平亚琴，海江波，陈欣宇，白银萍，任慧莉，王春丽,杨建利

(1.西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 712100；2.陕西省杂交油菜研究中心，陕西杨凌 712100)

不同基因型油菜成熟期根系特征及其与根际土壤养分关系

平亚琴1，海江波1，陈欣宇1，白银萍1，任慧莉1，王春丽2,杨建利2

(1.西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 712100；2.陕西省杂交油菜研究中心，陕西杨凌 712100)

为缓解西北风沙区冬季地面裸露、风蚀严重的问题，以3种油菜类型共20个油菜品种为试材，在相同的栽培条件下于油菜成熟期分析油菜总根长、根表面积、根体积、根干质量、主根长、主根直径、直径小于2 mm的总根长、根尖数等根系指标及油菜根际土的全氮、速效磷、速效钾、有机质质量分数的差异，并进行了相关性分析，旨在探索不同类型不同品种油菜根系差异以及根系对根际土壤养分的影响，进而为选择出根系发达的油菜类型和油菜品种增加相应的实践经验。结果表明，不同类型油菜、同一类型不同品种油菜间的根系指标及根际土养分质量分数存在显著差异，表现为：(1)甘蓝型和白菜型油菜的总根长、根表面积、根尖数、直径小于2 mm的总根长普遍大于芥菜型，其中甘蓝型油菜的根表面积相对芥菜型提高15.10%～94.00%；芥菜型油菜的根体积和根干质量最大，其中芥菜型油菜平均根体积分别比白菜型、甘蓝型油菜平均根体积提高11.26%、12.39%，平均根干质量分别减少49.77%和43.14%；芥菜型和甘蓝型油菜的主根长和主根直径普遍大于白菜型油菜。(2)3种油菜类型根际土壤全氮、速效钾、有机质质量分数大体上符合芥菜型>白菜型>甘蓝型的趋势,速效磷质量分数表现为白菜型>芥菜型>甘蓝型。(3)油菜总根长、根表面积、根尖数、直径小于2 mm的总根长与各养分指标呈负相关；油菜根表面积、根长、根尖数越大，养分吸收越多；芥菜型油菜主根发达，生物量大，可在土壤贫瘠、易风蚀的区域种植用于防风固土，培肥地力；甘蓝型油菜根系表面积大，可在水肥条件较好的地方种植用于收获经济产量。

基因型；油菜；根系；土壤养分；根际

油菜是中国重要的油料作物，按农艺性状划分为白菜型、芥菜型和甘蓝型3种类型，主要集中于长江流域、东北和西北地区，其产油量占国产油料作物的57%[1-2]。油菜的籽粒产量与根质量、根体积、根系总吸收面积、根长、一级侧根数和根系活力有显著的正相关关系[3-5]。单株干质量、根系性状(根长、侧根长等)显著影响甘蓝型油菜的耐旱性，且不同品种间存在明显的差异[6]。有研究显示，芥菜型油菜与甘蓝型油菜相比，主根长较长，直径较粗，干旱情况下主根下扎更深，更加有利于根系水分的吸收，抗旱性也更强[7-8]。油菜整个生育期内的残根、落花、落叶总量，每公顷干物质达2 175 kg，可作为很好的肥田作物[9]。根系的生长和分布与作物品种的遗传特性 (基因型)和环境条件均有明显的关系，大豆、小麦、甘薯等多种作物研究表明，同一作物的不同品种在相同的栽培条件下，其根系的生长、分布及生理功能均有显著差异[10-14]。

根际土的养分状况与根系吸收利用各养分的效率密切相关。有研究表明，不同油菜品种养分吸收效率和养分利用效率存在明显的差别，且同一品种对不同养分的吸收利用效率也存在较大差异[15]。但相同的环境和栽培条件下，对有关不同基因型油菜根系状况与根际土壤养分关系的研究甚少。本试验以3种油菜类型，共20个油菜品种为研究对象，采用大田试验与室内分析相结合的方法比较分析各品种间根系指标及根际土壤养分的差异，并进行相关性分析，以期为缓解西北风沙区冬季地面裸露及风蚀严重的问题提供相应的建议。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015-2016年在陕西省杂交油菜研究中心试验地进行。该试验地属于暖温带季风半湿润气候区，年平均降雨量为650 mm，年平均温度为13.8 ℃。试验地土壤的养分状况为全氮0.95 g/kg，全磷0.83 g/kg，全钾18.42 g/kg，有机质8.14 g/kg，速效磷21.00 mg/kg，速效钾232 mg/kg。土壤为淤积性垆土，肥力均匀一致，前茬作物为小麦。

