新疆冬小麥品種苗期磷效率差異研究

周廣威，張少民

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物 生理生態(tài)與耕作重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830091）

磷是小麥生長過程中需要的大量元素之一，在小麥生長發(fā)育和新陳代謝中起著不可替代的作用。土壤中磷素缺乏尤其是土壤中能夠為作物所利用的有效磷缺乏，成為限制小麥產(chǎn)量提高的主要因素［1］，使用磷肥可以解決這個問題，但由于農(nóng)田長期施磷肥和磷礦石資源的開采，世界上可開采的高品位磷礦將在35年左右用盡［2］。而未來如果沒有新的磷礦發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的磷礦資源終將在未來180余年內(nèi)耗竭殆盡［3］。

在小麥生產(chǎn)中一般需要施用大量磷肥，但磷肥當(dāng)季利用率低，而且過度施用磷肥是水生生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的主要原因［4］，造成了資源浪費和環(huán)境問題，因此，發(fā)掘小麥磷高效利用的遺傳潛力，從作物品種資源中發(fā)掘耐土壤低磷或?qū)ν寥离y溶性磷有較強吸收利用能力的種質(zhì)，選育對土壤磷高效的品種，將大大降低資源消耗和農(nóng)業(yè)成本，減少環(huán)境污染，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

小麥磷高效基因型的篩選是小麥磷高效育種及低磷脅迫分子機制研究的重要基礎(chǔ)［5］。關(guān)于不同小麥基因型品種磷效率類型及評價方法的相關(guān)研究有很多［6-7］，陽顯斌等［8］研究了小麥不同品種在低磷水平下生物量和磷濃度等的差異，以篩選磷高效利用小麥品種。李春艷等［9］研究結(jié)果表明，植株磷積累量和干物質(zhì)重等可以作為小麥苗期耐低磷基因型快速篩選的指標(biāo)。前人關(guān)于小麥磷效率的研究較多，但有關(guān)新疆不同冬小麥品種的磷效率研究較少，因此，本研究采用32個新疆自育冬小麥為材料，進行磷營養(yǎng)效率鑒定，以期為新疆冬小麥生產(chǎn)和遺傳育種提供理論 指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所提供的32個新疆冬小麥品種，分別為新冬 1號、新冬2號、新冬4號、新冬5號、新冬6號、新冬7號、新冬9號、新冬12號、新冬13號、新冬14號、新冬16號、新冬17號、新冬18號、新冬19號、新冬20號、新冬22號、新冬23號、新冬24號、新冬26號、新冬27號、新冬28號、新冬32號、新冬33號、新冬35號、新冬41號、新冬46號、新冬49號、新冬50號、新冬51號、新冬52號、新冬53號、新冬 57號。

1.2 試驗設(shè)計

采用蛭石澆灌營養(yǎng)液法進行盆栽試驗，每個品種設(shè)置2個磷素處理水平，為低磷P2O5（KH2PO4）5 mg/kg和高磷P2O5（KH2PO4）178 mg/kg處理，分別用LP和HP表示，每個處理3次重復(fù)，共192個處理。每盆裝80 g蛭石，在播種前每盆均加入了1/4濃度的營養(yǎng)液（每盆共加入50 mL營養(yǎng)液），澆灌營養(yǎng)液后蛭石中養(yǎng)分含量為：Ca（NO3）250 mg/kg，KNO350 mg/kg，KCl 50 mg/kg，MgSO450 mg/kg，P2O5（KH2PO4） 5 mg/kg，微量元素5 mg/kg和鐵鹽5 mg/kg。

試驗于2019年3月9日播種，每盆播種4粒，定苗2株，試驗初期每2～3 d用蒸餾水澆灌，保持含水量一致，播種12 d后開始澆灌營養(yǎng)液。高磷處理每次澆灌營養(yǎng)液后蛭石中養(yǎng)分含量為：Ca（NO3）2200 mg/kg，KNO3200 mg/kg，KCl 200 mg/kg，MgSO4200 mg/kg，P2O5（KH2PO4） 178 mg/kg，微量元素20 mg/kg和鐵鹽20 mg/kg（每隔4～5 d澆灌一次，共分5次進行，每次加入40 mL營養(yǎng)液，5次共加入200 mL營養(yǎng)液）。低磷處理不添加P2O5（KH2PO4），其余培養(yǎng)介質(zhì)中養(yǎng)分含量與高磷處理一致。在播種35 d后進行取樣 測定。

