不同磷水平對伸長期甘蔗栽培原種干物質積累的影響

樊 仙，崔雄維，刀靜梅，劉少春，應雄美，陸 鑫，張躍彬，郭家文

（云南省農業科學院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，開遠 661600）

磷是植物生長發育不可缺少的營養元素，而自然土壤中磷的有效性很低，不能滿足植物最佳生長的需要。據統計，全世界約有43%的耕地缺磷[1]，而我國有2/3的耕地缺磷[2]，因此磷是限制作物生長的主要養分因子之一。長期以來我國主要以施用化學磷肥來提高土壤有效磷含量，提高作物產量，然而大量的磷肥施入土壤中后，當季利用率只有10%～25%，余下75%～90%的磷被固定在土壤中，造成磷肥的損失和利用率不高，同時也造成農業生產成本增高、土壤污染嚴重、農業生態環境破壞等問題。而用于生產磷肥的磷礦石是一種不可再生的有限資源，據估計，到1997年，全世界已探明的適于磷肥生產的磷礦貯備最多只能維持50年[3]。因此，農業生產中磷的利用現狀，迫使人們另辟新徑，以改善土壤缺磷狀況。大量研究證明，土壤中潛在磷含量很高[4]，而植物對土壤中潛在磷素的吸收利用存在廣泛的遺傳多樣性。如何挖掘植物自身利用土壤有機磷的潛力，解決磷肥供應不足等問題，已成為目前研究的熱點之一。

甘蔗（Saccharum officinarum L.），屬C4作物，具有生長周期長、產量高、消耗養分多等特性。不僅是我國重要的糖料作物，也是重要的能源作物和飼料作物。本研究選用盆栽試驗，研究不施磷和高磷處理對10份甘蔗栽培原種在伸長期對根系和莖葉干物質的影響，為進一步研究快速篩選磷高效基因型甘蔗提供篩選指標和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2010年在云南省農業科學院甘蔗研究所試驗基地內進行。試驗選用國家甘蔗種質資源圃（云南開遠）保存的10份甘蔗栽培原種為供試材料。 具體為 （均為種質資源全國統一編碼）：CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002、AO0003、AO0005。

供試土壤為酸性低磷紅壤，土壤基礎養分狀況為：pH 7.59，全氮含量0.07%，堿解氮含量27.05 mg/kg，有效磷3.11mg/kg。采用盆栽土培試驗，盆缽為黑色塑料桶（桶高25cm，上沿直徑30.8cm，底面直徑23.9cm），每桶裝曬干后充分混勻的土壤10kg，取甘蔗中上部莖節，砍成長3cm左右的單芽苗，用多菌靈浸種30min后種入桶中，每桶種兩個單芽苗。試驗設不施磷（P0）和高磷（P 0.75g/kg）兩個處理，3次重復。各處理都在出苗整齊后施肥，且氮和鉀用量相同，分別為N 0.78 g/kg和K2O 0.488 g/kg。氮、磷、鉀肥料分別為尿素（含N 46%）、普鈣（含P2O516%）和硫酸鉀（含K2O 50%），隔1天定量澆水1次。2010年2月22日種植，2010年4月8日使用特丁硫磷顆粒劑（5%）防治甘蔗螟蟲及地下害蟲，2010年6月29日收獲。分地上部分（莖葉）和地下部分（根系）收取，根系用水沖洗干凈，105℃殺青30min，70℃烘干至恒重，具體方法參考《土壤農業化學分析方法》[5]。

1.2 數據處理

試驗數據均采用Excel 2003和SPSS17.0軟件進行統計分析。

2 結果分析

2.1 不同磷水平對甘蔗株高的影響

品種的生長進程可以反映出其生長速率。兩個施磷水平下10個甘蔗栽培原種的株高存在顯著差異（表1）。在低磷脅迫與高磷處理下10個甘蔗栽培原種的株高均表現相同趨勢，即高磷處理下甘蔗株高均高于低磷脅迫（除6月28日測量的AO0111），且各品種間株高已表現出有一定差異性，均達到顯著水平。低磷和高磷處理兩種情況下，伸長期前期 （5月 11日），AO0005的株高顯著高于其它品種，高磷處理較低磷處理的增加幅度為7.89%～41.98%，增長幅度較大，說明在伸長期前期甘蔗均能有效利用磷肥中的磷素；伸長期后期（6月28日），AO0107與AO0005的株高均顯著高于其余品種，高磷處理較低磷處理的增加幅度為-8.96%～41.40%，多數品種增幅較小，且AO0111為負增長，說明伸長期后期甘蔗株高生長在高磷處理下到達相對較高水平，且基因型間存在差異。

