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摘 要： 在不同磷素水平培养条件下，探讨磷胁迫对柱花草形态指标及生物量的影响，评价柱花草对磷浓度的耐受性。该文以12个不同基因型柱花草品种为材料，设置7个磷肥梯度， 分别为0.2、0.1、0.075、0.050、0.035、0.02 g·kg-1，以不施磷肥为对照，采用盆栽方法进行施肥试验，比较不同柱花草品种形态指标对不同磷浓度的响应及生物量状况，旨在筛选出磷高效的柱花草品种。结果表明：（1）随着土壤磷浓度的逐渐增大，各品种柱花草均呈现分枝数、株高和茎粗均逐渐增大，根长逐渐减小，地上部分和地下部分生物量升高的趋势。（2）在低磷和高磷处理下‘西卡’、‘库克’柱花草的地上生物量均小于每株9.64 g（以供试材料中最高生物量的约2/3为临界线），为磷低效型柱花草;‘有钩’、‘GC1463’柱花草的地上生物量均高于每株9.64 g，为磷高效型柱花草;‘澳克雷’、‘CIAT11365’、‘格拉姆’、‘爱德华’（90080-2）、‘热研5号’、‘Capitata’、‘GC1480’、‘GC1576’柱花草的地上生物量在低磷处理下小于每株9.64 g，在高磷处理下高于每株9.64 g，为磷敏感型柱花草。土壤磷含量對柱花草的形态指标影响较大，磷高效型柱花草对低磷土壤环境适应性较强。
关键词： 柱花草， 供磷水平， 形态特征， 磷效率， 生物量
中图分类号： Q945
文献标识码： A
文章编号： 1000-3142（2021）06-0937-09
收稿日期： 2020-01-07
基金项目： 国家自然科学基金（31160481，31560665） [Supported by the National Natural Science Foundation of China（31160481，31560665）]。
作者简介： 刘金凤（1995-），硕士研究生，研究方向为草种质资源与育种研究，（E-mail）2805744130@qq.com。
*通信作者： 文亦芾，博士，教授，研究方向为草种质资源与育种研究，（E-mail）1301814839@qq.com。
Effects of different phosphorus concentrations on morphological indexes of Stylosanthes guianensis
LIU Jinfeng， CHEN Dafei， DUAN Xinhui， ZHOU Kai， ZHAO Xiaoxue， LUO Fucheng， WEN Yifu*
（ College of Animal Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China ）
Abstract： Under the condition of different phosphorus levels， the effects of phosphorus stress on the morphological indexes and biomass of Stylosanthes guianensis were studied， and the tolerance of S. guianensis to phosphorus concentration was evaluated. Using 12 different genotypes of Stylosanthes species as the material， seven phosphate fertilizer gradients were set up， 0.2， 0.1， 0.075， 0.050， 0.035， 0.02 g·kg-1， respectively， with no phosphate fertilizer as a control， and the fertilization experiment was carried out by potting method. The responses of different morphological indexes of different Stylosanthes species to different phosphorus concentrations and biomass status were compared. Designed to screen out phosphorus-efficient Stylosanthes species. The results were as follows： （1） With the increase of soil phosphorus concentration， the number of branches， plant height and stem diameter increased gradually， and root length decreased gradually， the biomasses of aboveground and underground parts increased. （2） Under the treatments of low phosphorus and high phosphorus， the aboveground biomasses of S. scabra ‘Seca’， S. guianensis ‘COOK’ were less than 9.64 g·plant-1（taking about 2/3 of the highest biomass in the test materials as the critical line）， which were