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1、主要作物高效利用磷的生物学潜力及生理机制,一、研究背景二、研究目标三、研究内容四、课题成果,磷是作物生产所需的必要元素，作物基因型存在磷效率差异,磷吸收效率（PAE） 磷利用效率（PUE）,LP,一、研究背景,植物响应磷匮缺胁迫的主要机制,一、研究背景,Puga et al., 2017,磷高效吸收,磷高效利用,高效基因型调控措施,内部储存再转运,明确水稻、玉米、油菜、大豆等作物主栽品种需磷特性、关键时期、减肥增效的生物学潜力;揭示不同土壤类型及施肥方式下磷素高效吸收的根系生物学机制以及降低体内磷的需求和液泡储存提高体内磷素再利用效率的机理。,二、研究目标,集约化栽培条件下作物主栽品种磷素需求
2、关键节点及规律主要作物磷素需求阈值及其减磷增效潜力磷素高效吸收的生物学机制磷素高效利用的生物学机制,三、研究内容,集约化栽培条件下作物主栽品种磷素需求关键节点及规律,三、研究内容-磷素需求规律及减肥潜力,圣光168,中双11号,圣光128,中油杂19号,华油杂9号,75,45,30,60,15,0,75,75,75,75,45,45,45,45,30,30,30,30,60,60,60,60,15,15,15,15,0,0,0,0,904522.5,主要作物磷素需求规律及减磷潜力分析,Low P,Low P,油菜全生育期磷处理示意图,10叶期,花期,薹期,5叶期,-P,+P,-P,-P,+P,
3、-P,+P,5叶期，20 DAT,-P,+P,油菜5叶期前不供磷，根系褐色，细长，地上部生长受到抑制，叶片极小，开始时出现长一片新叶死一片老片的现象。5叶期后重新供磷，油菜不能恢复正常生长，死亡。油菜苗期磷营养很重要，缺少磷植物就会死亡。,油菜磷营养的临界期在苗期,-P,5叶期后-P15天,+P,35 DAT,油菜5叶期后不供磷15天，与正常磷（+P）处理比较，根系褐色细长，叶片变小、数量较少。但是长势显著高于不供磷处理。油菜5叶期前供磷，即使后期不供磷，也能维持一定的生长。,与磷肥作为基肥比较，不施磷肥，或晚施磷肥，老叶均出现早衰，叶片花青素积累。,不同品种对缺磷的响应存在显著差异。施磷量4
4、5kg/ha圣光168种子产量显著高于其他品种。,采用油菜磷高效品种能够实现减磷20-25%的目标,P0,P36,P36(50%CMP),P36+DHP(F),P36+DHP(S),P36+PSB,P36+RA,P60,Repeat , Cultivars：ZS11(left), SG168(right), CMP:钙镁磷肥, DHP(F):磷酸二钠花期喷施, DHP(S):磷酸二钠苗期灌根, PSB: 解磷菌, RA: 生根剂。（潜江）,2018-2019（减磷40%）,CMP-钙镁磷肥，DHP(F)-磷酸二钠花期喷施，DHP(S)-磷酸二钠苗期灌根，PSB-解磷菌， RA-生根剂。ZS11
5、-中双11号，SG168-圣光168,玉米磷效率评价（纸培）,以低磷和高磷条件下所有品种平均生物量为标准，筛选出：（I）双高效型品种：隆平206、伟科702、农华101、浚单20、京科968、延科288和宇玉30；（II）耐低磷品种：圣瑞999、金庆202、绥玉23；（IV）高磷高效型：华农887；（III）双低效品种：其余品种。,试验处理：不供磷和正常供磷,试验材料：华北地区主栽的22个玉米杂交种,双高效品种总根长增加了10%,双高效玉米品种田间节肥潜力约50%,以低磷和高磷条件下所有品种平均生物量为标准，筛选出：（I）双高效型品种：伟科702、隆平206、中单909、京科968、农华887
6、、中科11、先玉335；（II）耐低磷品种：良玉99、延科288、东单6531、迪卡517、登海618；（III）高磷高效型：科玉188、良玉918、金庆202；（IV）双低效品种：其余品种。,试验处理：不供磷和正常供磷,试验材料：华北地区主栽的22个玉米杂交种,（北京上庄长期定位试验田）,土壤状况,需肥型,高效型,高效型,品种选择,播种期,120kg/ha,40kg/ha,开花期,鼓粒期,收获期,底肥/启动肥,促花肥,鼓粒肥,基础肥力,？,？,土壤磷水平及磷肥施用量对大豆产量的影响,土壤磷水平及磷肥施用量对大豆相对产量的影响,在中、高磷土壤条件及施肥充足的条件下，基因型是影响产量的主要因素,
