第二次土壤普查发现我国大面积耕地处于严重缺磷或潜在缺磷状态，20多年来，长期、大量施用磷肥虽促进了农产品增产，但同时导致了磷矿资源逐渐趋于耗竭，部分地区还导致了生态环境破坏。因此选育作物耐低磷品种已成为目前众多科学家研究的热点问题。水稻是世界主要粮食作物，其磷效率存在广泛的基因型差异。本研究对国内外不同来源的大量水稻品种进行了苗期土培筛选，并对部分材料进行全生育期盆栽和小区试验鉴定，获得一部分耐低磷和低磷敏感的品种。继而从中选择4个耐低磷基因型99011、580、508、99112及2个低磷敏感基因型99012和99056为供试材料，深入开展耐低磷营养及生理特性的研究，对它们耐低磷的机制进行分类；并进行不同pH缺磷土壤的生态适应性研究。主要研究结果如下： 1首次采用苗期初筛并结合全生育期鉴定的方法，通过大规模土培试验，筛选出一批典型耐低磷和低磷敏感的水稻基因型。该方法省工且符合生产实际，筛选的品种典型可靠。 2通过多个磷浓度梯度试验，提出耐低磷水稻种质资源筛选的土壤和营养液培养研究条件和相应的筛选、鉴定指标。通过对株高、分蘖和地上部干重等指标进行统计分析，确定在供试土壤有效磷含量为2～4mg/kg的土壤上，水稻苗期筛选的外加磷浓度为35mg/kg，相对分蘖率为主要筛选指标；对不同生长时期的主要生物学性状进行考查，确定相对经济产量及其构成因素特别是相对有效穗和成穗率为全生育期鉴定的重要指标。同时确定耐低磷和低磷敏感基因型水稻苗期磷营养差异的磷水平小于或等于2.5mg/L。 3通过研究与磷吸收效率、利用效率和转运效率有关的次级因子。发现同属于一类水稻种质资源，存在着不同耐性机理的基因型。通过基因型之间这些特性的比较，找出不同基因型表现耐低磷或低磷敏感的主要贡献因子，由此对它们进行分类。结果表明，耐低磷基因型580、99011和508都具有较大的生物量，且受磷水平影响较而耐低磷基因型99112小。低磷胁迫时，耐低磷基因型99011仍表现出较高的P吸收效率，其主要贡献因子是较长的根系，并且对难溶性无机磷和有机磷的活化吸收能力较强；也表现较高的磷利用效率；光合产物及磷分配到根系较多，根系发育良好。耐低磷基因型508的最大优势在于光合产物及磷分配到根系最多，因此具有庞大的根系，而且根系活性吸收面积大，对环境低浓度可溶性磷的吸收能力很强；同时对难溶性无机磷和有机磷具有一定的活化吸收能力。耐低磷基因型580对磷的利用效率最高，韧皮部可溶性磷含量最高；另外该基因型单位根系活性吸收面积较大，对难溶性磷尤其是无机磷的活化吸收能力最强。耐低磷基因型99112则表现比较特殊，该基因型对磷的吸收效率和利用效率都不高，但是受磷浓度变化影响比较小；另外该基因型对难溶性磷也有一定的活化吸收能力。这主要是由于该基因型个体较小，但分蘖很多，对养分的需求也较少，而且低磷胁迫时，主要靠牺牲地上部生物量来保证相对较高的产量，主要表现在植株明显变矮。99056表现低磷敏感，主要原因该基因型光合产物及磷分配到根系很少，因而根系太小；而且活性吸收面积小，对低浓度磷的吸收能力差，对难溶性磷的活化吸收能力也很差。99012则相反，该基因型主要是对磷的利用效率太低，光合产物分配到地上部较少，低磷胁迫对地上部尤其是苗期分蘖影响很大；对难溶性磷的活化吸收能力也较差。 4采用SDS-PAGE电泳技术，分离水稻根系和叶片中小分子量的可溶性蛋白，通过计算分析，发现磷胁迫不同时间，水稻根系和叶片中蛋白表达有所差异，并且不同基因型之间也存在差异。经全磷培养10d的水稻，磷胁迫6h后，根系和叶片蛋白基本无明显变化。胁迫1-2d后，耐低磷基因型99011、580和99112根系和叶片中分别有一些蛋白增强表达，甚至出现新的应激蛋白；低磷敏感基因型99012在磷胁迫2d后，根系和叶片分别出现一些新的蛋白；而99056受胁迫1d后，根系中就有一些蛋白减弱表达，胁迫2d后可观察到有2个蛋白带消失。磷胁迫4d后，除耐低磷基因型580的根系和叶片中有个别蛋白增强表达及少数新蛋白产生之外，几乎所有基因型都出现蛋白的减弱表达或消失。同时筛选出适合分离分子量为10.0-110KD蛋白的凝胶浓度为：浓缩胶3％，分离胶12％；按照表5.1的方法6进行凝胶的固定、染色和脱色效果较好。 5营养学特性研究表明，耐低磷水稻基因型对氮和钾的利用能力强，具有协同效应；不同耐低磷水稻基因型对锌、钙和铁的吸收利用也存在差异。35mg/kg的磷处理显著提高植株体锌含量。从吸收锌的总量来看，508占绝对优势，其次是99011和580；99012吸收的锌最少，其次是99056。此外，在取样的3个时期，相同磷处理的P/Zn比均以99012最大，99056最小。水稻在营养生长期吸收的钙较少，生殖生长期吸收的钙较多。供磷水平降低减少水稻对钙的吸收，且在孕穗期表现最明显。随着磷处理水平降低，低磷敏感基因型在苗期就开始减少对钙的吸收，而对耐低磷基因型的影响到分蘖期以后才慢慢表现出来。508、580和99011三个基因型吸收铁的总量较多，99112、99056和99012吸收铁的量较少，且随生育期的进程差距拉大。在营养生长期，P50和P35两个处理明显降低铁的吸收量。到生殖生长期，除508以外，P100处理已明显降低其他基因型对铁的吸收，P50和P35两个处理时水稻吸收的铁更少。但是耐低磷基因型受影响程度仍然比低磷敏感基因型小，即耐低磷基因型在低磷处理时的相对吸铁量大于低磷敏感基因型。 6首次采用pH不同的缺磷土壤，进一步对中性土壤上获得的磷效率不同的水稻基因型进行生态适应性研究。发现耐低磷水稻基因型对不同pH土壤的适应性存在差异。99011(T)在石灰性土壤上耐低磷胁迫的能力逊色于中性土壤和酸性土壤，主要表现为其在石灰性土壤上的相对有效穗和相对经济产量分别比酸性和中性土壤少11.1％、9.7％和11.8％、8.8％。580(T)、508(T)和99112(T)的各个生物学性状和磷营养特性在3种缺磷土壤上基本无明显差异，因此表现相同的耐低磷特性。99012(S)在石灰性土壤上忍耐低磷胁迫的能力略强于酸性和中性土壤，99056(S)在酸性土壤上忍耐低磷胁迫的能力略强于石灰性和中性土壤，主要表现为相对有效穗和相对经济产量提高；99012(S)在石灰性土壤上的相对有效穗和相对经济产量分别较酸性和中性土壤高19.6％、19.6％和19.6％、22.2％，99056(S)在酸性土壤上的相对有效穗和相对经济产量分别较石灰性和中性土壤高17.3％、15.1％和25.0％、17.0％。99011(T)、580(T)、508(T)和99112(T)剑叶的磷含量及其相对值均显著高于99012(S)和99056(S)。
NETL