phosphorus-inefficient Stylosanthes species; The aboveground biomasses of S. hamataev.verano， S. guianensis ‘GC1463’ were higher than 9.64 g·plant-1， which were phosphorus-efficient Stylosanthes species; The aboveground biomasses of S. guianensis ‘Oxley’， S. guianensis TRPC90072， S. guianensis ‘Graham’， S. guianensis ‘Endeavour’， S. guianensis ‘Reyan No.5’， S. capitata， S. guianensis ‘GC1480’， S. guianensis ‘GC1576’ were less than 9.64 g·plant-1 under low phosphorus treatment， and the species were higher than 9.64 g·plant-1 under high phosphorus treatment and were phosphorus-sensitive Stylosanthes species. The soil phosphorus content had a great influence on the morphological indexes of Stylosanthes species， and the phosphorus-efficient Stylosanthes species had strong adaptability to the low-phosphorus soil environment. Key words： Stylosanthes guianensis， phosphorus supply， morphological characteristics， phosphorus-efficiency， biomass
磷是植物生长发育过程中必需的元素，以多种途径参与体内各种代谢过程，对植物生长发育具有重要作用（Hou et al.， 2017）。土壤中总磷含量较高，但多以难溶态磷如铝-磷、铁-磷和钙-磷等形式存在（Schachtman & Ayling，1998）。全世界耕地中约有50%的耕地处于缺磷状态，而我国耕地中大约有2/3的耕地处于缺磷状态（李继云等，1995）。植物磷素吸收和利用效率存在的显著差异能在植物的外部形态和内部生理生化过程中表现出来，即在磷素亏缺的胁迫下，植物可通过形态学和生理学过程的改变来提高植物对低磷胁迫的适应能力。植物对磷的摄取能力是植物磷高效基因型的基本特征，其磷摄取的高效机制主要涉及根形态、根分泌、膜转运、体内转运以及菌根等性状的适应性变化。这些高效机制有的是结构性的，有的则是诱导性的，但这两类机制都要受遗传控制（何华玄等，2000; Chakraborty，et al.， 2004;赖志强等，2010;蔡小艳等，2010）。如低磷胁迫能诱导白羽扇豆形成簇生根，显著提高磷吸收效率（涂旭川等，2008），耐低磷水稻的侧根长、侧根数量及侧根密度均明显增加（张富林等，2009）。磷高效植物还可通过增加有机酸的分泌，促进植物对难溶性磷的活化与吸收。
柱花草（Stylosanthes guianensis）是一种优良的豆科牧草，该品种茎叶产量高，营养丰富，适应性强，从砂质土到重粘土均可良好生长，耐干旱，耐酸性瘦土，是热带、亚热带地区最重要的放牧和刈割兼用型豆科牧草，主要用于人工草地建設、天然草地改良、林果草生态工程建设，在我国柱花草已在广东、海南、广西、云南、贵州、福建、四川等省（区）推广种植（蒋昌顺，1995;白昌军等，2004;周碧燕和郭振飞，2005;单国燕等，2009;邵辰光等，2013;李雪枫等，2017）。在全球土壤退化、磷素缺乏、牧草缺乏的环境下，研究柱花草对磷元素胁迫的响应对实现农牧业可持续发展意义重大。大多数柱花草基因型对低磷环境都有比较好的适应性，可以在低磷的酸性红壤区生长，并具有较高产草量，但是磷高效基因型柱花草比磷敏感型品种地上生物量高2～4倍，表现出既耐低磷又具有高产潜力的优良基因型性状（蒋昌顺和张新申，2006）。纵观目前柱花草的研究现状，有关磷效率基因型柱花草的形态解剖方面的研究尚不多见，本试验剖析不同磷浓度对不同基因型柱花草形态学发生的影响，研究磷素对柱花草生长的影响，划分供试材料的磷效率类型，为柱花草选种及深层研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
选用云南省农业科学院热区生态农业研究所的12个柱花草品种作为供试材料，各供试材料采用简易编号，即用S1～S12号分别编号不同品种：‘西卡’柱花草（S. scabra ‘Seca’， S01），‘澳克雷’柱花草（S. guianensis ‘Oxley’，S02），‘CIAT11365’柱花草（S. guianensis TRPC90072，S03），‘格拉姆’柱花草（S. guianensis ‘Graham’，S04），‘爱德华’（90080-2）柱花草（S. guianensis ‘Endeavour’，S05），‘热研5号’柱花草（S. guianensis ‘Reyan No.5’，S06），‘库克’柱花草（S. guianensis ‘COOK’，S07），‘Capitata’（S. capitata， S08），‘有钩’柱花草（S. hamataev.verano，S09），‘GC1463’（S. guianensis ‘GC1463’，S10），‘GC1480’（S. guianensis ‘GC1480’，S11），‘GC1576’（S. guianensis ‘GC1576’，S12）
