王吉祥，宮煥宇，屠祥建，郭侲洐，趙嘉楠，沈健，栗振義，孫娟

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，山東 青島 266109）

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一［1］。缺磷會(huì)抑制植物體內(nèi)新細(xì)胞的形成，表現(xiàn)為根系發(fā)育不良，植株生長(zhǎng)受到抑制或停滯［2］。紫花苜蓿（Medicago sativa）是世界上栽培歷史悠久，分布面積廣泛的多年生牧草，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)［3?5］，被稱(chēng)為“牧草之王”［6］。作為豆科植物，紫花苜蓿還可以有效提高土壤肥力［7］。近年來(lái)，國(guó)家相繼出臺(tái)了“糧改飼”及“振興奶業(yè)苜蓿發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃”等系列工程，進(jìn)一步推動(dòng)苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［8］。為獲取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的苜蓿，過(guò)度施用磷肥已成為常態(tài)［9?10］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期過(guò)度施用磷肥引發(fā)諸多問(wèn)題：第一，磷資源浪費(fèi)，磷肥施入土壤容易被土壤固定［11?13］，植物對(duì)磷肥的當(dāng)季利用率只有 15%～25%［14?15］，磷資源作為一種不可再生資源，在全球的磷酸鹽儲(chǔ)量十分有限［16?17］，我們必須充分利用有限的磷資源來(lái)維持甚至提高當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力［18?19］。第二，磷盈余導(dǎo)致環(huán)境污染，大量的施用磷肥使土壤成為無(wú)效的天然磷庫(kù)，同時(shí)在雨水的淋失作用下，一部分的可溶性磷進(jìn)入水體造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染［9，11，20?22］。因此，尋找高效磷源成為緩解當(dāng)前磷肥利用率低、減少環(huán)境污染的重要措施之一。

在探索正磷酸鹽磷肥替代物的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)了正磷酸鹽（H2PO4?）的一種還原形式?亞磷酸鹽（H2PO3?）。亞磷酸鹽作為磷的載體，具有溶解度高、與土壤成分反應(yīng)活性低、運(yùn)輸效率高等特點(diǎn)［9］。亞磷酸鹽可以作為一種緩釋磷肥為植物提供養(yǎng)分［9，23］。亞磷酸在土壤中可以被土壤微生物氧化成正磷酸鹽，暴露于空氣中，也可以逐漸被氧化成正磷酸鹽，從而為作物提供磷營(yíng)養(yǎng)［24?25］。緩釋磷肥，可減少土壤對(duì)磷的固定，盡可能發(fā)揮磷肥后效，提高磷肥利用率［26?27］。亞磷酸鹽在防治植物疫病過(guò)程中也發(fā)揮重要作用，葉面噴施亞磷酸鹽可控制牛油果（Butyrospermum parkii）根腐病的發(fā)生，有效地減少農(nóng)藥的使用［28］，這使得亞磷酸鹽作為一種新型的多功能磷肥成為可能。有研究表明，亞磷酸鹽能加速缺磷油菜（Brassica napus）懸浮細(xì)胞的程序性死亡［24］，亞磷酸鹽大量代替磷酸鹽會(huì)導(dǎo)致植株缺磷，抑制植物的生長(zhǎng)及光合作用［29］。也有研究表明亞磷酸鹽可延長(zhǎng)植物生育期，對(duì)產(chǎn)量的提高［30］、莖葉生長(zhǎng)［31］、根系發(fā)育［32］、開(kāi)花數(shù)量［33］和果實(shí)大?。?4］等有一定的積極作用。

