南瓜形态多样性与磷营养基因型差异及其机理研究

【摘要】： 南瓜是葫芦科南瓜属的植物,具有食用、药用、观赏等多种价值,特别是随着近年来人们对其医疗保健作用研究的不断深入,南瓜的生产和深加工越来越受到人们的重视。磷缺乏是南瓜生产的主要限制因子之一。采用土壤改良和施肥等措施是有效的解决途径之一,但很容易出现农业生产成本增加、环境污染加剧等问题,与之相比,筛选和培育耐低磷南瓜品种不仅可以解决上述难题,而且对缓解磷矿资源缺乏和提高磷有效性具有重要作用。本文采用营养液培养方法,以1/2单位日本园试配方为基本营养液,对不同遗传背景的南瓜材料进行苗期耐低磷筛选,以其中两份耐低磷能力不同、在生产上应用比较广泛的南瓜品种(黑籽南瓜和裸仁南瓜)为材料,研究缺磷胁迫对南瓜生物学特性和生理生化反应特性的影响,并在此基础上探讨南瓜对缺磷胁迫的适应性机制,为南瓜优质高产栽培和磷高效品种选育提供可靠依据。试验结果如下： 1、本文对20份南瓜材料24个形态性状的多样性进行研究,发现供试材料在种子性状、植株长势和果实性状上具有丰富的遗传多样性,变异系数在15.78%～114.27%之间。首次提出皮壳质量、千粒重、茎干重、主茎长和单瓜种子数可作为籽用南瓜资源植物学描述评价的代表性状。 2、在营养液培养条件下研究了南瓜苗期耐低磷能力,首次确定苗期筛选以0.013mmol·L-1的磷用量作为低磷处理浓度、0.67mmol·L-1的磷用量作为正常磷处理浓度,以综合指数(缺素症状和干重相对指数的平均值)作为筛选指标。证明了南瓜磷营养存在基因型差异,并筛选出3个耐低磷品种：黑籽南瓜(H3)、华南大板(H2)、东洋板栗(D1)和3个低磷敏感品种：裸仁南瓜双葫芦(S1)、中葫3号(Z2)、嫩玉(N1)。在低磷胁迫下,花青素、类黄酮和总酚等次生代谢产物含量的增多可能是南瓜根系对低磷胁迫的一种适应性反应。 3、在缺磷胁迫下,耐低磷品种黑籽南瓜的根系较大,表现为总根长、根表面积、根数、根冠比和根干重均较大,根系活力较强；而低磷敏感品种裸仁南瓜根系小,受缺磷影响较大。与正常供磷处理相比,两种南瓜幼苗在缺磷胁迫下的叶绿素含量均无明显差异,表明缺磷胁迫并未通过影响叶绿素含量来影响其光合作用。南瓜的磷效率与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率无显著相关性。在缺磷胁迫下,黑籽南瓜的磷吸收能力强,磷再分配能力较强,具有较高的磷效率；尽管裸仁南瓜尽管磷利用效率较高,但吸收效率和再分配能力较低,磷效率较低。 4、缺磷胁迫诱导两种南瓜根系柠檬酸的分泌量增加,其中黑籽南瓜根系柠檬酸分泌量是裸仁南瓜的2.1倍,表明南瓜根系分泌柠檬酸的能力在一定程度上与其耐低磷能力的大小有关。 5、缺磷胁迫下,黑籽南瓜的PEPCase活性明显高于裸仁南瓜,缺磷胁迫后25天,黑籽南瓜的PEPCase活性较裸仁南瓜高42.8%。根系PEPCase舌性与柠檬酸含量呈显著正相关,表明在缺磷胁迫下,两种南瓜根系柠檬酸的分泌,与PEPCase活性的增加有关。在缺磷胁迫下,黑籽南瓜根系NAD-MDH活性高于裸仁南瓜,但根系NAD-MDH活性与柠檬酸分泌量的相关分析表明二者之间无显著相关性。 6、缺磷胁迫下,两种南瓜幼苗根系分泌物中的化学成分均增多。与正常供磷处理相比,缺磷胁迫后,黑籽南瓜根系分泌物中烷烃类化合物的成分和相对含量均呈增加趋势,酚类、脂肪酸酯类、芳香烃类、胺类和烯烃类化合物的相对含量均降低；裸仁南瓜根系分泌物的变化情况则相反。在缺磷胁迫下,耐低磷品种黑籽南瓜根系分泌物中脂肪酸酯类和胺类化合物的相对含量均低于低磷敏感品种裸仁南瓜。黑籽南瓜和裸仁南瓜的根系分泌物均有自毒作用,缺磷胁迫下两种南瓜的自毒作用均增强。 综上所述,南瓜存在磷效率的基因型差异。在缺磷胁迫下,耐低磷南瓜的根系活力和磷再分配能力增强,体内PEPCase的活性增大,根系分泌出较多的柠檬酸和较少的脂肪酸酯类和胺类化合物,根际pH降低,土壤难溶性磷的有效性增加；进而根系形态发生变化,通过根伸长、根表面积增大、根干重增加和根冠比增大等方式增强磷的吸收能力。前人的研究结果表明,耐低磷植物还可通过某些“沉默”基因的诱导表达或DNA序列的特定改变形成相对稳定的磷营养遗传性状,使植物表现出较高的磷效率。因此,根系形态变化、根冠间物质分配改变等形态学变化,根系分泌物增加、根系活力变化等生理学变化以及PEPCase活性增加等代谢变化都是耐低磷南瓜对缺磷胁迫的适应机制。

【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S642.1