表1 不同磷水平對甘蔗株高的影響

2.2 低磷脅迫對不同基因型甘蔗干物質積累的影響

伸長期不同基因型甘蔗干物質積累量，能在一定程度上反映甘蔗基因型間對養分的吸收、轉運以及利用效率。從表2可以看出，同一甘蔗栽培原種地上部干重在磷脅迫與施磷水平下均表現相同趨勢，且除AO0005外，甘蔗施磷水平地上部分干物質積累均高于低磷脅迫下。低磷脅迫導致甘蔗栽培原種地上部干重下降，且基因型間差異明顯。通過同一品種在低磷脅迫和高磷處理下所表現的差異看，AO0005顯著高于其余品種。有研究發現，在低磷脅迫環境下植物常常為尋求磷源，根系發育增強，根系伸長，側根的長度和密度都增加，以加強對磷的吸收利用[6－7]。由表2可知，10個甘蔗栽培原種在低磷脅迫與高磷處理下地下部分干物質積累具有一定的差異，CO0017、AO0107、AO0109、AO0110、AO0111、AO0001、AO0002 和 AO0003 在施磷水平下的地下部分干物質量高于其低磷處理。而AO0108和AO0005地下部分干物質量在高磷處理下略低于低磷脅迫。低磷脅迫下，作物植株的地上部分的光合產物向地下部分分配比例增加，以促進根系生長[8]。同一甘蔗栽培原種在低磷脅迫與高磷下地下部分干物質積累量均達到顯著水平。干物質分配過程在一定程度上影響著植物的生長速度、生長模式、獲取資源能力以及形態建成等[9]。同一甘蔗栽培原種生物總量在低磷脅迫與高磷處理下均表現相同趨勢，且除AO0005外，甘蔗高磷處理下生物總量干物質積累均高于低磷脅迫，低磷脅迫導致甘蔗栽培原種生物總量干重下降，且基因型間有顯著差異；低磷脅迫下，AO0005生物總量顯著高于其余品種，高磷處理下，AO0005顯著高于AO0109、AO0001和AO0002。

表2 不同磷水平對甘蔗生物量的影響（干重）

根冠比是影響作物養分吸收效率的重要因子，大量研究表明[10-12]，根冠比增大被認為是植物對低磷脅迫適應和耐低磷能力的標志之一。根冠比可以從另一個側面表現出不同基因型甘蔗品種對低磷的反應。從表2還可以看出，10種不同基因型甘蔗栽培原種的根冠比在不同磷處理下各不相同，均為顯著差異。在本試驗中，同一基因型甘蔗根冠比隨施磷量的增加表現各不相同，CO0017、AO0107、AO0108、AO0109、AO0110和AO0001隨著施肥量的增加而降低。磷脅迫抑制地上部分干物質積累量增加，有效利用土壤中的磷素，促進光合產物向地下分配，使地下部分干物質積累量增加。這與孫海國，張恩和等的研究是一致的，在缺磷脅迫條件下，作物植株的同化物向根部的分配比例增加，以促進根系的生長，同時相對地抑制地上部分生長[12-15]。高磷處理下，AO0111、AO0002、AO0003和AO0005的根冠比明顯高于低磷脅迫，這表明隨土壤中磷素營養改善，甘蔗體內磷代謝逐漸增強，進一步協調了甘蔗的生理機制和物質運轉。不同的甘蔗品種對磷的需求量不同，適宜的磷肥施用能夠促進甘蔗的生長發育，但不同的品種間存在差異。同時也表明當存在養分等外界因素脅迫時，因甘蔗地上部與根系間產生對光合產物的競爭而導致根冠比的變化。

3 結論

不同植物以及同一植物的不同品種其利用磷營養的基因型差異廣泛存在[3]。本研究可以得出伸長期10個甘蔗栽培原種在低磷脅迫和高磷處理下甘蔗株高、生物量干物質積累和根冠比的變化均表現出一定的基因型，這與前人研究結果一致。結果表明AO0005的株高均極顯著高于其余品種，而生物量隨供磷水平的變化與品種有很大的關系[16-18]，并不是每個供試品種的生物量都隨著供磷水平的升高而增大。不同甘蔗品種對磷的需求量不同，適宜的磷肥施用能夠促進甘蔗的生長發育，過多的施用不僅浪費肥料甚至還可能對甘蔗的生長不利。通過對低磷脅迫下甘蔗根冠比的分析得出，CO0017和AO0108對磷素反應最敏感，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種，這有待于對其磷素吸收、利用效率的進一步研究。

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