中国烟草钾营养研究现状Ⅱ. 烟草生长过程中钾积累分配与钾素调控等研究综述

综述了烟草钾素的吸收积累分配规律和钾素调控技术。土壤生态因子和气候生态因子障碍均影响烟草钾的高效积累。钾在中、前期吸收积累速率高、量大，到成熟期钾吸收积累减缓甚至下降。钾在烟株中的分配不够合理，在烟叶中的分配率较低，而在其它非经济产品中的分配率较高也是烟叶含钾量较低的原因之一。钾素调控可从土壤中提高钾的有效性、增加营养供应协调性、烟株顶端涂抹激素、打杈等管理调控库源关系、吸钾高效基因转入和物理措施等方面进行。到目前为止所有这些调控技术未能大幅度提高烟叶钾含量。因此需要深入研究钾素营养内在生理机制及钾素营养障碍机制。     

超甜玉米新品种的营养特性

田间试验和室内研究表明,超甜玉米的N/K、K/Mg、K/B比例失调是造成产量不高、食味差的主要原因,若氮、磷、钾、镁、硼吸收比例协调,则N/K减小,K/Mg、K/B增大,产量明显提高,提高氮、磷、钾、镁、硼的配合吸收,对超甜玉米充分发挥品种特性尤其重要.     

根系对硼钾胁迫的生理反应及其代谢机制的研究进展

硼和钾都是植物正常生长所必需的元素,硼素营养和钾素营养对植物根系的生长代谢具有一定的调节作用。为了更好地了解硼钾在植根系内的代谢规律和相互作用,综述了硼、钾胁迫以及硼钾互作条件下植物根系生长代谢调控机理,总结了硼、钾胁迫对硼在根系的吸收转运、同化产物向根系运输及代谢等的影响,指出今后应加强硼钾胁迫下以及其相互作用对根系的影响方面的研究。     

低钾胁迫下烟草根系差异表达基因的cDNA-AFLP分析

烟叶含钾量是评价优质烟叶重要品质指标,大量研究认为钾元素的吸收和积累是由植物基因型所控制,而在烟草转录水平上的低钾胁迫的应答机制方面,尚未见报道.本实验为鉴定烟草低钾胁迫响应基因,应用,cDNA-AFLP技术,对低钾胁迫下烟草NC89根系基因表达进行了mRNA指纹分析,通过240对引物组合的筛选,共得到324个差异表达转录衍生片段.对其中9个TDF进行了克隆、测序和序列分析.结果表明:其中7个TDF涉及逆境响应,氨基酸的转运与代谢,转录调控及钾吸收,2个TDF为功能未知.     

棉花钾营养效率的基因型差异研究进展

 棉花属于喜钾作物,目前生产上因缺钾而导致的棉花早衰问题日趋严峻。不同棉花基因型的钾营养效率存在显著差异,本文综述了其研究现状,并从钾吸收和利用等方面分析了差异的机制,以期为棉花钾高效育种和栽培提供指导。钾吸收效率高的基因型通常根系发达、根毛较多或生理吸收能力较强（最大吸收速率I_max高、亲和常数K_m和维持净吸收的最小钾浓度C_min低）;钾利用效率高的基因型可实现有限钾的高效运转和再分配,且其生理生化代谢的最低需钾量较小、碳氮代谢较为平衡、清除活性氧的能力较强。文中还提出了需要继续研究的方向。     

不同小麦基因型对土壤钾的吸收研究

选用了7个不同小麦基因型，进行了盆栽试验。结果表明：不同小麦基因型对钾的吸收存在显著差异。在不同钾水平条件下，它们吸收利用土壤中的钾大部分来自非交换性钾源，其中矿物钾差异比较显著。在低钾条件下，吸收矿物钾量的比例差异大于高钾条件下吸收的矿物钾比例。因此，在缺钾土壤中，不同小麦基因型吸收矿物钾的量是筛选其耐低能力的重要指标。本试验初选出晋麦31号为耐低钾基因型。     

