棉花鉀素高效的生理機制及其施肥效應(yīng).pdf

1、鉀是植物必需的大量礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一，而棉花是需鉀量較高且較容易出現(xiàn)缺鉀癥狀的作物。本實驗室從全國86個棉花品種中篩選得到了兩個鉀效率差異較大的兩個基因型—鉀高效棉花基因型103和鉀低效棉花基因型122。利用這兩個典型的材料，在實驗室前期研究的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步分別從鉀素吸收和利用兩個方面解釋了棉花鉀高效的機理。吸收方面主要從根系形態(tài)及其發(fā)育機制、鉀素吸收方式兩方面進(jìn)行了探討，利用方面從缺鉀對葉片物質(zhì)結(jié)構(gòu)及組成的差異、植株內(nèi)物質(zhì)的循環(huán)兩

2、方面進(jìn)行探討，最后還通過大田試驗探討了兩種棉花基因型在生產(chǎn)中經(jīng)濟與生態(tài)效應(yīng)差異。得到了如下主要結(jié)果:
　　1不同鉀效率棉花基因型鉀素吸收差異機理
　　1)正常鉀處理的鉀高效棉花基因型103具有發(fā)達(dá)的根系，較大比例的粗根使其錨定土壤的能力增強，從而抗倒伏等能力增強，減少物理環(huán)境的傷害。低鉀處理時，基因型103根系中有利于吸收水分和養(yǎng)分的細(xì)根和中根的根長均顯著增加，而低鉀抑制了鉀低效棉花基因型122根系的發(fā)育，細(xì)根和中根的根長均

3、有降低趨勢。說明基因型103在低鉀時根系發(fā)育有利于適應(yīng)低鉀環(huán)境，而基因型122根系發(fā)育并沒有此適應(yīng)性變化。
　　2)根系發(fā)育與碳水化合物的累積，礦質(zhì)元素的供應(yīng)以及激素的調(diào)控有直接的關(guān)系，基因型103在缺鉀時根系蛋白質(zhì)和碳水化合物的相對含量較正常鉀時有所上升，而基因型122受缺鉀影響碳水化合物下降;基因型103在缺鉀時根系鎂的含量顯著上升了17％，鎂的生理作用部分與鉀相似，也是多種酶的激活劑，還能在細(xì)胞鉀不足時維持細(xì)胞正常滲透壓，這

4、對細(xì)胞在缺鉀條件下維持正常生理代謝有重要的作用;無論對根系發(fā)育是正向調(diào)控還是反向調(diào)控的激素，基因型103側(cè)根激素的含量受缺鉀的影響都較基因型122小，尤其是對根系生長有直接促進(jìn)作用的生長素。基因型103的根系能在低鉀條件下維持較好的碳水化合物供應(yīng)、根系累積較多的鎂、并能維持一定的側(cè)根生長素含量是其在缺鉀條件下依然保持較好的根系發(fā)育的原因。
　　3)吸收動力學(xué)的結(jié)果顯示鉀高效基因型103更能適應(yīng)低鉀環(huán)境，而鉀低效基因型122更適應(yīng)高

5、鉀環(huán)境。抑制劑的結(jié)果顯示，兩棉花基因型在經(jīng)過低鉀培養(yǎng)后都產(chǎn)生了相應(yīng)的適應(yīng)機制，在低鉀環(huán)境下高親和鉀吸收系統(tǒng)都被激活并發(fā)揮作用，而在正常鉀環(huán)境中生長的兩棉花基因型轉(zhuǎn)移至低鉀環(huán)境時對鉀的吸收方式存在明顯差異，基因型103在低鉀環(huán)境中有高親和的鉀吸收系統(tǒng)發(fā)揮作用而更加適應(yīng)低鉀環(huán)境，基因型122在低鉀環(huán)境中對鉀的吸收接近于0，這也與動力學(xué)的結(jié)果一致，基因型122更加適應(yīng)高鉀的環(huán)境。
　　2不同鉀效率棉花基因型鉀素利用差異機理
　　1

6、)缺鉀顯著影響了棉花葉片蛋白質(zhì)和多糖的結(jié)構(gòu)和組成，基因型122在缺鉀時功能葉蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)的變化更大，同時，基因型122碳水化合物的轉(zhuǎn)化與運輸受到的影響也較基因型103更大。對細(xì)胞壁的研究發(fā)現(xiàn)，基因型122細(xì)胞壁蛋白的結(jié)構(gòu)在低鉀時受到更大的影響，細(xì)胞壁碳水化合物也出現(xiàn)明顯的累積，本研究揭示了兩棉花基因型低鉀適應(yīng)性差異的生理機制之一是基因型103在低鉀條件下能更好的維持細(xì)胞的完整性和更有效的光合產(chǎn)物運輸。
　　2)缺鉀使棉花全株的干物

7、質(zhì)積累減少，但鉀高效基因型103干物質(zhì)的積累受低鉀的影響顯著較鉀低效基因型122低?；蛐?03植株內(nèi)鉀的再循環(huán)較好，低鉀時有更多的鉀轉(zhuǎn)運到根系中?；蛐?22在低鉀時光合速率高于基因型103，但合成的光合產(chǎn)物并不能有效的轉(zhuǎn)運到其他部位，尤其是向根系中的運輸受到顯著抑制，這可能是其在低鉀下根系發(fā)育受阻的原因之一。說明這兩個棉花基因型鉀效率差異的原因并不關(guān)鍵在于光合速率，而與光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)運有關(guān)。
　　3不同鉀效率棉花基因型大田

8、條件下經(jīng)濟及環(huán)境效應(yīng)研究
　　鉀高效棉花基因型103長勢和產(chǎn)量均高于鉀低效基因型122，產(chǎn)投比和收獲指數(shù)也較高，三個施鉀水平下基因型103籽棉產(chǎn)量較基因型122增加了39.2％、33.8％和25.0％，產(chǎn)投比增加了39.2％、33.8％和25.9％。鉀肥利用效率也顯著高于基因型122，分別是其1.3倍和1.2倍。同時，與基因型122相比，基因型103對氮磷肥的利用效率也較高，相同施肥條件下對氮肥的利用效率分別提高了40.2％、35