棉花幼苗钾吸收的系统反馈调节初步研究

以中棉所41和辽棉17为材料，采用单接穗双砧木嫁接的方法构建分根体系，在营养液培养条件下研究棉花幼苗钾吸收的系统反馈调节。分根处理6 d后，高钾侧(2.50 mmol L^–1)根系(Sp.+K)的吸收能力受到低钾侧(0.01 mmol L^–1)K⁺需求信号的诱导，吸收动力学参数I_max (最大吸收速率)与整根高钾对照(C.+K)相比增加了79%~92%；低钾侧根系(Sp.-K)的I_max则受到高钾侧K⁺供应信号的抑制，与整根低钾对照(C.-K)相比下降了27%~40%。中棉所41分根处理3 d后去除低钾侧根系，保留的高钾侧根系失去K⁺需求信号的诱导，其I_max下降。棉花幼苗K⁺吸收的这种反馈调节与地上部和根系的K⁺含量关系不大。     

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。     

玉米籽粒赖氨酸含量的遗传及其与产量的关系分析

用5个不同基础群体的15个自选系作母本, 5个不同优势群的测验系作父本, 采用NCII交配设计配成75个杂交组合, 经1年2点田间试验, 用近红外光谱仪测定了亲本及其杂交种F₁和F₂籽粒的赖氨酸含量, 并用三倍体种子胚乳-细胞质-母体效应模型对赖氨酸含量进行遗传分析。结果表明, 玉米籽粒赖氨酸含量除受种子、母体效应和细胞质3套遗传体系共同控制之外, 还不同程度受环境因素的影响, 遗传主效应方差V_G (V_G=V_A+V_D+V_C+V_Am+V_Dm)占总遗传方差(V_G+V_GE)的76.3%, 其中, 种子效应方差(V_A+V_D)、细胞质效应方差(V_C)和母体效应方差(V_Am+V_Dm)分别占24.6%、19.7%和55.7%;赖氨酸含量以母体遗传力为主(h²_m=40.98%), 其次为种子遗传力(h²_o=17.86%), 而细胞质遗传力较低(h²_c=14.29%)。同时发现籽粒赖氨酸含量与产量之间不存在明显相关(r = –0.027)。因此, 在高赖氨酸育种中, 必须重视高值亲本尤其是母本的选择以及不同优势类群间的广泛组配, 从变异广泛的基础材料中对赖氨酸含量和籽粒产量同时进行选择和改良是可能的。     

增加施钾量对红花大金元烤烟部分生理生化参数及“两黑病”发生的影响

针对生产中红花大金元烤烟品种对黑胫病和根黑腐病(俗称“两黑病”)抗性较低的问题,通过田间试验研究了不打杀菌剂条件下增加施钾量(与目前生产推荐187.5 kg K₂O hm^–2相比,分别增加75和150 kg K₂O hm^–2)对红花大金元烟株移栽后不同时间段健康烟株烟叶中的总氮、蛋白质、游离氨基酸、可溶性糖、总酚和类黄酮含量等生理生化指标及烤烟“两黑病”发病情况的影响。结果表明, 随施钾量增加,烟叶内总氮、蛋白质和游离氨基酸含量下降,而可溶性糖、总酚和类黄酮含量则相反;同时“两黑病”发病情况也呈明显下降趋势。上述指标在对照与高钾处理间差异显著,且上述结果在烟株移栽后不同时间段规律一致。烤后烟叶产量、产值以中钾处理最大,高钾处理次之,对照最小。中、高钾两处理产量比对照分别增加4.49%和1.55%,产值分别增加18.27%和12.34%,中钾处理与对照间差异明显。说明目前红花大金元烤烟生产中的推荐施钾量偏低,应适当增加施钾量以增强烟株抗性,减少“两黑病”病害的发生。就本试验而言,当地施钾量以增加75 kg K₂O hm^–2(即总量达262.5 kg K₂O hm^–2)为宜。     

抗旱品种‘豫烟6号’钾吸收积累特性研究

为研究抗旱烟草品种苗期的钾吸收积累特性,采用砂培和水培的方法,以‘豫烟6号’、‘农大202’和常规品种‘K326’3个基因型烟草作为材料,研究‘豫烟6号’的根系生理特性和钾吸收特征,以及干物质积累差异。结果表明,在不同供钾条件下,‘豫烟6号’的干物质积累以及各器官钾含量均与‘农大202’相近,而显著高于‘K326’,并且具有较大的吸收面积和较强的根系活力。钾吸收动力学的研究结果表明,‘豫烟6号’的最大吸收效率(Vmax)接近‘农大202’,而极显著的高于‘K326’,而不同基因型烟草间米氏常数(Km)和最低浓度(Cmin)无明显差异。结果表明,‘豫烟6号’具有较强的钾素吸收和积累能力,是一个富钾的烟草品种。     

