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1、不同根构型大豆对低磷的适应性变化及其与磷效率的关系刘 灵1,2，廖 红1，王秀荣1，严小龙1（1华南农业大学根系生物学研究中心，广州 510642；2广西师范大学生命科学学院，广西桂林 541004）摘要：【目的】探讨土壤低磷胁迫下大豆的根形态、构型适应性变化的基因型差异及其与大豆生长和磷效率的关系。【方法】采用具有不同根构型和磷效率的51个大豆品种，分别在广东省博罗县和英德县两个试验点的酸性缺磷红壤上，分春播和夏播两个季节进行田间试验，测定低磷、高磷处理下根形态、构型的差异及其与大豆生长和磷效率的关系。【结果】低磷处理下供试大豆基因型间生物量和产量具有极显著的基因型差异；供试大豆基因型的根形
2、态、构型与磷效率密切相关，浅根型大豆根系具有合理的三维空间分布和较长的总根长，其磷效率和产量最高；低磷条件下，浅根构型和深根构型的大豆基因型根构型可塑性最小，中间根构型的大豆供试材料根构型最不稳定，可塑性最大。【结论】缺磷是供试酸性红壤上大豆生长的主要限制因子之一，大豆具有适应低磷土壤的遗传潜力；土壤中磷的有效性等环境因素对根构型具有调节作用；具有较好根形态构型的大豆基因型有利于从耕层土壤中吸收有效磷和其它养分，其产量和磷效率均较高。关键词：大豆；低磷胁迫；根构型；磷效率 Adaptive Changes of Soybean Genotypes with Different Root Arc
3、hitectures to Low Phosphorus Availability as Related to Phosphorus EfficiencyLIU Ling1,2, LIAO Hong1, WANG Xiu-rong1, YAN Xiao-long1(1Root Biology Center, South China Agricultural University, Guangzhou 510642; 2College of Life Sciences, Guangxi Normal University, Guilin 541004, Guangxi)Abstract: 【Ob
4、jective】The aim of this study was to investigate the genotypic variations for adaptive changes in root morphology and architecture in response to low soil P availability and their relationships to plant growth and phosphorus (P) efficiency.【Method】Field experiments were conducted in two filed sites
5、located in Boluo and Yingde counties of Guangdong Province in both spring and summer seasons. Totally 51 soybean genotypes contrasting in root architecture and P efficiency were compared for their root morphological and architectural traits and their relationships to plant growth and P efficiency un
6、der both low-P and high-P conditions.【Result】Great genotypic variations were observed for the tested genotypes under low-P conditions. Root architecture and morphology were closely related to plant P efficiency. Genotypes with shallow root architecture had an optimal three-dimensional root configura
7、tion and longest total root length, thus having the highest P efficiency and seed yield under low P conditions. Root plasticity of genotypes with either deep or shallow root architecture was lower than those with intermediate root architecture, indicating that root architecture was most stable in th
8、e former two groups under low P conditions.【Conclusion】Low P availability is one of the primary constraints to soybean growth in the experimental soils, and soybean demonstrates a great genetic potential in adaptation to low P soils. Environmental factors, such as P availability of soil, may regulat
