磷（P）是植物生长和发育过程中不可或缺的一种元素，参与植物体内光合作用、呼吸作用、能量产生及新陈代谢等过程[1]。但由于硒易与土壤中的阳离子形成不可溶复合物，导致土壤中磷酸盐的利用率非常低，土壤有效磷缺乏已成为制约农业生产的主要因素之一[2]。作物生长发育和产量形成的生理基础主要来自光合作用，这一过程需要磷素的参与才可将光能转化为化学能，并将化学能储存在ATP中[3]。研究表明，磷素会提高小麦的净光合速率、可溶性蛋白含量和磷肥农学效率[4]。高文龙等[5]研究发现，磷素用量增加，玉米净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等光合指标也随之提高。此外，不同基因型品种对磷素营养供应的需求不同，同一作物的不同基因型品种对磷吸收利用的生理特性表现也不同[6]。2021年农业农村部建议将谷子作为动物饲料使用[7]，谷子中营养物质及有效成分不仅可为动物的生长提供必要的营养，还能够提高动物的抗病力和抗氧化能力[8]。谷子作物产量受光合速率、光能利用率、作物品种、轮作模式等显著影响[9-10]，但关于磷供应量对谷子光合生理特性以及磷利用效率的影响鲜有报道。本研究以冀杂金苗1号和冀谷39谷子品种为研究对象，分析不同供磷水平下拔节期和抽穗期谷子生长、光合作用、磷吸收利用的生理特征，以期为提高谷子磷利用效率和产量提供参考。1材料与方法1.1试验设计“冀杂金苗1号”和“冀谷39”谷子品种由河北省农林科学院谷子研究所提供。盆栽试验于2022年7—9月在邯郸学院温室大棚内进行，温度28 ℃，湿度60%~70%，自然光照。设置3个水平的磷梯度处理：0、75、150 mg/kg，不同磷处理以磷酸二氢钾形式与土壤混合均匀供应磷源，用氯化钾平衡钾浓度的差异。土壤pH值为6.8，全氮含量为0.6 g/kg，全磷含量为1.04 g/kg，全钾含量为2.01 g/kg。圆形塑料花盆外径180 mm×底径120 mm×高120 mm，待幼苗生长至三叶间苗，定苗10株，正常浇水培养。每个处理6次重复。2个品种和3个磷处理水平分别记为冀杂金苗P0、冀杂金苗P75、冀杂金苗P150和冀谷P0、冀谷P75、冀谷P150。1.2测定指标及方法定苗后生长1个月（拔节期）和2个月（抽穗期）时采样测定指标。1.2.1生长指标采用卷尺和游标卡尺测量各处理谷子的株高、最长叶长、最大叶宽、茎粗和根长，采用LI-3100C叶面积仪（LI-COR Inc，USA）测定单株叶面积，计算叶面积指数（单株叶面积×单位土地面积株数/单位土地面积）。将谷子分为地上部和根部，去离子水冲洗后晾干，测量地上部和根部鲜重，放入烘箱中105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干48 h至恒重，称重，计算根/冠比（地下部分与地上部分干重的比值），每处理测定3盆，每盆测定10株。1.2.2叶绿素含量分别选取谷子最上层完全展开的叶片（拔节期）和旗叶（抽穗期），剪取叶片，采用丙酮/乙酸混合液法提取，分光光度法测定谷子叶片叶绿素含量[11]。每处理测定3盆，每盆测定植株大小和长势一致的植株3株。1.2.3光合气体交换参数及光响应曲线采用Li-6400便携式光合测定仪（LI-COR Inc，USA）测定谷子最上层完全展开的叶片（拔节期）和旗叶（抽穗期）的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）。叶温28 ℃，外界CO2浓度400 μmol/mol，测定不同光强下的Pn，采用非直角双曲线模型以Pn-PAR拟合光响应曲线，得出表观量子效率（AQY）、最大净光合速率（Pmax）、暗呼吸速率（Rd）和光补偿点（LCP）[12]。1.2.4植株磷含量将烘干后的谷子地上部和根部样品研磨成粉末，采用H2O2-H2SO4消煮，钒钼黄比色法测定植株磷含量，计算磷吸收量（植株磷浓度×地上部生物量）和磷利用效率（地上部生物量/植株磷吸收量）[13]。1.3数据统计与分析采用Excel软件统计各参数的平均值和标准差，SPSS 26.0软件进行单因素方差分析和相关性分析以及差异显著性检验（LSD法）。