徐 靜，張錫洲，李廷軒，陳光登

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川溫江611130）

野生大麥對土壤磷吸收及其酸性磷酸酶活性的基因型差異

徐 靜，張錫洲*，李廷軒，陳光登

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川溫江611130）

在土培盆栽條件下，以野生大麥磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07為材料，研究施磷量為0，30，60和90 mg／kg土條件下其磷素吸收能力及酸性磷酸酶活性變化的差異，為探明磷高效野生大麥高效吸收利用磷素機理提供依據(jù)。結(jié)果表明，1）隨施磷量的增加，不同磷效率野生大麥生物量、磷積累量均有不同程度的增加，而根冠比呈顯著降低的趨勢，且不同施磷處理下，野生大麥生物量、磷積累量和根冠比均表現(xiàn)為磷高效基因型顯著高于低效基因型。2）不同施磷處理下，野生大麥根際土壤有效磷和水溶性磷含量均顯著低于非根際土壤。不施磷、施磷30和60 mg／kg土條件下，磷高效基因型較低效基因型根際土壤有效磷和水溶性磷虧缺程度突出。3）與非根際土壤相比，在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際土壤酸性磷酸酶活性的效應(yīng)范圍為4 mm，均明顯大于低效基因型IS-07-07的活性效應(yīng)范圍2 mm。不同施磷處理下，磷高效基因型根際土壤酸性磷酸酶的活性明顯高于低效基因型，且在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下差異顯著，表明磷高效野生大麥具有較強的低磷土壤環(huán)境適應(yīng)能力和土壤磷素活化能力。隨施磷量的增加，不同磷效率野生大麥植株葉片和根系酸性磷酸酶的活性均顯著降低，且高效基因型葉片和根系酸性磷酸酶的活性較低效基因型高，表明高效基因型植株體內(nèi)磷素的重復(fù)再利用能力較強。低磷脅迫下，磷高效基因型較高的酸性磷酸酶活性是其磷素高效吸收利用的重要特征。

野生大麥；磷素吸收；酸性磷酸酶；基因型

磷作為一種營養(yǎng)和調(diào)控元素，能以多種途徑參與植物體內(nèi)的各種代謝過程，在維持生態(tài)系統(tǒng)平衡中具有重要作用［1］。作物主要通過根系吸收土壤中可溶性磷酸鹽來滿足對磷營養(yǎng)的需求，但土壤中磷多以難溶礦物態(tài)或有機態(tài)存在，導(dǎo)致其利用率低［2-3］。施入土壤中的磷肥至少有70%～90%以不同形態(tài)的磷積累在土壤中，造成對作物生長有效的磷含量較低，同時磷肥的流失也會帶來環(huán)境污染問題［4-5］。為了適應(yīng)低磷脅迫生長環(huán)境，許多磷高效作物相關(guān)基因的表達可以顯著增加土壤磷的生物有效性，通過自身根系形態(tài)和根際生理機制以最大限度地獲取和利用周圍環(huán)境中的磷，進而增強對土壤難溶性磷的攝取和吸收能力［6-7］。酸性磷酸酶是土壤中及植物體內(nèi)一種重要的水解酶，在利用有機磷及調(diào)節(jié)植物磷營養(yǎng)方面具有重要作用［8］。在根際這個特殊的微生態(tài)環(huán)境中，根際土壤中磷酸酶對有機磷的生物化學(xué)循環(huán)具有重大意義。研究發(fā)現(xiàn)，植物根際酸性磷酸酶活性與土壤有機磷的耗竭顯著相關(guān)［9］。一些植物如茶樹（Camellia sinensis）根際土壤中有機磷有顯著增加的趨勢，且根際土壤中有機磷明顯高于非根際土壤［10］。王文華等［11］研究表明，不同磷效率油菜（Brassica campestris）基因型根際都存在有機磷的虧缺現(xiàn)象，且高效基因型的虧缺程度大于低效基因型。研究表明，存在于細胞內(nèi)部的酸性磷酸酶能通過降解部分含磷有機化合物，釋放無機態(tài)磷，在調(diào)控植物體內(nèi)有機磷的代謝周轉(zhuǎn)和再利用過程中具有重要作用［12］。植株根尖外層細胞分泌的酸性磷酸酶參與了土壤有機磷的礦化分解，與磷利用效率關(guān)系密切［8］。Nanamori等［13］研究表明，低磷脅迫誘導(dǎo)牧草和水稻（Oryza sativa）葉片酸性磷酸酶活性升高，且與植株磷利用效率顯著相關(guān)。Marschner等［6］和George等［14］研究表明，低磷脅迫下植物可通過根系分泌酸性磷酸酶以水解土壤有機磷，增加土壤磷素的生物有效性，但并不能很好地反映植物的磷效率，表明造成作物磷吸收效率差異的原因僅部分歸結(jié)于根系分泌的酸性磷酸酶活性差異。野生大麥（Hordeum）是現(xiàn)代栽培大麥的祖先，具有早熟、適應(yīng)性廣、抗性強等特性［15-16］。研究表明，通過自然選擇、演化產(chǎn)生不同特征群體與生態(tài)型的野生大麥，在生長形態(tài)等性狀上和遺傳標(biāo)記方面均表現(xiàn)出豐富的多態(tài)性［17-18］。Nevo等［19-20］通過對以色列野生大麥抗性及生物量和產(chǎn)量等性狀差異進行了研究，揭示了其多樣性特征，因此野生大麥豐富的基因池（gene pool）備受遺傳學(xué)家和育種專家關(guān)注，被認(rèn)為是現(xiàn)代栽培大麥品種改良的重要基因資源。目前對于野生大麥的研究多集中在農(nóng)藝性狀和遺傳誘導(dǎo)基因改良等方面［21-22］，而有關(guān)不同磷效率野生大麥高效吸收利用土壤中磷素及植株酸性磷酸酶活性差異的研究還鮮見報道。因此，本試驗選用前期篩選出的磷素利用效率差異顯著的3個野生大麥基因型，通過在不同供磷水平下研究其對土壤磷素吸收利用差異以及酸性磷酸酶活性對磷素利用效率的影響，可為探明野生大麥磷高效吸收利用機理奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

