低磷胁迫下五种苹果砧木的磷吸收与利用特性

季萌萌， 许海港， 彭 玲， 任饴华， 葛顺峰， 姜远茂

(山东农业大学园艺科学与工程学院， 作物生物学国家重点实验室， 山东泰安 271018 )

苹果树由砧木和接穗两部分构成，砧木为果树提供根系，与所处的土壤环境不断地进行物质交换和能量交换，对树体的养分吸收、 生长发育、 开花结实均有重要影响。不同砧木品种其根系吸收营养物质的速率和程度有很大的差异[8]。P32放射性同位素标记结果表明，嫁接在M16砧上的一年生旭苹果树的地上部含磷量比M.9砧多3倍以上[9]。另外，在低营养水平下栽培的桃树，极乔化的桃砧‘Shalil’比生长势较弱的桃砧‘Lovell’吸收更多的营养和水分以供给接穗生长[8]。我国苹果的种植主要分布于环渤海湾山丘地和西北黄土高原，苹果园土壤的有机质含量普遍较低，加之果农在生产中过量施入无机化学肥料，导致土壤养分不均衡，土壤质量降低。在生产中为了提高苹果树对养分的利用效率，需要选择对养分具有高效吸收能力的苹果砧木[10]。 我国耕地面积广阔，目前全国范围内有50%左右的土壤处于缺磷状态[5]。植株缺磷一方面指土壤中有效磷含量低造成的养分亏缺[1]，另一方面是植株对土壤中有效磷的吸收利用能力较低，从而使植株出现缺磷现象[11]。因此，研究和发掘磷高效的苹果砧木对于解决低磷胁迫和提高磷利用效率具有重要意义。国内对磷高效基因型的研究主要集中在玉米、 小麦、 大豆、 油菜等作物，在果树上较少涉及。为此，本试验以五种苹果野生砧木为试材，研究其磷吸收效率、 磷利用效率的差异，旨在选出磷吸收效率、 磷利用效率较高的砧木品种，为生产上合理选用砧木及养分高效基因型苹果育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012年在山东农业大学园艺试验站完成。供试土壤为棕壤，质地为粘壤土，有机质含量10.13 g/kg，碱解氮76.63 mg/kg，速效磷14.60 mg/kg，速效钾184.99 mg/kg，pH 6.7 。以正常管理的一年生八棱海棠(M.micromalusMakino)、 平邑甜茶(MalushupehensisRehd.)、 东北山荆子(M.baccataBorkh.)、 富平楸子[M.prunifolia(Willd)Borkh.]、 新疆野苹果[M.sievesii(Ledeb.)Roemer]5种苹果砧木为试材，每盆栽长势基本一致的植株3株。

1.2 盆栽试验

试验分为低磷(LP)和正常施磷(CK)两组处理，低磷(LP)处理不施磷肥，正常施磷处理(CK)为每盆施入过磷酸钙1.96 g(试验盆直径20 cm，装土至距离盆沿2 cm处，按100 kg/hm2的标准施入)，两组处理均同时施入尿素0.67 g，硫酸钾0.60 g，于2012年5月10日施肥。每个处理6次重复(6盆)，每盆3株，各处理生长条件及栽培管理均保持一致。于2012年8月10日取样测定。每处理选取6株，经清水冲洗后用WinRHIZO 根系分析软件进行根总表面积、 根系总长度分析，根系分级参照杨洪强[12]的方法进行； 另取6株，将植株分成地上部和地下部，于 105 ℃杀青30 min ，80 ℃烘干至恒重，用不锈钢电磨粉碎，过0.25 mm 筛后备测。地上部和地下部干物质量用千分之一电子天平称量； 含磷量用H2SO4-H2O2消煮—钒钼黄比色法测定； 根系活力用氯化三苯基四氮唑(TTC)还原法测定，以单位鲜样质量根系还原的TTC 量表示。

1.3 离子吸收动力学参数的测定

5种苹果砧木的幼苗培养在人工气候室进行，Hoagland 完全营养液初始pH为6.5，每周换一次营养液，每天定时通气，14h光照，光量子通量密度为150 μE/(m2·s)，白天/夜间温度为28℃/21℃。试验前一天，将幼苗根系冲洗干净，移入盛有去离子水的黑色培养瓶饥饿处理24 h。而后将幼苗转入连续通气的处理营养液进行离子吸收动力学试验。处理营养液其它营养元素浓度与正常营养液相同，磷溶液系列浓度为KH2PO40、 0.05、 0.10、 0.20、 0.30、 0.40、 0.50、 0.60、 0.80、 1.00 mmol/L10个梯度，每个梯度6个重复，3株为1个重复。幼苗吸收24 h后采集营养液10 mL，钼锑抗比色法测定含磷量。

1.4 数据统计分析

相对磷效率(%)=低磷胁迫下干物质积累量/正常施磷条件下干物质积累量×100[13]

植株磷吸收效率(mg/plant)=磷浓度(mg/g)×植株干物质重(g/plant)[14]

植株磷利用效率(g/mg)=植株干物质重(g)/吸磷量(mg)[14]

动力学参数Vmax、 Km的计算采用Lineweaver-Burk双倒数作图法。使1/v 对1/[S]作图，可以获得一条直线。直线与x轴的截距即为1/Km的绝对值，直线与y轴的截距为1/Vmax。

用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05软件进行数据分析，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同苹果砧木生物量的差异及相对磷效率

