紫花苜蓿磷效率评价体系建立及其氮、磷代谢差异研究

发布时间：2020-08-09 12:25

【摘要】：本研究选取国内外28种主要种植紫花苜蓿品种(Medicago sativa)为材料,采用室内营养液砂培法,设:正常磷(1500μmol·L~(-1))与低磷(15μmol·L~(-1))2个磷水平,将28种不同品种紫花苜蓿进行苗期磷效率的初步筛选试验,对其进行磷效率指标评价与分类。在此基础上选取不同磷效率类型紫花苜蓿代表性品种,为更加接近自然环境,选择室外防雨网室内进行不同磷效率类型紫花苜蓿全生育期试验,设:正常磷(1500μmol·L~(-1))与低磷(150μmol·L~(-1))2个磷水平,以验证苗期指标筛选的准确性与分类的科学性,并通过苗期筛选试验与全生育期验证试验相结合,建立了紫花苜蓿磷效率评价系统。通过全生育期试验进行不同磷效率类型紫花苜蓿光合特性,固氮特性,磷、氮代谢关键酶活性,氮、磷吸收特性及输导组织解剖结构等方面研究,全面分析其氮、磷营养差异,为紫花苜蓿科学合理施肥提供理论依据。本研究主要结论如下:1、建立紫花苜蓿磷效率评价系统通过28种不同品种紫花苜蓿苗期筛选试验,采用变异特征分析、相关性分析与主成分分析相结合,对影响磷效率的相关指标运用数学方法进行综合评价,确定地上部氮积累、地下部氮积累、地上部生物量、地下部生物量、根系总长度、根表面积、根体积,7个指标作为紫花苜蓿磷效率评价指标;再根据隶属函数磷效率综合值与聚类分析,将28种不同品种紫花苜蓿划分为4种磷效率类型,分别为:Ⅰ高效型,即在正常磷处理与低磷处理下均表现出高磷效率;Ⅱ常效型,即在正常磷条件下表现出磷高效,在低磷环境下表现出磷低效;Ⅲ反效型,在正常磷处理下表现出磷低效,而在低磷环境下表现出磷高效;Ⅳ低效型,在正常磷环境与低磷环境下均表现出磷效率较低。通过全生育期试验,验证了苗期筛选试验中指标的准确性与科学性,建立了紫花苜蓿磷效率筛选及评价体系。并获得了紫花苜蓿磷高效型种质“新牧1号”、常效型“6010”、反效型“甘农7号”和低效型“陇东苜蓿”。2、不同磷效率类型紫花苜蓿的磷、氮营养吸收及代谢差异研究正常磷水平下,高效型品种和常效型品种叶绿素含量显著高于反效型品种与低效型品种(P0.05),低磷水平下,高效型品种与常效型品种叶绿素含量低于反效型品种,尤其常效型品种叶绿素含量下降较为明显。在不同磷水平下,高效型“新牧1号”光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均显著高于低效型“陇东苜蓿”(P0.05),胞间CO_2浓度(Ci)表现与其他3个光合指标表现出相反的趋势。不同磷效率类型紫花苜蓿,正常磷处理下,高效型与常效型品种维管束面积、木质部面积、韧皮部面积、导管数显著高于低效型与反效型品种(P0.05);低磷处理下,高效型与反效型品种显著高于低效型品种和常效型品种(P0.05)。其中,反效型品种通过增加维管束面积、韧皮部面积、木质部面积来提高磷素在体内的运转,提高体内磷转运效率。在正常磷和低磷处理下紫花苜蓿固氮酶活性均呈现先增加后降低的趋势,且在结荚期固氮活性最强。不同磷效率类型紫花苜蓿在正常磷水平下表现出高效型品种与常效型品种固氮活性高于反效型与低效型品种;低磷水平下,表现出高效型品种和反效型品种固氮酶活性高于常效型和低效型品种。正常磷水平地上部、地下部全氮含量均高于低磷处理,NR、GS活性均表现出相同的变化趋势。在不同生育期内,正常磷地上部与低磷地下部酸性磷酸酶呈现先增加后降低再增加的趋势,在盛花期达到最大值,而结荚期有所下降。在低磷处理下高效型和反效型品种酸性磷酸酶活性与磷含量均高于常效型品种和低效型品种。反效型品种,在缺磷的环境中通过诱导提高体内酸性磷酸酶的活性,促进体内磷由衰老组织或成熟组织中将磷素高效再利用,以保证生长代谢旺盛部位提供充足的磷,这是反效型品种在较低磷环境中有较高磷效率的最主要因素之一。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S541.9
【图文】：

（0.664）、新牧 1 号（0.629），5 个品种表现出磷效率综合值较高；赛迪（0.303）、金黄后（0.310）、赛迪 10（0.332）、甘农 9 号（0.341）、陇东苜蓿（0.332），5 个品种表现出磷效率综合值较低。在低磷水平下，龙牧 801（0.690）、新牧 1号（0.688）、驯鹿（0.860）、甘农 3 号（0.672）、龙牧 806（0.670），5 个品种紫花苜蓿表现出磷效率综合值较高；游客（0.304）、陇东苜蓿（0.304）、金皇后（0.310）、公农 3 号（0.311）、赛迪 10（0.332），5 个品种紫花苜蓿磷效率综合值较低。在正常磷与低磷水平下，各个品种紫花苜蓿磷效率综合值表现出一定差异。甘农 3 号、新牧 1 号、龙牧 801、驯鹿、黄冠、巨能 601、巨能 6、巨能 2、精英、威斯顿、阿尔冈金在正常磷、低磷下都表现综合值较高；大叶、6010、表现为正常磷下综合值较高，低磷下磷效率综合值较低；甘农 7 号、龙牧 806、金黄后、巨能 551 在正常磷下综合值较低，在低磷条件下磷效率综合值较高；甘农 4 号、甘农 5 号、甘农 8 号、甘农 9 号、陇东苜蓿、公农 1 号、公农 3 号、肇东苜蓿、赛迪 7、赛迪 10、游客在正常磷与低磷水平下均表现磷效率综合值较低。2.5 不同供磷条件下紫花苜蓿苗期磷效率聚类分析

图 2-2 低磷处理对不同紫花苜蓿品种磷效率聚类分析Figure 2-2 Cluster analysis of phosphorus efficiency of different alfalfa varieties under low phosphorus treatment对 28 种不同品种紫花苜蓿苗期对磷效率综合值进行系统聚类（图 2-1、图 2-2），可以看出，正常磷水平下，距离系数 d=15 时，可以将 28 种紫花苜蓿分为2 类，其中 15 个品种为磷高效型，13 个品种为磷低效型；在低磷水平下，距离

图 4-2-1 不同磷水平对不同磷效率类型紫花苜蓿根解剖结构的影响Figure 4-2-1 Effects of different phosphorus levels on the anatomical structure of alfalfa root with differentphosphorus efficiency types注：图 2×200；标尺=50 μm；Note: Fig2×200, Scale bars=50 μm.

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