不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻基因型干物質(zhì)積累與磷素吸收利用

李 莉， 張錫洲， 李廷軒， 余海英， 戢 林

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川成都 611130)

隨著我國(guó)人口數(shù)量的增加和耕地面積的減少，持續(xù)提高水稻產(chǎn)量已成為保障我國(guó)糧食安全的關(guān)鍵。磷是影響水稻高產(chǎn)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，實(shí)現(xiàn)水稻的高產(chǎn)依賴于磷肥的合理施用和同化物質(zhì)在植株體內(nèi)的合理分配有關(guān)[1-3]。因此，前人已展開(kāi)了對(duì)水稻物質(zhì)生產(chǎn)和磷素吸收利用特性方面的研究。有關(guān)水稻物質(zhì)生產(chǎn)特性，研究表明，水稻產(chǎn)量與抽穗后和成熟期的干物質(zhì)量呈直線相關(guān)，與抽穗期干物質(zhì)量呈二次曲線關(guān)系[4]，并且高產(chǎn)和超高產(chǎn)水稻品種從生育中期開(kāi)始就有明顯的物質(zhì)生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，并隨著生育期的推進(jìn)不斷擴(kuò)大[5]。關(guān)于水稻磷素吸收利用特性，前人發(fā)現(xiàn)高效吸收磷的水稻品種，具有較強(qiáng)的干物質(zhì)積累能力，能夠提高磷肥的利用效率，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量[6-7]。水稻磷利用效率和生育前期的磷積累量與水稻產(chǎn)量關(guān)系密切，特別是分蘗期磷的積累量是提高水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵[8-9]，而生育后期(特別是抽穗期)磷積累量增加幅度不明顯，并與產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)性[10]。水稻養(yǎng)分吸收量和利用率對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率首先受到生育類(lèi)型的影響[11]。王偉妮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與不施用磷肥相比，早、 中、 晚稻在施入磷肥后磷積累量分別提高了8.2、 8.6和6.0 kg/hm2，增產(chǎn)率表現(xiàn)為早稻>中稻>晚稻； 謝堅(jiān)等[13]也得出相似的結(jié)果。目前，對(duì)于水稻的研究大多集中于不同類(lèi)型品種和同一類(lèi)型品種不同生育時(shí)期的物質(zhì)生產(chǎn)和磷吸收利用方面，而有關(guān)水稻物質(zhì)生產(chǎn)和磷吸收利用在不同生育階段的動(dòng)態(tài)變化還鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本文通過(guò)研究中、 晚稻水稻親本材料不同產(chǎn)量類(lèi)型在不同生育階段的物質(zhì)生產(chǎn)和磷吸收利用特性，明確物質(zhì)生產(chǎn)和磷吸收利用與產(chǎn)量的關(guān)系，為水稻的高效育種與高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

供試氮、 磷、 鉀肥分別選用尿素、 過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)三次，各小區(qū)氮、 磷、 鉀肥施用量相同，分別為N 150 kg/hm2、 P2O570 kg/hm2、 K2O 80 kg/hm2。全部磷、 鉀肥和30%氮肥在移栽前一天作為基肥施入，剩余氮肥在分蘗期(30%)和拔節(jié)期(40%)分2次追施。水稻種子經(jīng)30%的H2O2消毒30 min，再用0.1%的NaClO3浸種1 d后，撒播于秧田進(jìn)行育苗，當(dāng)苗齡45 d時(shí)移栽于大田。每個(gè)小區(qū)各親本材料種植面積為2 m2，共60株，移栽時(shí)一穴一苗，隨機(jī)區(qū)組排列，株距×行距為15 cm×20 cm，抽穗期進(jìn)行掛網(wǎng)保護(hù)。其中1 m2在分蘗期(有效分蘗期)、 拔節(jié)期、 抽穗期、 成熟期采樣，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的3株水稻混為一次重復(fù)，采取地上部進(jìn)行室內(nèi)分析。將所采樣品先用自來(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水洗凈，然后用吸水紙擦干。在105℃下殺青半個(gè)小時(shí)，再將溫度降至75℃烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量，最后用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎。成熟期選擇另1 m2用于測(cè)定水稻產(chǎn)量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

磷含量： 干樣粉碎后經(jīng)濃硫酸H2SO4-H2O2硝化，用鉬銻抗比色法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