供試材料：前期篩選出的野生大麥磷素高效利用基因型典型材料IS-22-30、IS-22-25，磷低效基因型典型材料IS-07-07［23］。均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。

供試土壤：采自四川省都江堰市虹口鄉(xiāng)，為近代河流沖積物上發(fā)育的潮土，基本理化性質(zhì)為p H 7．04、有機質(zhì)20．03 g／kg、全氮0．39 g／kg、全磷0．43 g／kg（其中，無機磷總量為0．14 g／kg，占全磷的比例為32．6%；有機磷總量為0．29 g／kg，占全磷的比例為67．4%）、堿解氮51 mg／kg、有效磷6．6 mg／kg、速效鉀24 mg／kg。

供試肥料：尿素（含N 46%）、磷酸二氫鉀（含P2O552%，K2O 34%）和硫酸鉀（含K2O 54%），均為分析純。

1．2 試驗設(shè)計與處理

試驗于2012年11月至2013年3月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)都江堰校區(qū)有防雨設(shè)施的網(wǎng)室中進行。試驗設(shè)置不施磷（CK）和施磷（P）30 mg／kg土（P1）、60 mg／kg土（P2）、90 mg／kg土（P3），每處理3次重復(fù)。N、K2O用量均為150 mg／kg土。采用根袋盆栽試驗（圖1），根室之間用400目（0．04 mm）尼龍網(wǎng)布隔開防止根系透過。將土壤風(fēng)干過2 mm篩后混勻，每個塑料桶（10 L）裝潮土10．0 kg，其中內(nèi)室裝土2．0 kg，兩邊外室分別裝土4．0 kg。另外，每個施磷處理分別設(shè)置3個不種野生大麥的處理作為空白對照（Control），日常管理與其他處理完全相同，所有塑料桶完全隨機擺放。播種前1周將CO（NH2）2、KH2PO4和K2SO4分別以水溶液的形式混入土壤。種子經(jīng)多菌靈消毒后以條帶狀播種在根袋內(nèi)室（2012年11月20日），每穴播1粒種子，每桶共8粒。三葉期（2012年12月20日）每桶定苗6株。在野生大麥生長期間進行定期定量灌水等常規(guī)管理，以保持適宜水分含量。

1．3 取樣方法

在野生大麥拔節(jié)期（出苗后60 d），小心取出根系，去掉粘附在上邊的大土粒，附著于根系表面的土壤作為根際表土R0。將根袋外室土壤整體取出輕輕倒置在玻璃板上，然后由靠近尼龍網(wǎng)布一側(cè)起用一片厚度2 mm、長寬與外室相同的不銹鋼片切割成厚度約為2 mm的土層，如此反復(fù)進行，即可得不同距離的根際土壤0～2 mm，2～4 mm，4～6 mm，6～8 mm。將兩邊外室中與尼龍網(wǎng)布相同距離的土壤層合并為一個樣品。距尼龍網(wǎng)表面2 cm外的土壤作為非根際土Bs。將采集的土樣風(fēng)干磨碎、過篩后貯存?zhèn)溆?。同時收獲植株，將其分為地上部和地下部，用自來水沖洗干凈，蒸餾水潤洗、擦干，裝入紙袋，在105℃下殺青30 min后，75℃烘至恒重，稱重，粉碎后備用。

1．4 測定項目及方法

植株樣品磷含量采用H2SO4-H2O2消化-鉬銻抗比色法測定［24］。用不同部位干物質(zhì)量與磷含量（mg／g）之積的總和計算植株磷累積量；植株葉片和根系酸性磷酸酶活性：以單位鮮重葉片和根系在單位時間內(nèi)分泌的酸性磷酸酶水解對硝基苯磷酸二鈉（p-NPP）產(chǎn)生的對硝基苯酚的量來表示［25］。

土壤養(yǎng)分測定均采用常規(guī)方法［24］：有效磷采用0．5 mol／L碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法；水溶性磷采用0．01 mol／L CaCl2浸提（水土比10∶1），鉬銻抗比色法；土壤酸性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法［24］，用反應(yīng)后釋放的酚的質(zhì)量（mg）來表示。

1．5 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計分析在DPS（11．5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進行，多重比較采用LSD法，圖表制作采用Origin 8．0和Excel 2007。

2 結(jié)果與分析

2．1 野生大麥物質(zhì)生產(chǎn)及磷素吸收差異

2．1．1 野生大麥生物量及根冠比差異 分析圖2可知，隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥生物量均有不同程度的增加。在同一施磷處理下，磷高效基因型生物量均顯著高于低效基因型。不施磷（CK）、施磷30（P1）、60（P2）與90（P3）mg／kg土，磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25生物量分別較低效基因型IS-07-07增加了89．33%和92．00%、40．38%和32．81%、29．20%和28．54%、19．96%和19．58%。在不施磷（CK）和施磷30（P1）mg／kg土處理下兩類基因型間差異更為突出，說明高效基因型在低施磷量下比低效基因型能夠形成更多的生物量，具有較強的磷素吸收利用能力。

由圖3分析可知，在同一施磷處理下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根冠比均顯著高于低效基因型IS-07-07，且隨施磷量增加呈顯著降低趨勢，與中量施磷60（P2）mg／kg土相比，在不施磷（CK）和施磷30（P1）mg／kg土條件下不同磷效率野生大麥根冠比顯著增大，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根冠比較低效基因型IS-07-07分別增加了24．72%，26．24%和23．50%，27．00%；而施磷90（P3）mg／kg土處理時兩類基因型根冠比均顯著降低，這實際上是光合產(chǎn)物在分配方向的強度隨磷素水平的改變而改變。

