不同磷水平對(duì)伸長(zhǎng)期甘蔗栽培原種干物質(zhì)積累的影響

樊 仙，崔雄維，刀靜梅，劉少春，應(yīng)雄美，陸 鑫，張躍彬，郭家文

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開遠(yuǎn) 661600）

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，而自然土壤中磷的有效性很低，不能滿足植物最佳生長(zhǎng)的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有43%的耕地缺磷[1]，而我國(guó)有2/3的耕地缺磷[2]，因此磷是限制作物生長(zhǎng)的主要養(yǎng)分因子之一。長(zhǎng)期以來我國(guó)主要以施用化學(xué)磷肥來提高土壤有效磷含量，提高作物產(chǎn)量，然而大量的磷肥施入土壤中后，當(dāng)季利用率只有10%～25%，余下75%～90%的磷被固定在土壤中，造成磷肥的損失和利用率不高，同時(shí)也造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增高、土壤污染嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞等問題。而用于生產(chǎn)磷肥的磷礦石是一種不可再生的有限資源，據(jù)估計(jì)，到1997年，全世界已探明的適于磷肥生產(chǎn)的磷礦貯備最多只能維持50年[3]。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷的利用現(xiàn)狀，迫使人們另辟新徑，以改善土壤缺磷狀況。大量研究證明，土壤中潛在磷含量很高[4]，而植物對(duì)土壤中潛在磷素的吸收利用存在廣泛的遺傳多樣性。如何挖掘植物自身利用土壤有機(jī)磷的潛力，解決磷肥供應(yīng)不足等問題，已成為目前研究的熱點(diǎn)之一。

甘蔗（Saccharum officinarum L.），屬C4作物，具有生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、產(chǎn)量高、消耗養(yǎng)分多等特性。不僅是我國(guó)重要的糖料作物，也是重要的能源作物和飼料作物。本研究選用盆栽試驗(yàn)，研究不施磷和高磷處理對(duì)10份甘蔗栽培原種在伸長(zhǎng)期對(duì)根系和莖葉干物質(zhì)的影響，為進(jìn)一步研究快速篩選磷高效基因型甘蔗提供篩選指標(biāo)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)選用國(guó)家甘蔗種質(zhì)資源圃（云南開遠(yuǎn)）保存的10份甘蔗栽培原種為供試材料。 具體為 （均為種質(zhì)資源全國(guó)統(tǒng)一編碼）：CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002、AO0003、AO0005。

供試土壤為酸性低磷紅壤，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況為：pH 7.59，全氮含量0.07%，堿解氮含量27.05 mg/kg，有效磷3.11mg/kg。采用盆栽土培試驗(yàn)，盆缽為黑色塑料桶（桶高25cm，上沿直徑30.8cm，底面直徑23.9cm），每桶裝曬干后充分混勻的土壤10kg，取甘蔗中上部莖節(jié)，砍成長(zhǎng)3cm左右的單芽苗，用多菌靈浸種30min后種入桶中，每桶種兩個(gè)單芽苗。試驗(yàn)設(shè)不施磷（P0）和高磷（P 0.75g/kg）兩個(gè)處理，3次重復(fù)。各處理都在出苗整齊后施肥，且氮和鉀用量相同，分別為N 0.78 g/kg和K2O 0.488 g/kg。氮、磷、鉀肥料分別為尿素（含N 46%）、普鈣（含P2O516%）和硫酸鉀（含K2O 50%），隔1天定量澆水1次。2010年2月22日種植，2010年4月8日使用特丁硫磷顆粒劑（5%）防治甘蔗螟蟲及地下害蟲，2010年6月29日收獲。分地上部分（莖葉）和地下部分（根系）收取，根系用水沖洗干凈，105℃殺青30min，70℃烘干至恒重，具體方法參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[5]。

1.2 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 不同磷水平對(duì)甘蔗株高的影響

品種的生長(zhǎng)進(jìn)程可以反映出其生長(zhǎng)速率。兩個(gè)施磷水平下10個(gè)甘蔗栽培原種的株高存在顯著差異（表1）。在低磷脅迫與高磷處理下10個(gè)甘蔗栽培原種的株高均表現(xiàn)相同趨勢(shì)，即高磷處理下甘蔗株高均高于低磷脅迫（除6月28日測(cè)量的AO0111），且各品種間株高已表現(xiàn)出有一定差異性，均達(dá)到顯著水平。低磷和高磷處理兩種情況下，伸長(zhǎng)期前期 （5月 11日），AO0005的株高顯著高于其它品種，高磷處理較低磷處理的增加幅度為7.89%～41.98%，增長(zhǎng)幅度較大，說明在伸長(zhǎng)期前期甘蔗均能有效利用磷肥中的磷素；伸長(zhǎng)期后期（6月28日），AO0107與AO0005的株高均顯著高于其余品種，高磷處理較低磷處理的增加幅度為-8.96%～41.40%，多數(shù)品種增幅較小，且AO0111為負(fù)增長(zhǎng)，說明伸長(zhǎng)期后期甘蔗株高生長(zhǎng)在高磷處理下到達(dá)相對(duì)較高水平，且基因型間存在差異。