植株干物質(zhì)量和磷含量的乘積計(jì)算磷積累量; 磷籽粒生產(chǎn)效率用成熟期植株單位磷生產(chǎn)的籽粒產(chǎn)量表示; 磷收獲指數(shù)用籽粒磷積累量與成熟期植株磷總積累量的比值計(jì)算[15-16]。

統(tǒng)計(jì)分析在DPS(11.5)中進(jìn)行，多重比較選擇LSD法。采用系統(tǒng)聚類(lèi)的方法將供試材料分為不同產(chǎn)量類(lèi)型，采用多元線性回歸建立物質(zhì)生產(chǎn)和磷素階段性積累量與產(chǎn)量的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量及磷吸收利用效率的基因型差異

從表1可知，水稻親本材料晚稻產(chǎn)量較中稻高15.46%，而磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)差異不大。表明水稻親本材料生育類(lèi)型不同，產(chǎn)量水平也不同。相同生育類(lèi)型親本材料在不同生育期干物質(zhì)量、 磷積累量以及成熟期產(chǎn)量、 磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)均存在極顯著的基因型差異。中稻在分蘗期、 拔節(jié)期、 抽穗期和成熟期干物質(zhì)量最大值分別為最小值的2.84、 2.00、 3.86和2.38倍，磷積累量最大值分別為最小值的4.20、 2.59、 3.34和2.29倍; 晚稻干物質(zhì)量最大值分別為最小值的4.23、 1.96、 2.08和1.91倍，磷積累量最大值分別為最小值的5.91、 2.47、 1.78和1.93倍。可見(jiàn)，中稻和晚稻干物質(zhì)量和磷積累量基因型差異均在分蘗期最大，并隨著生育期的推進(jìn)不斷縮小。產(chǎn)量和磷利用效率基因型差異方面，中稻產(chǎn)量、 磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)最大值分別為最小值的3.24、 2.03和1.87倍，晚稻分別為最小值的2.15、 2.17和1.63倍。因而，中稻和晚稻的產(chǎn)量和磷利用效率基因型差異明顯。

表1 水稻磷吸收利用效率的基因型差異

2.2 不同產(chǎn)量類(lèi)型的分類(lèi)

以產(chǎn)量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)聚類(lèi)分析(圖1)，將27個(gè)中稻和29個(gè)晚稻親本材料按產(chǎn)量從高到低劃分為3個(gè)類(lèi)型。其中， 中稻高產(chǎn)類(lèi)型親本材料包括GR06、 08R-2727、 GR33、 08B-9644、 GR77、 08B-9616、 08B-9642和GR76，共8個(gè)材料； 中產(chǎn)類(lèi)型包括GR34、 08B-9619、 GR86、 08R-2729、 08B-9631、 08B-9622、 GR81、 08R-2872、 GR67、 GR15、 GR44和08B-9618，共12個(gè)材料； 以及低產(chǎn)類(lèi)型包括GR31、 08R-2824、 08B-9612、 08B-9626、 GR41、 08B-9621和08B-9643，共7個(gè)材料。 晚稻高產(chǎn)類(lèi)型親本材料包括GR22、 GR45、 GR01、 08B-9604和GR745，共5個(gè)材料； 中產(chǎn)類(lèi)型包括08R-2767、 GR24、 GR80、 GR75、 GR68、 08B-9652、 08B-9624、 GR27、 GR21、 08R-2824、 08R-2729和GR61，共12個(gè)材料； 以及低產(chǎn)類(lèi)型包括GR37、 GR43、 GR59、 GR17、 08B-抗豐B、 GR07、 08B-9663、 GR48、 08B-9613、 GR57、 08R-2885和GR35，共12個(gè)材料。

圖1 不同生育類(lèi)型水稻材料產(chǎn)量系統(tǒng)聚類(lèi)分析Fig.1 Cluster analysis of grain yield of different growth type of rice

