摘要:為研究不同磷水平下柱花草磷效率的基因型差異及其與根構(gòu)型的關(guān)系，利用盆栽試驗，以磷低效、磷高效、磷敏感3種基因型柱花草品種為材料，研究0、0.020、0.035、0.050、0.075、0.100、0.200g.kg-1共7個磷水平下，不同基因型柱花草的磷營養(yǎng)特性;并進一步比較兩個代表性基因型(磷低效、磷高效)柱花草在對照(0g.kg-1)、缺磷(0.010g.kg-1)、正常磷(0.025g.kg-1)處理下苗期根系生長狀況，從而確定根構(gòu)型與磷效率的關(guān)系。

　　結(jié)果表明:不同基因型植株的磷含量、吸磷量隨磷濃度的增加而增加，磷利用效率對磷濃度的反應(yīng)趨勢則相反。在不同磷處理下，磷高效基因型的磷利用效率均較高，且隨著磷濃度的增加不同基因型品種磷利用效率的變化趨勢度表現(xiàn)為:磷高效<磷低效<磷敏感。隨著磷脅迫的加重，磷高效和磷低效基因型的側(cè)根數(shù)、主根長、根體積、根表面積和根活躍吸收面積均增加，根直徑減小。磷高效基因型柱花草根體積顯著高于磷低效基因型，且在其他根構(gòu)型指標(biāo)上優(yōu)于磷低效基因型。磷高效基因型品種較耐低磷，柱花草根系形態(tài)的改變是其適應(yīng)低磷脅迫的重要機制。研究為柱花草的優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞:柱花草;供磷水平;磷效率;根構(gòu)型;響應(yīng)機制

　　柱花草屬(Stylosanthes)是熱帶豆科牧草中的一個重要屬，其栽培品種是一年生或多年生草本植物，原產(chǎn)美洲及加勒比海地區(qū)，具有耐旱、耐酸瘠土、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特點，適于世界熱帶、亞熱帶地區(qū)種植[1]，主要用于人工草地建設(shè)、天然草地改良、林果草生態(tài)工程建設(shè)。柱花草已在我國廣東、海南、廣西、云南、貴州、福建、四川等省區(qū)大面積推廣[2￣4]，成為我國熱帶、亞熱帶地區(qū)建立人工草地、發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)、果園覆蓋的重要熱帶豆科牧草[1]。磷是植物生長發(fā)育的必需元素，不僅是植物體的組成成分，也是植物體內(nèi)能量載體的主要組成成分和提供者，廣泛參與植物體內(nèi)的生化合成、能量轉(zhuǎn)移和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程[5￣6]。柱花草耐貧瘠，在養(yǎng)分(尤其是磷)水平較低的熱帶紅壤上能夠正常生長，表明柱花草根系具有較高的養(yǎng)分吸收效率[7￣8]。

　　中國南方紅壤地區(qū)土壤較為貧瘠、酸性大、磷素缺乏嚴重、磷肥利用率低，但是這些地區(qū)荒山荒坡面積較多(其可利用面積是耕地的3~4倍)、氣溫較高、年降水量充沛，有著巨大的草業(yè)發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼耍�選育優(yōu)良的柱花草品種已成為農(nóng)業(yè)工作者和育種家的研究熱點。目前國內(nèi)外有關(guān)柱花草的研究主要集中在品種選育[9￣11]、遺傳多樣性研究[12￣13]、生理生化研究[14￣15]等方面。對磷脅迫下柱花草的研究主要集中在熱研品種系列，涉及品種較少，且沒有對柱花草根系與磷效率進行系統(tǒng)分析。本研究在前期不同磷水平對柱花草形態(tài)學(xué)指標(biāo)的影響研究[16]基礎(chǔ)上，進一步研究了12個不同柱花草品種對不同濃度磷的適應(yīng)性，系統(tǒng)評價柱花草磷效率的基因型差異，并選取磷效率差異較大的2個柱花草基因型，對其苗期根系生長狀況進行分析，以期探討根構(gòu)型與磷效率的關(guān)系，揭示根對低磷脅迫的適應(yīng)性機制，為柱花草的優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗材料