1.2 研究区概况
研究区位于云南省农业科学院热区生态农业研究所羊开窝基地退化生态系统综合治理技术研究试验示范区（101°49′35.3″ E、25°50′67.7″ N ） 进行，海拔1 071 m。该区夏季高温多雨，冬季低温干旱，土壤为沙壤土。经测定，土壤肥力状况如下：有机质12.6 g·kg-1，全氮1.55 g·kg-1，速效磷12.26 mg·kg-1，速效钾70.50 mg·kg-1，pH值5.65。
1.3 方法
1.3.1 试验处理 以12个磷效率基因型柱花草品种开展苗期的批量筛选试验。取当地从未进行过耕作管理措施的杂草地土壤为供试土壤，土壤经过自然干燥、捣碎、除杂、过筛等处理，施入氮肥（尿素）和钾肥（氯化钾），其施入量为氮肥0.2 g·kg-1、钾肥0.2 g·kg-1，充分搅拌、混匀备用。同时取过2 mm筛处理的未施肥料的土壤用于土壤理化性状分析。
试验设7个磷（P2O5）梯度，分别为0.2、0.1、0.075、0.050、0.035、0.02 g·kg-1土和不施磷肥处理，各处理分别用P200、P100、P75、P50、P35、P20、P0（CK）代表。按试验设计将磷分别施入上述土壤基质中，充分混匀搅拌，分别装在口径30 cm、高度35 cm的花盆中，装土11.5 kg。供试材料生长60 d后取样观测。
1.3.2 材料播种及田间管理 试验在云南省农业科学院热区生态农业研究所网室进行。催芽1 d后， 将已露白的种子接种根瘤菌后，播于育苗板中，待长出1～2片真叶时，移栽至盆钵，每盆6株。每一品种，按设置的7个磷水平各种5个重复，常规管理，磷肥为基肥施用。
1.3.3 测定指标及方法 首先测量各品种的株高、茎粗，然后从盆内取出植株，洗净盆土，并测定其主根长和生物量。 （1）株高与茎粗：每个重复随机挑选具有代表性的3株植株测量从地面至植株的最高部位的绝对高度，求其平均值。各品种的茎粗采用游标卡尺测定，求其平均值。
（2）主根长：采用方格测量法，将根系仔细的分开，置于坐标纸上，测出主根长度。
（3）单株生物量测定：选取洗净泥土的植株把植株按地上部分、地下部分分开，然后将植株各部分置于105 ℃烘箱中杀青10 min，80 ℃烘干24 h至恒重，分别称量地上部分和地下部分干重。
（4）磷效率表示方法：植物的磷效率可以低磷条件下植株的生物量为指标（杜育梅等，2008）。依据Lynch（1998）对养分效率和植物施肥的反应程度分类标准，即以供试材料中最高生物量的约2/3为临界线。产量在低磷处理和高磷处理下均低于临界值为磷低效型;产量在低磷处理下低于临界值，在高磷处理下高于临界值为磷敏感型;产量在低磷处理和高磷处理下均高于临界值为磷高效型。
1.4 数据统计分析
所有数据均利用Excel 2010软件、SPSS 17.0软件进行方差分析和相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同磷处理对柱花草生长的影响
2.1.1 不同磷处理对柱花草分枝数的影响 由表1可知，不同品种柱花草在同一施磷水平下，最大总分枝数与最小总分枝数之间差异显著，其他总分枝数间有差异但差异不显著。S06在P200处理条件下，总分枝数最大，为10.40条。同一品种柱花草在不同的施磷水平下（除P20外）总分枝数与P0相比差异显著。S01在P50处理条件下总分枝数达到最大值9.60条，与P75处理条件下有差异，但差异不显著;S04、S09在P75处理条件下，总分枝数度达到最大值;S02、S07、S08在P100处理条件下，总分枝数达到最大值;S03、S05、S06、S10、S11、S12在P200处理条件下，总分枝数达到最大值。12个品种受施肥量的影响较大，说明S01、S04、S09對磷肥的需求量较低，在本试验设计梯度中，最适施肥（P2O5）量为0.075 g·kg-1;S02、S07、S08最适施肥量为0.1 g·kg-1;S03、S05、S06、S10、S11、S12最适施肥量为0.2 g·kg-1。
2.1.2 不同磷处理对柱花草株高的影响 由表2可知，随着土壤中磷含量的增加，12种柱花草株高逐渐增大。品种间比较发现，在相同磷处理水平下，12种柱花草的株高存在差异。在不施磷肥的情况下（P0），品种S02、S04、S07、S08、S09、S10、S11的株高要显著高于S01、S03、S05、S06、S12 （P<0.05）。在高磷水平下（P200），S01株高最小，显著低于其他11个品种（P<0.05）。其中S09和S10两个品种对磷水平的响应不明显，在P0水平下，S09、S10的株高分别为49.09、50.01 cm，而在P200水平下，两者的株高分别为54.52、55.12 cm，两者分别增加了9.96%、10.22%。这说明磷水平对S09和S10两个柱花草品种株高的影响不大。
2.1.3 不同磷处理对柱花草茎粗的影响 由表3可知，不同品种柱花草的茎粗对磷水平的响应较一致，随着磷浓度的升高茎粗有增粗的趋势，在P75至P200处理下茎粗之间差异不显著，可能是由于磷素比较充足造成。不同品种的柱花草在同一磷处理下茎粗有差异。在P0和P20的处理条件下，S09要显著高于其他品种; 在P20处理条件下，S09相较于茎粗最小的S0、S04，茎粗增加了37.5%。随着磷浓度的增加，各品种间差异逐渐缩小，在P200处理下除S03、S04、S09、S11显著大于S08外（P<0.05），其他品种间差异未达显著水平，其中茎粗最大的S03和S11较茎粗最小的S08增加了17.4%。由此可见，随着磷浓度的增加，不同基因型柱花草品种的茎粗均有增粗，在磷浓度达到一定水平（磷素相对充足的情况下）之后茎粗基本不再变化。