9、e soybean root architecture. Optimal root morphology and architecture may facilitate absorption of available P and other nutrients in the cultivated soil layer, thus significantly increase P efficiency and seed yield of soybean under low P conditions.Key words: Soybean; Low soil P availability; Root
10、 architecture; P efficiency0 引言【研究意义】大豆Glycine max（L.）Merr.起源于中国，是当今世界市场上重要的油料、保健食品和新型工业原料1,2。中国是大豆的主要消费国和生产国。近年来，国内市场需求旺盛, 引发了大豆进口量的井喷式增长3。国内大豆产量长期停滞不前，目前提高国内大豆的产量来满足不断增长的市场需求已迫在眉睫4。【前人研究进展】在中国大豆生产的限制因素很多，土壤缺磷是其中重要的障碍因子之一5。在中国南方，发展大豆种植有一定的优势和潜力，但南方土壤主要为酸性红壤，其铁、铝、锰等含量较高。如果通过传统方法施用磷肥，磷极易被土壤固定，达不到增加土壤
11、有效磷的目的68。据报道，植物根形态构型及其可塑性对植物吸收土壤磷具有重要作用，也是其它根系特性（如根系分泌物）发挥作用的前 提9,10。在低磷胁迫下，植物根系会启动有利于植物高效吸收、利用土壤中磷素的适应性机制，包括根的形态特征演变（如增加根毛长度和密度）1113、根构型变化14,15、特异根系分泌物的分泌16,17等。【本研究切入点】已有的研究表明，大豆磷吸收效率主要决定于根构型；大豆根构型与磷效率密切相关5,10。但上述结果都在同一个试验点中获得，未在不同的土壤环境和不同季节中验证，因而有待进一步研究。【拟解决的关键问题】中国存在着丰富的大豆种质资源，为大豆磷效率的遗传改良奠定了物质基础
12、。但来源于不同遗传背景的大豆基因型，在同一生态环境和栽培条件下种植，其根形态构型和磷效率对外界环境条件变化的反应有所不同。本试验通过从已有的“磷效率应用核心种质库”中，选取具有不同根构型和磷效率的51个大豆基因型，在两种不同生态环境下，设计不同施磷水平，研究了大豆对低磷胁迫的反应及其基因型差异，在此基础上探讨大豆的根形态、构型对低磷胁迫的适应性及其在大豆磷吸收、生长和产量形成中的作用，以期为深入了解大豆磷效率的根系生物学基础，进而为遗传改良大豆的根系性状和提高大豆磷效率提供理论依据。1 材料与方法1.1 植物材料本研究的51个大豆Glycine max（L.）Merr.供试基因型来自中国农业科
13、学院作物品种资源研究所和华南农业大学根系生物学研究中心共同构建的“大豆磷效率应用核心种质库”。前期结果表明，供试大豆基因型在磷效率和根构型方面具有显著差异10。1.2 供试土壤和田间试验布置田间试验在广东省博罗县杨侨镇以及英德市云岭镇两个试验地点进行。试验地面积分别为0.729和0.328 ha。磷处理包括不施磷和表土施过磷酸钙（施磷量为160 kg Pha-1）两个磷水平，每处理均按80 kg Kha-1施用KCl。试验采用双因素完全随机区组设计，4次重复。每品种每处理播种面积为1.5 m2，春大豆播种密度为0.15 m0.3 m（株距行距），夏大豆播种密度为0.15 m0.4 m（株距行距
14、）。试验地土壤为华南地区典型的酸性缺磷红壤，其理化性质见表1，各指标具体测定方法参照文献18。1.3 大豆根系田间取样及根构型的划分大豆根系田间取样、根构型的初步判断标准及根形态参数如总根长的测定见文献10。本研究进一步将根构型细分为5级。其中，A代表浅根型，包括极浅根型（A型）和弱浅根型（A型）；B代表中间型；C代表深根型，包括弱深根型（C型）和极深根型（C型）。从A到C型，大豆基根的初始生长角度不断增大。表1 供试土壤的理化性质Table 1 Physical-chemical properties of the tested soils试验点Field site pH 有机质Organi
15、c matter(gkg-1)全氮 Total N(gkg-1)全磷Total P(gkg-1)全钾Total K(gkg-1)碱解氮 Alkali hydrolyticnitrogen (mgkg-1) 速效磷 Available phosphorus (mgkg-1)速效钾 Available potassium(mgkg-1)020 cm2040 cm4060cm博罗 Boluo5.115.90.860.3212.2386.5316.623.52ND16.62英德 Yingde5.013.20.820.317.5765.8612.83.81ND12.8ND为无法检测到 ND means not detectable 1.4 磷效率的表示方法、分类标准及相关指标的测定采用大豆成熟期单株磷累积量（植株全磷含量，mg/plant）、整株生物量（植株总干重，g/plant）和产量（籽粒干重，g/plant）3个指标在低磷与高磷条件下的相对表现来评价不同基因型大豆的磷效率26，并将供试大豆基因型划分为4种不同的类型：. 磷低效、不敏感型；. 磷低效、敏感型；. 磷高效、敏感型；. 磷高效、不敏感型。具体方法见文献19。本
