磷脅迫對(duì)不同基因型魔芋組培苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響

王自布+陳相為+李浩

摘要：旨在探討不同磷水平對(duì)魔芋生長(zhǎng)及相關(guān)生理特性的影響，為發(fā)掘磷高效魔芋提供科學(xué)依據(jù)。以貴州喀斯特山區(qū)農(nóng)戶種植的花魔芋和白魔芋組培苗為材料，采用沙培方法研究不同磷水平（正常供磷、低磷）下2種魔芋的生長(zhǎng)及生物量大小、根長(zhǎng)、葉片的氧化酶活性、可溶性蛋白含量和淀粉含量。結(jié)果表明：在相同磷濃度下，花魔芋與白魔芋的部分生物性狀、生理性狀顯著不同；在生長(zhǎng)特征方面，在高磷條件下，與花魔芋相比，白魔芋的根長(zhǎng)極顯著降低，株高顯著降低；在低磷條件下，與花魔芋相比，白魔芋株高、根長(zhǎng)均極顯著降低，根冠比顯著下降；在生理特征方面，在相同供磷條件下，與花魔芋相比，白魔芋葉片可溶性蛋白含量、淀粉含量、抗氧化酶活性均有一定的變化?？梢钥闯?，基因型不同的魔芋在不同磷環(huán)境下表現(xiàn)出不同的磷利用能力，且花魔芋表現(xiàn)出更強(qiáng)的磷高效利用能力。

關(guān)鍵詞：魔芋；基因型；組培苗；磷脅迫；生長(zhǎng)特性；生理特性

中圖分類號(hào)： S632.301文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0251-03

研究磷脅迫下不同基因型魔芋的生長(zhǎng)情況及其與磷相關(guān)的生理生化特征，可以為磷高效魔芋種質(zhì)資源的開發(fā)提供科學(xué)的理論依據(jù)。魔芋是貴州省名、優(yōu)、特農(nóng)作物之一，總產(chǎn)量居全國(guó)前列，是貴州山區(qū)魔芋種植戶脫貧致富的一個(gè)特色產(chǎn)業(yè)[1]。但是對(duì)于生長(zhǎng)在喀斯特區(qū)域的植物來(lái)說(shuō)，由于喀斯特地區(qū)的偏堿性環(huán)境及較多的鈣離子，能直接被植物吸收利用的有效磷被土壤礦物質(zhì)緊密結(jié)合而導(dǎo)致其活性降低，從而極易成為影響植被生長(zhǎng)的限制因子而導(dǎo)致植被的退化，這正是喀斯特石漠化的重要前提[2]，植物受到這種地貌特征的影響，要吸收到足夠的磷十分不易，尤其是魔芋的種植戶習(xí)慣把魔芋種植在林下或套種以節(jié)省有限的土地資源。在這種條件下，土壤缺磷是作物生產(chǎn)的限制因素之一[3]。磷又是不可再生的資源，全球磷礦資源有限。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，預(yù)測(cè)全球磷礦資源將在50～100年內(nèi)面臨耗竭的危險(xiǎn)。已有很多研究表明，不同物種、品種、種源及無(wú)性系之間對(duì)磷的利用效率存在顯著的差異，高磷效品種具有自身特有的低磷適應(yīng)機(jī)制，在整個(gè)農(nóng)林業(yè)面臨著土地資源有限、大量施肥帶來(lái)資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的情況下，開展魔芋低磷脅迫研究、充分發(fā)揮魔芋自身潛力、改良魔芋磷素營(yíng)養(yǎng)性狀，是提高魔芋對(duì)土壤磷吸收利用的一個(gè)重要途徑。尤其是在喀斯特區(qū)域開展魔芋低磷脅迫研究，將為地區(qū)魔芋高磷效率品種篩選壓力、指標(biāo)和磷脅迫程度評(píng)價(jià)指標(biāo)等積累資料，為發(fā)掘魔芋自身的高效磷利用能力、提高魔芋磷利用效率、促進(jìn)魔芋低磷育種和栽培管理技術(shù)升級(jí)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和降低魔芋生產(chǎn)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

植物在低磷脅迫時(shí)，其在性狀以及生理生化等方面均會(huì)發(fā)生變化，最終將會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)而影響植株的生物產(chǎn)量[4-7]。研究發(fā)現(xiàn)，低磷對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有影響，能夠增加葉片與根系中淀粉含量，植物地上部和根系的生長(zhǎng)均明顯減緩[8]。在逆境脅迫時(shí)（如干旱、鹽分、污染物等），可溶性蛋白的合成也會(huì)受到抑制或促進(jìn)[9-10]。另外，逆境脅迫也會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)發(fā)生改變，如過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）及超氧化物歧化酶（SOD）等活性提高[11-13]。我國(guó)學(xué)者研究了不同植物包括玉米[14]、松樹[15]、番茄[12]、油茶[16]、馬鈴薯[17]等的磷利用情況，將一些生理生化特點(diǎn)作為評(píng)價(jià)和篩選耐低磷品種的指標(biāo)。但是魔芋的耐低磷篩選指標(biāo)的研究目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而魔芋又是貴州喀斯特山區(qū)分布較廣的經(jīng)濟(jì)作物，種質(zhì)資源豐富，目前還缺乏對(duì)這些資源在不同磷脅迫下生長(zhǎng)狀況和生理特征方面的研究。為此，本試驗(yàn)選擇貴州喀斯特山區(qū)農(nóng)戶種植的不同基因型的魔芋為試驗(yàn)材料，以前期獲得的盆栽組培苗為研究對(duì)象，探討不同磷水平對(duì)不同基因型魔芋在生長(zhǎng)狀況、根、莖、葉、葉片可溶性蛋白含量、淀粉含量、酶活性方面的影響，以期為魔芋磷高效資源的篩選和評(píng)價(jià)指標(biāo)提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料來(lái)源于貴州師范學(xué)院組培實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的花魔芋、白魔芋組培苗。