低磷胁迫及正常施磷处理下5种苹果砧木整株干重从高到低均为富平楸子>平邑甜茶>新疆野苹果>东北山荆子>八棱海棠，但低磷胁迫明显抑制了砧木干物质的积累。与正常施磷处理相比，低磷胁迫下各苹果砧木的根冠比显著增加，其增加量由高到低为富平楸子(16.22%)>平邑甜茶(11.29%)>东北山荆子(8.75%)>新疆野苹果(7.41%)>八棱海棠(5.77%)(表1)。

相对磷效率用植株干物质积累量在低磷与正常供磷水平下的比值表示，相对磷效率越高其对低磷胁迫的适应能力越强[15]。5种苹果砧木相对磷效率(低磷/正常施磷)差异显著，依次为富平楸子(93.66%)>平邑甜茶(87.69%)>东北山荆子(83.44%)>八棱海棠(74.54%)>新疆野苹果(74.01%)，可见在低磷胁迫时富平楸子能够最大限度地维持生长势。

2.2 不同苹果砧木磷吸收效率及利用效率的差异

磷吸收效率(PAE)是植物在一定介质有效磷浓度下吸收的总磷量，它反映了植株对介质中磷的吸收能力[14]。由表2可以看出，正常磷和缺磷水平下5种砧木的PAE从高到低均为富平楸子>平邑甜茶>东北山荆子>新疆野苹果>八棱海棠。与正常施磷处理相比，低磷胁迫下砧木的PAE降低，不同砧木降幅差异显著。降幅最小的是富平楸子，降低了22.34%，八棱海棠降幅最大，为39.17%，东北山荆子为28.16%、 平邑甜茶为28.48%、 新疆野苹果为32.57%。

磷利用效率(PUE)是指植株体内单位磷所生产的生物量[14]。低磷胁迫下各砧木的PUE从高到低依次为平邑甜茶>富平楸子>八棱海棠>新疆野苹果>东北山荆子； 正常施磷处理依次为平邑甜茶>富平楸子>八棱海棠≈新疆野苹果>东北山荆子。低磷胁迫使各砧木PUE显著增加，其中增幅最大的为平邑甜茶，其PUE增加了22.02%，增幅最小的为新疆野苹果，PUE增加12.94%，其他砧木的PUE增幅由高到低依次为富平楸子(19.79%)、 八棱海棠(19.54%)、 东北山荆子(17.14%)。

表1 不同砧木低磷和正常施磷处理的生物量及相对磷效率

表2 不同砧木低磷和正常施磷处理的磷吸收效率及利用效率

2.3 不同苹果砧木根系形态指标、 根系活力及离子吸收动力学参数的差异

在低磷及正常施磷处理下，5种苹果砧木吸收根总表面积和吸收根总根长从高到低依次为富平楸子>平邑甜茶>东北山荆子>新疆野苹果>八棱海棠(表3)。低磷胁迫下砧木吸收根总表面积高于正常施磷处理，其增加量由高到低为平邑甜茶(19.72%)>富平楸子(13.38%)>东北山荆子(10.08%)>新疆野苹果(9.15%)>八棱海棠(2.78%)； 除平邑甜茶外，低磷胁迫并未使吸收根根长显著增加，在八棱海棠、 东北山荆子和新疆野苹果中甚至有所减少。

从表4可以看出，5种苹果砧木在低磷及正常施磷处理下根系活力从高到低均为富平楸子>平邑甜茶>东北山荆子>新疆野苹果>八棱海棠。与正常施磷处理相比，低磷胁迫使根系活力显著升高，其中平邑甜茶、 东北山荆子、 富平楸子增幅较大，分别增加了35.45%、 30.59%、 27.58%。

相关性分析表明(表5)，磷吸收效率(PAE)与吸收根总根长和吸收根总表面积呈显著正相关(R2=0.80**，R2=0.61*)，与根系活力相关性较差(R2=0.56)。说明低磷胁迫下，植物通过增加吸收根总表面积及总根长等方式，扩大根系吸收面积，从而增加根系对磷的吸收。而吸收根总根长、 吸收根总表面积和根系活力与磷利用效率无显著相关性，说明根系的吸收能力与磷利用效率可能并无直接关系。

表3 不同砧木低磷和正常施磷处理的根系形态指标

表4 不同砧木离子吸收动力学参数及低磷和正常施磷处理的根系活力

表5 根系形态指标与磷效率的相关性分析

3 讨论

进一步分析不同砧木对磷的吸收和利用效率的差异可见，砧木对磷的吸收效率与吸收根总表面积和总根长存在显著正相关关系。前人研究表明，磷吸收效率高的植物一般通过改变根系形态构型，增加根系与土壤接触面积，从而促进对低磷土壤中磷素的获取[16-19]。低磷胁迫下根冠比的增加，是植物对低磷胁迫的适应机制[16]。陈磊等[18]研究表明，总根长越长、 细根越多，越有利于植株对磷的吸收。本研究中，低磷胁迫下各苹果砧木根冠比、 根系活力和吸收根总表面积均高于正常施磷处理，是苹果砧木对低磷胁迫的适应性反应，与前人研究结果一致[16-20]。但不同苹果砧木的根系形态指标变化差异显著，因而其对低磷胁迫的适应能力也有显著差异。

低磷胁迫下根系磷吸收能力的增加以及植株磷利用效率的提高是植物适应低磷胁迫的重要基础[20-21]。本研究表明，低磷胁迫下5种苹果砧木磷利用效率(PUE)均高于正常施磷处理，说明低磷条件下植物通过增加磷素在体内的高效转运和合理利用提高其磷利用效率[22]； 但低磷胁迫下各苹果砧木的磷吸收效率(PAE)均低于正常施磷处理，可能是由于低磷胁迫下土壤介质中的有效磷总量较低，能够被植物吸收的有效磷减少所致。

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