播种前分别施二铵12.5 kg/667m2，尿素10 kg/667m2，油渣50 kg/667m2，其中化肥播施，油渣撒施，施肥后进行旋耕。

1.2 试验材料

供试油菜品种共20个，其中甘蓝型6个(‘沣油737’‘秦优10’‘秦优33’‘秦油7号’‘蓉油11’‘蓉油8’)，芥菜型7个，白菜型7个，均由陕西省杂交油菜中心提供。芥菜型和白菜型油菜材料均用代号表示，代号来源见表1。

表1 白菜型和芥菜型油菜试验材料的来源

1.3 试验方法

本试验为大田种植，采用单因素随机区组设计，以油菜品种为因素，共设20个处理，每个处理重复3次，共60个小区，每个小区16 m2(2 m×8 m)。油菜行距30 cm，株距为20 cm。油菜生长期间管理均按常规管理方法进行。于油菜成熟期时，每个小区分别取5～10株油菜植株，剪掉地上部分，采用抖落法抖掉根部松散的土壤，后用毛刷将紧挨根系的土壤刷下来，混合后作为一个小区的根际土土样，风干并剔除其中根系后过筛待测；根系洗净、冷藏待用。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 油菜根系的生物量及农艺性状测定 根干质量用电子天平称量，主根长用直尺测量，主根直径用游标卡尺测量。

根系总根长、直径小于2 mm的总根长、根系总表面积、根系总体积、根尖数测量：用 EPSON perfection V700 Photo 扫描仪对根系进行扫描，电脑中的WINRHIZO PRO 分析软件会自动分析扫描结果得到相应的特征参数。

1.4.2 根际土土壤养分测定 土壤全氮用半微量凯氏测定法，有机质用重铬酸钾容量法，速效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾测定用醋酸铵浸提-火焰光度法[17]。

1.4.3 数据分析 采用Microsoft excel 2010和SPSS 19.0进行数据统计分析，结果用“平均数±标准误”表示，单因素方差分析后进行多重比较(Turkey法)，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同类型和品种油菜根系特征差异

表1和表2为不同类型和品种油菜根系差异状况。3种油菜类型的总根长与直径小于2 mm总根长的趋势基本相同，均表现为甘蓝型和白菜型>芥菜型，其中白菜型油菜‘c293’‘c285’‘c281’的总根长显著高于其他品种。就各个类型来说，白菜型油菜中‘c293’的总根长最长，其余品种与‘c293’相比降低13.44%～60.83%，且均差异显著；芥菜型油菜中‘c369’的主根长最长，其余品种相对降低20.26%～68.99%,差异显著；甘蓝型油菜中‘秦油7号’与‘蓉油8号’主根长最长，显著高于其他品种，6个品种的主根长普遍较长。

根尖数的总趋势与总根长相似，即甘蓝型和白菜型>芥菜型。就各个油菜类型来说，白菜型油菜‘c293’的根尖数最多，其他品种的根尖数相对降低30.62%～79.23%，且均差异显著；芥菜型油菜‘c369’的根尖数最多，‘c340’‘c356’‘c357’‘c362’‘c363’‘c368’与‘c369’相比依次减少了79.03%、81.46%、52.80%、65.55%、82.54%、56.54%，且均差异显著；甘蓝型油菜各品种间的根尖数分布较为集中，差异均不显著，其中最大的是‘蓉油8号’，其余品种相对其减少10.54%～32.30%。

