兩個大田高粱品種根系性狀對磷肥響應的變異性和可塑性研究
Plant Phenomics | 兩個大田高粱品種根系性狀對磷肥響應的變異性和可塑性研究
由于根系在作物生產力中的物理和生理作用，人們對根系結構（Root System Architecture, RSA）和其響應非生物脅迫的可塑性的興趣正在增長。高粱是全球必需的谷物、飼料、糖漿和能源作物，與其他糧食作物相比，高粱具有非生物脅迫耐受性，特別是對高溫和干旱。高粱也更能適應較差的土壤肥力，而且對低磷水平的土壤耐受性更強。磷是一種常量營養素，植物會根據土壤中的磷濃度而改變它們的RSA。這些變化可以增加土壤磷或提高磷的獲取和肥料利用量，了解RSA和高粱根系對不同土壤磷供應的可塑性，有助于改良更有效地利用土壤磷和需要更少肥料的基因型。關于高粱的RSA和表型可塑性與土壤磷供應有關的信息卻很少。2022年12月，Plant Phenomics 在線發表了University of Cape Coast等單位題為Root System Traits Contribute to Variability and Plasticity in Response to Phosphorus Fertilization in 2 Field-Grown Sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] Cultivars 的研究論文。
本文研究了2種命名為Kazie和Kapiela的紅高粱和白高粱基因型的RSA和表型可塑性，確定了土壤根系對磷梯度的響應性和可塑性。兩種基因型均對外施磷均有響應，但兩種基因型間的大多數根系性狀均存在顯著差異。在大多數RSA性狀中，白高粱基因型的可塑性明顯高于紅色基因型，前者的總可塑性比前者高約為28.4%。白高粱對低磷環境的適應性較好，具有良好的可塑性。根系的凸面積、表面積、總根長、體積、根長直徑范圍等性狀顯示出了改善所研究基因型的選擇潛力。廣泛的根系生物量對于適應低土壤磷條件具有重要意義。然而，根長度似乎與磷供應成正比，顯示出質量和長度之間的資源分配相當平衡。
圖3 相關分析和多因素分析（MFA）的結果。(A)植物性狀之間的相關性。顏色編碼的尺度和橢圓的偏心度表明了這兩個性狀之間的相關性。比例在矩陣下面的條形圖中表示。空白框表示非顯著性關系，星號表示P < 0.05、P < 0.01或P < 0.001處的符號。(B)數量變量與按性狀組劃分的維度之間的相關性。(C)加載第一三維的變量組得分，包括2個顯著性維度。(D)在第一三維的因子圖上的變量組（變量組的cos2）的表示質量圖，包括在MFA之后被認為是重要的2個維度。(E)單個定量變量的MFA結果。(F)個體定量變量的cos2。
本研究發現了高粱基因型的選擇和磷利用效率可以基于RSA和根系性狀對磷供應的可塑性。鑒于高粱根系性狀之間可能存在平衡，確定這些平衡背后的基本限制條件將具有指導意義。
論文鏈接：
https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0002
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About Plant Phenomics
《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農業大學和美國科學促進會（AAAS）合作創辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創性研究論文、綜述、數據集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農業實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數據庫收錄。科睿唯安JCR2021影響因子為6.961，位于農藝學、植物科學，遙感一區。中科院農藝學、植物科學一區，遙感二區，生物大類一區（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。
說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。
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撰稿：吳庚宸（南京農業大學）
排版：王慧敏（南京農業大學）
審核：孔敏、王平
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