不同磷水平对伸长期甘蔗栽培原种干物质积累的影响

樊 仙，崔雄维，刀静梅，刘少春，应雄美，陆 鑫，张跃彬，郭家文

（云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室，开远 661600）

磷是植物生长发育不可缺少的营养元素，而自然土壤中磷的有效性很低，不能满足植物最佳生长的需要。据统计，全世界约有43%的耕地缺磷[1]，而我国有2/3的耕地缺磷[2]，因此磷是限制作物生长的主要养分因子之一。长期以来我国主要以施用化学磷肥来提高土壤有效磷含量，提高作物产量，然而大量的磷肥施入土壤中后，当季利用率只有10%～25%，余下75%～90%的磷被固定在土壤中，造成磷肥的损失和利用率不高，同时也造成农业生产成本增高、土壤污染严重、农业生态环境破坏等问题。而用于生产磷肥的磷矿石是一种不可再生的有限资源，据估计，到1997年，全世界已探明的适于磷肥生产的磷矿贮备最多只能维持50年[3]。因此，农业生产中磷的利用现状，迫使人们另辟新径，以改善土壤缺磷状况。大量研究证明，土壤中潜在磷含量很高[4]，而植物对土壤中潜在磷素的吸收利用存在广泛的遗传多样性。如何挖掘植物自身利用土壤有机磷的潜力，解决磷肥供应不足等问题，已成为目前研究的热点之一。

甘蔗（Saccharum officinarum L.），属C4作物，具有生长周期长、产量高、消耗养分多等特性。不仅是我国重要的糖料作物，也是重要的能源作物和饲料作物。本研究选用盆栽试验，研究不施磷和高磷处理对10份甘蔗栽培原种在伸长期对根系和茎叶干物质的影响，为进一步研究快速筛选磷高效基因型甘蔗提供筛选指标和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2010年在云南省农业科学院甘蔗研究所试验基地内进行。试验选用国家甘蔗种质资源圃（云南开远）保存的10份甘蔗栽培原种为供试材料。 具体为 （均为种质资源全国统一编码）：CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002、AO0003、AO0005。

供试土壤为酸性低磷红壤，土壤基础养分状况为：pH 7.59，全氮含量0.07%，碱解氮含量27.05 mg/kg，有效磷3.11mg/kg。采用盆栽土培试验，盆钵为黑色塑料桶（桶高25cm，上沿直径30.8cm，底面直径23.9cm），每桶装晒干后充分混匀的土壤10kg，取甘蔗中上部茎节，砍成长3cm左右的单芽苗，用多菌灵浸种30min后种入桶中，每桶种两个单芽苗。试验设不施磷（P0）和高磷（P 0.75g/kg）两个处理，3次重复。各处理都在出苗整齐后施肥，且氮和钾用量相同，分别为N 0.78 g/kg和K2O 0.488 g/kg。氮、磷、钾肥料分别为尿素（含N 46%）、普钙（含P2O516%）和硫酸钾（含K2O 50%），隔1天定量浇水1次。2010年2月22日种植，2010年4月8日使用特丁硫磷颗粒剂（5%）防治甘蔗螟虫及地下害虫，2010年6月29日收获。分地上部分（茎叶）和地下部分（根系）收取，根系用水冲洗干净，105℃杀青30min，70℃烘干至恒重，具体方法参考《土壤农业化学分析方法》[5]。

1.2 数据处理

试验数据均采用Excel 2003和SPSS17.0软件进行统计分析。

2 结果分析

2.1 不同磷水平对甘蔗株高的影响

品种的生长进程可以反映出其生长速率。两个施磷水平下10个甘蔗栽培原种的株高存在显著差异（表1）。在低磷胁迫与高磷处理下10个甘蔗栽培原种的株高均表现相同趋势，即高磷处理下甘蔗株高均高于低磷胁迫（除6月28日测量的AO0111），且各品种间株高已表现出有一定差异性，均达到显著水平。低磷和高磷处理两种情况下，伸长期前期 （5月 11日），AO0005的株高显著高于其它品种，高磷处理较低磷处理的增加幅度为7.89%～41.98%，增长幅度较大，说明在伸长期前期甘蔗均能有效利用磷肥中的磷素；伸长期后期（6月28日），AO0107与AO0005的株高均显著高于其余品种，高磷处理较低磷处理的增加幅度为-8.96%～41.40%，多数品种增幅较小，且AO0111为负增长，说明伸长期后期甘蔗株高生长在高磷处理下到达相对较高水平，且基因型间存在差异。

