壤上大豆产量的影响较大,对中等肥力土壤影响较小,而对高肥力土壤,施磷肥反而造成大豆减产;过量施用磷肥会造成大豆对磷的"奢侈吸收"。3)大豆的磷营养特性具有显著的基因型差异,因而需要不同磷养分管理方式。4个磷高效大豆新种质在低肥力土壤上仅需施用少量磷肥,在中、高肥力土壤上不需施磷即可满足生长需要。经济效益分析结果表明,磷高效品种无论在低肥力还是在中、高肥力土壤上,其纯收入均远高于本地和国家大豆区域试验对照品种。

低磷胁迫下大麦磷高效基因型的筛选

为获得大麦(Hordeumv ulgare Linn.)磷高效育种的材料,分别在土壤有效磷质量分数为1.32和36.6mg·kg-1的条件下,对180个大麦品种进行磷高效材料的筛选和鉴定研究。结果发现,不同品种中磷高效差异很大;中国大麦茎干重和地上重极显著高于美国大麦(P=0.000);裸大麦(H.vulgare var.nudum)有效穗、分蘖数和茎干重极显著高于皮大麦(H.oldeum vulgateL.);多棱大麦(Hordeum vulgareL.)分蘖数、茎干重和地上干重极显著高于二棱大麦(Hordeum distichon L.)。磷效率用耐低磷力和品种适应性来描述,用籽粒产量计算耐低磷力,云啤1号(122.3%,231.43%)、Z050P004Q(109.81%,214.40%)和YS500(101.08%,566.14%)等是供试样品中磷高效较高的品种。该实验结果为云南地区进一步选育磷高效的大麦品种提供了材料。

磷高效基因型玉米的筛选研究

田间试验表明,在中等肥力的土壤上,38个玉米自交系的产量频率分布基本符合正态分布,从中选择出22个典型,且具有代表性的自交系用于磷高效基因型的研究。结果表明,玉米的生物产量及子粒产量差异显著,在不施磷肥的条件下,综合考虑子粒减产率(耐低磷力)和高于平均产量的百分率(品种适应性)两项分级指标,筛选出4个磷高效的玉米自交系:交51、苏37、035 6、5311。经DPS系统的多因素分析,在玉米苗期进行品种筛选的重要指标是生物量、根冠比及叶面积指数,其累积贡献率达到95%,但磷浓度、磷吸收效率和磷利用效率的累积贡献率不足5%,难以作为磷高效基因型玉米的筛选指标。

甘蓝型油菜苗期磷高效基因型的TOPSIS法筛选

本研究以8个经田间初步筛选的不同磷营养效率代表品系为材料,在缺磷和施磷条件下进行营养液培养试验,通过测定苗期与磷营养效率相关程度较高的根长、冠部和根部鲜重、单株干重、根冠比、磷含量、冠部和根部酸性磷酸酶活性8个指标,引入TOPSIS法进行综合排序,以筛选出真正的磷高效甘蓝型油菜品系。结果表明:缺磷和施磷条件下,甘蓝型油菜品系W17(第1)和W39(第8)的TOPSIS排名相同,与田间试验结果一致;缺磷处理的W23及施磷处理的W11和W31的TOPSIS排名与田间试验结果一致;缺磷处理的W31和W290及施磷处理的其他4个品系的TOPSIS排名与田间试验结果相差1位;缺磷处理的W11、W27和W288的TOPSIS排名与田间试验结果相差2～4位。可以看出,TOPSIS法准确地筛选出了磷高效基因型甘蓝型油菜W17和磷低效基因型甘蓝型油菜W39;其他品系排序结果也与田间试验比较吻合,表明TOPSIS法可增加材料筛选的准确性,尤其适宜于极端品系的筛选。

磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷(CK)、施磷(P)15 mg·kg-1土(Po15)、30 mg·kg-1土(Po30),研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】(1)随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。(2)随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15—1.24倍和1.18—1.34倍。(3)野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23—1.33倍和1.15—1.30倍。(4)随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64—1.12 mg·kg-1和13.8—33.9 mg·kg-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。

花生磷利用特性及磷高效管理措施研究进展与展望

磷在花生田生态系统的物质循环过程中起重要作用。探究磷在土壤-花生系统供需特性及磷高效管理措施,对缓解资源紧缺与环境污染有重要意义。本文综述了国内外花生对磷素的需求状况、土壤磷素供应特点、植株对磷的吸收机制及磷高效利用途径等方面花生田磷管理的研究现状,提出了今后花生田磷管理的研究重点:根据花生对磷肥的需求和土壤供应特性,强化花生品种选育、开展磷肥长效高效化研究和土壤潜在磷释放研究,以减缓磷资源耗竭、提高磷肥利用效率和降低环境污染。