目前我國(guó)紫花苜蓿多種植在貧瘠土壤環(huán)境中，需要施入大量磷肥獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的牧草。為減少磷肥浪費(fèi)，充分利用有限的磷資源，探索亞磷酸鹽來(lái)替代正磷酸鹽作為磷肥具有重要意義；同時(shí)，通過(guò)探索不同品種紫花苜蓿本身耐亞磷酸鹽遺傳特性，選育耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種，是探索利用新型亞磷酸鹽磷肥的一種有效手段，合理選擇耐亞磷酸鹽鑒定指標(biāo)則是進(jìn)行耐亞磷酸鹽育種和耐亞磷酸鹽機(jī)理研究的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)將37 個(gè)紫花苜蓿品種幼苗置于砂土裝置培養(yǎng)，在亞磷酸鹽脅迫的條件下，通過(guò)多元分析的方法，對(duì)紫花苜蓿幼苗的耐亞磷酸鹽特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)測(cè)定指標(biāo)與耐亞磷酸鹽特性的關(guān)系建立紫花苜蓿苗期耐亞磷酸鹽特性評(píng)價(jià)回歸模型，以期為紫花苜蓿幼苗耐亞磷酸鹽品種選育提供種質(zhì)資源，為耐亞磷酸鹽特性評(píng)價(jià)提供快捷的方法和科學(xué)的理論依據(jù)，并為亞磷酸鹽新型磷肥的開(kāi)發(fā)提供參考信息。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試材料為37 個(gè)國(guó)內(nèi)外紫花苜蓿品種（表1），所有品種均由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)草地農(nóng)牧業(yè)研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以上述37 個(gè)品種的紫花苜蓿為研究對(duì)象，河砂作為基質(zhì)，利用砂培裝置對(duì)苜蓿幼苗進(jìn)行培養(yǎng)。將河砂先用清水沖洗干凈后多次用蒸餾水沖洗，直到pH 為6.0。挑選健康飽滿(mǎn)的紫花苜蓿品種種子各100粒，利用75%酒精進(jìn)行消毒后均勻擺放在培養(yǎng)皿中，加蒸餾水，置于植物生長(zhǎng)箱（E7/2，Conviron，加拿大）中進(jìn)行萌發(fā)，并設(shè)置溫度為24 ℃，光照強(qiáng)度為200 μmol·m?2·s?1，光照 16 h，黑暗 8 h。

在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一周后，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的苜蓿幼苗移入32 孔育苗盤(pán)中在溫室條件下進(jìn)行砂培，根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，使用1/2 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液，為保證養(yǎng)分充足，每5 d 澆一次營(yíng)養(yǎng)液，根據(jù)育苗盆大小，澆灌最大容量營(yíng)養(yǎng)液2 L。先在正常條件下培養(yǎng)15 d，之后分別進(jìn)行正磷酸鹽（0.5 mmol·L?1KH2PO4）（對(duì)照）和亞磷酸鹽（0.5 mmol·L?1KH2PO3）處理［35?36］。

表1 紫花苜蓿品種Table 1 The alfalfa cultivars

1.3 相應(yīng)指標(biāo)的測(cè)定與方法

處理15 d 之后測(cè)定相關(guān)形態(tài)和生理指標(biāo)，每個(gè)品種取3 株長(zhǎng)勢(shì)均一的幼苗，4 次重復(fù)。

以育苗盆平面為零刻度，用直尺測(cè)量植株株高；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺（111?103B，廣陸數(shù)測(cè)）測(cè)定植株基部莖粗；用手持葉綠素?zé)晒鈨xSPAD（502Plus，日本）測(cè)定植株第3 片真葉葉綠素含量；用便攜式光合測(cè)量系統(tǒng)Li-6800（LI?COR 公司，美國(guó)）測(cè)定苜蓿幼苗第3 片真葉凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn），測(cè)定過(guò)程中，光強(qiáng)為150 μmol·m?2·s?1，溫度為 25 ℃，CO2濃度為 400 μmol·mol?1；將植株從育苗盆中取出，用蒸餾水清洗幼苗根部砂礫，用吸水紙吸干植株表面，將苜蓿幼苗地上部和根部分離，分別測(cè)定植株地上部與根部鮮重；將根部均勻舒展，置于掃描儀中掃描根部，利用萬(wàn)深LA-S 根系分析系統(tǒng)分析總根長(zhǎng)和根表面積；將地上部與根部分別裝于信封中，65 ℃烘干72 h 后測(cè)定莖葉干重和根干重，根冠比=根干重/莖葉干重；將烘干后的植株樣品研磨后，采用鉬銻抗比色法［37］分別測(cè)定植株地上部與根部磷含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析；采用SPSS 24.0 和SAS 9.4 軟件進(jìn)行主成分分析、聚類(lèi)分析及逐步回歸等多元分析。相關(guān)計(jì)算參考楊春婷等［38］、戴海芳等［39］的方法，根據(jù)37 個(gè)苜蓿品種正常供磷與亞磷酸鹽處理各性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行均值差異顯著性分析。