2．1．2 野生大麥磷素吸收差異 作物對磷的吸收能力用作物體內(nèi)磷的累積量來表示，作物體內(nèi)累積的磷量越多，說明該作物對土壤中的磷素吸收能力越強。由表1分析可知，隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥地上部和地下部磷積累量均呈顯著增加趨勢，在不同施磷處理下，磷高效基因型磷積累量均顯著高于低效基因型。在不施磷（CK）、施磷30（P1）、60（P2）與90（P3）mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25地上部磷積累量分別是低效基因型IS-07-07的1．75和1．74倍、1．24和1．27倍、1．17和1．10倍、1．07和1．03倍；地下部磷積累量分別是低效基因型的1．86和1．98倍、1．62和1．48倍、1．42和1．47倍、1．20和1．28倍；而植株總磷累積量分別比低效基因型增加70．25%和70．52%、27．75%和29．23%、18．77%和12．50%、7．96%和5．11%。在不施磷（CK）、施磷30（P1）和60（P2）mg／kg土條件下，兩類基因型植株總磷累積量差異達顯著水平，且不施磷（CK）條件下的差異更大。說明磷高效基因型對土壤中磷的吸收能力強于低效基因型，尤其是在低磷條件下。

2．2 野生大麥根際與非根際土壤有效磷與水溶性磷含量差異

分析表2可知，隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥根際和非根際土壤有效磷含量均呈顯著增加趨勢，且根際土壤有效磷含量顯著低于非根際土壤。在不同施磷處理下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際和非根際土壤有效磷含量均顯著低于低效基因型IS-07-07，表明高效基因型可能具備更多的或更強的高親和磷轉(zhuǎn)運子，能夠從根際土壤中吸收更多的有效磷。野生大麥根際和非根際土壤水溶性磷含量隨施磷量增加顯著增加，施磷60（P2）與90（P3）mg／kg土?xí)r增加趨勢尤為突出，且均表現(xiàn)出根際土壤水溶性磷含量顯著低于非根際土壤。施磷90（P3）mg／kg土處理時，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際土壤水溶性磷含量較低效基因型IS-07-07分別提高了63．04和49．77μg／kg。在施磷量較低時［不施磷（CK）、施磷30（P1）mg／kg土］，高效基因型根際土壤水溶性磷含量分別較低效基因型降低23．23和26．54μg／kg、33．18和29．86μg／kg。

2．3 野生大麥酸性磷酸酶活性特征差異

2．3．1 野生大麥根際土壤酸性磷酸酶活性差異 由圖4分析可知，根際土壤酸性磷酸酶活性在野生大麥兩類基因型間差異顯著。與非根際土壤相比，在不施磷（CK）、施磷30（P1）mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際土壤酸性磷酸酶活性效應(yīng)范圍為0～4 mm，低效基因型IS-07-07為0～2 mm；而施磷60（P2）和90（P3）mg／kg土條件下，兩類基因型間根際土壤酸性磷酸酶活性效應(yīng)范圍沒有差異，均為0～2 mm。在距根表同一距離范圍內(nèi)，不同磷效率野生大麥根際土壤酸性磷酸酶活性在不施磷（CK）、施磷30（P1）mg／kg土條件下最高，且明顯高于施磷90（P3）mg／kg土處理。在不同施磷處理下，距離根表0～4 mm土層范圍內(nèi)，磷高效基因型根際土壤酸性磷酸酶活性均顯著高于低效基因型。野生大麥兩類基因型土壤酸性磷酸酶活性均在根際表土最高，隨距根表距離的增加酶活性逐漸降低，而空白對照土壤酸性磷酸酶活性隨距離增加沒有明顯變化。在距根表不同距離的土層，兩類基因型土壤酸性磷酸酶活性變化趨勢相似，但均表現(xiàn)出高效基因型根際土壤酸性磷酸酶活性明顯高于低效基因型。

2．3．2 野生大麥根系酸性磷酸酶活性差異 分析圖5可知，隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥根系酸性磷酸酶活性顯著降低。不施磷（CK）、施磷30（P1）mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根系酸性磷酸

酶活性顯著高于低效基因型IS-07-07，且分別是低效基因型的1．18，1．26倍和1．15，1．21倍，表明高效基因型在低磷條件下能夠通過根系增加酸性磷酸酶的分泌提高自身對低磷脅迫環(huán)境的適應(yīng)性，從而有效地加快體內(nèi)難溶性有機磷的水解和合成，增加高效基因型體內(nèi)磷的再利用能力。與中量施磷60（P2）mg／kg土相比，在不施磷（CK）、施磷30（P1）mg／kg土條件下，不同磷效率野生大麥根系酸性磷酸酶活性均顯著增大，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根系酸性磷酸酶活性分別增加了51．30%，63．70%和24．03%，32．44%，低效基因型增加20．71%和1．81%。而施磷90（P3）mg／kg土處理時，磷高效基因型根系酸性磷酸酶活性仍顯著高于低效基因型，表現(xiàn)出較高的酸性磷酸酶活性優(yōu)勢。

2．3．3 野生大麥葉片酸性磷酸酶活性差異 由圖6分析可知，野生大麥磷高效基因型葉片酸性磷酸酶活性顯著高于低效基因型，說明高效基因型植株體內(nèi)有機磷分解、再利用能力較強。隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥葉片酸性磷酸酶活性均表現(xiàn)出不同程度的降低，且高效基因型葉片酸性磷酸酶活性降低幅度明顯高于低效基因型。在不施磷（CK）、施磷30（P1）與60（P2）mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25葉片酸性磷酸酶活性分別是低效基因型IS-07-07的1．21和1．27倍、1．24和1．30倍、1．06和1．10倍。兩類基因型葉片酸性磷酸酶活性均在不施磷（CK）與施磷30（P1）mg／kg土處理時差異最大，說明在低施磷條件下高效基因型植株磷素再利用能力優(yōu)勢更明顯，可通過自身調(diào)節(jié)提高酸性磷酸酶活性，增加對葉片中有機磷化合物的分解，提高體內(nèi)磷的再利用效率，以適應(yīng)低磷脅迫環(huán)境。

