耐低磷水稻基因型筛选指标的研究

采用溶液培养试验,并结合大田试验,研究和探讨了耐低磷水稻基因型的筛选指标.结果表明,溶液培养试验中,在正常供磷和低磷胁迫条件下,在所有调查性状中水稻单株干重都具有较大的基因型间变异(CV分别为21.73%和19.54%).在所有调查性状的相对值中,相对单株干重(低磷胁迫/正常供磷)也具有较大的基因型间变异(CV为19.60%);相关分析表明,相对单株干重与相对根干重、相对株高、相对单株吸磷量、相对地上部磷积累、相对磷利用效率和相对植株磷浓度均呈极显著正相关(P＜0.01).因此,水稻相对单株干重可以作为苗期筛选水稻耐低磷基因型的一个筛选指标.溶液培养试验中水稻的相对单株干重和大田试验中水稻的相对稻谷产量(不施磷/施磷)没有显著相关性,因此溶液培养试验的相对单株干重不能作为评价大田试验中水稻耐低磷能力的指标.低磷营养液培养的水稻体内磷利用效率与缺磷土壤生长的水稻体内磷利用效率呈极显著正相关.因此,直接以低磷营养液培养水稻苗期体内磷利用效率作为筛选指标,然后进行大田试验验证,是一条筛选水稻磷高效利用基因型的有效途径.     

不同磷效率小麦品种的磷吸收特性

在丰磷、缺磷条件下,对不同磷效率小麦品种的磷吸收特性进行研究。缺磷条件下,不同磷效率品种成熟期的植株全磷量和生育中后期（挑旗-成熟期）植株磷累积量均以磷高效品种最高,中效品种次之,低效品种最低。不同磷效率品种拔节期、挑旗期和成熟期的磷利用效率差异较小。表明磷高效小麦品种在缺磷条件下子粒产量形成能力的提高。与生育中后期植株具有相对较强的磷素吸收能力有关。缺磷条件下,不同磷效率品种在生育中后期的根系TTC还原力和可溶蛋白含量也以高效品种最高,中效次之,低效最低。表明磷高效小麦品种植株生育中后期根系具有较强的生理功能,是其在缺磷务件下吸磷量增加、产量相对明显提高的重要生理基础。研究表明,不同磷效率小麦品种在磷胁迫条件下的根系酸性磷酸化酶（APase）活性存在显著差异,并在小麦磷吸收效率的调控中具有重要作用。     

低磷和干旱胁迫对大豆植株干物质积累及磷效率的影响

土壤缺磷和季节性干旱已经成为南方酸性红壤地区大豆生产的主要限制因素之一。选取2个大豆品种巴西10号(磷高效)和本地2号(磷低效),研究其在不同磷素(0,15, 30 mg/kg P)和水分处理(分别在开花期和结荚期进行干旱胁迫)下的反应,从植株生物量、叶绿素含量、磷效率指标等方面研究不同基因型大豆对水磷耦合胁迫的适应机制。研究结果表明,随着土壤磷素水平的增加,两个品种的生物量和叶片叶绿素含量显著增加,根冠比则显著下降。在同一磷素水平处理下,干旱胁迫则导致较高的根冠比,对叶片叶绿素含量影响不大,两个品种表现一致。两个基因型大豆受到干旱胁迫后,其产量均显著低于正常水分处理。中等施磷能显著提高两个大豆品种的产量,但高磷处理对产量的增加幅度有限,甚至高磷处理还造成本地2号减产。巴西10号的产量随土壤中磷素的增加而增加,而本地2号的产量则为中磷>高磷>低磷,不管是磷处理还是水分处理,巴西10号的产量均高于本地2号。无论是花期干旱还是结荚期干旱,巴西10号和本地2号的根磷效率比、磷吸收效率及磷转移效率均随土壤磷浓度的增加而增加,磷利用效率则降低。总体上来讲,巴西10号的磷吸收效率和利用效率高于本地2号,而根磷效率比、磷转移效率则小于本地2号。     

