西南山区磷亏缺条件下高产大豆基因型的筛选与低磷适应策略研究

Improving the ability of utilize soil phosphorus is the key to increasing soybean production under the background of reducing fertilization while increasing efficiency in agriculture. The soil available phosphorus content in the mountainous areas of southwest China is low, and the rich germplasm resources in this area will be a potential pool for phosphorus efficient genotype. 2,645 local soybean germplasms in the mountainous areas of southwest China are used as experimental materials, crop yield is used as selection criteria to select high-yield soybean genotype under low-phosphorous conditions. The field and pot experiment are conducted to test: 1) Variation and coordination mechanism of low-phosphorus adaptation strategy of high-yield soybean genotype (change root morphology and architecture, secretion of root organic acid and phosphatase, and forming symbiotic relationships with AM fungi); 2) The correlation between the low-phosphorus adaptation strategy and the phosphorus absorption efficiency and grain yield of soybean. Through this studies, it will provide new scientific basis for constructing a low phosphorus stress adaptation model of soybean and improving soybean yield in this area.

挖掘大豆自身活化和利用土壤磷库的潜力，是减肥增效背景下提高大豆产量的重要途径。西南山区土壤有效磷含量低，大豆种质资源丰富，是磷高效种质的潜在资源库。本研究拟以西南山区的地方大豆种质2645份为试验材料，在低磷条件下以作物群体产量为选择指标，筛选出低磷条件下高产大豆基因型，并通过田间原位研究与室内模拟试验相结合的方式，研究（1）不同磷梯度下高产大豆不同生育期低磷适应策略（改变根系形态构型、分泌根系有机酸和磷酸酶、与菌根共生）的变化规律和协调机制；（2）不同磷梯度下高产大豆低磷适应策略与磷吸收效率、籽粒产量的相关关系。通过以上研究，为揭示大豆磷高效吸收机理、构建大豆低磷胁迫适应模型和提高西南山区大豆产量提供新的科学依据。

挖掘大豆吸收土壤磷的能力是农业可持续发展的重要途径。西南山区土壤有效磷含量低，大豆种质资源丰富，是磷高效种质的潜在资源库。本研究采用田间原位研究与室内模拟试验相结合的方式，结合转录组和泛素化修饰组学等方法，系统探讨了西南山区大豆高效吸收磷的调控机制，主要进展包括：（1）以2645份大豆种质为试验材料，在西南山区低磷条件下以作物群体产量为选择指标，筛选出低磷条件下高产大豆基因型；（2）揭示了分泌草酸、苹果酸等小分子羧酸，以活化土壤中难溶性无机磷，是西南地区大豆磷高效吸收的关键生理机制；（3）揭示了大豆磷吸收策略的权衡机制。根系直径粗的品种主要通过增加与菌根的共生来获取充足的磷，而根系直径细的品种则通过根系的伸长和增加根系分泌物来获取磷。（4）初步明确了乙酰辅酶A羧化酶和柠檬酸合成酶是影响磷吸收策略抉择的关键基因，他们决定光合同化产物是转化为脂肪酸还是羧酸；（5）明确了黔豆11号通过泛素化修饰，稳定糖酵解过程中能量的释放，促进苯丙烷和异黄酮的合成，最终实现磷高效用的机制。项目发表学术论文7篇，其中SCI期刊论文4篇，培养研究生8名。研究成果为揭示大豆磷高效吸收机理，构建大豆低磷胁迫适应模型，提高西南山区大豆产量提供了科学依据。