2.3 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻吸收利用磷的差異

2.3.1 產(chǎn)量及磷利用效率的差異 由表2可知，相同生育類(lèi)型水稻，高、 中、 低產(chǎn)類(lèi)型不但產(chǎn)量差異顯著，而且磷利用效率也存在顯著差異。中稻高產(chǎn)類(lèi)型產(chǎn)量較中產(chǎn)類(lèi)型高21.71%，磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)為中產(chǎn)類(lèi)型的1.24和1.47倍; 產(chǎn)量較低產(chǎn)類(lèi)型高85.85%，磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)為低產(chǎn)類(lèi)型的1.37和1.36倍。晚稻高產(chǎn)類(lèi)型產(chǎn)量較中產(chǎn)類(lèi)型高13.16%，磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)為中產(chǎn)類(lèi)型的1.13和1.01倍; 產(chǎn)量較低產(chǎn)類(lèi)型高46.41%，磷籽粒生產(chǎn)效率和磷收獲指數(shù)為低產(chǎn)類(lèi)型的1.29和1.16倍。可見(jiàn)，無(wú)論是中稻還是晚稻，高產(chǎn)類(lèi)型不但產(chǎn)量最高，而且磷利用效率也最高。這表明中稻和晚稻親本材料的產(chǎn)量和磷利用效率表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性，即同時(shí)實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和磷高效利用是可行的。相同產(chǎn)量類(lèi)型中稻和晚稻產(chǎn)量和磷利用效率的差異而言，晚稻產(chǎn)量顯著高于中稻，而磷利用效率差異不大。其中，晚稻高、 中、 低產(chǎn)類(lèi)型產(chǎn)量分別較中稻高12.69%、 21.20%和43.04%。因此，隨著生育周期的延長(zhǎng)，較長(zhǎng)的光合時(shí)期有利于更高產(chǎn)量的形成，但磷的利用效率受生育類(lèi)型的影響較小。

2.3.2 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻磷積累量的差異

表2 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻產(chǎn)量和磷素利用效率的差異Table 2 Difference in grain yield and phosphorus use efficiency between different yield types of rice

表3 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻磷積累量的差異(g/m2)

表4 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻磷階段性積累量的差異(g/m2)

2.3.3 水稻干物質(zhì)量的差異

2.3.3.1 不同生育期干物質(zhì)量 由表5可知，相同生育類(lèi)型水稻，中稻從拔節(jié)期開(kāi)始，高、 低產(chǎn)類(lèi)型的干物質(zhì)量差異均達(dá)到顯著水平，拔節(jié)、 抽穗、 成熟期高產(chǎn)類(lèi)型的干物質(zhì)量比低產(chǎn)類(lèi)型分別高23.61%、 31.62%、 48.28%; 晚稻只有抽穗期和成熟期差異達(dá)到顯著，高產(chǎn)類(lèi)型比低產(chǎn)類(lèi)型分別高5.77%和16.62%，可見(jiàn)高產(chǎn)與低產(chǎn)類(lèi)型干物質(zhì)量的差異均在成熟期最大，說(shuō)明高產(chǎn)類(lèi)型水稻在生育后期仍有較強(qiáng)的干物質(zhì)積累能力。相同產(chǎn)量類(lèi)型間，晚稻低產(chǎn)類(lèi)型從拔節(jié)期開(kāi)始高于中稻低產(chǎn)類(lèi)型，中產(chǎn)類(lèi)型從抽穗期開(kāi)始，高產(chǎn)類(lèi)型則只有在成熟期差異顯著，表明，晚稻高產(chǎn)類(lèi)型干物質(zhì)積累能力在前中期低于中稻高產(chǎn)類(lèi)型，后期高于中稻高產(chǎn)類(lèi)型。

表5 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻干物質(zhì)積累量的差異(g/m2)

表6 不同產(chǎn)量類(lèi)型水稻干物質(zhì)階段性積累量的差異(g/m2)

2.4 水稻干物質(zhì)和磷積累量與產(chǎn)量的關(guān)系

表7 水稻干物質(zhì)和磷積累量與產(chǎn)量的關(guān)系

3 討論

3.1 磷積累特性與產(chǎn)量的關(guān)系

3.2 物質(zhì)生產(chǎn)特性與產(chǎn)量的關(guān)系

4 結(jié)論

1)水稻產(chǎn)量和磷素利用效率存在極顯著的基因型差異，中稻和晚稻高產(chǎn)類(lèi)型均有較高的磷利用效率，晚稻材料產(chǎn)量顯著高于中稻材料，但磷利用效率差異不顯著，說(shuō)明高產(chǎn)和磷高效利用能表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性，磷素利用效率受水稻生育周期的影響較小。

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