1.4.1 各測(cè)定指標(biāo)耐亞磷酸鹽系數(shù)（phosphite tolerant coefficient，PTC）［38?39］

1.4.2 各綜合指標(biāo)的權(quán)重［38?39］

式中：Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重（index weight）；Pj代表經(jīng)主成分分析所得各紫花苜蓿品種第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率（contributive ratio，%）。

1.4.3 不同品種紫花苜蓿各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值［38?39］

式中：Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)；Xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的最小值；Xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值。

1.4.4 各品種紫花苜蓿的綜合評(píng)價(jià)［38?39］

式中：F（Xj）為第j個(gè)綜合指標(biāo)值；aij為各單一指標(biāo)的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量；Xij為各單一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理值。

1.4.5 各紫花苜蓿品種的綜合耐亞磷酸鹽能力的大?。?8?39］

式中：D值為各品種紫花苜蓿在亞磷酸鹽脅迫條件下由綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)所得的耐亞磷酸鹽特性綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品種紫花苜蓿單項(xiàng)指標(biāo)的耐亞磷酸鹽系數(shù)及相關(guān)性分析

利用形態(tài)或生理指標(biāo)的相對(duì)值可以消除品種間的固有差異，相比絕對(duì)值更能準(zhǔn)確反映紫花苜蓿耐亞磷酸鹽能力的強(qiáng)弱。根據(jù)公式（1）計(jì)算各測(cè)定指標(biāo)的相對(duì)值即耐亞磷酸鹽系數(shù)（PTC）。不同品種紫花苜蓿經(jīng)亞磷酸鹽脅迫處理后（表2），所測(cè)得的12 個(gè)指標(biāo)中有10 個(gè)指標(biāo)（包括株高、莖粗、莖葉磷含量、莖葉干重、根干重、根冠比、總根長(zhǎng)、根表面積、葉面積和光合速率）均有所下降，表現(xiàn)為PTC＜1，根磷含量和葉綠素含量有所增加，表現(xiàn)為PTC＞1，不同品種紫花苜蓿各指標(biāo)的變化幅度不同，因此，用多個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)紫花苜蓿的耐亞磷酸鹽特性，會(huì)得到不同的結(jié)果且不準(zhǔn)確、不直觀。

為了解試驗(yàn)中的指標(biāo)信息是否存在重疊，進(jìn)一步分析了不同指標(biāo)間的相關(guān)性，生理指標(biāo)之間的相關(guān)性分析能夠解釋各指標(biāo)間是否存在依存關(guān)系和相關(guān)關(guān)系的方向與強(qiáng)度［40］。各指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性，這說(shuō)明各指標(biāo)所提供的信息發(fā)生了相互重疊（表3）。綜合不同品種的紫花苜蓿各單項(xiàng)指標(biāo)的變化情況（表2）可知，株高與莖粗、莖葉干重存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.49、0.43；莖粗與莖葉干重、根冠比存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.47、?0.43；莖葉磷含量與根干重、根磷含量存在相關(guān)性且差異顯著，與葉面積存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為?0.34、0.34、0.52；莖葉干重與根冠比、根磷含量存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為?0.43、?0.46；根干重與根冠比、總根長(zhǎng)、根表面積存在相關(guān)性且差異極顯著，與根磷含量存在相關(guān)性且差異顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.68、0.60、0.70、?0.35；根冠比和總根長(zhǎng)、根表面積、葉面積存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.54、0.52、?0.43；總根長(zhǎng)和根表面積存在相關(guān)性且差異極顯著，相關(guān)系數(shù)為0.82；葉面積和凈光合速率存在相關(guān)性且差異顯著，相關(guān)系數(shù)為?0.40。各單項(xiàng)指標(biāo)在不同的紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性中所起的作用的大小也不同，表明紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，直接利用各單項(xiàng)指標(biāo)不能準(zhǔn)確和直觀地對(duì)紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。為彌補(bǔ)單項(xiàng)指標(biāo)耐鹽性評(píng)價(jià)的不足，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用其他多元統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。