表1 不同磷水平对甘蔗株高的影响

2.2 低磷胁迫对不同基因型甘蔗干物质积累的影响

伸长期不同基因型甘蔗干物质积累量，能在一定程度上反映甘蔗基因型间对养分的吸收、转运以及利用效率。从表2可以看出，同一甘蔗栽培原种地上部干重在磷胁迫与施磷水平下均表现相同趋势，且除AO0005外，甘蔗施磷水平地上部分干物质积累均高于低磷胁迫下。低磷胁迫导致甘蔗栽培原种地上部干重下降，且基因型间差异明显。通过同一品种在低磷胁迫和高磷处理下所表现的差异看，AO0005显著高于其余品种。有研究发现，在低磷胁迫环境下植物常常为寻求磷源，根系发育增强，根系伸长，侧根的长度和密度都增加，以加强对磷的吸收利用[6－7]。由表2可知，10个甘蔗栽培原种在低磷胁迫与高磷处理下地下部分干物质积累具有一定的差异，CO0017、AO0107、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002 和 AO0003 在施磷水平下的地下部分干物质量高于其低磷处理。而AO0108和AO0005地下部分干物质量在高磷处理下略低于低磷胁迫。低磷胁迫下，作物植株的地上部分的光合产物向地下部分分配比例增加，以促进根系生长[8]。同一甘蔗栽培原种在低磷胁迫与高磷下地下部分干物质积累量均达到显著水平。干物质分配过程在一定程度上影响着植物的生长速度、生长模式、获取资源能力以及形态建成等[9]。同一甘蔗栽培原种生物总量在低磷胁迫与高磷处理下均表现相同趋势，且除AO0005外，甘蔗高磷处理下生物总量干物质积累均高于低磷胁迫，低磷胁迫导致甘蔗栽培原种生物总量干重下降，且基因型间有显著差异；低磷胁迫下，AO0005生物总量显著高于其余品种，高磷处理下，AO0005显著高于AO0109、AO0001和AO0002。

表2 不同磷水平对甘蔗生物量的影响（干重）

根冠比是影响作物养分吸收效率的重要因子，大量研究表明[10-12]，根冠比增大被认为是植物对低磷胁迫适应和耐低磷能力的标志之一。根冠比可以从另一个侧面表现出不同基因型甘蔗品种对低磷的反应。从表2还可以看出，10种不同基因型甘蔗栽培原种的根冠比在不同磷处理下各不相同，均为显著差异。在本试验中，同一基因型甘蔗根冠比随施磷量的增加表现各不相同，CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110和AO0001随着施肥量的增加而降低。磷胁迫抑制地上部分干物质积累量增加，有效利用土壤中的磷素，促进光合产物向地下分配，使地下部分干物质积累量增加。这与孙海国，张恩和等的研究是一致的，在缺磷胁迫条件下，作物植株的同化物向根部的分配比例增加，以促进根系的生长，同时相对地抑制地上部分生长[12-15]。高磷处理下，AO0111、AO0002、AO0003和AO0005的根冠比明显高于低磷胁迫，这表明随土壤中磷素营养改善，甘蔗体内磷代谢逐渐增强，进一步协调了甘蔗的生理机制和物质运转。不同的甘蔗品种对磷的需求量不同，适宜的磷肥施用能够促进甘蔗的生长发育，但不同的品种间存在差异。同时也表明当存在养分等外界因素胁迫时，因甘蔗地上部与根系间产生对光合产物的竞争而导致根冠比的变化。

3 结论

不同植物以及同一植物的不同品种其利用磷营养的基因型差异广泛存在[3]。本研究可以得出伸长期10个甘蔗栽培原种在低磷胁迫和高磷处理下甘蔗株高、生物量干物质积累和根冠比的变化均表现出一定的基因型，这与前人研究结果一致。结果表明AO0005的株高均极显著高于其余品种，而生物量随供磷水平的变化与品种有很大的关系[16-18]，并不是每个供试品种的生物量都随着供磷水平的升高而增大。不同甘蔗品种对磷的需求量不同，适宜的磷肥施用能够促进甘蔗的生长发育，过多的施用不仅浪费肥料甚至还可能对甘蔗的生长不利。通过对低磷胁迫下甘蔗根冠比的分析得出，CO0017和AO0108对磷素反应最敏感，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种，这有待于对其磷素吸收、利用效率的进一步研究。

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