2.1.4 不同磷处理对柱花草主根长的影响 由表4可知，在相同的磷浓度处理下，各柱花草品种间有差异，在不同磷浓度处理条件下，各柱花草的主根长间有差异。在P0处理下S10主根长最长（26.84 cm），S01主根长最短（12.94 cm），二者间差异显著;在P200处理下，S10主根长最长（22.12 cm），S01主根长最短（10.76 cm），二者间差异显著; P0处理相比于P200，S10、S01的主根长减小了17.59%、16.85%，差异显著，说明柱花草主根长度随着土壤中磷浓度的增加，各品种柱花草根长减小，低磷促进根系的生长。 比较7个磷浓度处理下的柱花草品种发现，品种S01、S07、S09、S10主根长变化幅度较小，各品种的最长根长比最小根长分别增加32.34%、13.67%、30.10%、23.92%，说明，虽然各不同基因型柱花草品种根长对磷浓度的响应一致，但是品种S01、S07、S09、S10根长对磷的响应较弱。
2.2 不同磷处理对柱花草生物量的影响
2.2.1不同磷处理对柱花草地下生物量的影响 由表5可知，随着磷浓度的增加，柱花草品种地下生物量逐渐增加。在7个不同的磷浓度处理下，各柱花草品种之间差异显著。在P0处理下，S09、S10地下生物量最高，且显著高于其他品种。在P200处理下，S03地下生物量显著高于其他品种，随着磷浓度的增加，各柱花草品种间差异不断发生变化。比较不同基因型柱花草在相同磷处理条件下地下生物量的增幅发现，S09、S10随着磷浓度的增加，其地下生物量增幅较其他品种小，分别为47.06%、48.53%，说明S09、S10在不同的磷浓度下地下生物量变化较小，对于充足磷水平和磷胁迫处理适应能力较强。
2.2.2 不同磷处理对柱花草地上生物量的影响 由表6可知，随着施磷量的提高，不同基因型柱花草品种地上生物量均呈增长趋势。除S07外，其他品种的地上生物量在P0时为最小值，P200时为最大值，且各个磷处理间差异显著。本试验依据Lynch（1998）对磷效率的评价方式，以植株地上生物量为衡量植物磷效率的指标，对柱花草的磷效率进行分类，衡量柱花草磷效率的临界值为每株9.64 g。即本试验中S01、S07为磷低效型柱花草;S02、S03、S04、S05、S06、S08、S11、S12为磷敏感型柱花草;S09、S10为磷高效型柱花草。 3 讨论与结论
形态指标是植株及其各部分在形态上可测出的各种指标，包括株高、茎粗、根长等指标，这些指标比较直观，是植物生长的重要指标，也是正确估计植株生长特征和评价植株生长速度所不可或缺的依据。本研究结果中，随着土壤磷浓度的增加，各柱花草总分枝数与对照相比都有增加，说明磷对柱花草分枝具有促进作用，这与邵辰光等（2013）的研究结果一致。不同基因型柱花草对土壤磷浓度的具体要求不同，本试验仅对磷肥对柱花草的形态指标的影响进行了研究，更深入的响应机制还需更进一步的研究。土壤磷浓度对柱花草的株高影响较大，而对柱花草的茎粗影响较小，这可能是柱花草对磷的响应机制之一。本研究结果中，最佳磷肥浓度和对照之间相比，茎粗最大增长率为62.5%，株高最大增长率为48.65%。由于茎粗的基数较小，而株高的基数较大，尽管茎粗的增长率更大但株高的增长间差异更为显著。由此可见磷对柱花草生长和发育具有重要的促进作用，而茎粗的变化较小可能是因为供试柱花草生长的时间较短以及柱花草养分分配的特性所导致。刘桂荣等（2018）研究发现，施用磷肥可增加小麦的株高、次生根数、分蘖数以及有效穗数，增加小麦的千粒重，提高产量，说明磷对植物生长和高产具有重要作用。磷浓花草主根的伸长，但是对侧根和根系数量有显著的促进作用，这可能是柱花草对磷的响应机制之一。根系接触土壤，对磷浓度的变化反应敏感，随着土壤磷浓度的增加，柱花草主根长度显著减少，这与郭轶敏等（2014）、余爱等（2011）等研究结果相一致。说明不同的土壤磷浓度对柱花草的根系变化产生重大影响，较低的磷浓度对根系生长有正影响，对株高、茎粗、分枝则产生负影响，高磷则抑制根的生长，促进植株地上部分生长。随着磷浓度的升高，柱花草单株地上生物量增大，地下生物量为减小。磷可以增加柱花草的鲜草及干草产量，这与孙小富等（2019）的研究结果相一致。不同基因型柱花草对磷浓度的要求具有差异性，以相同供磷水平为条件，比较其形态特征的差异性，评价其对供磷水平的要求、对低磷胁迫的适应性。本研究发现，‘有钩’柱花草和‘GC1480’柱花草相较于其他品种株高较高，且在不同的磷浓度处理下其变化幅度小; 磷浓度变化对柱花草茎粗的影响较小;‘GC1480’、‘西卡’、‘库克’和‘有钩’柱花草4个品种在磷胁迫下其形态指标变化不大，而其他品种对磷浓度变化较为敏感。张德等（2018）研究发现，磷添加对干热河谷柱花草种植具有明显的促生效果，不同的柱花草品种对低磷的耐受程度不同。不用基因型柱花草在相同磷浓度条件下的生物量差异显著，筛选应用柱花草的试验还需进一步深入细化的研究。本试验中，12个柱花草品种的生态学指标对磷浓度变化的响应趋势基本一致，但其对磷浓度的适应性存在显著的差异，这主要是由其基因型的不同导致的。研究发现，在低磷或在正常供磷条件下，苗期全株地上部干重、地下部干重、株高、根长的变异系数均较大，在耐低磷特性上品种间存在较大差异，有利于筛选耐低磷基因型（龚丝雨等，2019）。磷高效性的植物品种对低磷环境的耐受性更好，有研究表明，磷高效燕麦品种对低磷环境的适应性更强（贺鑫等，2019）。