盐胁迫条件下外源Ca2+对蚕豆气孔运动及质膜K+通道的调控

研究了Ca²⁺ 对NaCl胁迫下蚕豆气孔运动及质膜K+通道的影响。结果表明,100 mmol L^-1 NaCl可明显诱导气孔开放,该现象可被10 mmol L^-1 CaCl₂ 显著抑制。为探讨盐胁迫下Ca²⁺对K⁺和Na⁺跨膜运输的调控机制,我们利用膜片钳技术记录全细胞K⁺ 电流发现,在100 mmol L^-1 NaCl胁迫下,加入10 mmol L^-1 CaCl₂胞外处理,显著抑制质膜K+内向及外向通道电流,这种抑制可被1 mmol L^-1 La³⁺ (Ca²⁺通道抑制剂)缓解。非盐胁迫下,10 mmol L^-1 CaCl₂ 胞外处理也能显著抑制质膜内向K⁺通道,但明显激活其外向通道,加入1 mmol L^-1 La³⁺并不能被缓解。用H₂O₂专一的荧光探针二氯荧光素二乙酸酯(H2DCF-DA)单细胞分析保卫细胞内H₂O₂含量变化显示,在100 mmol L^-1 NaCl盐胁迫下,10 mmol L^-1 CaCl₂ 处理明显诱导H₂O₂在保卫细胞中积累;100 mmol L^-1 NaCl和10 mmol L^-1 CaCl₂单独处理并不能诱导H₂O₂积累。推测Ca²⁺在盐胁迫下可能先诱导H₂O₂在胞内积累,进而激活质膜Ca²⁺通道,迅速提高胞内Ca²⁺浓度以抑制Na⁺通过质膜K⁺通道跨膜内流,同时调节Na⁺外流,两种效应共同作用促使气孔关闭,减少盐胁迫下水分的过度散失。上述结果将为Ca²⁺调控作物抗盐机制研究提供新的思路。     

室外盆栽条件下盐胁迫对甜高粱光系统II活性的影响

室外盆栽条件下, 设置2个NaCl浓度(100 mmol L^–1和200 mmol L^–1), 调查盐胁迫对甜高粱光合特性和光系统II (PSII)活性的影响。结果表明,叶片Na⁺离子含量与Na⁺/K⁺比随盐浓度增加和处理时间延长而增加。净光合速率(P_n)、光系统II开放反应中心天线转化效率(F_v¢/F_m¢)、光化学猝灭系数(q_P)和光系统II实际光化学效率(Φ_PSII)随盐浓度的增加而降低,非光化学猝灭(NPQ)随盐浓度增加而增加;100 mmol L^–1处理组的P_n、F_v¢/F_m¢、q_P和Φ_PSII随处理时间延长有所恢复,但200 mmol L^–1处理组无此现象。光系统II (PSII)最大光化学效率(F_v/F_m)在100 mmol L^–1 NaCl处理时影响较小,但在200 mmol L^–1 NaCl处理时明显下降。短期盐胁迫未影响荧光诱导动力学曲线,而200 mmol L^–1 NaCl处理5 d后荧光诱导动力学曲线O-K和O-J相上升。进一步研究证明,PSII的失活速率在两个盐浓度下均无明显变化,而修复速率在200 mmol L^–1盐浓度处理5 d后降低明显。因此,认为室外盆栽条件下盐胁迫造成甜高粱碳同化能力降低并改变PSII激发能分配;叶片Na⁺离子含量的大幅增加会导致PSII活性下降及光抑制,这与PSII失活速率无关,主要是失活PSII修复速率受抑制的结果。这对理解户外盐胁迫条件下C₄作物的光抑制机制具有一定意义。     

干旱胁迫下一氧化氮对小麦离体根尖离子吸收的影响

为阐明干旱胁迫下一氧化氮(NO)对植物的保护机制,利用干旱敏感性不同的3个小麦(Triticum aestivum L.)品种的离体根尖,比较了NO对干旱胁迫的响应及其对离子吸收的影响。在干旱胁迫下, 耐旱品种陇春8139根尖中大量产生NO, K⁺和Ca²⁺被大量吸收, 而Cl^-1被排出体外, 质膜H⁺-ATPase活性升高; 而干旱敏感品种甘麦8和定西24的根尖中NO、离子含量和质膜H⁺-ATPase活性的变化呈相反趋势。NO供体硝普纳(SNP)处理使3个品种根尖中的K⁺和Ca²⁺含量增加,Cl^-1含量下降,并能提高质膜H⁺-ATPase活力;NOS抑制剂N^ω-nitro-L-arginine(LNNA)和NO清除剂2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl- 3-oxide(PTIO)能够逆转这一效果。Na⁺含量在所有处理下都没有明显变化。试验结果证明,NO能够通过调节质膜H⁺-ATPase活力影响植物对离子的选择吸收,从而提高耐旱性。     