3 討論

3．1 不同磷效率野生大麥物質(zhì)積累與磷素吸收積累關(guān)系

不同作物對磷素吸收利用存在較大基因型差異，且作物不同基因型在低磷脅迫下對磷的吸收能力和對磷脅迫的適應(yīng)性上存在遺傳多樣性［26-27］。不同供磷水平下，小麥（Triticum aestivum）、大麥等作物對磷素吸收、積累及利用存在較大基因型差異，磷高效基因型體內(nèi)磷的再運輸、再利用率較高，能以較低的磷含量產(chǎn)生較多的生物量［28-29］。可見，磷高效基因型生物量的形成與磷在體內(nèi)的積累、分配和再利用等關(guān)系密切。研究發(fā)現(xiàn)，大豆（Glycine max）不同磷效率品種在同一低磷水平下其生物量與磷積累量存在差異，而小麥籽粒產(chǎn)量、磷積累量的品種差異不但存在于高、低磷水平間，而且也存在于同一供磷水平處理內(nèi)［30-31］。因此要獲得較高的生物量或經(jīng)濟產(chǎn)量，必須將吸收的磷在植株體內(nèi)轉(zhuǎn)移再利用，篩選和培育具有較高磷素利用效率和在生育前期具有較強磷積累特性的基因型。本研究結(jié)果表明，野生大麥在不同施磷處理下其生物量和磷素吸收效率存在顯著的基因型差異。不同磷效率野生大麥生物量和植株各部位磷積累量均隨施磷量的增加顯著增加，在不同施磷處理下，磷高效基因型生物量和磷積累量均顯著高于低效基因型，且在不施磷和施磷30 mg／kg土條件下差異更為突出，說明高效基因型在低施磷量下磷素吸收能力較強，能產(chǎn)生更多的光合產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，在低磷條件下，大多數(shù)植物會通過向地下部輸入大量的碳，增大地下部生物量，提高根冠比，促使植株獲取更多的磷［32-33］。然而一些物種在低磷脅迫下，其地下部生物量和根冠比與供磷充足條件下相比并沒有顯著升高，如羽扇豆屬（Lupinus）的植物［34］。本研究表明，低磷處理下野生大麥的根冠比顯著高于高磷處理，在同一施磷處理下，磷高效基因型根冠比顯著高于低效基因型，表明高效基因型具有更強的低磷環(huán)境適應(yīng)能力。低磷脅迫能促使高效基因型將同化物轉(zhuǎn)運到根系的比例增大，有效地促進根系生長，以最大限度地吸收利用磷來保證其地上部的生長。

3．2 不同磷效率野生大麥根際與非根際土壤有效磷含量差異

由于土壤中磷的移動性很差，在低磷處理下由于作物較強的吸磷能力，導(dǎo)致根際土壤有效磷含量通常都出現(xiàn)虧缺［35］。研究發(fā)現(xiàn)，低磷脅迫下甘藍型油菜磷高效基因型根際土壤有效磷含量明顯低于低效基因型，且高效基因型能夠產(chǎn)生較多的生物量［36］。不同小麥基因型根際土壤有效磷含量隨施磷量增加顯著增加，且不施磷處理下小麥根際土壤有效磷含量顯著低于非根際土壤［37］。而苜蓿（Medicago sativa）、旱生灌木等作物根際土壤有效磷含量高于非根際土壤［38-39］。因為作物可通過適應(yīng)根際土壤環(huán)境對磷產(chǎn)生較強的活化能力，在一定程度上掩蓋了根際土壤有效磷的虧缺。水溶性磷是對作物最有效的磷素形態(tài)，根際與非根際土壤有效磷含量與水溶性磷含量呈正相關(guān)［39］。研究表明，由于旱生灌木吸收及土壤中Fe和Al氧化物對磷的吸附導(dǎo)致根際土壤水溶性磷含量均低于非根際土壤［39］。不同磷效率小麥根際土壤水溶性磷含量隨施磷量增加而增加，不施磷條件下，磷高效基因型小麥根際土壤水溶性磷含量顯著低于低效基因型［40］。本研究結(jié)果表明，在不同施磷處理下，磷高效基因型較低效基因型能夠吸收更多的土壤磷素，從而形成較多的生物量。不同磷效率野生大麥根際土壤水溶性磷含量均隨施磷量增加顯著增加，且兩類基因型均表現(xiàn)出根際土壤水溶性磷含量顯著低于非根際土壤，表現(xiàn)出明顯的根際效應(yīng)特征，且高效基因型降低幅度較低效基因型更大，這與陳磊等［37］、張錫洲等［4］研究結(jié)果一致，說明磷高效基因型野生大麥具有較強的吸磷能力，導(dǎo)致其根際土壤有效磷含量呈現(xiàn)明顯虧缺。在不同施磷處理下，野生大麥根際土壤有效磷和水溶性磷含量不同，磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25根際和非根際土壤有效磷含量均低于低效基因型IS-07-07，且在不施磷和施磷30 mg／kg土條件下差異顯著。在施磷量較低時，磷高效基因型較低效基因型根際土壤水溶性磷含量顯著降低，更容易表現(xiàn)出虧缺，表明根際與非根際土壤水溶性磷含量與野生大麥自身吸磷能力密切有關(guān)。在不施磷和施磷30 mg／kg土條件下，磷高效基因型根際土壤有效磷和水溶性磷含量均顯著低于低效基因型，表明在低磷脅迫下，磷高效基因型具有比低效基因型更強的活化、吸收和利用土壤磷的能力，更能適應(yīng)低磷環(huán)境條件。