根表面积决定根系与外界进行物质交换的潜在能力，尤其在被动吸收过程中尤为重要。3种油菜类型的根表面积表现为甘蓝型和白菜型>芥菜型，甘蓝型油菜的根表面积相对芥菜型增高15.10%～94.00%。白菜型油菜品种中‘c285’的表面积最大，为147.15 cm2，‘c281’‘c293’与‘c285’相比其分别少了10.33%、1.65%，差异不显著，其余品种相对‘c285’降低29.02%～45.55%，均达到显著水平；芥菜型‘c357’的根表面积最大，显著高于‘c356’‘c363’，与其余品种差异不显著；甘蓝型油菜根表面积普遍较大，最大的是‘蓉油8号’，其他品种相对‘蓉油8号’降低19.14%～35.04%，其中‘秦优10号’‘秦油7号’‘蓉油11’与‘蓉油8号’无显著差异。

表2 不同类型不同品种油菜的整根特征参数

注：不同小写字母表示品种间差异显著(P<0.05)。下表同。

Notes: Different lowercase letters indicate significant difference among different species(P<0.05). The same as below.

3种油菜类型的主根长呈芥菜型和甘蓝型>白菜型的大体趋势。白菜型油菜‘c293’的主根长最长，其他品种相对‘c293’降低了21.40%～35.42%，且除‘c292’和‘c294’外其余品种差异均达到显著水平；芥菜型油菜‘c363’的主根长最长， 与‘c357’‘c362’‘c368’差异不显著；‘沣油737’‘秦优10’‘秦优33’‘秦油7号’‘蓉油11’与‘蓉油8号’相比，主根长分别减少14.54%、0.79%、4.57%、26.66%、6.92%，且除‘秦油7号’外差异均不显著。

3种类型油菜的主根直径表现为芥菜型和甘蓝型>白菜型。白菜型油菜中‘c281’的主根直径最大，显著高于除‘c285’外的其余品种，增幅为3.2%～44.4%。芥菜型油菜主根普遍较粗，其中‘c362’最大，且与其余6个品种间差异不显著；甘蓝型油菜‘蓉油8号’的主根直径最大，其余品种主根直径相对‘蓉油8号’降低幅度为2.482～6.025 mm，但差异均不显著。

3种类型油菜的根体积表现为芥菜型>白菜型>甘蓝型。白菜型油菜‘c285’根体积最大，显著高于除‘c293’外的其余品种，增幅为40.99%～58.03%；芥菜型油菜中根体积最大的是‘c368’， 其余品种较‘c368’降低16.13%～47.81%，且除‘c369’外差异均不显著；甘蓝型油菜根体积最小的‘秦油7号’比最大的‘蓉油8号’降低53.39%，且差异显著。

根干质量是衡量油菜地下部分生长状况的重要指标，3种油菜类型的根干质量普遍表现为芥菜型>甘蓝型和白菜型。白菜型油菜中‘c281’的根干质量最大，显著高于其他品种；芥菜型油菜根干质量普遍较大，除‘c340’和‘c362’外均超过了3 g，其中‘c368’的根干质量最大，其余品种均显著低于‘c368’，降幅为26.08%～56.35%；甘蓝型油菜中‘蓉油8号’的根干质量最大，为3.34 g，其余品种与‘蓉油8号’相比降低16.16%～28.39%，且差异均达到显著水平。以上分析表明，不同类型油菜的根长、根表面积、根体积、主根直径等指标均存在差异。总体来看，芥菜型油菜主根发达，根干质量较大，根表面积较小；甘蓝型、白菜型油菜的总根长、根表面积均较大，其中‘蓉油8号’根系发育尤为突出。

表3 不同类型不同品种油菜的整根特征参数

2.2 不同类型和品种油菜根际土壤养分比较

2.2.1 土壤全氮 土壤中的全氮质量分数代表土壤的供氮能力，是土壤肥力的主要指标之一。3种类型油菜成熟期根际土全氮质量分数见图1。就3种类型来说，芥菜型油菜根际土全氮质量分数高于白菜型，白菜型高于甘蓝型。就各个类型来说，白菜型油菜根际土全氮质量分数最高的是‘c294’，高于芥菜型油菜‘c363’和‘c369’，7个品种间表现为‘c294’>‘c285’>‘c291’>‘c281’>‘c290’>‘c292’>‘c293’；芥菜型油菜各品种根际土全氮质量分数表现为‘c357’>‘c356’>‘c362’>‘c340’>‘c368’>‘c363’>‘c369’，其余品种较‘c357’减少2.93%～15.06%；甘蓝型油菜除‘秦油7号’和‘蓉油11’外根际土全氮质量分数均低于白菜型油菜，甘蓝型油菜各品种的根际土全氮质量分数较‘秦油7号’降低25.08%～41.20%，且品种间差异较大。