水稻根系形态生理与钾素吸收利用的关系

钾是决定农业丰产的三大营养元素之一，根系是植物吸收利用养分的重要器官。文章综述了钾素高效水稻根系特征、水稻根系形态生理与钾素吸收利用关系，探讨了促进水稻根系形态生理与钾素吸收利用关系研究的发展方向。     

陆地棉钾转运体基因GhHAK5启动子的克隆与功能分析

KUP/HAK/KT钾转运体基因的转录调控是植物响应低钾胁迫的一项重要机制。克隆和分析棉花钾转运体基因的启动子,不仅有助于了解其表达模式及调控机制,对于改良棉花的钾吸收特性也具有重要意义。陆地棉钾转运体基因GhHAK5是一个在根中特异性高表达的基因,其表达受低钾胁迫诱导,目前关于该基因启动子的功能还不清楚。本研究以陆地棉品种百棉1号为材料,通过PCR方法对GhHAK5上游2000bp启动子片段(pGhHAK5)进行克隆,并通过转化拟南芥、GUS组织定位和低钾诱导表达特性分析来研究其功能。结果表明, pGhHAK5除具有TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有多个响应于光、逆境胁迫、植物激素和生物钟等的顺式作用元件。pGhHAK5与雷蒙德氏棉pGrHAK5在重要调控元件的数量和位置分布上具有较高的一致性,均具有5个参与根特异性表达调控的元件(ATAAAAT)和1个参与低钾条件下转录调控的ARF转录因子结合位点(TGTCNN)。GUS组织化学染色结果显示,转基因拟南芥幼苗的叶脉和胚轴维管束组织染色较深,根系染色较浅;成熟期转基因拟南芥植株的根、叶脉和花萼维管束组织染色较深,茎和荚皮染色较浅,表明pGhHAK5驱动的GUS主要在拟南芥成熟的根和地上部维管束组织中表达。进一步低钾诱导表达特性分析表明, PGhHAK5驱动的GUS在拟南芥幼苗幼嫩根中的表达很弱,且其表达不受低钾胁迫诱导而增强,表明PGhHAK5可能是一个主要在成熟根中具有功能的低钾诱导型启动子。转录组分析和荧光定量PCR结果表明, GhHAK5主要在成熟的根中表达,且其表达受发育时期的影响,该结果与pGhHAK5驱动的GUS在拟南芥根中的表达结果一致。本研究结果有助于深入了解GhHAK5表达调控的分子机制,并为棉花钾吸收效率的提高及钾高效棉花品种的培育提供理论依据。     

植物钾通道与钾转运体研究进展

钾通道与钾转运体是植物钾离子吸收的重要途径。根据其蛋白结构与功能的不同,可分为Shaker钾通道家族、TPK钾通道家族、Kir-like钾通道家族、GNGC钾通道、KUP/HAK/KT钾转运体家族、HKT钾转运体家族、CPA钾转运体家族,这些蛋白家族均在不同植物或同种植物的不同组织器官中有所表达。分别从结构、功能以及相关蛋白3个方面出发,对上述钾通道和钾转运体家族的分子生物学研究进展进行了详细的综述。     

不同钾肥用量对长绒棉养分吸收、分配和利用的影响

 南疆长绒棉高产区,不同钾肥处理下长绒棉氮、磷、钾的吸收符合Logistic生长函数模型。各处理棉花钾素的吸收集中在出苗后的60~110 d内,在这50 d左右时间内吸收钾的量占生育期总吸收量的近60%。在一定范围内增加钾肥的用量可以促进棉株对氮、磷养分的吸收。棉株对氮、磷、钾的吸收速率均呈一单峰曲线,钾素吸收速率在出苗后80～85 d达到速率最大值;氮素的吸收速率明显高于钾和磷素吸收速率;与氮、钾不同的是,磷吸收峰相对平缓,施用钾肥对磷素吸收速率没有明显影响。吐絮期棉铃中的钾、氮、磷素随施钾量的增加在一定范围内均有所增加,施钾对棉铃的生长发育有一定的影响。氮素分配总体规律和钾素分配一致,施用钾肥对长绒棉磷素各器官的分配影响不大。合理施用钾肥,可以显著提高长绒棉的皮棉产量,明显促进棉株对氮、磷养分的吸收,过量施用钾肥会降低钾肥的利用效率。     