1.2試驗(yàn)方法

選擇大小一致的組培苗，洗去根部粘連的培養(yǎng)基，用1%次氯酸鈉溶液消毒10 min左右，再用去離子水沖洗2～3次，栽培在基質(zhì)中統(tǒng)一煉苗。然后選擇整齊度均勻的幼苗室外盆栽，塑料盆大小為30 cm×25 cm，每盆裝沙、蛭石、珍珠巖，按照1 ∶[KG-*3]1 ∶[KG-*3]1進(jìn)行混合；設(shè)置2個(gè)磷素水平[低磷（1.0 μmol/L磷酸二氫銨）、高磷（1.0 mmol/L磷酸二氫銨）]；定期定量地進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液澆灌管理。營(yíng)養(yǎng)液組分濃度：4.0 mmol/L硝酸鈣、5.0 mmol/L硝酸鉀、2.0 mmol/L硫酸鎂、1.0 mmol/L磷酸二氫銨、0.1 mmol/L EDTA-Fe、0.01 mmol/L氯化錳、0001 mmol/L硫酸銅、0.001 mmol/L硫酸鋅、0.033 mmol/L硼酸、0.000 2 mmol/L鉬銨酸；低磷的營(yíng)養(yǎng)液中磷酸二氫銨濃度為1.0 μmol/L，缺少的氮以硝酸銨補(bǔ)齊。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)（單位：盆），每個(gè)重復(fù)20盆。待魔芋葉片全展開后取樣測(cè)定。

1.3指標(biāo)測(cè)定

每個(gè)重復(fù)取1株，用去離子水洗凈，吸水紙吸凈表面水分，測(cè)定株高、根長(zhǎng)、莖粗，計(jì)算葉面積，再將植株分為地上部、地下部2個(gè)部分，分別稱質(zhì)量。然后將樣品用液氮處理5 min左右，保存于-80 ℃冰箱中備用。魔芋CAT、SOD活性測(cè)定參考蘇賀等方法[18]；用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量；POD活性測(cè)定參照李合生的方法[19]。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理采用Excel 2003 軟件，采用SPSS18.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同磷處理對(duì)魔芋生長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，本試驗(yàn)中魔芋的7個(gè)性狀中只有株高和根長(zhǎng)受魔芋基因型影響，達(dá)顯著或極顯著差異，其他幾個(gè)性狀與基因型無(wú)關(guān)。磷水平對(duì)魔芋地下鮮質(zhì)量沒有影響，其他幾種性狀均受磷水平的影響，分別達(dá)到了顯著或極顯著水平。試驗(yàn)中7個(gè)性狀均受基因型和磷水平交互作用的影響，分別達(dá)到了顯著或極顯著水平。

由表2可知，株高在高磷水平下均高于低磷水平，同一磷水平下不同基因型間差異達(dá)到顯著或極顯著水平；根長(zhǎng)在低磷條件下，明顯高于正常供磷的水平；根冠比在低磷水平差異顯著；其余性狀差異均沒有達(dá)到顯著水平。

3結(jié)論與討論

磷是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，可參與植物的光合作用、呼吸代謝、能量轉(zhuǎn)化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物大分子合成以及酶活性的調(diào)節(jié)等，在植物整個(gè)新陳代謝過程中扮演著十分重要的角色[20]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外界磷有效性較低時(shí)，植物能夠?qū)⒏嗟奶荚捶峙涞礁?，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，提高根冠比[21]。在本試驗(yàn)中，低磷條件下魔芋根系長(zhǎng)度明顯高于正常供磷水平；而低磷處理的根冠比要比正常供磷的處理大，但是差異沒有達(dá)到顯著水平。除此之外，全展葉葉面積對(duì)魔芋生物量的影響具有決定意義。在低磷條件下，花魔芋葉面積、莖粗、地上鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量、可溶性蛋白含量以及淀粉含量均高于白魔芋，花魔芋表現(xiàn)出磷高效利用能力。

輕微逆境能刺激保護(hù)酶系統(tǒng)活性的提高，且在不同植株體內(nèi)反應(yīng)能力不同[22]。本試驗(yàn)中，魔芋基因型極顯著地影響SOD活性，顯著影響POD活性，但是對(duì)CAT活性沒有顯著影響。磷水平對(duì)SOD、POD活性均達(dá)到了極顯著的影響水平，對(duì)CAT酶活性沒有顯著影響?；蛐团c磷水平二者交互作用對(duì)3種酶活性影響不顯著。但是低磷水平時(shí)，花魔芋中只有POD活性高于白魔芋，而SOD活性變化不大，差異不顯著，這說(shuō)明基因型對(duì)氧化酶活性的影響要高于磷水平的影響。低磷脅迫程度不同的魔芋葉片中酶活性的變化幅度不一致，表明保護(hù)酶的絕對(duì)活力與低磷脅迫無(wú)關(guān)，而變化幅度與低磷脅迫有關(guān)。這與王晶等在番茄中低磷脅迫結(jié)論一致[12]。

本試驗(yàn)根據(jù)不同磷水平，觀察不同基因型的2種魔芋的生長(zhǎng)狀況、根系長(zhǎng)度和氧化酶活性變化，證實(shí)花魔芋具有很強(qiáng)的耐低磷脅迫能力及特性，對(duì)今后進(jìn)一步深入研究花魔芋耐低磷脅迫的分子機(jī)理和將其作為磷高效種質(zhì)資源加以利用提供了重要的線索和依據(jù)。

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