表1 不同磷水平對(duì)甘蔗株高的影響

2.2 低磷脅迫對(duì)不同基因型甘蔗干物質(zhì)積累的影響

伸長(zhǎng)期不同基因型甘蔗干物質(zhì)積累量，能在一定程度上反映甘蔗基因型間對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及利用效率。從表2可以看出，同一甘蔗栽培原種地上部干重在磷脅迫與施磷水平下均表現(xiàn)相同趨勢(shì)，且除AO0005外，甘蔗施磷水平地上部分干物質(zhì)積累均高于低磷脅迫下。低磷脅迫導(dǎo)致甘蔗栽培原種地上部干重下降，且基因型間差異明顯。通過同一品種在低磷脅迫和高磷處理下所表現(xiàn)的差異看，AO0005顯著高于其余品種。有研究發(fā)現(xiàn)，在低磷脅迫環(huán)境下植物常常為尋求磷源，根系發(fā)育增強(qiáng)，根系伸長(zhǎng)，側(cè)根的長(zhǎng)度和密度都增加，以加強(qiáng)對(duì)磷的吸收利用[6－7]。由表2可知，10個(gè)甘蔗栽培原種在低磷脅迫與高磷處理下地下部分干物質(zhì)積累具有一定的差異，CO0017、AO0107、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002 和 AO0003 在施磷水平下的地下部分干物質(zhì)量高于其低磷處理。而AO0108和AO0005地下部分干物質(zhì)量在高磷處理下略低于低磷脅迫。低磷脅迫下，作物植株的地上部分的光合產(chǎn)物向地下部分分配比例增加，以促進(jìn)根系生長(zhǎng)[8]。同一甘蔗栽培原種在低磷脅迫與高磷下地下部分干物質(zhì)積累量均達(dá)到顯著水平。干物質(zhì)分配過程在一定程度上影響著植物的生長(zhǎng)速度、生長(zhǎng)模式、獲取資源能力以及形態(tài)建成等[9]。同一甘蔗栽培原種生物總量在低磷脅迫與高磷處理下均表現(xiàn)相同趨勢(shì)，且除AO0005外，甘蔗高磷處理下生物總量干物質(zhì)積累均高于低磷脅迫，低磷脅迫導(dǎo)致甘蔗栽培原種生物總量干重下降，且基因型間有顯著差異；低磷脅迫下，AO0005生物總量顯著高于其余品種，高磷處理下，AO0005顯著高于AO0109、AO0001和AO0002。

表2 不同磷水平對(duì)甘蔗生物量的影響（干重）

根冠比是影響作物養(yǎng)分吸收效率的重要因子，大量研究表明[10-12]，根冠比增大被認(rèn)為是植物對(duì)低磷脅迫適應(yīng)和耐低磷能力的標(biāo)志之一。根冠比可以從另一個(gè)側(cè)面表現(xiàn)出不同基因型甘蔗品種對(duì)低磷的反應(yīng)。從表2還可以看出，10種不同基因型甘蔗栽培原種的根冠比在不同磷處理下各不相同，均為顯著差異。在本試驗(yàn)中，同一基因型甘蔗根冠比隨施磷量的增加表現(xiàn)各不相同，CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110和AO0001隨著施肥量的增加而降低。磷脅迫抑制地上部分干物質(zhì)積累量增加，有效利用土壤中的磷素，促進(jìn)光合產(chǎn)物向地下分配，使地下部分干物質(zhì)積累量增加。這與孫海國(guó)，張恩和等的研究是一致的，在缺磷脅迫條件下，作物植株的同化物向根部的分配比例增加，以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，同時(shí)相對(duì)地抑制地上部分生長(zhǎng)[12-15]。高磷處理下，AO0111、AO0002、AO0003和AO0005的根冠比明顯高于低磷脅迫，這表明隨土壤中磷素營(yíng)養(yǎng)改善，甘蔗體內(nèi)磷代謝逐漸增強(qiáng)，進(jìn)一步協(xié)調(diào)了甘蔗的生理機(jī)制和物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)。不同的甘蔗品種對(duì)磷的需求量不同，適宜的磷肥施用能夠促進(jìn)甘蔗的生長(zhǎng)發(fā)育，但不同的品種間存在差異。同時(shí)也表明當(dāng)存在養(yǎng)分等外界因素脅迫時(shí)，因甘蔗地上部與根系間產(chǎn)生對(duì)光合產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致根冠比的變化。

3 結(jié)論

不同植物以及同一植物的不同品種其利用磷營(yíng)養(yǎng)的基因型差異廣泛存在[3]。本研究可以得出伸長(zhǎng)期10個(gè)甘蔗栽培原種在低磷脅迫和高磷處理下甘蔗株高、生物量干物質(zhì)積累和根冠比的變化均表現(xiàn)出一定的基因型，這與前人研究結(jié)果一致。結(jié)果表明AO0005的株高均極顯著高于其余品種，而生物量隨供磷水平的變化與品種有很大的關(guān)系[16-18]，并不是每個(gè)供試品種的生物量都隨著供磷水平的升高而增大。不同甘蔗品種對(duì)磷的需求量不同，適宜的磷肥施用能夠促進(jìn)甘蔗的生長(zhǎng)發(fā)育，過多的施用不僅浪費(fèi)肥料甚至還可能對(duì)甘蔗的生長(zhǎng)不利。通過對(duì)低磷脅迫下甘蔗根冠比的分析得出，CO0017和AO0108對(duì)磷素反應(yīng)最敏感，低磷生境下作物根冠比增加，有可能是磷高效基因型甘蔗品種，這有待于對(duì)其磷素吸收、利用效率的進(jìn)一步研究。

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