水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族研究进展

磷是高等植物生长发育所必需的大量元素之一,现有的研究表明植物磷酸盐转运蛋白介导了植物体内磷的吸收及转运。在低磷胁迫下,植物主要利用高亲和力磷吸收系统通过表皮细胞质膜从根围吸收磷元素。目前绝大部分克隆出来的磷酸盐转运蛋白基因都属于高亲和力的Pht1家族。概述了近年来水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族基因的表达调控机理和生物学特征,并对进一步研究做了展望。     

Effects of Root Water Uptake Efficiency on Soil Water Utilization in Wheat (Triticum aestivum L.) under Severe Drought Environments

Improving wheat production in drought‐prone areas is the key to meet the increasing global demand. The importance of root traits, especially, the structural traits such as root volume and rooting depth, has been well recognized to confer drought tolerance in wheat. However, generation of knowledge on root water uptake efficiency and its application in drought adaptation breeding had lagged behind. The main objective of this study was to evaluate the relevance of the root water uptake efficiency to biomass production under acute soil water deficit in six wheat genotypes. Pot experiments were conducted under polythene rainout shelters at Hokkaido University, Sapporo, Japan, in 2010 and 2011. Under drought that was measured as smaller critical fraction of transpirable soil water (FTSW), the root systems with less reduction water uptake efficiency were found to postpone the relative transpiration decline. This study also showed the existence of substantial genotypic variation on the root water uptake efficiency among the wheat genotypes. The expression of hydrophobic root morphology under drought environments, however, did not explain the results obtained on the relative root water uptake efficiency, indicating other regulative mechanisms in operation for the regulation of transverse water flow in the roots. These findings provide new understanding of drought adaptation in wheat through variations in the root water uptake efficiency.     

花后营养调控对冬小麦灌浆期物质生产、氮素吸收及再运移的影响

花后营养调控已成为高产超高产冬小麦栽培中抗早衰,增加籽粒重的重要措施之一。为了验证花后不同养分调控策略对高产超高产冬小麦灌浆期物质生产,氮素吸收及再转移的影响,并为高产超高产冬小麦花后养分调控提供理论支撑,在大田试验中,研究了花后1次氮肥调控、4次氮肥调控、喷施磷酸二氢钾处理对小麦籽粒灌浆及氮素再运移的影响。结果表明,在高产栽培条件下,花后无调控处理（对照）的小麦籽粒产量为8.7 t/hm2。即使在高产条件,花后营养调控仍增加籽粒产量,其中花后4次氮肥、一次氮肥处理和花后喷施磷酸二氢钾分别较对照处理提高产量9.9%,8.9%和11.6%。与对照相比,花后营养调控增加了后期干物质与养分积累,促进花前干物质与养分的再转移,增加小麦千粒重,最终提高小麦籽粒产量。综合以上结果,在高产超高产条件,冬小麦花后的氮素管理有利于保证氮素充分供应,结合喷施磷酸二氢钾有助于延缓花后胁迫导致的早衰,改善灌浆过程,可以明显增加小麦籽粒产量。     

植物Pht1家族磷转运子的分子生物学研究进展

植物磷转运子是植物磷营养中的重要蛋白之一。对植物磷转运子蛋白的拓扑结构、功能及其基因的调控和表达位点的研究,揭示了植物磷转运子各家族中各成员在磷代谢中的角色。植物磷转运子中Pht1家族是一类H2PO4-/H 共转运子,该家族主要成员在植物根系中负责磷的吸收、转运,其表达受磷调控,因此是研究得最为深入的植物磷转运子家族。本文总结了植物Pht1家族磷转运子的最新研究进展,讨论了植物磷转运、分配的分子机理,并指出今后研究的主要方向,为开拓改良植物磷效率的新思路提供依据。     