7、在中、高磷土壤条件及施肥充足的条件下，基因型是影响产量的主要因素,大豆磷高效品种节肥潜力20%,海南陵水大田磷梯度实验,水稻主推品种磷素需求关键节点及规律,水稻主推品种磷素需求关键节点及规律,分蘖期各品种水稻在不同施磷水平下的地上部干重和总磷浓度,完熟期各品种水稻在不同施磷水平下的每亩产量,不同磷效率（基因型）水稻品种不同生育期的磷素需求规律,完熟期各水稻品种地上部生物量和总磷浓度(地上部总生物量/地上部总磷浓度；单位：g2 mg-1 P),Kasalath和NG9108具有极端磷效率差异,大豆缺磷生物标记蛋白鉴定及快速检验试纸制备,高磷,低磷,高磷,低磷,高磷,低磷,低磷诱导： 85 个,低
8、磷抑制,0,80,1,GST,ATPeV1E,RPS4A,RNA helicase,Legume lectin,ubiquitin-RUB,。,HP LP,三、研究内容-高效吸收利用,试验材料：根系形态构型不同的4个甘蓝型油菜品种,(14d, P0),三、研究内容-创新成果（1）,油菜产量与苗期和抽薹期0-10cm表土层粗根长和根表面积显著相关,（1）促进作物根系在耕层表土的分布提高磷肥利用效率,Vegetative growth stage: seedling stage, overwintering stage, bolting stage;Productive growth stage:
9、 silique stage, ripening stage.,不同生育期进行取样,HP: 90 kg P2O5 /ha LP: 30 kg P2O5 /ha,Olsen-P: 9.79 mg/kg,a,b,TPA,SDW,TPA,SDW,TPA,SDW,TPA,SDW,TRL1,RSA1,CRL1,FRL1,0.62*,0.58*,0.56*,0.45,0.58*,0.48,0.57*,0.53*,0.64*,0.55*,0.40,0.46,0.53*,0.63*,0.71*,0.58*,0.54*,0.76*,0.62*,0.43,0.50*,0.40,0.42,0.61*,0.60*,0
10、.70*,0.59*,0.50*,0.80*,0.77*,0.62*,0.45,0.54*,0.40,Growth stage- normal P,Growth stage- low P,TRL1,RSA1,CRL1,FRL1,TPA,TPA,TPA,TPA,SDW,SDW,SDW,SDW,0.60*,0.62*,0.74*,0.64*,0.69*,0.57*,0.70*,0.54*,0.53*,0.43,0.64*,0.57*,0.57*,0.53*,0.74*,0.48,0.64*,0.74*,0.62*,0.59*,0.47,0.45,0.42,0.46,0.49,c,d,Year1,Y
11、ear2,低磷和正常磷0-10 cm土层地上部干重和磷吸收总量与总根长、根表面积、粗根长、细根长的皮尔逊相关系数,TRL-总根长；RSA-根表面积；CRL-粗根长；FRL-细根长；TPA-磷吸收总量；SDW-地上部干重；S1-苗期；S2-越冬期；S3-抽薹期；S4-角果期；S5-成熟期,磷肥减施优化处理对油菜苗期长势的影响（武穴2017，中双11号，RA-生根剂；PSB解磷菌；试验前土壤pH值6.2，有效磷9.5 mg/kg）,田间生根剂处理能达到减磷增效的作用,油菜素内酯调节大豆地上/地下部生长,A,B,C,D,E,抑制油菜素内酯信号提高磷素吸收利用效率,降低地上部分BR合成增加大豆生物量,
