A multi-trait evaluation of phosphorus efficiency of 38 forage oat cultivars at the seedling stage

doi:10.11686/cyxb2024065

Abstract

Abstract:

This research investigated the response of forage oats to low phosphorus levels to identify phosphorus-efficient cultivars. A study was conducted on 38 forage oat varieties at the seedling stage， and 15 traits were measured and analyzed， including morphological and root traits， under low phosphorus （0.02 mmol·L^-1 KH₂PO₄， LP） and normal phosphorus （1 mmol·L^-1 KH₂PO₄， NP） treatments， using a hydroponic system. Phosphorus efficiency types were determined using principal component analysis， correlation analysis， multiple regression analysis， membership function analysis and cluster analysis. The results indicated that under low phosphorus stress， certain traits like root： shoot ratio， total root length， root tip number， and phosphorus use efficiency increased significantly （P<0.05）， while plant height， shoot dry weight， root dry weight， total dry weight， root diameter， phosphorus content， and phosphorus accumulation decreased significantly （P<0.05）. Under the low-phosphorus treatment， the coefficients of variation of the root-related indexes including the number of root tips， root forks， and root∶shoot ratio were all higher than in the normal phosphorus treatment， which were 49.24%， 55.24% and 46.11%， respectively. A correlation analysis was carried out between the integrated low phosphorus tolerance value （D） and the low phosphorus stress tolerance indices for the 15 traits using membership function analysis， and the low phosphorus tolerance coefficients of shoot dry weight， root dry weight， total dry weight， total root length， root surface area， root volume， root projected area， root tip， root fork， and phosphorus use efficiency showed a significant correlation with the D value. Using multiple regression analysis， seven indicators for the identification of low phosphorus tolerance were evaluated， and a regression equation for the D value was established. Finally， the cluster analysis divided the 38 forage oats into three categories： high-， medium-， and low-efficiency of phosphorus utilization. Of the tested varieties， three were phosphorus-efficient， namely Youmu No. 1， Kona and Sweet oat No. 1.

Key words: forage oat, low phosphorus stress, phosphorus efficiency, root system

Jing-bo YU, Hui-li ZHANG, Jin LI, Hao GUAN, Qing-ping ZHOU, Shi-yong CHEN. A multi-trait evaluation of phosphorus efficiency of 38 forage oat cultivars at the seedling stage[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(11): 161-171.

Figures/Tables 8

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序号 No.	品种Cultivar	序号 No.	品种Cultivar	序号 No.	品种Cultivar
1	泰克Taike	14	甜燕70 Sweet oat 70	27	梦龙Magnum
2	青引2号Qingyin No. 2	15	多能 Duoneng	28	燕王Forage plus
3	青燕1号Qingyan No. 1	16	摄政王Prince regent	29	领袖Souris
4	哈维Haywire	17	摩根Mogen	30	骏马Cayuse
5	猛士1号Mengshi No.1	18	莫妮卡Monica	31	太阳神Titan
6	青引1号Qingyin No. 1	19	蓝鸟1号Lanniao No. 1	32	科纳Kona
7	青海甜燕麦Qinghai sweet oat	20	甜燕60 Sweet oat 60	33	定燕2号Dingyan No. 2
8	甜燕75 Sweet oat 75	21	禾王King cereals	34	甜燕2+ Sweet oat 2+
9	英迪米特Intimidator	22	白燕7号Baiyan No. 7	35	甜燕1号Sweet oat No. 1
10	锋利Sharp	23	陇燕5号Longyan No. 5	36	蒙燕1号Mengyan No. 1
11	青海444 Qinghai No. 444	24	旗帜 Flag	37	魅力Charisma
12	甜燕3号Sweet oat No. 3	25	优牧1号Youmu No. 1	38	白燕14 Baiyan No. 14
13	悍马Hanma	26	边锋Blade

序号 No.	品种Cultivar	序号 No.	品种Cultivar	序号 No.	品种Cultivar
1	泰克Taike	14	甜燕70 Sweet oat 70	27	梦龙Magnum
2	青引2号Qingyin No. 2	15	多能 Duoneng	28	燕王Forage plus
3	青燕1号Qingyan No. 1	16	摄政王Prince regent	29	领袖Souris
4	哈维Haywire	17	摩根Mogen	30	骏马Cayuse
5	猛士1号Mengshi No.1	18	莫妮卡Monica	31	太阳神Titan
6	青引1号Qingyin No. 1	19	蓝鸟1号Lanniao No. 1	32	科纳Kona
7	青海甜燕麦Qinghai sweet oat	20	甜燕60 Sweet oat 60	33	定燕2号Dingyan No. 2
8	甜燕75 Sweet oat 75	21	禾王King cereals	34	甜燕2+ Sweet oat 2+
9	英迪米特Intimidator	22	白燕7号Baiyan No. 7	35	甜燕1号Sweet oat No. 1
10	锋利Sharp	23	陇燕5号Longyan No. 5	36	蒙燕1号Mengyan No. 1
11	青海444 Qinghai No. 444	24	旗帜 Flag	37	魅力Charisma
12	甜燕3号Sweet oat No. 3	25	优牧1号Youmu No. 1	38	白燕14 Baiyan No. 14
13	悍马Hanma	26	边锋Blade