本研究结果表明，土壤磷浓度增加会促进柱花草总分枝数、株高、茎粗、单株地上及地下生物量的增加，会抑制柱花草根系的生长和发育。从柱花草对磷浓度的适应性进行了磷效率的划分，发现其存在显著的基因型差异。结果表明，‘西卡’柱花草、‘库克’柱花草为磷低效型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较小，且在低磷和高磷的条件下产量均较低。‘有钩’柱花草、‘GC1463’柱花草为磷高效型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较小，且在低磷和高磷的条件下产量均较高。其余供试品种为磷敏感型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较大，且在低磷条件下产量较低，高磷的条件下产量则较高。磷高效型柱花草在各个磷浓度土壤中的适应性及产量比其他基因型的柱花草高。柱花草在酸性低磷土壤中的适应性强，筛选和培育磷高效型柱花草具有重要的理论和现实意义。
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（责任编辑 周翠鸣）
关键词： 柱花草， 供磷水平， 形态特征， 磷效率， 生物量
中图分类号： Q945
文献标识码： A
文章编号： 1000-3142（2021）06-0937-09
收稿日期： 2020-01-07
基金项目： 国家自然科学基金（31160481，31560665） [Supported by the National Natural Science Foundation of China（31160481，31560665）]。
作者简介： 刘金凤（1995-），硕士研究生，研究方向为草种质资源与育种研究，（E-mail）2805744130@qq.com。
*通信作者： 文亦芾，博士，教授，研究方向为草种质资源与育种研究，（E-mail）1301814839@qq.com。
Effects of different phosphorus concentrations on morphological indexes of Stylosanthes guianensis
LIU Jinfeng， CHEN Dafei， DUAN Xinhui， ZHOU Kai， ZHAO Xiaoxue， LUO Fucheng， WEN Yifu*
（ College of Animal Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China ）
Abstract： Under the condition of different phosphorus levels， the effects of phosphorus stress on the morphological indexes and biomass of Stylosanthes guianensis were studied， and the tolerance of S. guianensis to phosphorus concentration was evaluated. Using 12 different genotypes of Stylosanthes species as the material， seven phosphate fertilizer gradients were set up， 0.2， 0.1， 0.075， 0.050， 0.035， 0.02 g·kg-1， respectively， with no phosphate fertilizer as a control， and the fertilization experiment was carried out by potting method. The responses of different morphological indexes of different Stylosanthes species to different phosphorus concentrations and biomass status were compared. Designed to screen out phosphorus-efficient Stylosanthes species. The results were as follows： （1） With the increase of soil phosphorus concentration， the number of branches， plant height and stem diameter increased gradually， and root length decreased gradually， the biomasses of aboveground and underground parts increased. （2） Under the treatments of low phosphorus and high phosphorus， the aboveground biomasses of S. scabra ‘Seca’， S. guianensis ‘COOK’ were less than 9.64 g·plant-1（taking about 2/3 of the highest biomass in the test materials as the critical line）， which were phosphorus-inefficient Stylosanthes species; The aboveground biomasses of S. hamataev.verano， S. guianensis ‘GC1463’ were higher than 9.64 g·plant-1， which were phosphorus-efficient Stylosanthes species; The aboveground biomasses of S. guianensis ‘Oxley’， S. guianensis