　　選用12個柱花草品種(系)作為供試材料，分別為西卡柱花草(Stylosanthesscabracv.Seca，S01)、澳克雷(Stylosanthesguianensiscv.Oxley，S02)、CIAT11365柱花草(StylosanthesguianensisTRPC90072，S03)、格拉姆柱花草(Stylosanthesguianensiscv.Graham，S04)、愛德華(90080￣2)(Stylosanthesguianensiscv.Endeavour，S05)、熱研5號柱花草(Stylosanthesguianensiscv.ReyanNo.5，S06)、庫克柱花草(Stylosanthesguianensiscv.COOK，S07)、Capitata(Stylosanthescapitata，S08)、有鉤柱花草(Stylosantheshamatecv.Verano，S09)、GC1463(StylosanthesguianensisGC1463，S10)、GC1480(StylosanthesguianensisGC1480，S11)、GC1576(StylosanthesguianensisGC1576，S12)，其中磷低效基因型品種為西卡柱花草(S01)、庫克柱花草(S07);磷高效基因型品種為有鉤柱花草(S09)、GC1463(S10);其余為磷敏感型品種(S02、S03、S04、S05、S06、S08、S11和S12)。材料均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所提供。

　　1.2試驗區(qū)自然概況

　　試驗區(qū)位于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所羊開窩基地退化生態(tài)系統(tǒng)綜合治理技術(shù)研究試驗示范區(qū)(N25°50′67.7″，E101°49′35.3″)，海拔1071m。該區(qū)夏季高溫多雨，冬季低溫干旱，土壤為沙壤土。土壤肥力狀況:有機質(zhì)12.65g.kg-1、全氮1.55g.kg-1、速效磷12.26mg.kg-1、速效鉀70.50mg.kg-1、pH5.65。

　　1.3試驗設(shè)計

　　試驗在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所網(wǎng)室內(nèi)進行。取當(dāng)?shù)匚催M行耕作管理措施的雜草地土壤為供試土壤，土壤經(jīng)過自然干燥、搗碎、除雜、過篩等處理，施入0.2g.kg-1氮肥(尿素)和0.2g.kg-1鉀肥(氯化鉀)，充分攪拌混勻、備用。采用盆栽試驗，設(shè)7個磷水平梯度:0(P0)、0.020(P20)、0.035(P35)、0.050(P50)、0.075(P75)、0.100(P100)、0.200g.kg-1(P200)。分別將磷肥施入上述土壤基質(zhì)中，充分混勻攪拌，裝在口徑30cm、高度35cm的花盆中，裝土1.5kg。

　　12個柱花草品種種子25℃催芽1d，將已露白的種子接種根瘤菌后，播于育苗板中，待長出1~2片真葉時，移栽至盆缽。每個處理重復(fù)3次。常規(guī)管理。生長60d后取樣。為進一步比較兩個代表性基因型(磷低效、磷高效)的苗期根系生長狀況，采用盆栽試驗，選擇磷低效品種:西卡柱花草(S01)、庫克柱花草(S07)，磷高效品種:有鉤柱花草(S09)、GC1463(S10)，設(shè)置3個磷處理水平:對照(0g.kg-1，P0)、缺磷(0.010g.kg-1，P1)、正常磷(0.025g.kg-1，P2)。于三葉期、六葉期取樣測定各品種(系)的側(cè)根數(shù)、主根長、根體積、根直徑、根表面積和根活躍吸收面積共6項生物指標(biāo)。

　　1.4測定指標(biāo)及方法

　　將植株按根、莖、葉部分分開，分別測量其鮮重，然后置于105℃烘箱中殺青10min，75℃烘干24h至恒重，分別稱量根干重、莖干重和葉干重。將植株地上部烘干后，采用H2SO4￣H2O2消煮—釩鉬黃比色法[17]檢測含磷量。吸磷量和磷效率的計算公式如下:吸磷量=地上部生物量×含磷量磷利用效率=吸磷量/總生物量用直尺量度植株主根的伸直長度，并數(shù)出側(cè)根數(shù)量;將根系洗凈用吸水紙吸干表面附著水，將根浸在盛水的量筒中測定根系體積;采用游標(biāo)卡尺測定根直徑;應(yīng)用甲烯藍染色液蘸根法[18]測定根系表面積及根系活躍吸收面積。

