不同磷效率棉花根构型特征差异及其生理机制研究

The utilization efficiency of phosphatic at cotton field in Xinjiang is 8-20%,fertilization and soil improvement is a major method for improving utilization efficiency of phosphatic in the current.But the research of exploration and utilization of the genetic resources of high efficient phosphorus nutrition in cotton and morphological, physiological and molecular mechanisms of exploring cotton phosphorus efficiency differences are rarely reported.The research object of this project is phosphorus uptake and utilization efficiency of cotton in Xinjiang.The technical means of this project have the stratified soil culture system, the rhizobox culture system,the field culture test,minirhizotron technology,computer scanning and image analysis techniques and modern instrumental analysis.Studing these changes of root architecture and physiological and biochemical indicators of cotton genotype with different phosphorus efficiency under low phosphorus stress,revealing root architecture features about high efficiency of phosphorus nutrition in cotton genotype with high phosphorus efficiency,clarifing the relationship of root architecture with phosphorus efficiency in cotton and investigating the applicable mechanism of phosphorus efficient absorption and utilization in cotton with the change of root architecture under low phosphorus stress are the main research tasks of this project.These studies will establish a solid theoretical basis for improving utilization efficiency of phosphatic and breeding cotton genotypes with high phosphorus efficiency based on root architecture.

新疆棉田磷肥利用率不高，基本在8-20%之间，提高途径主要集中在施肥技术和土壤改良方面，而从挖掘棉花自身潜力提高棉花对磷素吸收利用效率以及探索棉花磷效率差异的形态、生理和分子机制的研究则少有报道。本研究以新疆棉花磷素吸收利用效率为研究对象，在前期棉花磷效率品种筛选工作的基础上，通过分层隔网式盆栽试验、小区根箱试验和田间试验，利用微根管、计算机扫描及图像分析和现代仪器分析技术，研究低磷胁迫下不同磷效率棉花根构型以及相关生理生化指标的变化，揭示棉花磷高效基因型材料高效吸收利用磷素的根构型特性，阐明棉花根构型与磷效率关系，探讨低磷胁迫下棉花根构型改变对磷素高效吸收利用的适应机制，为提高土壤磷素利用率和利用棉花根形态性状培育磷高效的高产优质的棉花基因型提供科学的理论依据。

作物根构型与磷效率关系的探讨是当前研究的热点问题，阐述棉花根系形态与磷效率的关系，探讨不同基因型棉花响应低磷胁迫的根系适应机理，为找出影响棉花磷素吸收的主要因子和通过根系塑性提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。本项目以磷高效基因型棉花品种（新海18 号（XH18）、中棉所42 号（CCRI-42)、新陆早19 号（XLZ19））和磷低效基因型棉花品种（新陆早13 号（XLZ13）和新陆早17 号（XLZ17））为材料，通过水培、砂培、土培和田间试验，利用微根管、计算机扫描及图像分析和现代仪器分析技术，分析测定了棉花生物量、吸磷量、根系形态参数、酸性磷酸酶、光合参数等相关的生理生化指标，研究了不同磷效率棉花在不同供磷水平下根系形态及其与植株磷素吸收的关系。结果表明：低磷胁迫下，各基因型棉花各器官及整株生物量，植株磷素的累积量以及棉花根系参数较适磷条件显著降低；在LP条件下，磷高效基因型棉花 XH18、CCRI-42、XLZ19 各生理及根系总参数指标显著高于磷低效XLZ13和XLZ17，且比根长以及细根比例显著大于磷低效基因型，而平均根系直径显著低于磷低效； LP条件下，磷高效和磷低效基因型棉花根系参数分别在苗期和花蕾期开始呈快速增长的趋势，说明在低磷胁迫环境中，磷高效基因型棉花根系对磷素反应更为敏感；主成分分析表明，不同供磷水平下，棉花总根长、总根表面积、总根体积、浅层细根比例、中根长、粗根长是磷效率基因型差异最显著的指标，也是影响棉花吸磷量的重要指标；多元回归分析表明，不同施磷水平下，影响棉花吸磷量的根系参数有所不同。综上，磷高效基因型棉花可较大幅度增加细根和中根比例，降低根系总体细度，促使比根长增加，提高根系的构建效率，以适应低磷胁迫，提高磷素吸收效率。项目资助发表核心论文9篇，其中2篇收录。培养硕士生3名，均取得硕士学位。项目投入经费45万元，支出40.4361万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费4.6138万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。