【摘 要】
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小麦产量三要素,即单位面积穗数、穗粒数和千粒重。单位面积穗数一般由主茎穗和分蘖穗构成,而分蘖的产生、生长发育和成穗对整个群体构成和产量水平都起重要的调节作用。磷素是小麦生长发育所必需的营养元素,能促进冬小麦分蘖、生长,显著提高产量,但其盲目施用、利用率低,导致磷矿资源的浪费和环境污染。因此,明确维持小麦高产的最佳土壤有效磷含量和施磷量及进一步探索调控冬小麦分蘖的磷素响应基因及其代谢通路,使其既能维
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2017YFD0200202）；
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小麦产量三要素,即单位面积穗数、穗粒数和千粒重。单位面积穗数一般由主茎穗和分蘖穗构成,而分蘖的产生、生长发育和成穗对整个群体构成和产量水平都起重要的调节作用。磷素是小麦生长发育所必需的营养元素,能促进冬小麦分蘖、生长,显著提高产量,但其盲目施用、利用率低,导致磷矿资源的浪费和环境污染。因此,明确维持小麦高产的最佳土壤有效磷含量和施磷量及进一步探索调控冬小麦分蘖的磷素响应基因及其代谢通路,使其既能维持小麦高产,提高磷素利用率,又能减少磷肥的施用,具有重要意义。本试验于2019—2020和2020—2021年在河南科技大学农场进行了大田试验和盆栽试验;大田试验主要研究了不同土壤有效磷含量[4.01 mg P2O5·kg-1（T1）、5.69 mg P2O5·kg-1（T2）、7.39mg P2O5·kg-1（T3）、9.59 mg P2O5·kg-1（T4）、18.55 mg P2O5·kg-1（T5）、25.23 mg P2O5·kg-1（T6）]和施磷水平[0 kg P2O5·hm-2（P0）、90 kg P2O5·hm-2(P90)、180 kg P2O5·hm-2(P180)和270 kg P2O5·hm-2(P270)]对冬小麦分蘖、生长发育及产量的影响,并分析了土壤有效磷含量、施磷量和冬小麦产量之间的关系;盆栽试验从转录组水平研究了施180 kg P2O5·hm-2(P180)对冬小麦分蘖相关基因表达的调控效应。研究结果如下:1.随着土壤有效磷含量的提高,冬小麦最大分蘖数、有效分蘖数、各个时期干物质积累量、扬花期与成熟期干物质分配量、单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量均呈T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1处理,且均达到显著水平（P＜0.05）。随着施磷量的提高,冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数、干物质积累量和各器官的磷含量处理间均呈P270＞P180＞P90＞P0;穗粒数、干物质向籽粒中分配率、产量和籽粒磷积累量呈先增加后降低的趋势,P180水平下达到最大值;冬小麦磷偏生产力和磷农学利用效率均随着施磷水平的提高呈降低的趋势,且均达到显著水平（P＜0.05）。通过分析施磷水平、土壤有效磷含量与产量之间的关系表明,施磷量为194.2～197.4 kg P2O5·hm-2时可维持冬小麦最高产量时最佳有效磷含量25.8～26.0 mg P2O5·kg–1,产量最高为9 752.0～10 349.4 kg·hm–2。2.磷处理使分蘖期冬小麦分蘖发生率提高,通过转录组测序在两个磷处理冬小麦分蘖节共筛选出差异表达基因数目1 466个,其中上调基因802个,下调基因664个,并对其进行了GO及KEGG pathway富集分析。GO分析显示,差异基因主要参与了细胞过程、代谢过程、膜、膜组分、细胞组分、结合和催化活性等过程;KEGG富集通路显示差异基因主要与淀粉、蔗糖代谢、植物激素、转录因子、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢途径相关。本试验从差异基因中共挖掘到上调基因21个、下调基因15个,共36个参与磷素调控小麦分蘖的基因。36个基因分成转录因子基因17个和植物激素及信号转导基因19个,转录因子主要包括MYB、AP2/RAP2、WRKY、MADS、b HLH等类型;植物激素包括生长素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸。由此可得,在该试验区施磷180 kg P2O5·hm-2确保土壤有效磷含量25.23 mg P2O5·kg–1左右,能提高冬小麦分蘖成穗率和干物质积累量,促进花后干物质向籽粒转移和籽粒中磷积累,提高冬小麦产量;在冬小麦分蘖节转录组水平上,挖掘出36个与分蘖相关差异基因,这些差异表达基因对于揭示磷素调控冬小麦分蘖发育的调控基因以及相关代谢具有重要作用。
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