图1 不同类型和品种油菜根际土全氮质量分数

2.2.2 土壤速效磷 磷元素有利于促进根系形成与生长，提高植物抗逆性。由图2可见，3种油菜类型中, 甘蓝型油菜根际土速效磷质量分数均小于除‘c293’‘c290’外的其他白菜型油菜品种，芥菜型油菜除‘c363’外根际土速效磷质量分数普遍小于白菜型，但芥菜型较甘蓝型大。同一类型不同品种间根际土速效磷质量分数相比：白菜型油菜以‘c281’为对照，其余品种根际土速效磷质量分数较对照高-33.64%～32.91%，其中‘c291’和‘c292’根际土速效磷质量分数显著高于对照，‘c290’和‘c293’显著低于对照；芥菜型型油菜以‘c357’为对照，则‘c363’和‘c362’的根际土速效磷质量分数显著高于对照，其余品种与对照相比差异不显著；甘蓝型油菜以‘沣油737’为对照，则其余品种根际土速效磷质量分数较‘沣油737’减少1.92%～33.94%，除‘蓉油8号’外，其余品种根际土速效磷质量分数均显著低于对照。

图上不同小写字母表示品种间差异显著(P<0.05)。下图同。

2.2.3 土壤速效钾 钾元素作为第3大营养元素，可以提高肥料中氮的利用效率，增强作物抗逆性，在作物生长过程中有重大作用。从图3可看出，3种类型油菜根际土速效钾质量分数大体上符合芥菜型>白菜型>甘蓝型的趋势，甘蓝型油菜除‘蓉油11’外，其余品种的根际土速效钾质量分数均显著低于芥菜型和白菜型油菜各品种。白菜型油菜根际土速效钾质量分数都集中在107.7～136.75 mg/kg范围内， ‘c291’的根际土速效钾质量分数显著高于其余白菜型品种；芥菜型油菜根际土速效钾质量分数都集中为108.05～145.55 mg/kg，最高的是‘c340’，各品种根际土速效钾质量分数较‘c340’降低1.99%～25.76%，且除‘c356’和‘c357’外差异均达到显著水平；甘蓝型油菜根际土速效钾质量分数都分布在73.9～115.1 mg/kg范围内，最大的是‘蓉油11’，其余品种较‘蓉油11’降低17.94%～35.79%，且均较其差异显著。

图3 不同类型和品种油菜根际土壤速效钾质量分数

2.2.4 土壤有机质 有机质是植物营养的主要来源之一，可促进植物生长，加快土壤微生物和土壤动物的活动，改善土壤物理性质，提高土壤保肥性和缓冲性，是基础养分中最能代表土壤状况的指标。土壤氮元素绝大部分也来自于有机质。3种类型油菜根际土有机质质量分数表现为芥菜型>白菜型>甘蓝型(图4)。除白菜型油菜除‘c291’的根际土有机质质量分数达到14.00 g/kg 外，其余品种的都分布在8.53～9.85 g/kg范围内，显著低于‘c291’，降幅为29.59%～39.02%；芥菜型油菜根际土有机质质量分数集中为10.31～11.73 g/kg，各品种与‘c357’相比降低0.78%～12.12%，但品种间不存在显著差异；甘蓝型油菜根际土有机质质量分数最大的为‘秦油7号’，其余品种的较其减少7.51%～40.10%，但‘秦油7号’‘蓉油11’与‘秦优10’差异不显著，与其余品种均差异显著。