　　1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析利用MicrosoftExcel2003和SPSS17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、作圖、方差分析和相關(guān)性分析。

　　2結(jié)果與分析

　　2.112個柱花草品種的磷營養(yǎng)特性

　　2.1.1不同磷處理對柱花草含磷量的影響

　　不同磷水平處理下不同品種柱花草含磷量結(jié)果顯示，隨著磷濃度的上升，不同品種柱花草含磷量逐漸升高。總體上，不同柱花草品種間的含磷量差異不顯著，僅有高磷水平(P200)下，磷高效基因型品種S09、S10含磷量顯著低于其他品種;P100處理的S09含磷量顯著低于其他品種。可見，磷高效基因型品種在不同磷水平下含磷量變化不大，有較強的耐低磷和高磷能力。因此，在磷脅迫和磷充足的情況下，磷高效基因型品種均更適宜生長。

　　2.2不同磷素水平下柱花草苗期根系生長情況

　　2.2.1不同磷素水平下柱花草苗期側(cè)根生長發(fā)育變化

　　磷高效和磷低效基因型柱花草的苗期側(cè)根數(shù)結(jié)果顯示，3個磷處理間柱花草三葉期各基因型一級側(cè)根數(shù)量變化不大，說明此時的根系生長主要受遺傳因素和種子含磷量控制，與磷素水平無關(guān)[20]。3個磷處理間柱花草六葉期各基因型的一級側(cè)根數(shù)量存在顯著差異，除品種S01，P1處理的一級側(cè)根數(shù)均顯著高于P2處理;P0處理的一級側(cè)根數(shù)均顯著高于P1處理;然而在相同磷處理下，六葉期的各基因型品種的側(cè)根數(shù)間無明顯差異。說明缺磷脅迫顯著促進一級側(cè)根的發(fā)生，不同品種間差異不大。

　　2.3根系各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

　　對根系各指標(biāo)進行相關(guān)性分析，結(jié)果可以看出，4個品種的發(fā)育時期與根表面積、根體積、側(cè)根數(shù)和根長均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，S01和S10的發(fā)育時期與根直徑呈極顯著負相關(guān)，S09發(fā)育時期與根直徑存在顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，說明不同發(fā)育時期對柱花草根構(gòu)型的變化影響很大。不同基因型品種的磷處理濃度與根長均存在顯著負相關(guān)，S09磷處理與根直徑呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，S10磷處理與根直徑呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。每個品種的根表面積與側(cè)根數(shù)及根長呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，與根體積存在極顯著負相關(guān)，S01根表面積與根直徑呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，S10根表面積與根直徑呈顯著正相關(guān)。S01根直徑與根體積呈極顯著負相關(guān)，與側(cè)根數(shù)、根長呈極顯著正相關(guān)。

　　S07根直徑與側(cè)根數(shù)、根長呈顯著正相關(guān)。S10根直徑與側(cè)根數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與根長呈顯著正相關(guān)。每個品種的根體積與側(cè)根數(shù)均呈極顯著負相關(guān)，S01、S07、S09的根體積與根長呈顯著負相關(guān)，4個品種的側(cè)根數(shù)與根長均呈極顯著正相關(guān)。

　　3討論

　　比較不同基因型柱花草的磷營養(yǎng)特性發(fā)現(xiàn)，不同基因型品種的磷含量、吸磷量均隨著磷濃度的增加而增加，磷利用效率對磷濃度的反應(yīng)趨勢則相反，這與漆智平等[22]、劉攀道等[23]研究結(jié)果一致。同一磷水平下，不同柱花草品種間體內(nèi)磷含量并無明顯差異，表明柱花草不同品種對低磷或高磷供應(yīng)的適應(yīng)能力并未體現(xiàn)在植株體內(nèi)磷含量的差異上[7]。磷高效基因型品種(鉤柱花草和GC1480)在不施磷肥處理下吸磷量顯著高于磷低效和磷敏感基因型品種，說明吸磷量可作為柱花草適應(yīng)低磷環(huán)境的重要指標(biāo)之一。在不同磷水平處理下，磷高效基因型品種的磷利用效率均較高，且隨著磷濃度的增加不同品種磷利用效率的變幅大小表現(xiàn)為:磷高效<磷低效<磷敏感，說明磷高效品種較耐低磷，這與不同品種生物量的變化是一致的。磷高效基因型柱花草品種的磷吸收效率和利用效率均高于磷低效基因型品種，表明磷高效基因型柱花草品種的磷吸收效率和利用效率均高于維持正常的磷代謝過程[7]。