低磷条件下不同基因型小麦幼苗对磷的吸收和利用效率及水分的影响

 选用在土壤磷水平为5～7mgP·kg-1土的条件下筛选出来的不同磷效率的4个冬小麦品种,采用盆栽试验研究了有效磷为3．2mgP·kg-1土时的磷效率、磷吸收效率、磷利用效率及土壤水分对这些指标的影响。结果表明：在有效磷很低的土壤上,“磷高效”品种小偃54和81(85)5—3—3—3在幼苗期并未表现出较高的磷效率。尽管这两个品种的磷吸收效率显著地高于NC37和京411,但由于它们的磷利用效率相对低于京411,从而使磷效率并未显著地提高。土壤水分对4个品种的磷吸收效率和利用效率均有显著影响。     

小麦不同品种磷效率比较和评价的生化指标研究

对河北省的30个小麦品种的磷效率特征和评价的生化指标进行了研究。结果表明,供试品种在缺磷（-P）条件下的单株干重具有显著差异,供试品种-P下的磷效率可划分为高效、较高效、中效和低效等4种类型。-P处理下,单株干重和单株磷累积量随着供试品种磷效率的增大呈增加趋势;随着磷效率增大,超氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性逐渐增加,丙二醛（MDA）含量则逐渐降低。相关分析和回归分析表明,单株干重和单株磷累积量分别与SOD活性和CAT活性呈极显著和显著正相关,与MDA含量呈极显著负相关,表明SOD活性和MDA含量可作为缺磷奈件下评价小麦品种磷效率的生化评价指标。     

不同磷效率小麦品种对缺磷胁迫反应的比较

在营养液培养条件下,以根据相对产量为指标筛选出的6个不同磷效率的小麦(Triticum aestivum L.)品种为材料,对其苗期在缺磷条件下生长、根冠磷含量及其分配,以及叶片韧皮部汁液中磷浓度等进行了比较研究。结果表明,缺磷抑制植株地上部生长,但刺激根系生长,导致植株根／冠比增加。无论在供磷或缺磷条件下,磷高效品种的根冠生长速率都低于磷低效品种。缺磷导致植株体内的磷含量下降与根系相比,地上部磷含量的下降速率更快。但在缺磷条件下,不同磷效率的小麦品种根冠间的磷分配变化没有差异。研究发现,在正常供磷条件下,磷高效小麦品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较低,而磷低效品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较高。但开始缺磷后,磷高效品种的叶片韧皮部汁液中的磷浓度下降较慢,使其相对磷浓度较高。缺磷后10天,磷低效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的35．9％,而磷高效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的59％。     

不同磷效率小麦品种对缺磷胁迫反应的比较

在营养液培养条件下,以根据相对产量为指标筛选出的6个不同磷效率的小麦(Triticum aestivum L.)品种为材料,对其苗期在缺磷条件下生长、根冠磷含量及其分配,以及叶片韧皮部汁液中磷浓度等进行了比较研究.结果表明,缺磷抑制植株地上部生长,但刺激根系生长,导致植株根/冠比增加.无论在供磷或缺磷条件下,磷高效品种的根冠生长速率都低于磷低效品种.缺磷导致植株体内的磷含量下降与根系相比,地上部磷含量的下降速率更快.但在缺磷条件下,不同磷效率的小麦品种根冠间的磷分配变化没有差异.研究发现,在正常供磷条件下,磷高效小麦品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较低,而磷低效品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较高.但开始缺磷后,磷高效品种的叶片韧皮部汁液中的磷浓度下降较慢,使其相对磷浓度较高.缺磷后1 0天,磷低效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的35.9%,而磷高效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的59%.     

缺磷条件下不同水稻品种磷素吸收特性的研究

缺磷条件下,供试粳稻品种植株的单株鲜重、干重、全磷含量和单株磷累积量等具有较大差异,从中筛选出磷高效品种TP309和优质8号,其中TP309较磷低效品种早88-1的全磷含量和单株磷累积量分别增加37.50%~40.00%和82.76%~102.00%。单株根数、平均根长和根系体积与单株磷素吸收量的相关程度较小,光合速率(Pn)、叶片可溶蛋白含量和叶片可溶性糖含量均表现为随着吸磷量的增加而不断增大。     