图4 不同类型和品种油菜根际土壤有机质质量分数

2.3 油菜根系与根际土养分的相关关系

根据以上对根系和养分指标的描述可初步推断根系指标与根际土养分间存在着某种特殊的关系，由此进行指标间的相关性分析，结果见表3。油菜总根长、根表面积、根尖数、直径小于2 mm总根长与根际土各养分指标呈负相关，其中根尖数与全氮质量分数呈显著负相关，总根长、根尖数、直径小于2 mm根长与速效钾质量分数呈显著负相关；根体积与各养分指标呈正相关；主根长与根际土全氮、速效磷、速效钾质量分数呈负相关，主根直径与根际土养分指标间的关系与总根长相反。

在“2.1”中，分析各品种整根参数时发现，各品种的根系指标间存在相似的趋势，表3的相关性分析进一步说明这一点：总根长、根表面积、根尖数以及直径小于2 mm的总根长之间有极显著的正相关关系；根体积与主根直径呈极显著正相关，与根干质量呈显著正相关；根干质量与根体积、主根长呈显著正相关；主根直径还与根表面积呈显著正相关，这些结果均说明根系指标间存在明显的相关关系，印证了开始的推测。

表3 油菜根系各指标与根际土壤养分的相关系数

注：**表示相关性在P<0.01水平上显著，*表示相关性在P<0.05水平上显著。

Note: ** indicates significant correlation between two indexes underP<0.01; * indicates significant correlation between two indexes underP<0.05.

3 结论与讨论

根系是作物吸收水分、养分以及合成各种生理活性物质的重要器官，根系的形态特征、生理特征对各功能的发挥起着重要的作用[18]。本研究表明不同类型油菜间、同一类型不同油菜品种间的根长、直径、根尖数、表面积、根体积等都存在差异。3种油菜类型的总根长、根表面积、根尖数和直径小于2 mm的总根长均表现为甘蓝型和白菜型>芥菜型，且4个指标之间均呈现极显著的正相关关系，这与张瑛等[5]的结果基本一致。芥菜型油菜的主根长和主根直径稍大于甘蓝型油菜，这与前人研究结果基本一致[7]，但芥菜型油菜‘c369’‘c356’‘c340’的主根长和主根直径略小，这可能与所选品种的遗传特性有关系。白菜型油菜各品种间根系发育状况差异较大，其中‘c293’‘c285’‘c281’主根、侧根发育均较好。芥菜型油菜的根体积和根干质量最大，这可能与芥菜型油菜植株高大，主根发达有密切关系。

植物根系对养分的吸收主要受其形态和生理特征以及土壤微环境的影响[19]。本研究表明，3种油菜类型根际土壤的全氮、速效钾、有机质质量分数大体上符合芥菜型>白菜型>甘蓝型的趋势；白菜型油菜根际土的速效磷质量分数较高，甘蓝型较低，这可能跟油菜根系分泌的有机酸类型与数量有密切关系，土壤物理环境也可能导致这个结果[20-24]。本研究也表明油菜总根长、根表面积、根尖数、直径小于2 mm总根长与各养分指标呈负相关，说明较高的表面积、根长、根尖数可促进根际土养分的吸收，进而降低土壤中养分累积量，这也可为速效钾、有机质质量分数的趋势提供相应的解释：即甘蓝型油菜根际土养分较芥菜型低，可能是因为甘蓝型油菜与芥菜型油菜相比，根表面积、总根长、根尖数偏大，细根、毛根较多，养分吸收效率高[25-27]，致使土壤中养分消耗较大，累积量变少。油菜根际土速效磷质量分数与根系各指标间的相关关系与Föhse等[28]的研究结果不一致，这可能是由于所选作物品种不同或取样过程中造成根毛等脱落导致结果差异造成的[29]。

甘蓝型油菜根表面积较大，根际土养分累计量较少，根体积、根干质量较芥菜型较低，说明甘蓝型油菜吸收的养分主要分配至地上部分，供茎秆生长和角果发育；而芥菜型油菜根长较短，毛根、侧根偏少，根际土土壤养分吸收较少致使累积量较高，但主根发达，根体积、根干质量较大，取样过程中发现其茎秆高而细，说明芥菜型油菜根系吸收养分虽较少，但分配到根系的相对较多，这也促使其耐旱性增强。