甘蓝型油菜幼苗体内磷组分差异与磷高效关系的研究

利用盆栽土培和营养液培养的方法,研究了甘蓝型油菜磷高效品种97081和磷低效品种97009在正常磷和低磷胁迫下幼苗植株生长、磷的吸收累积、植物磷组分以及酸性磷酸酶活性的差异。结果表明,缺磷条件下,97081品种的干物质重和磷累积量分别比97009高85.7%和50.0%,并且单位磷含量可以生产较多的干物质,具有较强的磷的吸收和利用效率。两品种中不可溶性有机磷、可溶性有机磷和无机磷含量都随着营养液磷水平的增加而提高。低磷胁迫时,根部不可溶性有机磷含量97009显著下降。两品种可溶性有机磷占总磷的比例均表现为下部叶>上部叶;97081根和下部叶可溶性有机磷含量及其比例均高于97009。97081根部无机磷含量高于97009,但其所占全磷比例却较低。缺磷处理,上部叶酸性磷酸酶(APase)活性两品种无显著差异;但根中和下部叶APase活性97081显著高于97009。这与甘蓝型油菜高效品种具有较强的磷吸收和再利用能力密切相关。

云南地方稻核心种质氮磷高效性

采用盆栽试验以红壤设置不施磷(有效磷0.02mg·kg-1)和施磷(有效磷69.76mg·kg-1)、不施氮(有效氮156.7mg·kg-1)和施氮(232.18mg·kg-1)4种处理,以16个形态性状的相对指标用SPSS软件分析了来自云南省16个州548份云南稻核心种质氮磷高效的地带性特征,结果表明:低有效磷胁迫下云南稻核心种质形态性状生态差异磷效应明显高于氮效应;提出了茎蘖数、秆重、生物产量、根重、全株重和穗重共6个相对指标既可作为云南稻核心种质磷高效和氮高效基因型筛选的理想指标,又能反映州市间核心种质氮磷高效的地带性特征。聚类分析显示云南16个州市稻核心种质氮高效和磷高效特性划分为3个地带性区域,并与山脉水系、土壤肥力、生态因子和遗传多样性有关。

水稻磷高效重组自交系群体的筛选鉴定

水稻耐低磷RILs群体培育可为磷高效育种和基因定位提供材料。该试验利用强耐低磷杂交组合合系41×大白稻产生的永久性重组自交系(RILs)群体,设低磷(有效磷6.26mg·kg-1)胁迫和非低磷(有效磷40mg·kg-1)胁迫两种处理,全生育期测定了相关的耐低磷形态性状,利用相关分析和多元逐步回归分析等方法探索RILs群体耐低磷筛选指标以筛选优良株系。结果表明:(1)12个主要农艺性状均呈连续性变异,耐低磷性状发生了明显的重组和分离,说明利用重组近交系可以筛选并培育出强耐低磷的水稻品系。重组近交系是水稻耐低磷特性进行遗传研究的良好材料;(2)6个相对性状:株穗产量、地上干物质量、实粒数、有效穗、剑叶长、穗长,综合评价RIL群体各株系的耐低磷强弱;(3)在RILs群体选出综合性状表现优良的5个大穗、大粒的耐低磷株系,具有良好的推广前景。

玉米耐低磷研究现状及磷高效育种策略的探讨

土壤缺磷是影响作物产量提高和资源持续性发展利用的世界性问题,解决这一问题的根本途径是筛选土壤磷利用效率高的作物品种,玉米是中国主要的粮食作物,但在中国以西南、华南为代表的一部分地区,由于土壤有效磷含量偏低,严重制约玉米产量的提高,而在其他玉米产区由于磷肥的高度滥用,导致土壤结构发生改变,有效磷积累并不能满足玉米等作物的可持续性吸收利用。因此选择和培育玉米磷高效品种是提高土壤磷素利用效率,解决中国部分土壤有效磷缺乏对玉米产量影响的一条有效途径。综述了目前国内外在玉米耐低磷种质资源的筛选、遗传研究及相关性状QTL定位的研究进展,并在此基础上对玉米磷高效育种策略作了初步的探讨。

磷高效利用的大豆遗传资源的筛选与评价

从国内外收集到不同基因型大豆5 8份 ,在低磷土壤上种植 ,发现不同大豆品种(系 )在缺素症状及产量的耐性系数上存在着较大的差异性 ,文中将这些品种 (系 )分为高产敏感型、高产不敏感型、低产敏感型和低产不敏感型等

