Screening of phosphite-tolerant alfalfa varieties and identification of phosphite tolerance indicators

doi:10.11686/cyxb2020453

Abstract

Abstract:

Phosphite， a reduced form of orthophosphate， is characterized by its high solubility， high transport efficiency， and low reactivity in soil. The aim of this study was to screen for phosphite-tolerant alfalfa varieties and provide information for the development of phosphite fertilizers by exploring differences in phosphite tolerance among different varieties of alfalfa at the seedling stage. Thirty-seven alfalfa varieties were cultured in Hoagland’s nutrient solution with orthophosphate （0.5 mmol·L^-1 KH₂PO₄） or phosphate （0.5 mmol·L^-1 KH₂PO₃） as the sole phosphorus resource. We analyzed 12 morphological and physiological characters： Plant height （PH）， stem diameter（SD）， shoot phosphorus content （SPC）， shoot dry weight （DWS）， root dry weight （DWR）， root∶shoot， total root length （RL）， root surface area （RSA）， root phosphorus content （RPC）， chlorophyll content （Chl）， leaf area （LA）， and net photosynthetic rate （P_n）. Based on the phosphite-tolerance coefficient （PTC） of each individual index， we used principal component analysis， membership function analysis， cluster analysis， and stepwise regression to comprehensively evaluate phosphite tolerance characteristics and establish a mathematical model. The results showed that phosphite stress resulted in increased root total phosphorus content， increased chlorophyll content， and decreased values of other indexes in different varieties. The 12 indicators were divided into five composite indicator groups in a principal component analysis. The 37 alfalfa varieties were classified into four categories in terms of phosphite resistance： highly resistant （two varieties； WL903 and Kehan）； Moderately resistant （12 varieties）； Low resistance （17 varieties）， and sensitive （six varieties）. The following regression model was developed for evaluating phosphite tolerance： Y=-0.174+0.102PH+0.189DWR+0.168RL+0.187RSA-0.061P_n （R²=0.9908）. The precision of the regression equation was higher than 93.22% for each alfalfa variety. The results show that the highly phosphite-resistant alfalfa varieties were Kehan and WL903. Under phosphite stress， the tolerance of alfalfa varieties to phosphite can be quickly identified and predicted by measuring PH， DWR， RL， RSA， and P_n.

Key words: alfalfa, phosphite, principal component analysis, cluster analysis, stepwise regression analysis

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Figures/Tables 8

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编号 No.	品种 Variety	编号 No.	品种 Variety
1	WL232	20	惊喜 Surprise
2	WL298HQ	21	精英 Siriver
3	WL319HQ	22	巨能Ⅱ Magnum Ⅱ
4	WL343HQ	23	巨能801 Magnum 801
5	WL363HQ	24	可汗 Kehan
6	WL366HQ	25	龙牧801 Longmu 801
7	WL656	26	苜丰 Mufeng
8	WL712	27	牧歌 Amerigraze
9	WL903	28	耐盐之星 Magnum Salt
10	阿迪娜 Adrenalin	29	骑士T Knight T
11	阿尔冈金 Algonquin	30	前景 Vision
12	敖汉 Aohan	31	三得利 Sanditi
13	保定苜蓿 Baoding	32	莎莎 Salsa
14	北极熊 Gibraltar	33	威力Power
15	法多 Fado	34	维多利亚 Victoria
16	公农1号 Gongnong No.1	35	无棣 Wudi
17	旱地 Dryland	36	先行者 Pioneer
18	皇冠 Phabulous	37	驯鹿 Caribou
19	金皇后 Golden empress

编号 No.	品种 Variety	编号 No.	品种 Variety
1	WL232	20	惊喜 Surprise
2	WL298HQ	21	精英 Siriver
3	WL319HQ	22	巨能Ⅱ Magnum Ⅱ
4	WL343HQ	23	巨能801 Magnum 801
5	WL363HQ	24	可汗 Kehan
6	WL366HQ	25	龙牧801 Longmu 801
7	WL656	26	苜丰 Mufeng
8	WL712	27	牧歌 Amerigraze
9	WL903	28	耐盐之星 Magnum Salt
10	阿迪娜 Adrenalin	29	骑士T Knight T
11	阿尔冈金 Algonquin	30	前景 Vision
12	敖汉 Aohan	31	三得利 Sanditi
13	保定苜蓿 Baoding	32	莎莎 Salsa
14	北极熊 Gibraltar	33	威力Power
15	法多 Fado	34	维多利亚 Victoria
16	公农1号 Gongnong No.1	35	无棣 Wudi
17	旱地 Dryland	36	先行者 Pioneer
18	皇冠 Phabulous	37	驯鹿 Caribou
19	金皇后 Golden empress