TRPC90072， S. guianensis ‘Graham’， S. guianensis ‘Endeavour’， S. guianensis ‘Reyan No.5’， S. capitata， S. guianensis ‘GC1480’， S. guianensis ‘GC1576’ were less than 9.64 g·plant-1 under low phosphorus treatment， and the species were higher than 9.64 g·plant-1 under high phosphorus treatment and were phosphorus-sensitive Stylosanthes species. The soil phosphorus content had a great influence on the morphological indexes of Stylosanthes species， and the phosphorus-efficient Stylosanthes species had strong adaptability to the low-phosphorus soil environment. Key words： Stylosanthes guianensis， phosphorus supply， morphological characteristics， phosphorus-efficiency， biomass
磷是植物生长发育过程中必需的元素，以多种途径参与体内各种代谢过程，对植物生长发育具有重要作用（Hou et al.， 2017）。土壤中总磷含量较高，但多以难溶态磷如铝-磷、铁-磷和钙-磷等形式存在（Schachtman & Ayling，1998）。全世界耕地中约有50%的耕地处于缺磷状态，而我国耕地中大约有2/3的耕地处于缺磷状态（李继云等，1995）。植物磷素吸收和利用效率存在的显著差异能在植物的外部形态和内部生理生化过程中表现出来，即在磷素亏缺的胁迫下，植物可通过形态学和生理学过程的改变来提高植物对低磷胁迫的适应能力。植物对磷的摄取能力是植物磷高效基因型的基本特征，其磷摄取的高效机制主要涉及根形态、根分泌、膜转运、体内转运以及菌根等性状的适应性变化。这些高效机制有的是结构性的，有的则是诱导性的，但这两类机制都要受遗传控制（何华玄等，2000; Chakraborty，et al.， 2004;赖志强等，2010;蔡小艳等，2010）。如低磷胁迫能诱导白羽扇豆形成簇生根，显著提高磷吸收效率（涂旭川等，2008），耐低磷水稻的侧根长、侧根数量及侧根密度均明显增加（张富林等，2009）。磷高效植物还可通过增加有机酸的分泌，促进植物对难溶性磷的活化与吸收。
柱花草（Stylosanthes guianensis）是一种优良的豆科牧草，该品种茎叶产量高，营养丰富，适应性强，从砂质土到重粘土均可良好生长，耐干旱，耐酸性瘦土，是热带、亚热带地区最重要的放牧和刈割兼用型豆科牧草，主要用于人工草地建設、天然草地改良、林果草生态工程建设，在我国柱花草已在广东、海南、广西、云南、贵州、福建、四川等省（区）推广种植（蒋昌顺，1995;白昌军等，2004;周碧燕和郭振飞，2005;单国燕等，2009;邵辰光等，2013;李雪枫等，2017）。在全球土壤退化、磷素缺乏、牧草缺乏的环境下，研究柱花草对磷元素胁迫的响应对实现农牧业可持续发展意义重大。大多数柱花草基因型对低磷环境都有比较好的适应性，可以在低磷的酸性红壤区生长，并具有较高产草量，但是磷高效基因型柱花草比磷敏感型品种地上生物量高2～4倍，表现出既耐低磷又具有高产潜力的优良基因型性状（蒋昌顺和张新申，2006）。纵观目前柱花草的研究现状，有关磷效率基因型柱花草的形态解剖方面的研究尚不多见，本试验剖析不同磷浓度对不同基因型柱花草形态学发生的影响，研究磷素对柱花草生长的影响，划分供试材料的磷效率类型，为柱花草选种及深层研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
选用云南省农业科学院热区生态农业研究所的12个柱花草品种作为供试材料，各供试材料采用简易编号，即用S1～S12号分别编号不同品种：‘西卡’柱花草（S. scabra ‘Seca’， S01），‘澳克雷’柱花草（S. guianensis ‘Oxley’，S02），‘CIAT11365’柱花草（S. guianensis TRPC90072，S03），‘格拉姆’柱花草（S. guianensis ‘Graham’，S04），‘爱德华’（90080-2）柱花草（S. guianensis ‘Endeavour’，S05），‘热研5号’柱花草（S. guianensis ‘Reyan No.5’，S06），‘库克’柱花草（S. guianensis ‘COOK’，S07），‘Capitata’（S. capitata， S08），‘有钩’柱花草（S. hamataev.verano，S09），‘GC1463’（S. guianensis ‘GC1463’，S10），‘GC1480’（S. guianensis ‘GC1480’，S11），‘GC1576’（S. guianensis ‘GC1576’，S12）
1.2 研究区概况
研究区位于云南省农业科学院热区生态农业研究所羊开窝基地退化生态系统综合治理技术研究试验示范区（101°49′35.3″ E、25°50′67.7″ N ） 进行，海拔1 071 m。该区夏季高温多雨，冬季低温干旱，土壤为沙壤土。经测定，土壤肥力状况如下：有机质12.6 g·kg-1，全氮1.55 g·kg-1，速效磷12.26 mg·kg-1，速效钾70.50 mg·kg-1，pH值5.65。