结果以“平均值±标准差”表示，P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1不同供磷水平对谷子生长的影响（见表1）由表1可知，拔节期，随着供磷浓度增大，谷子品种的株高、茎粗、地上部干重和全株生物量显著升高（P0.05），根长和根冠比显著下降（P0.05）。供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39株高、叶面积指数、茎粗、地上部干重和全株生物量分别比冀杂金苗1号提高8%、39%、7%、9%、7%；根长和根冠比分别下降22%和7%。抽穗期，随供磷浓度增大，谷子品种的株高、叶面积指数、茎粗、地上部干重和全株生物量显著升高（P0.05），根长、根干重和根冠比显著下降（P0.05）。供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39株高、叶面积指数、茎粗、地上部干重和全株生物量比冀杂金苗1号分别提高12%、14%、9%、23%、15%（P0.05），根干重和根冠比分别下降10%和28%（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.T001表1不同供磷水平对谷子生长的影响生长阶段组别株高/cm叶面积指数茎粗/cm根长/cm生物量/(g/pot)根冠比地上部干重根干重全株干重拔节期冀杂金苗P022.87±0.57f0.89±0.04d0.31±0.02d19.62±1.60a12.44±0.07f5.24±0.01a17.69±0.07f0.42±0.00a冀杂金苗P7529.17±0.61d1.24±0.10c0.34±0.01c17.50±0.68b13.96±0.06d4.90±0.12b18.86±0.15d0.35±0.01c冀杂金苗P15040.43±0.75b1.34±0.05ab0.38±0.01b15.20±0.46c15.86±0.12b4.60±0.10c20.46±0.22c0.29±0.00e冀谷P024.77±0.38e1.34±0.02ab0.33±0.01cd16.98±0.72b13.06±0.04e5.14±0.02a18.20±0.02e0.39±0.00b冀谷P7530.70±0.56c1.45±0.02b0.37±0.00b14.02±0.19c15.68±0.08c5.18±0.07a20.86±0.15b0.33±0.00d冀谷P15043.57±0.35a1.86±0.11a0.40±0.02a11.88±0.41d17.23±0.04a4.69±0.20c21.92±0.22a0.27±0.01f抽穗期冀杂金苗P053.09±0.77e2.02±0.01e0.45±0.02e36.56±0.08a24.39±0.03f10.77±0.05a35.16±0.08f0.44±0.00a冀杂金苗P7565.18±0.03c2.47±0.01c0.51±0.01c34.99±0.11c29.13±0.04d10.47±0.05b39.60±0.09d0.36±0.00b冀杂金苗P15076.21±0.14b2.73±0.05b0.53±0.01b32.13±0.05f31.69±0.05c10.02±0.01c41.71±0.06c0.32±0.00d冀谷P059.24±0.11b2.14±0.01d0.48±0.01d35.95±0.09b28.64±0.05e9.97±0.13c38.61±0.18e0.35±0.00c冀谷P7576.02±0.19d2.73±0.06b0.53±0.01b34.50±0.07d35.76±0.05b9.36±0.03d45.13±0.08b0.26±0.00e冀谷P15085.12±0.11a3.11±0.04a0.58±0.01a32.54±0.06e39.05±0.10a8.97±0.09e48.02±0.19a0.23±0.00f注：同列数据肩标不同字母表示差异显著（P0.05），相同字母或无字母表示差异不显著（P0.05）；下表同。2.2不同供磷水平对谷子叶绿素含量和光合作用的影响（见表2）由表2可知，拔节期，同一供磷水平下，冀谷39的Pn、Tr和Gs均显著高于冀杂金苗1号（P0.05）。