3．3 不同磷效率野生大麥酸性磷酸酶活性與磷高效利用的關(guān)系

當(dāng)磷素是土壤微生物和植物生長的主要限制因子時，微生物、植物體內(nèi)以及根系就會向胞外分泌一種誘導(dǎo)酶——酸性磷酸酶，促進土壤有機磷向無機磷轉(zhuǎn)化，增加磷酸鹽的可用性，是作物適應(yīng)低磷脅迫的生理學(xué)機制之一［1，41］。Marschner等［6］研究表明，在低磷條件下，油菜磷吸收量與根際土壤酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，根系較高的酸性磷酸酶活性會提高根際微生態(tài)系統(tǒng)中磷的生物有效性。黑壚土磷高效基因型小麥根際土壤酸性磷酸酶活性明顯高于低效基因型，且在不施磷條件下差異顯著，而潮土上不同磷效率小麥根際土壤酸性磷酸酶含量變化與供磷水平關(guān)系不大［40］。本研究結(jié)果表明，供磷水平對野生大麥根際土壤酸性磷酸酶活性有明顯的影響，在距根表同一距離范圍，低磷處理下根際土壤酸性磷酸酶活性明顯高于高磷處理。表明低磷脅迫的根際土壤酸性磷酸酶活性有較大幅度的增加，磷高效基因型可更有效的利用有機磷化合物的分解產(chǎn)物以維持植株生長，這與于兆國和張淑香［42］的研究結(jié)論一致。Maseko和Dakora［43］研究表明，豆科作物根際土壤中酸性磷酸酶的活性較非根際土壤顯著提高，根際土壤中有效磷濃度以及植株吸收磷水平與各作物品種的根際酸性磷酸酶活性密切相關(guān)。本研究中，不同磷效率野生大麥根際土壤酸性磷酸酶活性均顯著高于非根際土壤，在不同施磷處理下，磷高效基因型野生大麥根際土壤酸性磷酸酶活性均明顯高于低效基因型，且在低磷處理下差異更大，說明野生大麥磷高效基因型根系能夠分泌或刺激微生物分泌更多酸性磷酸酶，其根際微域內(nèi)有機磷的生物有效性更高。在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際土壤酸性磷酸酶活性效應(yīng)范圍為0～4 mm，低效基因型IS-07-07為0～2 mm；而施磷60與90 mg／kg土處理下，兩類基因型間根際土壤酸性磷酸酶活性效應(yīng)范圍沒有差異，均為0～2 mm，這與Li等［44］對水稻的研究結(jié)果相似。在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下，磷高效基因型根際土壤酸性磷酸酶活性較低效基因型增加幅度較大，且隨施磷量增加其酶活性逐漸降低，這與Zhou等［45］的研究結(jié)果一致。

植物體內(nèi)酸性磷酸酶與植株磷營養(yǎng)狀態(tài)的維持及體內(nèi)有機磷的再利用有密切關(guān)系［14］。在低磷水平下，植株體內(nèi)（根系和葉片）的酸性磷酸酶活性大幅度提高，衰老器官的酶活性高于新生器官，同時磷高效品種的酸性磷酸酶活性較低效品種高，能夠通過提高體內(nèi)酸性磷酸酶活性來催化更多的有機磷化合物分解，以維持其正常生長［46］。低磷脅迫下植物可通過根系分泌酸性磷酸酶以水解土壤有機磷，增加土壤磷素的生物有效性，但并不能很好地反映植物的磷效率，表明造成作物磷吸收效率差異的原因僅部分歸結(jié)于根系分泌的酸性磷酸酶活性差異［47］。Yan等［48］研究發(fā)現(xiàn)，低磷脅迫下，磷低效基因型大豆葉片中酸性磷酸酶活性比高效基因型強，不同大豆葉片的酸性磷酸酶活性與供磷狀況并無顯著相關(guān)性，葉片酸性磷酸酶活性和植物體內(nèi)磷的凈活化也無顯著相關(guān)性。而張海偉等［49］研究表明，低磷脅迫誘導(dǎo)甘藍型油菜葉片酸性磷酸酶活性升高，且與植株磷利用效率顯著相關(guān)。本研究結(jié)果表明，在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下，野生大麥磷高效基因型根系酸性磷酸酶顯著高于低效基因型，表明高效基因型在低磷脅迫條件下具有較高的根系酸性磷酸酶活性，在活化土壤中難溶性磷化合物、改善植株體內(nèi)磷素營養(yǎng)方面均具有重要的作用，這對于磷高效基因型能夠把介質(zhì)中更多的有機磷水解為無機磷供植株生長提供了理論支持。隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥葉片酸性磷酸酶活性均顯著降低，且在不同施磷處理下，磷高效基因型葉片酸性磷酸酶活性均顯著高于低效基因型，說明高效基因型植株體內(nèi)有機磷分解和再利用能力較強，葉片酸性磷酸酶活性升高是野生大麥對低磷脅迫的一種主動適應(yīng)機制。在低磷脅迫下，磷高效基因型具有較高的葉片酸性磷酸酶活性，對提高其植株體內(nèi)磷的代謝周轉(zhuǎn)和再利用效率有著重要作用。

4 結(jié)論

1）野生大麥磷高效基因型具有較強磷素積累、干物質(zhì)生產(chǎn)能力和對有效磷的吸收能力。隨施磷量增加，磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25能夠積累較多的磷并形成較多的生物量。在不同施磷處理下，高效基因型較低效基因型根冠比增加，表現(xiàn)出根部的生長優(yōu)勢，從而獲取更多的土壤磷素。

2）在不同施磷處理下，不同磷效率野生大麥根際土壤有效磷和水溶性磷含量均顯著低于非根際土壤。在不施磷、施磷30與60 mg／kg土條件下，磷高效基因型較低效基因型根際土壤有效磷和水溶性磷虧缺程度突出。

3）磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根際土壤酸性磷酸酶活性明顯高于低效基因型IS-07-07，在不施磷、施磷30 mg／kg土處理時差異顯著，表明磷高效野生大麥具有較強的土壤磷素活化能力。隨施磷量增加，不同磷效率野生大麥植株葉片和根系酸性磷酸酶活性顯著降低，在不施磷、施磷30 mg／kg土條件下，高效基因型酸性磷酸酶活性較高，其植株體內(nèi)磷素的重復(fù)再利用能力較強。

