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JIA 封面文章 | 棉花品种选育弱化了菌根共生体：相对于老品种而言新品种从菌根吸磷途径获益更低

王鑫鑫 等 农业科学微平台 2023-03-17
棉花是菌根营养型植物，即：棉花通过根系途径和菌根途径从土壤中获取矿质营养，尤其是磷营养。根系吸磷途径和菌根吸磷途径对棉花磷营养的贡献大小受土壤供磷强度的影响。以往的研究对棉花获取磷（P）相关的根系性状和菌根根系性状关注较少。

近期，中国农业大学资环学院冯固教授课题组和新疆农业大学资环学院等单位合作完成的题为“Breeding against mycorrhizal symbiosis: Modern cotton (Gossypium hirsutum L.) varieties perform more poorly than older varieties except at very high phosphorus supply levels”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2023年3期正式发表。


该研究采用1950年至2013年在中国西北地区使用的8个棉花品种在3种磷供应水平下（分别为0、50和300 mg KH2PO4 kg-1），解析了接种或者不接种丛枝菌根真菌Funneliformis mosseae对棉花的生长和11个根系性状特征的影响。研究发现：与老品种相比，新品种的根系直径更细，地上部吸收的磷更少，苗期生物量更低。

在较低和中等土壤供磷强度磷水平下，接种菌根真菌提高了棉花植株磷量，促进了生物量增加（在P0时，吸磷量3.2 mg对0.9 mg，生物量1.8 g对0.9 g；在P50时，吸磷量14.5 mg对1.7 mg， 生物量4.7 g对1.6 g）；并且在P50时，棉花平均根系直径与菌根植物地上部生物量、磷浓度和磷含量呈显著正相关。在高磷水平下，接种的棉花植株比不接种的植株吸磷量增加（18.8 mg对13.4 mg ），但生物量没有差异（6.2 g对6.3 g）。这一结果意味着过去的棉花育种过程选择了更细的根系，导致根系为菌根真菌定殖的皮层空间更少，因而增加了棉花品种对磷肥用量的更高依赖。
研究结果支持了植物获取磷的外包模式（即借助菌根途径）在根系经济学空间框架中的重要性。在过去的几十年里，品种选育无意中使得棉花的根系趋向于变得更细、从菌根途径获益更低，导致了在中等磷供应并有菌根侵染的条件下，棉花新品种的生物量小于老品种的。这也意味着未来需要重新调整棉花育种方向，以实现在不再高投入磷肥的前提下实现高产。一条可行解决途径是：棉花品种选育策略必须考虑在根系自身吸收磷的能力与发挥菌根吸磷能力之间的权衡（即根系性状与菌根性状的权衡）。

点击链接查看全文：

https://doi.org/10.1016/j.jia.2‍02‍2‍.‍0‍8‍‍.004

Cite the article:

WANG Xin-xin, ZHANG Min, SHENG Jian-dong, FENG Gu, Thomas W. KUYPER. 2023. Breeding against mycorrhizal symbiosis: Modern cotton (Gossypium hirsutum L.) varieties perform more poorly than older varieties except at very high phosphorus supply levels. Journal of Integrative Agriculture, 22(3): 701-715.


研究团队简介



中国农业大学资环学院冯固教授带领的《菌根与磷肥创新》课题组主要开展植物-微生物互作提高磷肥利用效率的机理和棉花高产的生态集约化技术研究，针对新疆棉花存在的盐碱导致苗期盐害、磷营养缺乏等突出问题，开展了棉花根际和菌丝际土壤磷养分形态与有效性的生物周转机制与调控途径、棉花根际水肥盐和微生物耦合原理与精细调控技术等研究，建立了棉花根际降碱抑盐促增产的“启动磷”和“激发碳”技术模式，并开展了试验示范，获得了新疆自治区科技进步奖一等奖2项，二等奖2项。近五年先后主持完成了国家十三五重点研发计划“肥料磷素转化与高效利用机理”、NSFC-新疆联合资助重点项目“新疆棉花高效利用磷的根际和菌丝际过程与调控”和“灰漠土磷养分高效利用相关的生物肥力性状演变过程及培育机制”等研究项目，在国际和国内相关领域的重要期刊上发表了50余篇论文，获得发明专利1项并实现转化。



Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国工程院院士、中国农业科学院副院长王汉中。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.384，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。

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