序号No.	品种Cultivars	PH	SD	SPC	DWS	DWR	RSR	RL	RSA	RPC	Chl	LA	P_n
1	莎莎Salsa	1.05	1.02	1.35	1.02	0.83	0.86	0.86	0.96	1.19	1.09	1.03	1.14
2	阿尔冈金Algonquin	0.75	0.92	0.75	0.64	0.79	1.37	0.68	0.74	1.25	0.87	0.75	0.65
3	敖汉Aohan	0.76	0.84	0.84	1.14	0.94	1.09	0.92	0.80	1.09	0.90	0.70	0.75
4	皇冠Phabulous	0.88	0.97	1.36	1.03	0.91	0.93	0.77	0.78	0.99	0.96	0.95	0.92
5	北极熊Gibraltar	0.88	1.05	0.81	1.03	1.12	1.13	1.28	1.21	0.92	1.00	0.77	1.11
6	WL343HQ	0.78	1.05	1.04	0.92	0.84	0.83	0.88	0.88	1.19	1.01	0.95	0.72
7	公农1号Gongnong No.1	0.95	0.96	0.90	1.01	0.71	0.72	0.72	0.71	0.84	1.08	0.98	0.87
8	WL298HQ	1.03	0.99	0.78	1.03	0.94	0.91	0.96	0.94	0.66	0.90	0.75	0.97
9	WL656	1.02	1.00	0.77	0.92	0.78	0.88	1.02	0.91	0.83	0.92	0.82	0.90
10	WL903	1.11	0.97	0.74	1.03	1.44	1.38	1.17	1.30	0.83	0.95	0.83	0.99
11	WL366HQ	0.93	0.95	0.93	0.79	0.87	1.11	0.96	0.84	1.14	0.96	1.02	1.04
12	巨能801 Magnum 801	0.93	0.98	1.09	0.82	0.78	0.95	0.78	0.88	1.28	0.93	0.92	0.97
13	耐盐之星Magnum Salt	0.95	0.98	0.95	0.49	0.65	0.90	0.78	0.72	1.06	0.93	1.05	0.61
14	先行者Pioneer	0.82	0.85	0.60	0.88	1.23	1.46	1.13	1.12	0.97	1.11	0.65	0.89
15	可汗Kehan	1.03	1.08	0.63	1.09	1.28	1.15	1.35	1.35	1.08	1.02	0.70	0.52
16	苜丰Mufeng	0.89	0.91	0.99	0.88	1.13	1.24	1.07	1.05	1.21	0.99	0.79	0.80
17	惊喜Surprise	0.82	0.97	0.83	0.86	0.98	1.10	1.15	1.19	1.24	1.04	0.94	0.75
18	旱地Dryland	1.00	1.13	1.04	1.18	1.22	1.03	1.00	1.00	0.89	1.03	1.12	0.66
19	精英Siriver	0.91	1.02	0.83	0.97	1.12	1.17	1.24	1.19	1.01	1.02	0.93	0.81
20	WL363HQ	0.81	0.89	0.96	0.98	1.31	1.32	1.22	1.12	0.77	1.00	0.76	1.09
21	WL319HQ	0.79	0.98	0.62	0.90	1.14	1.26	1.00	1.19	0.71	0.98	0.65	1.42
22	三得利Sanditi	1.05	0.89	1.16	0.88	0.92	1.13	0.98	0.90	1.11	0.86	0.79	0.88
23	威力Power	0.88	0.96	1.06	0.98	0.72	0.81	0.79	0.28	1.19	0.89	0.83	1.31
24	前景Vision	0.95	0.96	0.82	1.08	0.98	0.66	0.92	1.00	0.85	1.09	1.21	0.63
25	保定苜蓿Baoding	0.97	0.96	1.02	1.14	0.68	0.64	0.91	0.95	1.11	1.02	1.21	0.81
26	无棣Wudi	0.89	0.91	0.89	0.90	1.24	1.26	0.88	1.03	0.58	0.98	0.92	0.95
27	驯鹿Caribou	0.84	0.89	1.03	0.92	0.80	0.87	0.66	0.72	0.54	1.11	0.75	1.15
28	巨能Ⅱ Magnum Ⅱ	0.99	0.96	0.77	0.91	0.86	0.91	1.01	0.88	1.17	0.93	0.75	1.15
29	维多利亚Victoria	0.90	1.12	0.76	0.67	0.91	0.81	0.98	1.06	1.27	1.02	0.77	1.53
30	法多Fado	1.04	1.10	1.18	1.18	0.92	0.80	1.14	1.26	1.06	1.00	0.99	0.91
31	金皇后Golden empress	1.03	1.03	1.02	1.05	0.98	0.86	1.01	1.23	1.29	1.02	0.82	0.88
32	WL232	0.80	0.95	1.00	0.57	0.82	0.97	1.42	1.12	1.40	1.00	0.91	0.69
33	骑士T Knight T	0.93	1.01	1.22	0.94	0.79	0.92	0.88	0.80	1.55	0.95	1.25	0.65
34	牧歌Amerigraze	1.10	1.27	0.81	1.55	1.09	0.68	0.77	0.76	0.40	1.04	0.99	0.62
35	龙牧801 Longmu 801	0.98	1.08	0.64	1.33	0.93	0.74	0.79	0.80	0.95	0.98	0.78	0.83
36	WL712	0.90	1.04	0.76	1.34	0.64	0.31	0.45	0.44	0.87	1.06	0.86	0.95
37	阿迪娜Adrenalin	0.97	0.93	0.97	1.08	0.81	0.70	0.84	0.77	0.97	1.03	0.89	0.85

