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大豆[Glycine max(L)Merr]起源于我国,在人类饮食消费和工业生产中起着非常重要的作用。在华南红壤地区,土壤缺磷和季节性干旱已经成为大豆生产的主要限制因素之一。因此,引种或选育适应水磷耦合胁迫的大豆品种是提高其产量的有效途径。
本研究选取2个不同磷效率基因型大豆品种:磷高效品种巴西10号(BX10),传统品种本地2号(BD2)。在3个供磷水平,即低磷(不施磷)、常磷(15 mg/kg风干土)和高磷(30 mg/kg风干土)下进行盆栽试验,分别在花期(R1)和结荚期(R4)进行正常水分处理(土壤含水量保持在70%-80%)和干旱处理(土壤含水量保持在35%-45%),从根系特性、磷素养分利用、磷效率、酸性磷酸酶活性、土壤微生物多样性等方面研究不同基因型大豆对水磷耦合胁迫的适应机制。
实验结果表明,花期干旱处理后,不同磷素水平对两个基因型的根系特性有显著影响,巴西10号和本地2号的总根长和根表面积随土壤磷素的增加而降低;水分对巴西10号和本地2号影响不大。结荚期干旱处理后,磷素和水分对巴西10号影响较小;磷素和水分对本地2号影响较大,低磷使本地2号的总根长、根表面积、平均直径和根总体积有所增加,而干旱胁迫降低了本地2号的总根长、根表面积、平均直径和根总体积。
随着土壤磷素水平的增加,两个品种的根冠比均显著下降;而在同一磷素水平处理下,花期和结荚期干旱则会降低根冠比,两个品种表现一致。巴西10号的产量随土壤中磷素的增加而增加,而本地2号的产量则为常磷>高磷>低磷,且巴西lO号的产量高于本地2号;两个基因型大豆受到干旱胁迫后,其产量均显著低于正常水分处理。
巴西10号土壤酸性磷酸酶和根系酸性磷酸酶活性都要低于本地2号。两个基因型根系酸性磷酸酶活性都是随着土壤中磷素的增加而降低,其受干旱胁迫影响不大。巴西10号叶片的酸性磷酸酶活性高于本地2号,磷素对两个基因型叶片酸性磷酸酶活性没有显著影响,干旱处理显著降低巴西10号叶片的酸性磷酸酶活性。
无论是花期干旱还是结荚期干旱,巴西10号和本地2号的根效率比、吸收效率及转移效率均随土壤磷浓度的增加而增加,磷利用效率则降低。总体上来讲,本地2号的根效率比、吸收效率及转移效率大于巴西10号。
运用BIOLOG ECO微平板法分析不同基因型大豆在水磷耦合胁迫下,根区土壤微生物利用不同单一碳源的能力差异和微生物群落多样性的差异。大豆根区土壤微生物对31种不同碳源的利用能力,随着时间的变化,呈现出慢-快-慢的“S”型曲线增长趋势,且品种间差异显著,巴西10号土壤微生物群落的结构和功能多样性低于本地2号,两个基因型在受到干旱胁迫后,土壤微生物群落的功能多样性降低,土壤磷素的增加可以增加土壤微生物群落的功能多样性。