Reference：

［1］ Teng Z Q，Li X D，Han H G，et al．Effects of land use patterns on soil phosphorus fractions in the Longzhong part of the Loess Plateau．Acta Prataculturae Sinica，2013，22（2）：30-37．

［2］ Stutter M I，Shand C A，George T S，et al．Recovering phosphorus from soil：A root solution．Environmental Science＆Technology，2012，46（4）：1977-1978．

［3］ Zhang F S，Wang J Q，Zhang W F，et al．Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement．Acta Pedologica Sinica，2008，9（5）：915-924．

［4］ Zhang X Z，Yang X B，Li T X，et al．Characteristics of phosphorus uptake and phosphorus fractions in the rhizosphere among different phosphorus efficiency wheat cultivars．Scientia Agricultura Sinica，2012，45（15）：3083-3092．

［5］ Liu S，Li T X，Ji L，et al．Phosphorus accumulation and root morphological difference of two ecotypes of Pilea sinofasciata grown in different phosphorus treatments．Acta Prataculturae Sinica，2013，22（3）：211-217．

［6］ Marschner P，Solaiman Z，Rengel Z．Brassica genotypes differ in growth，phosphorus uptake and rhizosphere properties under P-limiting conditions．Soil Biology and Biochemistry，2007，39（1）：87-98．

［7］ Lv Y，Cheng W D，Huang K，et al．Comparison of rhizosphere processes of Vicia sativa and Vicia villosa in response to phosphorus deficiency．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2011，17（3）：674-679．

［8］ Li Y F，Luo A C，Wu L H，et al．Difference in P utilization from organic phosphate between two rice genotypes and its relations with root secreted acid phosphatase activity．Chinese Journal of Applied Ecology，2009，20（5）：1072-1078．

［9］ Zhang H W，Huang Y，Ye X S，et al．Analysis of the contribution of acid phosphatase to P efficiency in Brassica napus under low phosphorus conditions．Science China Life Sciences，2010，53（6）：709-717．

［10］ Chen Y M，Wang M K，Zhuang S Y，et al．Chemical and physical properties of rhizosphere and bulk soils of three tea plants cultivated in Ultisols．Geoderma，2006，136（1）：378-387．

［11］ Wang W H，Zhou X B，Zhou Y X，et al．The mechanism of rhizosphere phosphorus activation of two rape genotypes（Brassica napus L．）with different P efficiencies．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2011，17（6）：1379-1387．

［12］ Tabaldi L A，Ruppenthal R，Cargnelutti D，et al．Effects of metal elements on acid phosphatase activity in cucumber（Cucumis sativus L．）seedlings．Environmental and Experimental Botany，2007，59（1）：43-48．

［13］ Nanamori M，Shinano T，Wasaki J，et al．Low phosphorus tolerance mechanisms：phosphorus recycling and photosynthate partitioning in the tropical forage grass，Brachiaria hybrid cultivar mulato compared with rice．Plant and Cell Physiology，2004，45（4）：460-469．

［14］ George S T，Gregory P J，Hocking P，et al．Variation in root-associated phosphatase activities in wheat contributes to the utilization of organic P substrates in vitro，but does not explain differences in the P-nutrition of plants when grown in soils．Environmental and Experimental Botany，2008，64（3）：239-249．

［15］ Shakhatreh Y，Haddad N，Alrababah M，et al．Phenotypic diversity in wild barley（Hordeum vulgare L．ssp．spontaneum（C．Koch）Thell．）accessions collected in Jordan．Genetic Resources and Crop Evolution，2010，57（1）：131-146．

［16］ Zhang X Z，Yang X B，Li T X，et al．Genotype difference in nitrogen uptake and utilization of wild barley．Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2011，25（6）：1261-1267．

［17］ Tyagi K，Park M R，Lee H J，et al．Fertile crescent region as source of drought tolerance at early stage of plant growth of wild barley（Hordeum vulgare L．ssp．spontaneum）．Pakistan Journal of Botany，2011，43（1）：475-486．

［18］ Chen G，Krugman T，F(xiàn)ahima T，et al．Chromosomal regions controlling seedling drought resistance in Israeli wild barley，Hordeum spontaneum C．Koch．Genetic Resources and Crop Evolution，2010，57（1）：85-99．

［19］ Nevo E．Ecological genomics of natural plant populations：the Israeli perspective．Plant Genomics，Methods in Molecular Biology，2009，513：321-344．

［20］ Nevo E，Chen G．Drought and salt tolerances in wild relatives for wheat and barley improvement．Plant，Cell＆Environment，2010，33（4）：670-685．

［21］ Yan J，Wang Y，Chen J P．Caryopsis dormancy patterns of wild barley（Hordeum spontaneum）and its association with agronomic traits and ecogeographical parameters．Plant Science Journal，2011，29（3）：352-361．

［22］ Chen G，Pourkheirandish M，Sameri M，et al．Genetic targeting of candidate genes for drought sensitive gene eibi1 of wild barley（Hordeum spontaneum）．Breeding Science，2009，59（5）：637-644．

［23］ Xu J，Zhang X Z，Li T X，et al．Screening of wild barley genotypes with high phosphorus use efficiency and their rhizosphere soil inorganic phosphorus fractions．Chinese Journal of Applied Ecology，2013，24（10）：2821-2830．

［24］ Bao S D．Analytical Methods of Soil and Agrochemistry［M］．Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，2000．

［25］ Yang X B．Study on screening for P-efficient wheat cultivar and relevant physiological characteristics［D］．Ya’an：Sichuan Agricultural University，2011．

［26］ Han S F，Deng R L，Xu H R，et al．Characteristics of phosphorus uptake in different rice（Oryza sativa）cultivars under phosphorus stress condition．Journal of Plant Genetic Resources，2007，8（2）：223-227．

［27］ Li B X，Guo C J，Wang B，et al．Acquisition and utilization characteristics of phosphorus in hybrid F1and parents with different P efficiencies under phosphorus deficient condition．Acta Agronomica Sinica，2006，32（2）：267-272．