1.3 樣品采集與測定

取0.1 g葉片剪碎，利用95%乙醇浸提，至葉片完全失綠，用酶標(biāo)儀比色測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、葉綠素a/葉綠素b及類胡蘿卜素含量。鮮樣經(jīng)105℃殺青，70℃烘干至恒重，分別測定地上部干物質(zhì)重，粉碎消煮后采用凱氏定氮法測定植株含氮量，鉬銻抗比色法分析植株含 磷量［10］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)計算和繪圖使用Excel 2003軟件進行。方差分析和聚類分析采用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件 進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷累積量及干物質(zhì)重

在低磷處理條件下，新冬9號品種的氮累積量、磷累積量和干物質(zhì)重均為最低，新冬51號品種氮累積量最高，新冬5號品種磷累積量最高，新冬1號的干物質(zhì)重最大（表1）。而高磷處理條件下，新冬4號的氮累積量最大，而磷累積量和干 物質(zhì)重為新冬52號最大，新冬57號品種氮累積量最低，新冬20號磷累積量最低，干物質(zhì)重為新冬6號最小。高磷處理與低磷處理氮累積量在新冬33號、49號和57號品種之間沒有顯著性差異，其他品種高磷處理均顯著高于低磷處理。新冬7號小麥磷累積量在低磷和高磷處理無顯著性差異，其他品種均表現(xiàn)為高磷處理高于低磷處理。15個新疆冬小麥品種（新冬1號、新冬2號、新冬 7號、新冬12號、新冬20號、新冬22號、新冬23號、新冬32號、新冬33號、新冬41號、新冬46號、新冬49號、新冬50號、新冬51號、新冬57號）的干物質(zhì)重在高磷與低磷處理沒有顯著差異，其余品種干物質(zhì)重均為高磷處理高于低磷 處理。

2.2 葉綠素含量

不同磷水平下新疆冬小麥品種葉綠素含量見 表2。低磷處理葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量為新冬1號和新冬5號最低，低磷處理葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量為新冬6號最大，高磷處理葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量為新冬5號最大，新冬1號最小。13個新疆冬小麥品種（新冬1號、新冬2號、新冬5號、新冬17號、新冬22號、新冬24號、新冬32號、新冬33號、新冬35號、新冬41號、新冬51號、新冬52號、新冬53號）葉綠素總量高磷處理顯著高于低磷處理，其余品種在高磷與低磷處理之間差異不顯著。葉綠素a/葉綠素b在低磷條件下，新冬22號最大，新冬28號最小，在高磷條件下，新冬6號最大，新冬33號最小，葉綠素a/葉綠素b均為低磷處理高于高磷處理，或與高磷處理差異不顯著。

2.3 類胡蘿卜素含量

在低磷條件下，新冬6號冬小麥品種類胡蘿卜含量顯著高于除新4號和新冬46號外的其他品種，新冬5號冬小麥品種類胡蘿卜素含量最低（表3）。在高磷條件下，新冬5號冬小麥品種類胡蘿卜素含量顯著高于其他品種，新冬9號和新冬57號品種類胡蘿卜素含量最低。新冬2號、5號、24號、41號和53號冬小麥品種均為高磷處理顯著高于低磷處理，新冬6號、27號和46號均為高磷處理顯著低于低磷處理，其余品種在低磷和高磷處理沒有顯著差異。

表1 不同磷處理下新疆冬小麥品種氮、磷累積量及干物質(zhì)重

表2 不同磷處理下新疆冬小麥品種葉綠素含量

表3 不同磷處理下新疆冬小麥品種類胡蘿卜素含量 （mg/g）

2.4 聚類分析

采用SPSS 20.0中系統(tǒng)聚類法中組間聯(lián)接平方歐式距離對小麥磷累積量進行聚類分析，結(jié)果見 圖1。從圖1a中可以看出，在距離為5時把32個供試品種劃分為4大類，分別為類群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中類群Ⅰ中27個品種（新冬4號、新冬14號等），類群Ⅱ中3個品種（新冬33號、新冬41號等），類群Ⅲ中1個品種（新冬5號），類群Ⅳ中1個品種（新冬7號）。從圖1b中可以看出，在距離為10時把32個供試品種劃分為4大類，分別為類群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中類群Ⅰ中14個品種（新冬1號、新冬22號等），類群Ⅱ中9個品種（新冬19號、新冬28號等），類群Ⅲ中2個品種（新冬4號、新冬53號），類群Ⅳ中7個品種（新冬26號、新冬41號等）。