2.2 主成分分析

2.2.1 各綜合指標(biāo)載荷系數(shù)和貢獻(xiàn)率 主成分分析可以在損失較少信息量的前提下，把較多的測(cè)試指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少量綜合指標(biāo)，有效地濃縮數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，以彌補(bǔ)單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)耐亞磷酸鹽特性評(píng)價(jià)的不足。對(duì)37 個(gè)紫花苜蓿品種的12 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的耐亞磷酸鹽系數(shù)進(jìn)行主成分分析。前5 個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)（comprehensive index，CI）的貢獻(xiàn)率分別為27.86%、21.02%、14.83%、8.74%和7.99%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)80.45%（表4），這樣可將原來(lái)12 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為5 個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并且這5 個(gè)綜合指標(biāo)可涵蓋原始數(shù)據(jù)所提供的絕大部分信息。決定第1 個(gè)綜合指標(biāo)大小的是根干重、根冠比、總根長(zhǎng)、根表面積和葉面積，該綜合指標(biāo)主要反映的是與根系形態(tài)有關(guān)的指標(biāo)和葉片形態(tài)等方面的信息；決定第2 個(gè)綜合指標(biāo)大小的是株高、莖粗、莖葉干重、根干重、根中磷含量和葉綠素含量，該綜合指標(biāo)主要反映的是地上部莖葉的生理形態(tài)指標(biāo)、植株干物質(zhì)量和植物體內(nèi)物質(zhì)含量等方面的信息；決定第3 個(gè)綜合指標(biāo)大小的是莖葉磷含量、總根長(zhǎng)、根表面積、根中磷含量、葉面積和光合速率，該綜合指標(biāo)主要反映的是植株體內(nèi)磷含量，根系形態(tài)指標(biāo)和植物光合作用等方面的信息；決定第4 個(gè)綜合指標(biāo)大小的是株高和葉綠素含量，該綜合指標(biāo)主要反映的是植株的形態(tài)和植物光合作用等方面的信息；決定第5 個(gè)綜合指標(biāo)大小的是葉綠素含量和光合速率，該綜合指標(biāo)主要反映的是植物光合作用等方面的信息。

表2 亞磷酸鹽脅迫條件下紫花苜蓿幼苗各單項(xiàng)生理指標(biāo)的耐亞磷酸鹽系數(shù)Table 2 Phosphite tolerant coefficient（PTC）of each single index of alfalfa seedings under phosphite stress

表3 亞磷酸鹽脅迫下紫花苜蓿幼苗各單項(xiàng)生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation matrix of each single index of alfalfa seedings under phosphite stress

表4 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 4 Coefficients of comprehensive index and proportion

2.2.2 隸屬函數(shù)分析和綜合指標(biāo)值計(jì)算 對(duì)于同一綜合指標(biāo)如F（X1）而言，經(jīng)過(guò)亞磷酸鹽脅迫處理后，先行者的U（X1）值最大，為 1.000，表明此品種在F（X1）表現(xiàn)為高度耐亞磷酸鹽特性，而 WL712 的U（X1）值最小，為0.000，表明WL712 在這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為耐亞磷酸鹽特性最差。根據(jù)各綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率大小，可用公式（2）計(jì)算其權(quán)重Wj。經(jīng)計(jì)算，5 個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為 0.346、0.261、0.184、0.109 和 0.099（表 5）。

表5 各品種的綜合指標(biāo)值F（Xj）、權(quán)重（Wj）、隸屬函數(shù)值U（Xj）、D 值及綜合評(píng)價(jià)Table 5 The value of each variety’s comprehensive index F（Xj），index weight（Wj），U（Xj），D value and comprehensive valuation

2.2.3 各品種紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性的綜合評(píng)價(jià)及聚類(lèi)分析 通過(guò)公式（3）（4）（5）可分別計(jì)算出各紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性隸屬函數(shù)值U（Xj）、綜合指標(biāo)值F（Xj）和綜合評(píng)價(jià)值D值，并通過(guò)D值為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各品種紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性的強(qiáng)弱進(jìn)行排序（表5），其中可汗、WL903 和精英的D值位列前三，表明它們具有較強(qiáng)的耐亞磷酸鹽特性，WL712 的品種的D值最小，表明其耐亞磷酸鹽的能力最差。