不同磷水平配施生物炭对土壤磷有效性

生物炭在提高土壤磷素有效性及促进作物生长方面具有显著作用,但其效果因土壤类型不同存在较大差异。试验以赤红壤(pH 4.91)和褐土(pH 7.24)为供试土壤,设置3种磷肥水平(0、30、90 kg P·hm^-2,分别以不施磷、低磷、高磷表示)配施稻秆生物炭(0、4%)的大豆盆栽试验,研究了不同磷水平下配施生物炭对土壤磷有效性、磷酸单酯酶活性和植株磷吸收的影响。结果表明: 不同磷水平配施生物炭显著提高了两种土壤的速效磷和全磷含量,且低磷水平添加生物炭处理速效磷增幅最大,在赤红壤和褐土的增幅分别为192.6%和237.1%。与低磷相比,赤红壤中低磷配施生物炭处理的碱性磷酸单酯酶活性显著增加78.9%,活性有机磷含量降低39.3%,同时显著促进了植株生长与磷吸收;生物炭添加显著降低了褐土活性有机磷含量,但不同处理对土壤磷酸单酯酶活性和植株生长无显著影响。土壤活性有机磷含量与速效磷含量均呈显著负相关。综上,生物炭对土壤磷有效性的作用因土壤类型和磷肥水平差异而不同,其在赤红壤上对植株生长和磷吸收的促进效应强于褐土,且在低磷条件下效果更佳。本研究为生物炭在减施磷肥和促进大豆磷吸收,特别是在赤红壤上的应用提供了科学依据。     

水稻苗期磷高效基因型筛选研究

采用难溶性磷酸盐Ca3 (PO4) 2 为唯一磷源 ,在pH值为 5 .5条件下产生相对高浓度低磷胁迫及以NaH2 PO4为磷源配制P浓度为 0 .5mg·L-1的相对低浓度低磷胁迫的两个水培环境 ,分别对不同基因型水稻的磷效率进行评价 .以相对分蘖干重 (RTW )、相对总生物量 (RPW )、相对分蘖数 (RTN)、相对根系干重(RRW )、相对地上部干重 (RSW )、相对叶龄 (RLA)和相对株高 (RPH)作为耐性指标进行相关分析 .结果表明 ,供试材料的磷效率存在极显著差异 ,若以能产生分蘖的相对高浓度低磷胁迫进行筛选时 ,相对分蘖干重、相对地上部干重、相对总生物量可作为较好的筛选指标 ,其中相对分蘖干重不仅与其它指标间的相关性强 ,且品种间差异和变异系数均较大 ,能准确、灵敏地反映不同基因型间的耐低磷胁迫能力 ;若采用相对低浓度的低磷胁迫对不同基因型水稻进行耐低磷种质筛选时 ,筛选指标则不同 ,最好的单一筛选指标应是相对地上部干重或相对总生物量 .     

氮肥处理对氮素高效吸收水稻根系性状及氮肥利用率的影响

2011—2012年在土培条件下,以氮素吸收效率差异较大的15个常规籼稻为供试材料,研究氮肥运筹对不同氮效率品种根系性状、成熟期吸氮量及氮肥利用率的影响,分析影响氮高效水稻氮素吸收的主要根系性状。结果表明:(1)各氮肥处理下,成熟期吸氮量均表现为氮高效品种氮中效品种氮低效品种。适量增施氮肥及基肥+促花肥处理有利于氮高效品种吸氮量的增加,氮素吸收受品种、氮肥处理的显著影响。(2)在施氮量处理下,氮高效品种单株不定根数、单株根干重、单株不定根总长大或较大,单株根活力在常氮(N2)、高氮(N3)处理下有一定的优势;在施氮时期处理下,氮高效品种单株不定根数、单株不定根总长、单株根干重、单株根系总吸收面积、单株根系活跃吸收面积、抽穗期冠根比多数处理有优势;增施氮肥有利于促进氮高效品种单株不定根总长和单株根活力的提高,适量施氮有利于单株不定根数、单株根干重增加,前期施氮可促进不定根的发生和伸长,后期施氮有利于不定根的充实和根系生理性状的提高。此外,增施氮肥可提高各类品种冠根比;(3)在常氮、高氮处理下,氮高效品种氮肥利用率大于氮中效、氮低效品种。(4)提高单株不定根数、单株不定根总长、单株根活力及抽穗期冠根比有利于各类品种吸氮量的提高,增加根干重对氮高效品种吸氮量的提高也有显著的促进作用。结合相关分析与通径分析结果,抽穗期冠根比及单株不定根数、单株根活力、单株不定根总长、单株根干重是影响氮高效品种吸氮能力的主要根系性状。     