［28］ George T S，Brown L K，Newton A C，et al．Impact of soil tillage on the robustness of the genetic component of variation in phosphorus（P）use efficiency in barley（Hordeum vulgare L．）．Plant and Soil，2011，339（1-2）：113-123．

［29］ Yang X B，Zhang X Z，Li T X，et al．Differences in phosphorus utilization efficiency among wheat cultivars．Chinese Journal of Applied Ecology，2012，23（1）：60-66．

［30］ Pan X W，Li W B，Zhang Q Y，et al．Assessment on phosphorus efficiency characteristics of soybean genotypes in phosphorus-deficient soils．Agricultural Sciences in China，2008，7（8）：958-969．

［31］ Wang Q R，Li J Y，Li Z S，et al．Screening chinese wheat germplasm for phosphorus efficiency in calcareous soils．Journal of Plant Nutrition，2005，28（3）：498-505．

［32］ Lambers H，Shane M W，Cramer M D，et al．Root structure and functioning for efficient acquisition of phosphorus：Matching morphological and physiological traits．Annals of Botany，2006，98（4）：693-713．

［33］ Cui H，Li L Y，Xie X L，et al．Differences in root architecture of several Stylosanthes genotypes and their phosphorus efficiency．Acta Prataculturae Sinica，2013，22（5）：265-271．

［34］ Pearse S J，Veneklaas E J，Cawthray G，et al．Triticum aestivum shows a greater biomass response to a supply of aluminium phosphate than Lupinus albus，despite releasing fewer carboxylates into the rhizosphere．New Phytologist，2006，169（3）：515-524．

［35］ Hinsinger P，Betencourt E，Bernard L，et al．P for two，sharing a scarce resource：soil phosphorus acquisition in the rhizosphere of inter-cropped species．Plant Physiology，2011，156（3）：1078-1086．

［36］ Liang H L，Shi L，Xu F S，et al．The difference in uptake and utilization of soil insoluble phosphorous for various P efficient genotypes in Brassica napus．Chinese Journal of Oil Crop Sciences，2007，29（3）：297-301．

［37］ Chen L，Wang S F，Liu R L，et al．Changes of root morphology and rhizosphere processes of wheat under different phosphate supply．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2012，18（2）：324-331．

［38］ Gao W X，Zhang L L，Ren W，et al．The changeable characteristics of phosphorus content in rhizosphere soils in different years alfalfa pastures in Hexi Corridor saline soil．Pratacultural Science，2008，25（7）：54-58．

［39］ Xue Z Y，Zhou Z Y，Zhan Y Y，et al．Changing characteristics of phosphorus in the rhizosphere soil of the xeromorphic shrubs in arid deserts．Acta Ecologica Sinica，2010，30（2）：341-349．

［40］ Liu X，Yan H L，Zhang S X．Differences of rhizosphere characteristics of two P-efficient wheat genotypes on two calcareous soils．Soil and Fertilizer Sciences in China，2009，（4）：37-39．

［41］ Zhang H W，Huang Y，Ye X S，et al．Genotypic differences in phosphorus acquisition and the rhizosphere properties of Brassica napus in response to low phosphorus stress．Plant and Soil，2009，320（1-2）：91-102．

［42］ Yu Z G，Zhang S X．Root configuration and rhizosphere characteristics of different maize inbred lines with contrasting P efficiency．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2008，14（6）：1227-1231．

［43］ Maseko S T，Dakora F D．Rhizosphere acid and alkaline phosphatase activity as a marker of P nutrition in nodulated Cyclopia and Aspalathus species in the Cape fynbos of South Africa．South African Journal of Botany，2013，89：289-295．

［44］ Li Y F，Luo A C，Wei X H，et al．Changes in phosphorus fractions，p H，and phosphatase activity in rhizosphere of two rice genotypes．Pedosphere，2008，18（6）：785-794．

［45］ Zhou X B，Huang J G，Zhou Y X，et al．The mechanism on rhizosphere phosphorus activation of two wheat genotypes with different phosphorus efficiency．African Journal of Biotechnology，2012，11（7）：1579-1591．

［46］ Yan K，Wang C Q，Li H X，et al．Effects of phosphorus level on the activity of acid phosphatase in roots of hybrid rice and its parents．Chinese Journal of Rice Science，2010，24（1）：43-48．

［47］ Wasaki J，Maruyama H，Tanaka M，et al．Overexpression of the LASAP2 gene for secretory acid phosphatase in white lupin improves the phosphorus uptake and growth of tobacco plants．Soil Science and Plant Nutrition，2009，55（1）：107-113．

［48］ Yan X L，Liao H，Trull M C，et al．Induction of a major leaf acid phosphatase does not confer adaptation to low phosphorus availability in common bean．Plant Physiology，2001，125（4）：1901-1911．

［49］ Zhang H W，Huang Y，Ye X S，et al．Analysis of the contribution of acid phosphatase to P efficiency in Brassica napus under low phosphorus condition．Scientia Sinica：Life Sciences，2010，40（5）：418-427．

［1］ 滕澤琴，李旭東，韓會閣，等．土地利用方式對隴中黃土高原土壤磷組分的影響．草業(yè)學(xué)報，2013，22（2）：30-37．

［3］ 張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等．中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑．土壤學(xué)報，2008，9（5）：915-924．

［4］ 張錫洲，陽顯斌，李廷軒，等．不同磷效率小麥對磷的吸收及根際土壤磷組分特征差異．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45（15）：3083-3092．

［5］ 劉霜，李廷軒，戢林，等．不同磷處理下兩種生態(tài)型粗齒冷水花的富磷特征及根系形態(tài)差異．草業(yè)學(xué)報，2013，22（3）：211-217．

［7］ 呂陽，程文達，黃珂，等．低磷脅迫下箭筈豌豆和毛葉苕子根際過程的差異比較．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2011，17（3）：674-679．

［8］ 李永夫，羅安程，吳良歡，等．兩個基因型水稻利用有機磷的差異及其與根系分泌酸性磷酸酶活性的關(guān)系．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（5）：1072-1078．