12、对照,油菜素内酯,丙环唑,A,B,C,D,适度密植提高耕层根系分布量促进磷素高效吸收,株型紧凑型不同种植密度,Ruan et al., 2018 Plant Cell,土壤磷素状况调控水稻叶夹角的分子生理机制解析,与课题六联合测试不同叶片直立性水稻品种密植下的减磷潜力,三、研究内容-高效吸收利用,磷高效吸收基因型选择生根剂处理抑制油菜素内酯信号调控根冠比选择叶片直立型品种适度密植,三、研究内容-创新成果,存分配机制磷素细胞内储,间分配机制磷素组织器官,（2）促进作物器官间磷素再利用提高磷肥利用效率,磷利用低效型,磷利用高效型,A,B,C,D,E,F,提高器官间磷素调运能力促进大豆磷高效,CK
13、粤春03-3,福选2017-No.012,福选2017-No.36,磷高效型大豆材料田间表型,申报福建省新品种区试,磷脂酶介导叶片磷库再利用的生物学途径,GDPD 介导磷脂库磷的释放,ZmGDPD1和ZmGDPD5都能利用甘油磷脂胆碱作为磷源,液泡磷素平衡机制对作物磷利用效率的贡献,Xu et al., 2019 Natue Plants,水稻磷素再分配的分子生理机制解析,磷酸转运体介导的磷素再分配途径（韧皮部）：老叶-基部节-新叶,Chang et al., 2019 Plant Physiology,水稻磷素再分配的分子生理机制解析,磷酸转运体（节I 韧皮部表达）介导的磷素再分配对籽粒磷积
14、累的影响 磷酸转运体缺失导致颖壳磷浓度下降,三、研究内容-高效利用,磷高效利用基因型选择老叶磷酯高效降解机制细胞及器官间磷素高效周转关键机制调控措施,四、中期成果,Xu, L., Zhao, H., Wan, R., Liu, Y., Xu, Z., Tian, W., Ruan, W., Wang, F., Deng, M., Wang, J., Dolan, L., Luan, S., Xue, S., and Yi, K. (2019). Identification of vacuolar phosphate efflux transporters in land plants. Na
15、ture plants 5, 84-94. Chang, M., Gu, M., Xia, Y., Dai, X., Dai, C., Zhang, J., Wang, S., Qu, H., Yamaji, N., Ma, J., Xu, G. (2019) OsPHT1;3 Mediates Uptake, Translocation and Remobilization of Phosphate under Extremely Low Phosphate Regimes. Plant Physiology 179 (2) 656-670; DOI: 10.1104/pp.18.01097
16、Ruan, W., Guo, M., Xu, L., Wang, X., Zhao, H., Wang, J., & Yi, K. (2018). An SPX-RLI1 Module Regulates Leaf Inclination in Response to Phosphate Availability in Rice. Plant Cell, 30(4), 853870. doi:10.1105/tpc.17.00738Liu, Z., Liu, X., Craft, E. J., Yuan, L., Cheng, L., Mi, G., & Chen, F. (2018). Ph
17、ysiological and genetic analysis for maize root characters and yield in response to low phosphorus stress. Breeding Science, 68(2), 268277.Wang, W., Ding, G.-D., White, P. J., Wang, X.-H., Jin, K.-M., Xu, F.-S., & Shi, L. (2019). Mapping and cloning of quantitative trait loci for phosphorus efficiency in crops: opportunities and challenges. Plant and Soil. 439: 91-112.,谢 谢 ！,