指标 Index	正常处理Normal phosphorus				低磷处理Low phosphorus
指标 Index	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值±标准差 Mean±SD	变异系数 CV （%）	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值±标准差 Mean±SD	变异系数CV （%）
株高PH （cm）	30.00	69.40	56.18±7.35a	13.15	27.00	67.03	51.79±8.38b	16.25
地上部干重SDW （g·plant^-1）	0.06	0.40	0.24±0.08a	35.02	0.05	0.29	0.16±0.06b	34.51
地下部干重RDW （g·plant^-1）	0.02	0.13	0.07±0.02a	32.54	0.01	0.15	0.06±0.03a	41.18
生物量TDW （g·plant^-1）	0.08	0.51	0.30±0.10a	32.74	0.08	0.40	0.23±0.07b	30.48
根冠比RSR	0.12	0.57	0.30±0.08b	27.02	0.04	1.08	0.42±0.19a	46.11
总根长TRL （cm）	149.23	1220.39	535.12±243.24b	45.66	166.08	1558.65	701.68±266.35a	38.13
根表面积RSA （cm²）	15.44	111.54	54.66±22.53a	41.41	17.40	133.94	61.74±20.87a	33.96
根体积RV （cm³）	0.11	0.86	0.45±0.18a	40.90	0.15	0.92	0.44±0.14a	32.87
根直径RD （mm）	0.25	0.50	0.33±0.04a	12.97	0.22	0.38	0.29±0.03b	10.98
根投影面积RPA （cm²）	4.91	35.55	17.40±7.24a	41.81	5.54	42.63	19.56±6.71a	34.44
根尖数RT	181.00	3697.00	1210.22±665.61b	55.24	343.00	4336.00	1681.00±824.06a	49.24
根分叉数RF	78.00	3342.00	1335.88±740.45a	55.67	168.00	5024.00	1476.56±812.01a	55.24

指标 Index	正常处理Normal phosphorus				低磷处理Low phosphorus
指标 Index	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值±标准差 Mean±SD	变异系数 CV （%）	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值±标准差 Mean±SD	变异系数CV （%）
株高PH （cm）	30.00	69.40	56.18±7.35a	13.15	27.00	67.03	51.79±8.38b	16.25
地上部干重SDW （g·plant^-1）	0.06	0.40	0.24±0.08a	35.02	0.05	0.29	0.16±0.06b	34.51
地下部干重RDW （g·plant^-1）	0.02	0.13	0.07±0.02a	32.54	0.01	0.15	0.06±0.03a	41.18
生物量TDW （g·plant^-1）	0.08	0.51	0.30±0.10a	32.74	0.08	0.40	0.23±0.07b	30.48
根冠比RSR	0.12	0.57	0.30±0.08b	27.02	0.04	1.08	0.42±0.19a	46.11
总根长TRL （cm）	149.23	1220.39	535.12±243.24b	45.66	166.08	1558.65	701.68±266.35a	38.13
根表面积RSA （cm²）	15.44	111.54	54.66±22.53a	41.41	17.40	133.94	61.74±20.87a	33.96
根体积RV （cm³）	0.11	0.86	0.45±0.18a	40.90	0.15	0.92	0.44±0.14a	32.87
根直径RD （mm）	0.25	0.50	0.33±0.04a	12.97	0.22	0.38	0.29±0.03b	10.98
根投影面积RPA （cm²）	4.91	35.55	17.40±7.24a	41.81	5.54	42.63	19.56±6.71a	34.44
根尖数RT	181.00	3697.00	1210.22±665.61b	55.24	343.00	4336.00	1681.00±824.06a	49.24
根分叉数RF	78.00	3342.00	1335.88±740.45a	55.67	168.00	5024.00	1476.56±812.01a	55.24

多元回归方程 Multiple regression equation	F值 F value	决定系数 R square （R²）	P值 P value
D=-6.972+9.070TDW	147.389	0.661	<0.001
D=-6.944+5.426TDW+1.965TRL	245.733	0.765	<0.001
D=-6.816+4.360TDW+1.113TRL+2.856RSA	576.854	0.885	<0.001
D=-6.776+4.326TDW+0.991TRL+2.346RSA+0.502RV	606.393	0.890	<0.001
D=-6.723+4.246TDW+0.781TRL+2.146RSA+0.492RV+0.553RPA	1128.741	0.933	<0.001
D=-6.824+4.222TDW+0.632TRL+1.957RSA+0.524RV+0.412RPA+0.556RF	1709.509	0.981	<0.001
D=-6.955+3.931TDW+0.392TRL+1.553RSA+1.092RV+0.840RPA+0.611RF+0.146PUE	2552.104	0.996	<0.001