為綜合評(píng)價(jià)不同紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性，采用最大距離法對(duì)D值進(jìn)行聚類(lèi)分析［41］，將37 個(gè)紫花苜蓿品種劃分為4 類(lèi)（圖1）：第一類(lèi)為WL712、威力、馴鹿、公農(nóng)1 號(hào)、耐鹽之星和阿爾岡金，屬于亞磷酸鹽敏感類(lèi)型；第二類(lèi)為皇冠、阿迪娜、巨能801、敖漢、保定苜蓿、龍牧801、WL343HQ、騎士 T、巨能Ⅱ、WL366HQ、WL656、莎莎、WL298HQ、維多利亞、三得利、牧歌和前景，屬于弱耐亞磷酸鹽類(lèi)型；第三類(lèi)為無(wú)棣、WL319HQ、苜豐、金皇后、WL232、驚喜、法多、旱地、WL363HQ、先行者、北極熊和精英，屬于中度耐亞磷酸鹽類(lèi)型；第四類(lèi)為WL903 和可汗，屬于高度耐亞磷酸鹽類(lèi)型。

圖1 37 個(gè)紫花苜蓿品種D 值聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.1 The dendrogram of clusters for 37 alfalfa cultivars

2.3 紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性鑒定指標(biāo)的篩選

為分析各指標(biāo)與紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性之間的關(guān)系，篩選出有效的耐亞磷酸鹽特性的鑒定指標(biāo)，需建立可靠的耐亞磷酸鹽特性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型。為此，對(duì)12 個(gè)鑒定指標(biāo)進(jìn)行逐步回歸分析，把耐亞磷酸鹽特性的綜合評(píng)價(jià)值（D值）作為因變量，各單項(xiàng)指標(biāo)的耐亞磷酸鹽系數(shù)作為自變量，建立最優(yōu)回歸方程：Y=?0.174+0.102PH+0.189DWR+0.168RL+0.187RSA?0.061Pn，（R2=0.9908，P=0.0001）。由方程可知，在12 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)中，上述5 個(gè)指標(biāo)對(duì)紫花苜蓿耐亞磷酸鹽特性的篩選具有顯著影響。對(duì)回歸方程的估計(jì)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)（表6），結(jié)果顯示各紫花苜蓿品種估計(jì)精度均在93.22%以上，說(shuō)明方程中的指標(biāo)對(duì)苜蓿耐亞磷酸鹽特性影響顯著，該方程可用于紫花苜蓿的耐亞磷酸鹽特性評(píng)價(jià)。同時(shí)表明，在相同條件下測(cè)定其他品種的上述5 個(gè)指標(biāo)并求得耐亞磷酸鹽系數(shù)，繼而通過(guò)該方程即可預(yù)測(cè)其他品種的耐亞磷酸鹽特性。

2.4 耐亞磷酸鹽類(lèi)型品種間的特征比較

綜合聚類(lèi)分析及逐步回歸分析結(jié)果，比較各鑒定指標(biāo)在紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性類(lèi)別中的表現(xiàn)特征，進(jìn)一步探索導(dǎo)致紫花苜蓿品種耐亞磷酸鹽特性差異性的作用機(jī)理（表7）。

表6 回歸方程的估計(jì)精度分析Table 6 Analysis of evaluation accuracy of equation

第一類(lèi)（亞磷酸鹽敏感型）：經(jīng)過(guò)亞磷酸鹽脅迫處理之后，紫花苜蓿幼苗的株高與第三類(lèi)別相似，明顯低于第二、四類(lèi)別，根干重、總根長(zhǎng)、根表面積等指標(biāo)均明顯低于其他類(lèi)別，凈光合速率與第二、三類(lèi)別相同，明顯高于第四類(lèi)別。

第二類(lèi)（弱耐亞磷酸鹽類(lèi)型）：經(jīng)過(guò)亞磷酸鹽脅迫處理之后，紫花苜蓿幼苗的株高高于第一、三類(lèi)別，低于第四類(lèi)別，根干重、總根長(zhǎng)和根表面積明顯高于第一類(lèi)，低于三、四類(lèi)別，凈光合速率與第一、三類(lèi)別相似，明顯高于第四類(lèi)別。

第三類(lèi)（中度耐亞磷酸鹽類(lèi)型）：經(jīng)過(guò)亞磷酸鹽脅迫處理之后，紫花苜蓿幼苗的株高與第一類(lèi)別相似，明顯低于第二、四類(lèi)別，根干重、總根長(zhǎng)和根表面積均明顯高于第一、二類(lèi)別，低于第四類(lèi)別，凈光合速率與第一、二類(lèi)別相似，明顯高于第四類(lèi)別。