1.3 方法
1.3.1 试验处理 以12个磷效率基因型柱花草品种开展苗期的批量筛选试验。取当地从未进行过耕作管理措施的杂草地土壤为供试土壤，土壤经过自然干燥、捣碎、除杂、过筛等处理，施入氮肥（尿素）和钾肥（氯化钾），其施入量为氮肥0.2 g·kg-1、钾肥0.2 g·kg-1，充分搅拌、混匀备用。同时取过2 mm筛处理的未施肥料的土壤用于土壤理化性状分析。
试验设7个磷（P2O5）梯度，分别为0.2、0.1、0.075、0.050、0.035、0.02 g·kg-1土和不施磷肥处理，各处理分别用P200、P100、P75、P50、P35、P20、P0（CK）代表。按试验设计将磷分别施入上述土壤基质中，充分混匀搅拌，分别装在口径30 cm、高度35 cm的花盆中，装土11.5 kg。供试材料生长60 d后取样观测。
1.3.2 材料播种及田间管理 试验在云南省农业科学院热区生态农业研究所网室进行。催芽1 d后， 将已露白的种子接种根瘤菌后，播于育苗板中，待长出1～2片真叶时，移栽至盆钵，每盆6株。每一品种，按设置的7个磷水平各种5个重复，常规管理，磷肥为基肥施用。
1.3.3 测定指标及方法 首先测量各品种的株高、茎粗，然后从盆内取出植株，洗净盆土，并测定其主根长和生物量。 （1）株高与茎粗：每个重复随机挑选具有代表性的3株植株测量从地面至植株的最高部位的绝对高度，求其平均值。各品种的茎粗采用游标卡尺测定，求其平均值。
（2）主根长：采用方格测量法，将根系仔细的分开，置于坐标纸上，测出主根长度。
（3）单株生物量测定：选取洗净泥土的植株把植株按地上部分、地下部分分开，然后将植株各部分置于105 ℃烘箱中杀青10 min，80 ℃烘干24 h至恒重，分别称量地上部分和地下部分干重。
（4）磷效率表示方法：植物的磷效率可以低磷条件下植株的生物量为指标（杜育梅等，2008）。依据Lynch（1998）对养分效率和植物施肥的反应程度分类标准，即以供试材料中最高生物量的约2/3为临界线。产量在低磷处理和高磷处理下均低于临界值为磷低效型;产量在低磷处理下低于临界值，在高磷处理下高于临界值为磷敏感型;产量在低磷处理和高磷处理下均高于临界值为磷高效型。
1.4 数据统计分析
所有数据均利用Excel 2010软件、SPSS 17.0软件进行方差分析和相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同磷处理对柱花草生长的影响
2.1.1 不同磷处理对柱花草分枝数的影响 由表1可知，不同品种柱花草在同一施磷水平下，最大总分枝数与最小总分枝数之间差异显著，其他总分枝数间有差异但差异不显著。S06在P200处理条件下，总分枝数最大，为10.40条。同一品种柱花草在不同的施磷水平下（除P20外）总分枝数与P0相比差异显著。S01在P50处理条件下总分枝数达到最大值9.60条，与P75处理条件下有差异，但差异不显著;S04、S09在P75处理条件下，总分枝数度达到最大值;S02、S07、S08在P100处理条件下，总分枝数达到最大值;S03、S05、S06、S10、S11、S12在P200处理条件下，总分枝数达到最大值。12个品种受施肥量的影响较大，说明S01、S04、S09對磷肥的需求量较低，在本试验设计梯度中，最适施肥（P2O5）量为0.075 g·kg-1;S02、S07、S08最适施肥量为0.1 g·kg-1;S03、S05、S06、S10、S11、S12最适施肥量为0.2 g·kg-1。
2.1.2 不同磷处理对柱花草株高的影响 由表2可知，随着土壤中磷含量的增加，12种柱花草株高逐渐增大。品种间比较发现，在相同磷处理水平下，12种柱花草的株高存在差异。在不施磷肥的情况下（P0），品种S02、S04、S07、S08、S09、S10、S11的株高要显著高于S01、S03、S05、S06、S12 （P<0.05）。在高磷水平下（P200），S01株高最小，显著低于其他11个品种（P<0.05）。其中S09和S10两个品种对磷水平的响应不明显，在P0水平下，S09、S10的株高分别为49.09、50.01 cm，而在P200水平下，两者的株高分别为54.52、55.12 cm，两者分别增加了9.96%、10.22%。这说明磷水平对S09和S10两个柱花草品种株高的影响不大。
2.1.3 不同磷处理对柱花草茎粗的影响 由表3可知，不同品种柱花草的茎粗对磷水平的响应较一致，随着磷浓度的升高茎粗有增粗的趋势，在P75至P200处理下茎粗之间差异不显著，可能是由于磷素比较充足造成。不同品种的柱花草在同一磷处理下茎粗有差异。在P0和P20的处理条件下，S09要显著高于其他品种; 在P20处理条件下，S09相较于茎粗最小的S0、S04，茎粗增加了37.5%。随着磷浓度的增加，各品种间差异逐渐缩小，在P200处理下除S03、S04、S09、S11显著大于S08外（P<0.05），其他品种间差异未达显著水平，其中茎粗最大的S03和S11较茎粗最小的S08增加了17.4%。由此可见，随着磷浓度的增加，不同基因型柱花草品种的茎粗均有增粗，在磷浓度达到一定水平（磷素相对充足的情况下）之后茎粗基本不再变化。
2.1.4 不同磷处理对柱花草主根长的影响 由表4可知，在相同的磷浓度处理下，各柱花草品种间有差异，在不同磷浓度处理条件下，各柱花草的主根长间有差异。在P0处理下S10主根长最长（26.84 cm），S01主根长最短（12.94 cm），二者间差异显著;在P200处理下，S10主根长最长（22.12 cm），S01主根长最短（10.76 cm），二者间差异显著; P0处理相比于P200，S10、S01的主根长减小了17.59%、16.85%，差异显著，说明柱花草主根长度随着土壤中磷浓度的增加，各品种柱花草根长减小，低磷促进根系的生长。 比较7个磷浓度处理下的柱花草品种发现，品种S01、S07、S09、S10主根长变化幅度较小，各品种的最长根长比最小根长分别增加32.34%、13.67%、30.10%、23.92%，说明，虽然各不同基因型柱花草品种根长对磷浓度的响应一致，但是品种S01、S07、S09、S10根长对磷的响应较弱。