　　磷作為植物生長發(fā)育的必需元素之一，在人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用，但磷素不足已成為限制目前世界農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的重要因素[24]。植物在適應(yīng)環(huán)境的長期進化過程中，形成了一系列適應(yīng)性機制來應(yīng)對低磷脅迫，如通過調(diào)控根系形態(tài)構(gòu)型的改變，從而擴增根系與土壤的接觸面積等[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著磷脅迫程度的加重，磷高效和磷低效基因型品種的側(cè)根數(shù)、主根長、根體積、根表面積和根活性面積均表現(xiàn)出增加的趨勢，而根直徑則減小，這與柯野等[26]、馬若囡等[27]的研究結(jié)果一致。根體積是根系長度、直徑、分枝多少的綜合體現(xiàn)，在不同磷素水平條件下，各品種柱花草根體積均受到明顯影響[20]，磷高效基因型品種根體積顯著高于磷低效基因型品種柱花草，且在其他根構(gòu)型指標(biāo)上優(yōu)于磷低效基因型品種，表明在低磷脅迫下，柱花草通過改變根系形態(tài)從而增大根系與環(huán)境的接觸機會，促進根系活性吸收面積的增加，是柱花草適應(yīng)低磷脅迫的普遍響應(yīng)。通過對不同磷處理與各個根系指標(biāo)間進行相關(guān)性分析可以看出，對于不同品種而言，各指標(biāo)間的相關(guān)性表現(xiàn)也有所差異。

　　因此，柱花草根系形態(tài)的改變是其適應(yīng)低磷脅迫的重要機制。在磷脅迫下，柱花草可通過形態(tài)及生理等方面的變化來維持正常的生理過程，植株對缺磷的適應(yīng)能力，在生產(chǎn)上為磷肥的施用和補給贏得了時間，也可短時間利用這種適應(yīng)能力提高磷肥的利用率，但是生產(chǎn)中不能完全依賴這種適應(yīng)，這種適應(yīng)能力更不能代替施肥，環(huán)境一旦缺磷，仍要及時補給[28]。

　　參考文獻

　　[1]蔣昌順.我國對柱花草屬不同種的研究與利用[J].熱帶作物研究，1995(3):64-70.JIANGCS.ResearchandutilizationofdifferentspeciesofStylosanthesinChina[J].Chin.J.Trop.Agric.，1995(3):64-70.

　　[2]周碧燕，郭振飛.ABA及其合成抑制劑對柱花草抗冷性及抗氧化酶活性的影響[J].草業(yè)學(xué)報，2005，14(6):94-99.ZHOUBY，GUOZF.EffectofABAanditsbiosynthesisinhibitoronchillingresistanceandanti￣oxidantenzymesactivity[J].ActaPratacult.Sin.，2005，14(6):94-99.

　　[3]白昌軍，劉國道，王東勁，等.高產(chǎn)抗病圭亞那柱花草綜合性狀評價[J].熱帶作物學(xué)報，2004，25(2):87-94.BAICJ，LIUGD，WANGDJ，etal..EvaluationofsyntheticcharacteristicsofStylosnathesguianensiswithhighyieldandanthracnoseresistance[J].Chin.J.Trop.Crop.，2004，25(2):87-94.

　　相關(guān)論文投稿刊物：草業(yè)學(xué)報刊載學(xué)術(shù)價值較高的草業(yè)科學(xué)專論、綜述、評論等，探討草業(yè)發(fā)展的新理論與新構(gòu)思，是草業(yè)新秀成長的園地，推動草業(yè)科學(xué)發(fā)展的論壇。