第四類(lèi)（高度耐亞磷酸鹽類(lèi)型）：經(jīng)過(guò)亞磷酸鹽脅迫處理之后，紫花苜蓿幼苗的株高明顯高于第一、三類(lèi)別。略高于第二類(lèi)別，根干重、總根長(zhǎng)和根表面積的數(shù)值均遠(yuǎn)高于前三類(lèi)別，根干重可達(dá)到其他類(lèi)別的1.23～1.89倍，總根長(zhǎng)可達(dá)到其他類(lèi)別的1.12～1.85 倍，根表面積可達(dá)到其他類(lèi)別的1.16～2.19 倍，凈光合速率最低，明顯低于前三類(lèi)別。

表7 聚類(lèi)結(jié)果中各耐亞磷酸鹽類(lèi)別的表現(xiàn)特征Table 7 Description of each cluster in hierarchical cluster result

3 討論

植物對(duì)亞磷酸鹽的耐逆性表現(xiàn)為多重調(diào)控的復(fù)雜生理性狀，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中植物外部形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化以適應(yīng)亞磷酸鹽環(huán)境，使用單一性狀不能準(zhǔn)確地反映紫花苜蓿耐亞磷酸鹽的特性［42］，本研究選擇了37個(gè)苜蓿品種，對(duì)12 個(gè)形態(tài)和生理指標(biāo)通過(guò)多元分析對(duì)不同品種耐亞磷酸鹽的能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。同時(shí)，苗期是決定植物后期生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，不同品種紫花苜蓿的耐亞磷酸鹽特性在苗期已初步分化，在苗期鑒定品種不僅花費(fèi)時(shí)間短而且可大批量選育［43］，為后期苜蓿種植提供支持。

通過(guò)將測(cè)定值轉(zhuǎn)化為耐亞磷酸鹽系數(shù)，排除了紫花苜蓿品種自身的差異性。對(duì)耐亞磷酸鹽系數(shù)進(jìn)行主成分分析，將所測(cè)定的12 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為5 個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并且得到了不同紫花苜蓿品種幼苗的耐亞磷酸鹽特性的綜合評(píng)價(jià)值，相對(duì)公正地反映出各品種的耐亞磷酸鹽的能力。建立的紫花苜蓿幼苗耐亞磷酸鹽特性的評(píng)價(jià)回歸模型表明在相同條件下，可通過(guò)測(cè)定上述5 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，并利用該評(píng)價(jià)模型來(lái)預(yù)測(cè)其他品種的耐亞磷酸鹽的能力，使得紫花苜蓿耐亞磷酸鹽能力的測(cè)定更加快捷方便，這為亞磷酸鹽作為緩釋磷肥提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也可以為亞磷酸鹽為磷肥栽培苜蓿品種，培育及篩選耐亞磷酸鹽的苜蓿品種提供依據(jù)。