不同基因型春小麦对磷胁迫适应性研究

采用盆栽试验,测定了4种基因型春小麦在不同生育期,3种磷水平下植株体内酸性磷酸酶活性、根长、根半径、根干重、根冠比、地上部干重、产量等指标,研究了小麦生长对磷素的利用效率。结果表明：甘春20号对磷素的敏感性在酸性磷酸酶活性、根干重、地上部干重、增产潜力均强于陇春16号、会宁18号和定西33号,是磷高效基因型;高磷对陇春16号的根冠比和根干重影响显著,定西33号和会宁18号的根长较长,因此陇春16号、会宁18号和定西33号仍具有一定的磷素利用潜势。     

施氮量对小麦氮磷钾养分吸收利用和产量的影响

高产条件下研究了不同施氮量对小麦植株氮、磷、钾养分吸收利用及籽粒产量的影响.结果表明,适量施氮可促进小麦植株对氮素的吸收与积累,较高的施氮量不利于起身期之后的氮素积累,致使成熟期小麦氮素积累量未能显著提高;与不施氮肥相比,施氮显著提高植株磷素积累量;随施氮量增加,植株磷素积累量增加不显著;施氮量增加促进小麦生育前期对钾素的吸收积累,在生育后期降低植株钾素的流失.随施氮量增加,籽粒氮素含量呈先增后降的趋势,氮素向籽粒的分配比例趋于降低,植株氮素利用效率无显著变化,氮素收获指数下降;不同施氮处理之间籽粒磷素含量和钾素含量无显著差异,施氮量增加,营养器官钾素含量、钾素积累量和钾素向叶片的分配比例均呈增加趋势;同时,磷素和钾素利用效率降低;不同施氮处理间,植株磷素、钾素收获指数无显著差异.籽粒产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,以施氮195 kg/hm2的处理籽粒产量最高.     

不同菊花品种根系、地上部和叶片相关指标分析及抗逆性评价

采用盆栽法对6个菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)品种幼苗的根系和地上部相关指标及叶片光合和气体交换参数进行了比较和相关性分析;并基于叶片相对含水量、相对电导率、丙二醛含量和可溶性糖含量4个生理生化指标,采用隶属函数法对不同菊花品种幼苗的抗旱性和耐热性进行了评价.结果表明:不同菊花品种间幼苗的根系和地上部相关指标及叶片光合和气体交换参数存在一定差异.相关性分析结果表明:根系的大多数相关指标与株高呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,但与茎粗和单株叶数却没有显著相关性;并且,单株的根体积、根鲜质量和干质量与单株地上部鲜质量呈极显著正相关(相关系数分别为0.598、0.642和0.599),与单株地上部干质量呈极显著或显著正相关(相关系数分别为0.736、0.606和0.553).主根长与净光合速率和蒸腾速率,平均根长与水分利用效率及单株根鲜质量与蒸腾速率呈显著正相关(相关系数分别为0.475、0.517、0.570和0.477);单株根干质量与蒸腾速率及根系活力与净光合速率和水分利用效率呈极显著正相关(相关系数分别为0.641、0.877和0.814).抗逆性评价结果表明:品种'南农红霞'('Nannong Hongxia')、'大白托桂'('Qx073')和'天使'('Angelina')的平均隶属函数值分别为0.93、0.93和0.72,据此判断这3个菊花品种的抗旱性最强;品种'馒头菊'('Cayman')和'南农红霞'的平均隶属函数值分别为0.82和0.70,据此判断这2个菊花品种的耐热性最强.综上所述,不同菊花品种幼苗的根系相关指标差异明显,并且根系生长状况能够影响地上部的生长和发育,品种'南农红霞'的抗旱性和耐热性均很强,具有较高的抗性育种价值.     