序号No.	品种Cultivars	PH	SD	SPC	DWS	DWR	RSR	RL	RSA	RPC	Chl	LA	P_n
1	莎莎Salsa	1.05	1.02	1.35	1.02	0.83	0.86	0.86	0.96	1.19	1.09	1.03	1.14
2	阿尔冈金Algonquin	0.75	0.92	0.75	0.64	0.79	1.37	0.68	0.74	1.25	0.87	0.75	0.65
3	敖汉Aohan	0.76	0.84	0.84	1.14	0.94	1.09	0.92	0.80	1.09	0.90	0.70	0.75
4	皇冠Phabulous	0.88	0.97	1.36	1.03	0.91	0.93	0.77	0.78	0.99	0.96	0.95	0.92
5	北极熊Gibraltar	0.88	1.05	0.81	1.03	1.12	1.13	1.28	1.21	0.92	1.00	0.77	1.11
6	WL343HQ	0.78	1.05	1.04	0.92	0.84	0.83	0.88	0.88	1.19	1.01	0.95	0.72
7	公农1号Gongnong No.1	0.95	0.96	0.90	1.01	0.71	0.72	0.72	0.71	0.84	1.08	0.98	0.87
8	WL298HQ	1.03	0.99	0.78	1.03	0.94	0.91	0.96	0.94	0.66	0.90	0.75	0.97
9	WL656	1.02	1.00	0.77	0.92	0.78	0.88	1.02	0.91	0.83	0.92	0.82	0.90
10	WL903	1.11	0.97	0.74	1.03	1.44	1.38	1.17	1.30	0.83	0.95	0.83	0.99
11	WL366HQ	0.93	0.95	0.93	0.79	0.87	1.11	0.96	0.84	1.14	0.96	1.02	1.04
12	巨能801 Magnum 801	0.93	0.98	1.09	0.82	0.78	0.95	0.78	0.88	1.28	0.93	0.92	0.97
13	耐盐之星Magnum Salt	0.95	0.98	0.95	0.49	0.65	0.90	0.78	0.72	1.06	0.93	1.05	0.61
14	先行者Pioneer	0.82	0.85	0.60	0.88	1.23	1.46	1.13	1.12	0.97	1.11	0.65	0.89
15	可汗Kehan	1.03	1.08	0.63	1.09	1.28	1.15	1.35	1.35	1.08	1.02	0.70	0.52
16	苜丰Mufeng	0.89	0.91	0.99	0.88	1.13	1.24	1.07	1.05	1.21	0.99	0.79	0.80
17	惊喜Surprise	0.82	0.97	0.83	0.86	0.98	1.10	1.15	1.19	1.24	1.04	0.94	0.75
18	旱地Dryland	1.00	1.13	1.04	1.18	1.22	1.03	1.00	1.00	0.89	1.03	1.12	0.66
19	精英Siriver	0.91	1.02	0.83	0.97	1.12	1.17	1.24	1.19	1.01	1.02	0.93	0.81
20	WL363HQ	0.81	0.89	0.96	0.98	1.31	1.32	1.22	1.12	0.77	1.00	0.76	1.09
21	WL319HQ	0.79	0.98	0.62	0.90	1.14	1.26	1.00	1.19	0.71	0.98	0.65	1.42
22	三得利Sanditi	1.05	0.89	1.16	0.88	0.92	1.13	0.98	0.90	1.11	0.86	0.79	0.88