随供磷浓度增大，谷子品种的Pn、Tr和Gs显著上升，Ci下降。抽穗期，同一供磷水平下，冀谷39的Pn和Tr显著高于冀杂金苗1号，Ci显著低于冀杂金苗1号。随供磷浓度增大，谷子品种的Pn和Tr显著上升；供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39的Pn和Tr分别比冀杂金苗1号提高6%和9%，Ci显著下降；供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39的Ci下降9%（P0.05）。拔节期，同一供磷水平下，冀谷39的Rd显著低于冀杂金苗1号，供磷浓度为0、75、150 mg/kg时，分别减少33%、34%和38%（P0.05）。抽穗期，随着供磷浓度增大，两个品种谷子的AQY显著增加。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.T002表2不同供磷水平对谷子叶绿素含量、光合气体交换参数及光响应曲线模拟参数的影响生长阶段组别叶绿素含量/(mg/g)Pn/[μmol/(m2·s)]Tr/[mmol/(m2·s)]Gs/[mol/(m2·s)]Ci/(μmol/mol)AQYRd/[μmol/(m2·s)]拔节期冀杂金苗P03.13±0.02e17.40±0.17f2.51±0.09e106.67±5.69e208.67±3.51a0.031±0.001e2.77±0.08a冀杂金苗P753.47±0.03c20.70±0.20d2.88±0.06c138.67±3.06d195.33±2.52b0.042±0.002c2.22±0.15b冀杂金苗P1503.76±0.02b23.33±0.51b3.46±0.15b174.67±10.60b180.67±7.64d0.046±0.002b2.23±0.03b冀谷P03.25±0.03d18.73±0.21e2.68±0.09d113.67±4.51e203.00±2.65a0.039±0.001d1.85±0.09c冀谷P753.76±0.02b21.33±0.15c2.94±0.03c159.33±3.06c188.67±1.53bc0.042±0.000c1.46±0.10d冀谷P1504.00±0.02a24.37±0.21a3.90±0.04a198.33±6.66a185.33±1.53cd0.052±0.002a1.38±0.12d抽穗期冀杂金苗P06.60±0.05a26.63±0.25e3.14±0.16d203.00±6.24c207.67±2.08a0.042±0.001d1.32±0.03d冀杂金苗P757.16±0.02c28.67±0.21c3.51±0.06c210.00±1.00c195.33±8.96b0.052±0.002c1.95±0.07c冀杂金苗P1507.70±0.04e30.23±0.15b3.95±0.07b225.00±5.00b183.33±6.11c0.072±0.003a2.67±0.13ab冀谷P06.80±0.03b27.87±0.24d3.59±0.11c204.00±3.61c195.33±7.37b0.051±0.004c2.10±0.18c冀谷P757.50±0.04d30.53±0.25b4.06±0.06b227.67±4.51b172.67±2.52d0.065±0.001b2.52±0.02b冀谷P1507.93±0.03f32.17±0.12a4.32±0.03a239.67±1.53a166.67±2.52d0.076±0.002a2.77±0.07a2.3不同供磷水平对谷子磷吸收和利用的影响（见图1、图2）由图1可知，不论拔节期还是抽穗期，同一供磷水平下，冀谷39磷吸收量均显著高于冀杂金苗1号（P0.05）。随着供磷浓度增大，两种谷子品种的磷吸收量均显著升高（P0.05）；供磷浓度为150 mg/kg时，与冀杂金苗1号相比，冀谷39的磷吸收量在拔节期和抽穗期分别提高了12%和18%（P0.05）。