利用效率基因型变异评价工具的开发对保证低磷环境下作物产量和农民收入至关重要。本研究旨在开发一种评估低磷环境下低磷耐受性和磷利用效率基因型变异的工具。在低磷(10 μM)和最佳磷(200 μM)供给条件下，采用半水培根系表型系统，测定20个不同根系的根系响应和磷效率性状。结果与最适施磷相比，低施磷使根冠生物量增加了48.7%(地上部干重减少了20.0%，根系干重增加了20.6%)。低磷供应增加了总根长17.8%，但降低了初生根深度，而各基因型的侧根数量没有显著变化。低磷胁迫提高了磷素利用效率。根据17个被测性状对低磷胁迫的基因型变异和相关性，将其中9个性状转化为低磷耐受系数(LPTC)，并进行主成分分析。提取3个主成分得分进行层次聚类分析，将20个基因型分为3个P效率不同的组，包括2个P效率基因型和9个P效率基因型。本研究表明，水稻对低磷胁迫的反应存在基因型差异。高LPTC值的磷高效基因型通过调节根系结构和植物器官中磷和生物量的再分配，更好地适应低磷环境。利用所选性状及其LPTC值进行系统聚类分析，可作为评价基因型间磷效率的评价工具。

图1. 玉米在移栽后15天在半水培表型系统中生长。在低磷(10 μM, A)和最优磷(200 μM, B)条件下拍摄了玉米基因型(#12和#9)32天的根系图像。

图2. 在半水培表型平台上，在低磷(10 μM)和最优磷(200 μM)条件下生长32天，20个玉米基因型的17个地上部、根系和磷相关性状的低磷耐受系数(LPTC)。在20个基因型中，与最优磷供应相比，低磷供应提高了植物性状（填充橙色条)或抑制了植物性状填充蓝色条)。

图3. 20个玉米基因型根系干重(a)和2倍磷(P)处理下根系干重(b)的低磷耐受系数(LPTC)。数据为平均值(n = 4， + SE)。根干重在低磷处理中由高到低依次为基因型。

图4. 基于主成分得分的20个玉米基因型的层次聚类分析。以5为距离将20个基因型分为3个大分支:p高效基因型(#11和#12)、p低效基因型(#4、#5、#6、#9、#10、#15、#17、#19和#20)和中p高效基因型(#1、#2、#3、#7、#8、#13、#14、#16和#18)。

图5. 磷效率不同的玉米基因型对低磷胁迫的响应策略不同。在低磷条件下，磷高效基因型增加了地上部和根干重，而松高效基因型降低了地上部干重，增加了根干重。磷高效基因型增加了根长、根直径和初生根深度，而磷低效基因型在根长和根直径方面增加相对较少。各基因型对磷的吸收效率均有所降低，而高效基因型对植物各器官间磷的再分配和利用具有较高的调控能力，导致磷利用效率的低耐磷系数(LPTC)值高于低高效基因型。注:括号内为各性状的低磷容忍系数(LPTC)LPTC值大于1表明低磷胁迫增加了性状值(红色箭头)，低于1表明低磷胁迫降低了性状值(黑色箭头)，与最佳磷胁迫下的各性状相比，不同磷效率的基因型间某一性状的LPTC值越大，表明在低磷胁迫下该性状的维持能力提高。