圖1 不同磷處理下新疆冬小麥品種磷累積量聚類分析

根據(jù)聚類分析的結(jié)果按每個類群磷累積量的平均值由小至大排列重新分群（表4）。低磷處理類群Ⅳ新冬5號為耐低磷品種且低磷高效品種，類群Ⅲ新冬7號為較耐低磷品種且低磷較高效品種，類群Ⅱ的品種為中等耐低磷品種且低磷中效品種，類群Ⅰ的品種為不耐低磷品種且低磷低效品種。高磷處理類群Ⅰ為高磷低效品種，類群Ⅱ為高磷中效品種，類群Ⅲ為高磷較高效品種，類群Ⅳ為高磷高效品種。綜合分析來看，新冬4號和新冬53號既為高磷高效品種又為磷敏感品種，高磷后磷累積量均值增加幅度最大；新冬5號既為低磷高效品種又是耐低磷品種；新冬9號、新冬18號、新冬19號、新冬28號、新冬33號、新冬35號、新冬49號和52號為高磷較高效品種；新冬6號、新冬12號、新冬20號、新冬23號、新冬24號、新冬26號品種為磷低效品種。

表4 不同磷處理下新疆冬小麥品種磷累積量聚類結(jié)果 （mg/盆）

3 討論

小麥對于磷素的吸收、積累及利用存在較大的品種差異，而施磷和不施磷對于品種的生物量及磷素累積量都有顯著差異［11］，本研究中高磷后小麥地上部干重為17個品種高于低磷，而15個品種之間沒有顯著性差異，李春艷等［9］、楊瑞吉等［12］的研究結(jié)果表明有5個基因型在低磷條件下地上部干重大于高磷條件下的干重，說明不同基因型小麥利用磷素來增加地上部干重的效率不同，低磷條件導(dǎo)致根冠比變化，光合產(chǎn)物分配到地下的比例高，促使根系發(fā)達，使獲得的磷素增加。作物葉片葉綠素含量可以有效反應(yīng)植物的光合特性［13］，有研究表明施用磷肥可提高葉片葉綠素含量［14］，本研究表明32個品種中，有19個品種高磷增加了小麥葉綠素含量，其余品種沒有差異，原因可能是部分基因型小麥品種在苗期對磷的利用效率不同，進而影響了小麥的葉綠素含量。

選育耐低磷、磷高效品種是解決作物磷素利用率低的有效途徑之一［15］，大量研究表明營養(yǎng)液中KH2PO4濃度0.005～0.01 mmol/L為低磷水平［16-17］，也有相關(guān)研究以不施磷肥作為低磷脅迫來篩選磷高效品種，基礎(chǔ)土壤速效磷含量在6.7［18］和9.22 mg/kg［11］。有研究表明耐低磷基因型品種在各項測定指標(biāo)的綜合表現(xiàn)良好，能夠很好地適應(yīng)低磷脅迫條件［19］。本研究將全株磷累積量和地上部干重作為鑒定耐低磷基因型和磷高效基因型品種的苗期篩選指標(biāo)，龔絲雨等［20］和本研究的評價方式相似，低磷條件下磷累積量和干物質(zhì)重大，則為耐低磷且低磷高效品種，而高磷條件磷累積量較高，則為高磷高效品種，本研究篩選出新冬5號為耐低磷品種，此品種在低磷條件下干物質(zhì)重和磷累積量相對于其他品種都較高，能夠更好地適應(yīng)低磷脅迫。

有研究表明施磷能顯著增加小麥氮累積量［21］，本研究表明高磷與低磷小麥品種之間氮累積量差異顯著，有3個品種施磷沒有顯著增加氮累積量，其余品種施磷均顯著增加了小麥氮累積量，說明不同基因型小麥利用磷來增加氮的效率不同。施磷后，磷高效品種的干物質(zhì)重和磷累積量都高于磷低效品種，這也與吳沂珀等［22］的研究結(jié)果一致，并且磷高效品種的干物質(zhì)重及磷累積量的增幅也高于磷低效品種，刁超朋等［23］的研究也表明施肥后，高磷組的生物量與氮磷吸收量增幅均高于低磷組，這表明磷高效品種對于磷的響應(yīng)更加敏感。

4 結(jié)論

不同基因型小麥品種苗期在施磷和低磷條件下葉綠素含量、干物質(zhì)重和氮磷累積量差異顯著。32個品種中，新冬4號和新冬53號既為高磷高效品種又為磷敏感品種，新冬5號既為低磷高效品種又是耐低磷品種，施磷與否對于新冬5號的葉綠素含量影響最大；新冬9號、新冬18號、新冬19號、新冬28號、新冬33號、新冬35號、新冬49號和新冬52號為高磷較高效品種；新冬6號、新冬12號、新冬20號、新冬23號、新冬24號、新冬26號品種為磷低效品種。