由图2可知，拔节期，供磷浓度为0、75 mg/kg时，冀谷39的磷利用率比冀杂金苗1号均升高1%；供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39的磷利用率比冀杂金苗1号降低3%（P0.05）。随着供磷浓度增大，两种谷子品种的磷利用率均呈先上升后下降的趋势（P0.05）；供磷浓度为75 mg/kg时，冀杂金苗1号和冀谷39的磷利用率最高。抽穗期，同一供磷水平下，冀谷39的磷利用率均显著高于冀杂金苗1号（P0.05）。随着供磷浓度增大，两种谷子品种的磷利用率均显著升高（P0.05）；供磷浓度为150 mg/kg时，冀谷39的磷利用率比冀杂金苗1号升高了4%（P0.05）。图1不同供磷水平对谷子磷吸收量的影响注：不同字母表示差异显著（P0.05）；下图同。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.F1a1（a）拔节期10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.F1a2（b）抽穗期图2不同供磷水平对谷子磷利用率的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.F2a1（a）拔节期10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.F2a2（b）抽穗期2.4谷子磷吸收量和磷利用效率与各指标的相关性分析（见表3、表4）由表3可知，株高、叶面积指数、茎粗、地上部生物量和全株生物量与谷子磷利用效率呈极显著正相关，根长、根部生物量和根冠比与谷子磷利用效率呈极显著负相关。拔节期谷子磷吸收量与叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、表观量子效率呈极显著正相关，与胞间CO2浓度、最大净光合速率、光补偿点呈极显著负相关。抽穗期略有不同，除上述指标呈极显著正相关以外，抽穗期谷子磷吸收量还与暗呼吸速率呈极显著正相关。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.T003表3谷子磷吸收量和磷利用效率与谷子生长指标的相关性分析生长阶段项目株高叶面积指数茎粗根长地上部干重根部干重总干重根冠比拔节期磷吸收量0.964**0.851**0.940**-0.898**0.980**-0.711**0.961**-0.955**磷利用率-0.443-0.443-0.4610.378-0.4470.569*-0.3960.463抽穗期磷吸收量0.940**0.921**0.930**-0.717**0.996**-0.957**0.995**-0.993**磷利用率0.956**0.961**0.956**-0.835**0.944**-0.872**0.947**-0.897**注：“*”表示显著相关（P0.05），“**”表示极显著相关（P0.01）；下表同。由表4可知，拔节期谷子磷利用效率只与蒸腾速率呈极显著负相关，与其他指标相关性不显著。抽穗期谷子磷利用效率与总叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、表观量子效率、暗呼吸速率呈极显著正相关，与胞间CO2浓度呈极显著负相关。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.23.015.T004表4谷子磷吸收量和磷利用效率对谷子光合参数的相关性生长阶段项目总叶绿素光合速率蒸腾速率气孔导度胞间CO2浓度表观量子效率暗呼吸速率拔节期磷吸收量0.961**0.955**0.966**0.974**-0.826**0.912**0.579*磷利用率-0.383-0.382-0.697**-0.4010.292-0.386-0.096抽穗期磷吸收量0.884**0.956**0.955**0.900**-0.941**0.873**0.925**磷利用率0.931**0.966**0.921**0.948**-0.887**0.915**0.937**3讨论3.1不同供磷水平对谷子生长的影响与其他饲料相比，谷子的再生能力弱，为得到优质高产量饲草，需要注意谷子生长中不同时期生长的情况，找到产量和品质的最佳平衡点[14]。