不同秋眠级数苜蓿品种吸水规律研究

以地下根系生长、地上生物量和土壤含水量之间的关系为对象,研究了8个不同秋眠级数苜蓿品种的吸水规律。结果表明:休眠和半休眠苜蓿品种的时空变化特征表现出一致性;随着生长年限的增加,土壤含水量呈递减趋势;年刈割3茬,地上生物量与苜蓿耗水量密切相关,呈“V”字型分布;生育期内,分枝期历时最长、耗水最多,开花期耗水速率最快;3年内,苜蓿根系主要分布在60 cm土层,侧根主要发生于0~40 cm层,60 cm层下无侧根发生。根系主要依靠侧根在120 cm土层内吸收土壤水分。     

水稻冷害生理功能变化与调控研究进展

低温冷害影响水稻生理功能变化,如光合作用、呼吸作用、矿质养分吸收、膜脂过氧化以及抗氧化系统。本研究一方面详细介绍了低温胁迫下,光合作用、呼吸作用、矿质养分吸收、膜脂过氧化以及抗氧化系统变化机制,着重分析了低温胁迫下,水稻体内脱水蛋白、酶蛋白、活性氧、内源激素以及细胞膜脂肪酸组分的变化相关生理机制;另一方面,从冷害调控角度出发,较全面地综述了外源植物生长调节剂在水稻冷害调控方面研究概况,提出中国在水稻冷害研究领域的未来发展方向与新趋势,进而为今后水稻冷害相关研究提供理论依据。     

Pb在小麦植株内吸收、分配和累积的研究

通过大田试验，研究了Pb在小麦植株中的吸收、分配和累积的动态变化规律。结果表明，在小麦整个生长过程中，不同部位Pb含量和Pb累积量随着时间的推移而变化，但从总体上看是根〉茎〉子粒。在灌浆末期，各部位Pb含量从大到小依次为：根〉废弃物〉叶〉茎〉叶鞘〉颖片〉穗轴〉子粒，地上各部位Pb累积量从大到小依次为：废弃物〉茎〉叶鞘〉颖片〉叶〉子粒〉穗轴。从结果还可以看出，小麦植株中较易富集Pb的部位是根、废弃物、茎和叶，而子粒中Pb含量和累积量均比较低。小麦在生殖生长阶段的Pb吸收量大于营养生长阶段；拔节一抽穗期和灌浆初期一灌浆中期Pb吸收量及吸收速率显著高于其他时期。     

植物对磷饥饿的反应研究进展

磷是构成生命的重要元素之一,也是土壤中有效性最低的一种营养元素。我国是世界上最大的小麦生产国。但是我国耕地中有59%的土壤缺磷。农作物的产量常受到缺磷的影响而受损。土壤缺磷并不是土壤中总磷量低,而是土壤中可供植物直接吸收利用的有效态磷含量低。植物在磷饥饿时会发生各种各样的变化,以尽最大可能满足自身对磷的需求。植物对缺磷的反应是一个复杂的网络过程。大约有100多个基因参与了植物对缺磷的反应。其中主要的有磷转运蛋白基因、核糖核酸酶基因、磷酸酶基因等。植物在吸收外界的磷的过程中磷转运蛋白发挥了重要作用。植物磷转运蛋白基因按照序列相似性可以划分为H+/Pi共转运家族(Pht1家族)和Na+/Pi共转运家族(Pht2家族)。按照吸收动力学的标准可以分为高亲和力磷转运蛋白和低亲和力磷转运蛋白两种。磷饥饿时植物对磷吸收能力的增强的原因之一是增加了磷转运蛋白分子的合成数目。目前尽管人们对植物吸收磷的理解已经有了长足的进步,但是在植物对磷的具体调控机制、磷的跨液泡膜运输等重要方面仍然没有明确的结果。