不同灌水量对2个蓝浆果品种幼苗生长和耗水规律的影响及相关性分析

以兔眼蓝浆果(Vaccinium ashei Reade)品种'Brightwell'和南方高丛蓝浆果(V.corymbosum hybrids)品种'Misty'为研究对象,研究不同灌水量〔50%WC、75%WC、100%WC(CK)和125%WC〕(WC为单株日耗水量)对幼苗生长、单株耗水量的日变化和月变化、单株净增干质量、总耗水量和水分利用效率的影响,并采用回归分析法对单株月耗水量与月均温和月均空气相对湿度的相关性进行分析.结果显示:随灌水量提高,2个品种幼苗的地径、单株枝长和单株总叶面积的增量总体上均不断增大,但单株枝长增量略有波动;单株根、茎、叶和总干质量总体上均逐渐增大,根冠比则逐渐减小;单株净增干质量和总耗水量均随灌水量提高而增大,而水分利用效率则在50%WC条件下最低、在75%WC条件下最高.在相同灌水量条件下,品种'Misty'幼苗的地径和单株枝长的增量,单株茎、叶和总干质量及水分利用效率基本上均高于品种'Brightwell',而其单株总叶面积增量、单株根干质量、根冠比和总耗水量却基本上低于后者.在7月份至9月份,2个品种幼苗单株耗水量的日变化基本上呈单峰曲线,但其单株耗水量峰值出现的时间段则因品种和灌水量不同而异;在全天不同时间段和不同月份,2个品种幼苗的单株耗水量均随灌水量提高而增大;在相同灌水量条件下,品种'Misty'幼苗的单株耗水量总体上低于品种'Brightwell'.回归分析结果表明:2个品种幼苗的单株月耗水量与月均温呈显著或极显著正相关,与月均空气相对湿度呈显著或极显著负相关.综合分析结果表明:蓝浆果幼苗的耗水量不但与品种特性有关,而且还受到土壤水分含量、气温和空气湿度的影响;在相同灌水量条件下,品种'Brightwell'幼苗的耗水量高于品种'Misty',但其水分利用效率却低于后者.在中国南方地区,品种'Brightwell'和'Misty'的适宜灌水量分别为100%WC和75%WC.     

一种枯草芽孢杆菌B29菌株拌种剂对大豆根腐病的田间防效研究

根腐病是黑龙江省主栽作物大豆的主要病害之一。生防枯草芽孢杆菌B29菌株对引起大豆根腐病的镰刀菌、腐霉菌和立枯丝核菌具有强拮抗作用。以枯草芽孢杆菌为主要成分的微生物拌种剂对大豆根腐病的田间防效结果: 播种后35 d调查, 4种不同处理的平均防效分别为50.2%、60.0%、48.3%、49.4%, 均高于30%多克福种衣剂的防效(44.9%)。第2次(50 d)调查, 处理4的防效(60.7%)明显好于化学种衣剂(48.6%), 处理3的防效与化学种衣剂的防效差异不显著。通过对生长期大豆出苗率、株高、鲜重和根瘤数等各项生理指标的调查, 结果表明枯草芽孢杆菌微生物拌种剂对大豆的生长和发育是安全的。经过黑龙江省6个不同县市的2年田间示范, 微生物拌种剂对大豆根腐病的田间防效达56.3%~89.1%, 增产率为9.4%~24.6%。     

Genetic improvement for phosphorus efficiency in soybean: a radical approach

Background

Low phosphorus (P) availability is a major constraint to soybean growth and production. Developing P-efficient soybean varieties that can efficiently utilize native P and added P in the soils would be a sustainable and economical approach to soybean production.

Scope

This review summarizes the possible mechanisms for P efficiency and genetic strategies to improve P efficiency in soybean with examples from several case studies. It also highlights potential obstacles and depicts future perspectives in ‘root breeding’.

Conclusions

This review provides new insights into the mechanisms of P efficiency and breeding strategies for this trait in soybean. Root biology is a new frontier of plant biology. Substantial efforts are now focusing on increasing soybean P efficiency through ‘root breeding’. To advance this area, additional collaborations between plant breeders and physiologists, as well as applied and theoretical research are needed to develop more soybean varieties with enhanced P efficiency through root modification, which might contribute to reduced use of P fertilizers, expanding agriculture on low-P soils, and achieving more sustainable agriculture.