1国家大豆品种区域试验精确度研究

　　磷高效大豆根系特性的生理、遗传和分子生物学基础研究

　　　　　　　严小龙（华南农业大学根系生物学研究中心，广州 510642）
　Tel.:86-20-85283380, Fax: 86-20-85281829, Email: <xlyan@scau.edu.cn>

　　　　　　　　　　　　　摘要

　　缺磷是在华南酸性红壤地区大豆生产的主要限制因素之一。因此，选育磷高效的大豆品种是发展华南地区大豆生产的重要途径。本研究通过田间、温室和实验室等一系列试验，探讨了大豆适应低磷土壤的根系特性及其生理、遗传和分子生物学基础，旨在为筛选和培育出能适应华南地区大面积酸性缺磷红壤的大豆品种提供理论依据。主要研究结果有：

１、分别在广东、广西两个典型的酸性红壤试验点上对来自国内外的300多个大豆品种进行了田间筛选，发现了大豆在耐低磷方面存在着显著的基因型差异。在低磷条件下，一些磷高效大豆品种的生物量可达正常供磷时的80％以上，而一些磷低效品种的生物量不足正常供磷的50％。产量方面也有类似趋势，个别品种在低磷条件下的籽粒产量是当地品种的2－3倍。通过对植株P的分析，发现大豆磷效率（定义为低磷条件下的相对生物量）主要是通过磷吸收效率（定义为植株含磷量）而不是通过磷利用效率（定义为植株内单位磷量所产生的生物量）来实现的。

２、采用多组磷效率差异显著的大豆基因型进行比较生理研究，结果表明，一些优良的根系性状似乎与大豆适应低磷土壤的能力有关。磷高效大豆品种一般具有较好的根形态特性（如较大的根长和比根长、较多分枝和幼根、较密和较长的根毛等）和根构型特性（如根系宽/深比较大、基根角度较大、基根和侧根分布较均匀等）。此外磷高效品种还具有较好的共生结瘤固氮特性以及分泌较多的有机酸（主要为柠檬酸）等有机物质。

３、采用多组磷效率差异显著的大豆基因型杂交配制了永久性（重组自交系）和非永久性遗传群体（F2分离群体），并将这些群体种于缺磷土壤中观察不同个体根系特性的基因型差异及其与耐低磷特性之间的关系。应用计算机图像分析系统分析比较了不同个体在一些重要根系特性（如总根长、根构型、根毛密度、结瘤状况等）方面的表型差异，同时测定了这些个体的磷吸收状况。初步的结果表明，供试的各对亲本在上述根系特性均有显著的差异，这些差异在后代群体中呈连续分离模式，显示了这些性状具有数量遗传的性质。一些根系性状（如总根长和根毛平均长度）与植株吸磷量有一定的相关关系，且有较高的遗传率，因而可作为选育磷高效大豆品种的重要根系形态指标。对大豆重要根系特性数量性状座位（QTL）的分子标记定位正在进行中，以为将来应用分子标记辅助选择（MAS）技术改良大豆磷效率提供基础。

４、本研究还进行了低磷胁迫下大豆根部特异基因的筛选与鉴定。以磷高效大豆基因型为材料，用SSH技术构建了一个大豆根部cDNA缩减文库，并筛选到了19个cDNA克隆，其中有9个为根部所特有，10个在根部增强表达。最终从19个克隆中筛选到了一个只在低磷胁迫大豆根部诱导表达的阳性克隆，测序后进行同源性比较，与拟南芥中编码促分裂原激活蛋白激酶（MAPK）基因的同源性为73%。这是首次从低磷胁迫大豆根部鉴定得到的编码MAPK的基因。据前人和本研究结果推测，低磷胁迫下MAPK促进了大豆根系尤其是侧根的生长发育，从而可能是大豆适应低磷胁迫的一种机制。最近在大豆中克隆到一个特殊的酸性磷酸酶类新基因，并进行了测序和表达分析，发现了酸性磷酸酶其他一些重要生理功能。

关键词：大豆，磷效率，根系特性

鸣谢：本摘要总结了本校根系生物学研究中心多位成员和合作者的工作成果，特此鸣谢。本研究承麦克耐特基金会（McKnight Foundation）以及国家自然科学基金会资助。

国家作物委员会大豆专业委员会 黑龙江省农业信息中心

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