甘蔗磷高效种质资源的筛选

以35份甘蔗原种为材料,采用盆栽试验研究不同供磷水平下,不同甘蔗原种磷素吸收利用的基因型差异,甘蔗生物量、分蘖率、磷素吸收量、磷素利用效率等指标。结果表明:在施磷和不施磷,甘蔗分蘖率、生物量、磷吸收量和磷利用效率在不同的种质间都达到差异极显著;甘蔗的分蘖数、生物产量、地上部磷吸收量、地下部磷吸收量、全株磷吸收量和磷利用效率在施磷和不施磷处理间均达到极显著差异;低磷条件下,供试的35份栽培原种,具有高生物量、磷素吸收总量和磷素利用效率高的2份种质,分别是AO0005和AO0010。图1,表5,参16。

云南稻种磷高效特性相关性状的生态差异

云南不仅是世界稻种(Oryza sativa L.)最大的遗传和生态多样性中心之一,也是中国土壤类型最丰富的地区;中国南方和云南耕地65%以上缺乏有效磷,土壤缺磷已成为稻作生产的主要限制因子。该文中,缺磷(速效磷6.26mg·kg-1)与适磷(速效磷40mg·kg-1)酸性红壤进行比较,以相对茎蘖数(RTA)、相对总质量(RTB)、相对地上质量(RDWU)和相对地下质量(RDWG)为参数,研究了来自云南省16个州市5个稻作区577份水稻核心种质的磷高效基因型及其生态差异,结果表明:低磷胁迫下云南稻核心种质的相对茎蘖数、相对总质量、相对地上质量和相对地下质量密切相关,这4个性状是水稻磷高效鉴定较可靠和方便的指标,并筛选出10个磷高效品种;磷高效基因型在籼粳间存在较大差异,但丁颖分类性状中的水陆、粘糯间差异较小;水稻磷高效品种广泛分布于5个稻作区和绝大多数州市,特别是磷高效极强品种主要来自云南稻种的遗传多样性中心(思茅、临沧、西双版纳、德宏和文山州)和基因多样性中心(南部边缘水陆兼作区)。这些结果有力地支持了水稻磷高效特性与酸性红壤和遗传多样性中心有关,更好地理解水稻磷高效特性的地理生态和遗传多样性机制。

大豆酸性磷酸酶活性变化及磷高效基因型的筛选与相关分析

分析不同磷处理下的大豆幼叶、根尖酸性磷酸酶活性与植株磷利用率间的相关性,提供能够快速准确筛选磷高效利用大豆基因型的生化指标;在3种不同磷处理水平下,测定并比较12个大豆品种的幼叶、根尖酸性磷酸酶活性以及植株磷利用率;检测2μmol/L磷处理下的159份大豆品种的根尖酸性磷酸酶活性。2μmol/L磷处理下,根尖酸性磷酸酶活性与磷利用率间存在极显著正相关(r>r0.0 5),并从供试171份材料中筛选出6个磷高效大豆基因型;低磷条件下,大豆根尖酸性磷酸酶活性可作为磷高效基因型筛选的重要生化指标。

作物磷高效种质资源筛选研究进展

从筛选方法、筛选时期、筛选压力和筛选指标几方面对作物磷高效筛选研究进行概述。结果表明,土培法可以有效地筛选磷高效作物;筛选时期以苗期为宜,结合全生育期复筛更佳;筛选压力可根据不同的作物、筛选方法、筛选时期而定;筛选指标多种多样,主要为一些与磷效率有关的生理和形态指标。同时指出当前作物磷高效种质资源筛选工作中存在的问题,并阐述了相应的对策。

水稻磷高效品种资源筛选的初步研究

采用低、中、高3种施磷水平(公顷施磷(P2O5)量分别为0 kg、75 kg、150 kg),对20个水稻品种(系)的磷利用效率进行了初步研究,结果表明:参试品种可划分为磷高效、磷低效、磷敏感等4种类型,其中吉粳88、吉03-2355、吉粳78为磷高效品种;沈农6014、吉06-44、吉03-55为磷低效品种;吉03-2843、吉06-43等为磷敏感型品种;其余品种为中间型。磷高效品种在3种供磷条件下籽粒产量和生物学产量(干物质)均较高,而且在高磷条件下尤为明显;磷低效品种与此相反;磷敏感品种在低磷条件下籽粒产量和生物学产量明显低下,但在中磷时大幅度提高。适当增施磷肥可有效提高产量、干物质生产及单位面积有效穗数,并能明显降低空秕粒率。