與亞磷酸鹽敏感型相比，高度耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種幼苗在亞磷酸鹽脅迫下凈光合速率較低，株高、根干重、總根長(zhǎng)和根表面積則保持在較高水平，植物在缺磷時(shí)會(huì)長(zhǎng)出側(cè)根和增加根毛量可以進(jìn)一步獲得磷［44］。根的生長(zhǎng)和根冠比的提高，是磷缺乏的標(biāo)志［45］，在不利于亞磷酸鹽轉(zhuǎn)化為磷酸鹽的環(huán)境中（例如水培、砂培）［46］，本試驗(yàn)紫花苜蓿為適應(yīng)亞磷酸鹽環(huán)境，根部的生長(zhǎng)增強(qiáng)了獲取磷的能力［45］。盡管植物容易吸收和轉(zhuǎn)移亞磷酸鹽，但它在植物中相對(duì)穩(wěn)定，似乎不容易氧化或代謝［24］，同時(shí)亞磷酸鹽通常比正磷酸鹽更易溶解，與土壤成分的反應(yīng)更少，這使得亞磷酸鹽比正磷酸鹽更容易被植物根部吸收［9］。在亞磷酸鹽環(huán)境中，缺乏可供植物利用的正磷酸鹽，參與正磷酸鹽攝取的正磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或參與感知正磷酸鹽狀態(tài)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)組件，不能有效區(qū)分正磷酸鹽和亞磷酸鹽陰離子［47?48］，使亞磷酸鹽發(fā)揮正磷酸鹽的信號(hào)作用，致使植物地上部感知自身不缺磷，所以根部磷含量增加，而地上部莖葉磷含量反而較正磷酸鹽培養(yǎng)的苜蓿有所下降。紫花苜蓿的株高在亞磷酸鹽的脅迫下受到抑制［45］，但高度耐亞磷酸鹽的紫花苜蓿品種的株高與正磷酸鹽處理相比差異不顯著，高度耐亞磷酸鹽品種由于根部生長(zhǎng)較亞磷酸鹽敏感型強(qiáng)，所以吸收的有效磷增加，同時(shí)促進(jìn)根部生長(zhǎng)及地上部植物生長(zhǎng)，所以高度耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種株高較高。與正磷酸鹽處理相比，在亞磷酸鹽環(huán)境下的紫花苜蓿葉片較小，發(fā)育不良［49］，亞磷酸鹽敏感型紫花苜蓿的株高、根干重、總根長(zhǎng)和根表面積均處于最低，表明此類(lèi)紫花苜蓿受到缺磷影響較大，植株生長(zhǎng)受到抑制，生物量下降［50］。對(duì)亞磷酸鹽有抗性的紫花苜蓿品種葉綠素含量稍有升高，保證了光合作用正常進(jìn)行，有利于光合產(chǎn)物的積累，從而提高植物耐亞磷酸鹽的能力。

因此，紫花苜蓿苗期耐亞磷酸鹽的能力主要體現(xiàn)在苜蓿根部吸收正磷酸鹽的能力和保證光合產(chǎn)物充分利用的能力。高度耐亞磷酸鹽品種在亞磷酸鹽條件下，仍能保持根系正常生長(zhǎng)和光合作用正常進(jìn)行，這些特征促使植株對(duì)正磷酸鹽的吸收、光合產(chǎn)物充分利用是其強(qiáng)耐亞磷酸鹽能力的重要原因。目前對(duì)亞磷酸鹽的研究大多集中在農(nóng)藥、生長(zhǎng)刺激劑等方面，關(guān)于植物耐亞磷酸鹽品種的篩選報(bào)道較少。沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)不同形態(tài)磷元素吸收方向的苜蓿育種，多數(shù)為對(duì)低濃度正磷酸鹽磷肥耐受性的選育［51?53］。因此本試驗(yàn)通過(guò)探討不同紫花苜蓿品種間的亞磷酸鹽耐受性的差異具有一定的創(chuàng)新性，為今后研究苜蓿響應(yīng)亞磷酸鹽脅迫和高度耐受亞磷酸鹽育種提供理論依據(jù)。在栽培方面，種植在正磷酸鹽磷肥污染較嚴(yán)重或磷肥缺乏的地區(qū)，同時(shí)施用亞磷酸鹽磷肥，不僅能解決磷肥污染和磷肥缺乏問(wèn)題，也能保證苜蓿產(chǎn)量與質(zhì)量。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)篩選，高度耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種有：WL903 和可汗；中度耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種有：無(wú)棣、WL319HQ 和苜豐等12 個(gè)品種；弱耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種有：皇冠、阿迪娜和巨能801 等17 個(gè)品種；亞磷酸鹽敏感紫花苜蓿品種有：WL712、威力和馴鹿等6 個(gè)品種。

高度耐亞磷酸鹽紫花苜蓿品種幼苗對(duì)亞磷酸鹽環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，根部長(zhǎng)度和根表面積的增加增強(qiáng)了植物吸收磷的能力；葉面積的減少和葉綠素的增加既降低了呼吸作用，又保證了光合的穩(wěn)定進(jìn)行。在相同亞磷酸鹽條件下，通過(guò)測(cè)定紫花苜蓿幼苗的株高、根干重、總根長(zhǎng)、根表面積和凈光合速率等5 個(gè)指標(biāo)，可快速鑒定和預(yù)測(cè)紫花苜蓿品種對(duì)亞磷酸鹽耐性的強(qiáng)弱。本研究將為紫花苜蓿耐亞磷酸鹽品種的篩選和推廣提供一定依據(jù)，并為新型磷肥的開(kāi)發(fā)提供一定參考。