磷是作物必需的营养元素之一。缺磷或低磷会抑制植株形态及其生长发育，降低作物的株高、叶长、地上部干重，但会促进根系生长[15-16]。本研究发现，增加供磷浓度，谷子的株高、茎粗、地上部干重和全株生物量显著升高，根长和根冠比显著下降。当供磷浓度为150 mg/kg时，冀杂金苗1号和冀谷39的株高、茎粗、地上部鲜重、地上部干重和全株生物量增长率变幅为76%~77%、20%~22%、18%~23%、27%~32%、16%~20%，根长、根鲜重和根冠比减少率变幅为23%~30%、12%~10%、31%~31%，效果最为明显。这可能是由于供磷水平较低时会促使谷子根系伸长以扩大磷吸收的范围，致使谷子优先将光合产物分配到地下部分，促进了根系的发育和根冠比升高，而增加供磷水平可促进谷子对土壤中养分的吸收，促进地上部生长及干物质的积累。此外，本研究还发现，不同品种谷子间根系和地上部性状差异较大，且不同生长阶段扩大了品种之间的差异，与邱双等[13]的研究结果较为一致。3.2不同供磷水平对谷子叶绿素含量和光合作用的影响光合作用是作物产量形成的基础，叶绿素参与光合作用的光能吸收、传递和转换，与光合作用呈正相关关系。磷元素参与光合色素合成，较低的磷供应量导致植物叶片叶绿素合成降低，光合效率降低，干物质量累积减少[17-18]；增加磷供应量，促进叶绿素合成，能够更有效地将太阳能转化为化学能，增强植物的光合能力[19-20]。本试验还发现，供磷水平增加，两种谷子品种的叶绿素含量显著增加，谷子的Pn、Tr和Gs也显著上升，而且抽穗期显著高于拔节期，这与郭志利等[20]的研究结果一致，可能是生长前期（拔节期）谷子将更多的光合产物分配到根系，叶片发育也不完善，光合作用较弱，而生长后期（抽穗期）谷子的光合产物更多地被分配到叶片，提高了光合能力所致。也有研究认为，拔节期谷子的净光合速率最大，且表观量子效率、暗呼吸速率的最大值也出现在拔节期[21]。本研究中，抽穗期两个谷子品种的AQY高于拔节期，原因可能与谷子的品种和磷的供应有关。随着磷供应量加大，谷子的叶片叶绿素含量增加，有利于光能的传递和转化，表现出较强的光能利用率。3.3不同供磷水平对谷子磷吸收和利用的影响一定的供磷条件下，谷子对磷的吸收和利用效率存在差异，并且磷的吸收和利用效率协同对谷子的生物量发挥作用[22]。也有研究认为，低磷胁迫下，植物的生长速率与磷吸收效率之间关系不大。李春顺等[23]发现，施用磷肥减量20%对烟草的茎和叶磷吸收量影响不大，且不会影响烟草的正常生长发育。还有研究发现，供磷水平对谷子的磷吸收率和磷利用率效应不同，低磷胁迫显著降低了谷子的磷吸收量，而增加了磷的利用率[24]。本研究发现，不论是拔节期还是抽穗期，供磷水平150 mg/kg时，两种谷子品种的磷吸收量均最大；而磷利用效率不同，两种谷子品种的磷利用效率最大时，拔节期的供磷水平为75 mg/kg，抽穗期的供磷水平为150 mg/kg。3.4谷子磷吸收和利用与各指标间的相关性分析施磷肥可明显提高谷子产量、干物质累积量，地上部磷累积吸收量与干物质累积量之间均呈极显著正相关[25]。本研究中，两个谷子品种抽穗期的磷吸收量和利用效率均与谷子地上部生物量和净光合速率呈极显著正相关，表明增加土壤中的磷供应，促进谷子的生长和光合作用，增大谷子分配到地上部的磷吸收量，进而提高植物吸收到体内的单位磷所形成的干物质量，即提高磷素利用效率；而拔节期谷子磷利用效率仅与根部生物量呈显著正相关，与蒸腾速率呈极显著负相关。可见，不同供磷水平对谷子的磷吸收和利用效率存在差异，生长前期供磷水平对磷利用率影响较小，与谷子根系发育更密切；生长后期供磷水平对磷利用率的影响则更显著，与谷子地上部的生物量密切相关。4结论在拔节期和抽穗期增施磷素可有效改善谷子的生长指标和光合特性，增加谷子的磷吸收量，促进谷子干物质量的累积。供磷浓度150 mg/kg时，两个谷子品种的株高、生物量、净光合速率、磷吸收量等指标最优，且冀谷39优于冀杂金苗1号，抽穗期比拔节期效果更显著。拔节期供磷水平对磷利用率的影响较小，抽穗期供磷水平对磷利用率的影响显著。高效利用磷素营养，可考虑在谷子生长初期少量施磷，生长后期再追施磷肥。