因此，实际生产中，若地域土壤贫瘠，风蚀严重，则可选择生物量大、主根发达、耐干旱的芥菜型油菜以防风固土，培肥地力，例如‘c368’‘c363’‘c357’；若水肥条件较好，以收获地上部分为目的，可选择根系表面积大，细根、毛根较多的甘蓝型油菜。进一步开展多年，多点，多品种，多因素试验将有助于更深入地探究不同基因型油菜根系特征差异及对土壤养分间的影响，为实际生产中根据不同的目的选择不同的品种提供更可靠的理论依据。

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(责任编辑：潘学燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Correlationship between Root Characteristics and Rhizosphere Nutrient under Different Rapeseed Genotypes in Mature Period

PING Yaqin1, HAI Jiangbo1, CHEN Xinyu1, BAI Yinping1, REN Huili1, WANG Chunli2and YANG Jianli2

(1.College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling Shaanxi 712100, China; 2.Hybrid Rapeseed Research Center of Shaanxi Province, Yangling Shaanxi 712100, China)

In order to relieve serious erosion of bare soil in the northwest sand area, 20 rapeseed varieties, belonging to three rapeseed types, were used as materials to measure root indexes, including the total root length, root surface area, root volume, root dry mass, main root length, main root diameter, the total root length of diameter less than 2 mm, root tips numbers, and nutrient indexes of rhizosphere soil such as total nitrogen mass fraction, available phosphorus mass fraction, available potassium mass fraction and organic matter under the same cultivation pattern in mature period. The correlation analysis was carried out to explore relationship between root system indexes and soil nutrients of rapeseed rhizosphere. The results showed that indexes of rapeseed root and soil nutrient of rhizosphere had obvious differece among different types and different varieties within the same type of rapeseed. (1)Compared withBrassicajunceaL.,BrassicanapusL. andBrassicacampestrisL. had higher total root length, root surface area, root tips number, the total root length of diameter less than 2 mm generally, specifically, the root surface area ofBrassicanapusL. was 15.10%-94.00% higher than that ofBrassicajunceaL.;BrassicajunceaL. had the largest root volume and root dry mass, and 11.26% and 12.39% higher for average root volume and 49.77% and 43.14% higher for average root dry mass thanBrassicacampestrisL. andBrassicanapusL. , respectively; the main root length and main root diameter ofBrassicajunceaL. andBrassicanapusL. were higher than those ofBrassicacampestrisL.; (2)The total nitrogen, available potassium and organic matter mass fraction of rhizosphere soil in three types of rapeseed showed same trend:BrassicajunceaL.>BrassicacampestrisL. >BrassicanapusL.; available phosphorus mass fraction had a descending order ofBrassicacampestrisL.,BrassicajunceaL., andBrassicanapusL. (3)Correlation analysis showed that the total root length, root surface area, root tips number, total root length of diameter less than 2mm had a negative correlation with nutrient indexes. Higher root surface area, root length and root tip number were able to promote nutrient uptake, decreasing the nutrient mass fraction in the soil. It was suggested thatBrassicajunceaL. could be cultivated to fix sand and increase soil fertility in area with bare soil and easily eroded;BrassicanapusL. could be planted for economic output in area with better water and fertilizer condition.

Genotype; Rapeseed; Root; Soil nutrition; Rhizosphere

PING Yaqin, female, master student. Research area: efficient cropping system.E-mail:18829841704@163.com

HAI Jiangbo, male, master supervisor. Research area: efficient and agro-ecological farming system.E-mail:haijiangbo@126.com

日期：2017-05-22

2016-07-21

2016-09-20

陕西省科技厅攻关项目(2014k01-03-04)。

平亚琴，女，硕士研究生，研究方向为高效种植制度。E-mail:18829841704@163.com

海江波，男，硕士生导师，主要从事高效农作制度及农业生态研究。E-mail:haijiangbo@126.com

S565.4

A

1004-1389(2017)05-0718-10

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170522.0857.018.html

Received 2016-07-21 Returned 2016-09-20

Foundation item Project of science and Technology Department of Shaanxi Province(No.2014k01-03-04).