［11］ 王文華，周鑫斌，周永祥，等．不同磷效率油菜根際土壤磷活化機理研究．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2011，17（6）：1379-1387．

［16］ 張錫洲，陽顯斌，李廷軒，等．野生大麥氮素吸收利用的基因型差異．核農(nóng)學(xué)報，2011，25（6）：1261-1267．

［21］ 嚴(yán)俊，王瑩，程劍平．野生二棱大麥種子休眠型態(tài)與農(nóng)藝性狀及生態(tài)地理因素相關(guān)性研究．植物科學(xué)學(xué)報，2011，29（3）：352-361．

［23］ 徐靜，張錫洲，李廷軒，等．磷高效利用野生大麥基因型篩選及其根際土壤無機磷組分特征．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（10）：2821-2830．

［24］ 鮑士旦．土壤農(nóng)化分析［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000．

［25］ 陽顯斌．小麥磷高效利用品種篩選及其生理特征研究［D］．雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011．

［26］ 韓勝芳，鄧若磊，徐海榮，等．缺磷條件下不同水稻品種磷素吸收特性的研究．植物遺傳資源學(xué)報，2007，8（2）：223-227．

［27］ 李賓興，郭程瑾，王斌，等．缺磷脅迫下不同磷效率小麥品種及其雜種F1的磷吸收利用特性．作物學(xué)報，2006，32（2）：267-272．

［29］ 陽顯斌，張錫洲，李廷軒，等．小麥磷素利用效率的品種差異．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（1）：60-66．

［33］ 崔航，李立穎，謝小林，等．不同基因型柱花草的根系構(gòu)型差異及其磷效率．草業(yè)學(xué)報，2013，22（5）：265-271．

［36］ 梁宏玲，石磊，徐芳森，等．甘藍型油菜不同磷效率基因型對土壤難溶性磷吸收利用的差異．中國油料作物學(xué)報，2007，29（3）：297-301．

［37］ 陳磊，王盛鋒，劉榮樂，等．不同磷供應(yīng)水平下小麥根系形態(tài)及根際過程的變化特征．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2012，18（2）：324-331．

［38］ 高文星，張莉麗，任偉，等．河西走廊鹽漬土不同種植年限苜蓿根際磷含量變異特征．草業(yè)科學(xué)，2008，25（7）：54-58．

［39］ 薛梓瑜，周志宇，詹媛媛，等．干旱荒漠區(qū)旱生灌木根際土壤磷變化特征．生態(tài)學(xué)報，2010，30（2）：341-349．

［40］ 劉璇，閆海麗，張淑香．石灰性土壤上兩種磷效率小麥根際特征差異．中國土壤與肥料，2009，（4）：37-39．

［42］ 于兆國，張淑香．不同磷效率玉米自交系根系形態(tài)與根際特征的差異．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2008，14（6）：1227-1231．

［46］ 嚴(yán)寬，王昌全，李煥秀，等．磷水平對雜交水稻及其親本根系酸性磷酸酶活性的影響．中國水稻科學(xué)，2010，24（1）：43-48．

［49］ 張海偉，黃宇，葉祥盛，等．低磷脅迫下甘藍型油菜酸性磷酸酶對磷效率的貢獻分析．中國科學(xué)：生命科學(xué)，2010，40（5）：418-427．

Phosphorus absorption and acid phosphatase activity in wild barley genotypes with different phosphorus use efficiencies

XU Jing，ZHANG Xizhou*，LI Tingxuan，CHEN Guangdeng
College of Resources and Environment，Sichuan Agricultural University，Wenjiang 611130，China

In order to evaluate differences in phosphorus（P）absorption capacity and acid phosphatase activity，two genotypes of wild barley（Hordeum brevisublatum）with high P efficiency（IS-22-30，IS-22-25）and one genotype with low P efficiency（IS-07-07）were grown in pots treated with four different P application rates（0，30，60，and 90 mg／kg soil）．With increasing P concentrations，the biomass and P accumulations of all tested genotypes increased，however the root／shoot ratios decreased．For all P treatments，both the biomass and P accumulation of high efficiency genotypes were significantly higher than that of the low efficiency genotype．Forall tested genotypes，the concentrations of available P and water soluble P in rhizosphere soils were significantly lower than in non-rhizosphere soils．For lower application rates（0，30，60 mg／kg soil）in rhizosphere soils，the concentrations of available P and water soluble P were lower in the high efficiency genotypes than in the low efficiency genotype．In rhizosphere soils with application rates of 0 and 30 mg／kg soil，the acid phosphatase activity of the high efficiency genotypes was significantly higher than that of the low efficiency genotype．These results suggest that wild barleys with high P efficiency have the activation capability to adapt to low P soils．With increased levels of P application，acid phosphatase activities in the leaves and roots of all tested genotypes significantly decreased．Furthermore，acid phosphatase activities in the more efficient genotypes were significantly higher than in the low efficiency genotype，indicating that the P recycling capacity of the more efficient plants is higher and that their increased acid phosphatase activities promote absorption in conditions of low P stress．

wild barley；phosphorus absorption；acid phosphatase；genotype

10．11686／cyxb20150112 http：／／cyxb．lzu．edu．cn

徐靜，張錫洲，李廷軒，陳光登．野生大麥對土壤磷吸收及其酸性磷酸酶活性的基因型差異．草業(yè)學(xué)報，2015，24（1）：88-98．

Xu J，Zhang X Z，Li T X，Chen G D．Phosphorus absorption and acid phosphatase activity in wild barley genotypes with different phosphorus use efficiencies．Acta Prataculturae Sinica，2015，24（1）：88-98．

2013-12-30；改回日期：2014-02-25

國家自然科學(xué)基金項目（40901138），四川省科技支撐計劃項目（2013NZ0029，2013NZ0044），四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)項目（2010JY0083）和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雙支計劃項目資助。

徐靜（1987-），女，四川綿陽人，碩士。E-mail：xujing-sicau＠126．com

*通訊作者Corresponding author．E-mail：zhangxzhou＠163．com