2.2 不同磷处理对柱花草生物量的影响
2.2.1不同磷处理对柱花草地下生物量的影响 由表5可知，随着磷浓度的增加，柱花草品种地下生物量逐渐增加。在7个不同的磷浓度处理下，各柱花草品种之间差异显著。在P0处理下，S09、S10地下生物量最高，且显著高于其他品种。在P200处理下，S03地下生物量显著高于其他品种，随着磷浓度的增加，各柱花草品种间差异不断发生变化。比较不同基因型柱花草在相同磷处理条件下地下生物量的增幅发现，S09、S10随着磷浓度的增加，其地下生物量增幅较其他品种小，分别为47.06%、48.53%，说明S09、S10在不同的磷浓度下地下生物量变化较小，对于充足磷水平和磷胁迫处理适应能力较强。
2.2.2 不同磷处理对柱花草地上生物量的影响 由表6可知，随着施磷量的提高，不同基因型柱花草品种地上生物量均呈增长趋势。除S07外，其他品种的地上生物量在P0时为最小值，P200时为最大值，且各个磷处理间差异显著。本试验依据Lynch（1998）对磷效率的评价方式，以植株地上生物量为衡量植物磷效率的指标，对柱花草的磷效率进行分类，衡量柱花草磷效率的临界值为每株9.64 g。即本试验中S01、S07为磷低效型柱花草;S02、S03、S04、S05、S06、S08、S11、S12为磷敏感型柱花草;S09、S10为磷高效型柱花草。 3 讨论与结论
形态指标是植株及其各部分在形态上可测出的各种指标，包括株高、茎粗、根长等指标，这些指标比较直观，是植物生长的重要指标，也是正确估计植株生长特征和评价植株生长速度所不可或缺的依据。本研究结果中，随着土壤磷浓度的增加，各柱花草总分枝数与对照相比都有增加，说明磷对柱花草分枝具有促进作用，这与邵辰光等（2013）的研究结果一致。不同基因型柱花草对土壤磷浓度的具体要求不同，本试验仅对磷肥对柱花草的形态指标的影响进行了研究，更深入的响应机制还需更进一步的研究。土壤磷浓度对柱花草的株高影响较大，而对柱花草的茎粗影响较小，这可能是柱花草对磷的响应机制之一。本研究结果中，最佳磷肥浓度和对照之间相比，茎粗最大增长率为62.5%，株高最大增长率为48.65%。由于茎粗的基数较小，而株高的基数较大，尽管茎粗的增长率更大但株高的增长间差异更为显著。由此可见磷对柱花草生长和发育具有重要的促进作用，而茎粗的变化较小可能是因为供试柱花草生长的时间较短以及柱花草养分分配的特性所导致。刘桂荣等（2018）研究发现，施用磷肥可增加小麦的株高、次生根数、分蘖数以及有效穗数，增加小麦的千粒重，提高产量，说明磷对植物生长和高产具有重要作用。磷浓花草主根的伸长，但是对侧根和根系数量有显著的促进作用，这可能是柱花草对磷的响应机制之一。根系接触土壤，对磷浓度的变化反应敏感，随着土壤磷浓度的增加，柱花草主根长度显著减少，这与郭轶敏等（2014）、余爱等（2011）等研究结果相一致。说明不同的土壤磷浓度对柱花草的根系变化产生重大影响，较低的磷浓度对根系生长有正影响，对株高、茎粗、分枝则产生负影响，高磷则抑制根的生长，促进植株地上部分生长。随着磷浓度的升高，柱花草单株地上生物量增大，地下生物量为减小。磷可以增加柱花草的鲜草及干草产量，这与孙小富等（2019）的研究结果相一致。不同基因型柱花草对磷浓度的要求具有差异性，以相同供磷水平为条件，比较其形态特征的差异性，评价其对供磷水平的要求、对低磷胁迫的适应性。本研究发现，‘有钩’柱花草和‘GC1480’柱花草相较于其他品种株高较高，且在不同的磷浓度处理下其变化幅度小; 磷浓度变化对柱花草茎粗的影响较小;‘GC1480’、‘西卡’、‘库克’和‘有钩’柱花草4个品种在磷胁迫下其形态指标变化不大，而其他品种对磷浓度变化较为敏感。张德等（2018）研究发现，磷添加对干热河谷柱花草种植具有明显的促生效果，不同的柱花草品种对低磷的耐受程度不同。不用基因型柱花草在相同磷浓度条件下的生物量差异显著，筛选应用柱花草的试验还需进一步深入细化的研究。本试验中，12个柱花草品种的生态学指标对磷浓度变化的响应趋势基本一致，但其对磷浓度的适应性存在显著的差异，这主要是由其基因型的不同导致的。研究发现，在低磷或在正常供磷条件下，苗期全株地上部干重、地下部干重、株高、根长的变异系数均较大，在耐低磷特性上品种间存在较大差异，有利于筛选耐低磷基因型（龚丝雨等，2019）。磷高效性的植物品种对低磷环境的耐受性更好，有研究表明，磷高效燕麦品种对低磷环境的适应性更强（贺鑫等，2019）。
本研究结果表明，土壤磷浓度增加会促进柱花草总分枝数、株高、茎粗、单株地上及地下生物量的增加，会抑制柱花草根系的生长和发育。从柱花草对磷浓度的适应性进行了磷效率的划分，发现其存在显著的基因型差异。结果表明，‘西卡’柱花草、‘库克’柱花草为磷低效型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较小，且在低磷和高磷的条件下产量均较低。‘有钩’柱花草、‘GC1463’柱花草为磷高效型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较小，且在低磷和高磷的条件下产量均较高。其余供试品种为磷敏感型柱花草，随着磷浓度的增加增幅较大，且在低磷条件下产量较低，高磷的条件下产量则较高。磷高效型柱花草在各个磷浓度土壤中的适应性及产量比其他基因型的柱花草高。柱花草在酸性低磷土壤中的适应性强，筛选和培育磷高效型柱花草具有重要的理论和现实意义。
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（责任编辑 周翠鸣）