23	威力Power	0.88	0.96	1.06	0.98	0.72	0.81	0.79	0.28	1.19	0.89	0.83	1.31
24	前景Vision	0.95	0.96	0.82	1.08	0.98	0.66	0.92	1.00	0.85	1.09	1.21	0.63
25	保定苜蓿Baoding	0.97	0.96	1.02	1.14	0.68	0.64	0.91	0.95	1.11	1.02	1.21	0.81
26	无棣Wudi	0.89	0.91	0.89	0.90	1.24	1.26	0.88	1.03	0.58	0.98	0.92	0.95
27	驯鹿Caribou	0.84	0.89	1.03	0.92	0.80	0.87	0.66	0.72	0.54	1.11	0.75	1.15
28	巨能Ⅱ Magnum Ⅱ	0.99	0.96	0.77	0.91	0.86	0.91	1.01	0.88	1.17	0.93	0.75	1.15
29	维多利亚Victoria	0.90	1.12	0.76	0.67	0.91	0.81	0.98	1.06	1.27	1.02	0.77	1.53
30	法多Fado	1.04	1.10	1.18	1.18	0.92	0.80	1.14	1.26	1.06	1.00	0.99	0.91
31	金皇后Golden empress	1.03	1.03	1.02	1.05	0.98	0.86	1.01	1.23	1.29	1.02	0.82	0.88
32	WL232	0.80	0.95	1.00	0.57	0.82	0.97	1.42	1.12	1.40	1.00	0.91	0.69
33	骑士T Knight T	0.93	1.01	1.22	0.94	0.79	0.92	0.88	0.80	1.55	0.95	1.25	0.65
34	牧歌Amerigraze	1.10	1.27	0.81	1.55	1.09	0.68	0.77	0.76	0.40	1.04	0.99	0.62
35	龙牧801 Longmu 801	0.98	1.08	0.64	1.33	0.93	0.74	0.79	0.80	0.95	0.98	0.78	0.83
36	WL712	0.90	1.04	0.76	1.34	0.64	0.31	0.45	0.44	0.87	1.06	0.86	0.95
37	阿迪娜Adrenalin	0.97	0.93	0.97	1.08	0.81	0.70	0.84	0.77	0.97	1.03	0.89	0.85

指标 Index	PH	SD	SPC	DWS	DWR	RSR	RL	RSA	RPC	Chl	LA
SD	0.49**
SPC	0.11	-0.05
DWS	0.43**	0.47**	-0.06
DWR	0.09	0.06	-0.34*	0.18
RSR	-0.30	-0.43**	-0.22	-0.43**	0.68**
RL	0.02	-0.01	-0.18	-0.20	0.60**	0.54**
RSA	0.13	0.09	-0.21	-0.10	0.70**	0.52**	0.82**
RPC	-0.18	-0.12	0.34*	-0.46**	-0.35*	0.03	0.18	0.03
Chl	0.00	0.20	-0.05	0.29	0.14	-0.26	0.02	0.21	-0.25
LA	0.27	0.26	0.52**	0.11	-0.31	-0.43**	-0.19	-0.15	0.18	0.21
P_n	-0.11	-0.10	-0.03	-0.14	-0.01	0.03	-0.06	-0.05	-0.11	-0.02	-0.40*