钾对不同类型水稻氮素吸收利用的影响

以常规粳稻武运粳7号、武香粳14和杂交粳稻86优8号、泗优422为材料,研究了钾对水稻氮素吸收、分配和利用的影响。结果表明,钾对水稻有明显增产效应,增产率4.56%~14.77%;钾提高了水稻不同生育阶段植株吸氮量,以拔节期到抽穗期氮素积累增量最大,但吸氮比例下降;钾促进了抽穗后氮素转运量和转运率,提高了氮素在不同器官分配量及叶片、穗分配比例,但降低了茎鞘分配比例;钾增强了植株对肥料氮吸收,基肥氮素利用率、全生育期氮素利用率和氮素收获指数显著增长,但降低了植株氮生产效率;以180 kg hm^-2K₂O处理产量最高,氮素积累量、转运量和转运率以及不同器官分配量最大,基肥氮素利用效率、植株对肥料氮吸收量和全生育期氮素利用率最大,但拔节期到抽穗期氮素吸收比例、茎鞘氮素分配比例和植株氮生产效率最低;常规粳稻产量高于杂交粳稻,其氮素利用率相对较大。     

转2-Cys Prx基因烟草抗氧化酶和PSII电子传递对盐和光胁迫的响应

以转2-Cys Peroxiredoxins (2-Cys Prx)基因的烟草(Nicotiana tabacum)为材料,非转基因烟草为对照,调查盐和光胁迫对转基因烟草幼苗叶片抗氧化酶和叶绿素荧光特性的影响,揭示2-Cys Prx基因在植物抗逆方面的功能。结果表明,弱光(200 μmol m^–2 s^–1)下,随着盐浓度增大,转基因烟草和对照的SOD活性皆增加,APX活性变化不大,H₂O₂含量稍有升高;强光(1000 μmol m^–2 s^–1)下,随着盐浓度增大,转基因烟草SOD活性增强,APX活性下降,H₂O₂含量增加缓慢,而对照的H₂O₂含量迅速升高,转基因烟草叶片的PSII电子传递速率(ETR)、最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学效率(Ф_PSII)均高于对照,而且PSII电子受体侧的受抑制程度明显低于对照。结果暗示在强光和盐胁迫使APX活性降低的情况下,2-Cys Prx可有效清除细胞中过量H₂O₂,增强光合电子传递链的稳定性,特别是PSII电子受体侧的电子传递,有效减轻盐和高光胁迫引起的PSII光抑制。     

转EdHP1(氢离子焦磷酸化酶)基因烟草促进钾离子吸收的生理机制

钾是植物生长必须的重要矿质元素,提高作物对钾的吸收是提高作物产量的重要途径。本研究以前期遗传转化披碱草EdHP1(H+-pyrophosphatase)基因的烟草为材料,在低钾处理条件下比较了转基因烟草和野生型烟草的生理特性。结果显示,在低钾条件下,野生型烟草体内K+积累量只相当于转基因烟草的62.9%。野生型烟草的总根长、总根表面积、总根体积明显低于转基因烟草(P0.05),分别为转基因烟草的72.9%、68.1%和60.6%。在不同直径根系(0.5～2.0、2.5～4.5、4.5mm分别为细根、中等根和粗根)中,细根发育差异最大,野生型烟草为转基因烟草的72.9%。低钾条件下,转基因烟草根系活力是野生型烟草的1.2倍,野生型烟草根系焦磷酸化酶活力相当于转基因烟草的46.4%,根部游离IAA含量相当于转基因烟草的66.2%。通过非损伤方法测定根部K+和H+流速结果显示,在根系表面积相似情况下,低钾条件下野生型烟草外排钾速率显著高于转基因烟草,而氢离子外排速率显著低于转基因烟草。综上所述,发达的根系和较高的K+转运体活性综合作用显著提高了转基因烟草根部对K+的吸收。     

钾代谢相关基因在烟草中的表达

以钾高效基因型K2、K3、K5、K7、K9与常规烤烟品种K326为材料, 采用漂浮育苗、移栽砂培的方法, 利用实时定量PCR调查钾代谢相关基因在烟草叶片中的表达情况, 并测定不同材料的钾吸收动力学参数和钾利用率。结果表明, K2、K7和K9是典型的富钾型, 12个钾代谢相关基因中TORK1和NtTPK1的表达水平相对较高。5个富钾型的钾吸收能力显著强于K326。但它们在高钾环境下钾素吸收能力强而利用率较低, 在低钾环境下钾吸收能力强且利用率相对较高, 尤其是品系K2、K7和K9钾的经济利用率相对较高。     

不同促根措施对皖南烤烟成熟期钾素代谢的影响

以大田正常施肥为对照（CK）,设置增施黄腐酸钾（TPFA）、γ-聚谷氨酸（TPGA）和豆浆灌根（TSRI）3个处理,研究不同促根措施对烤烟成熟期根系生理、烤后烟叶钾含量、烟株不同部位钾积累量、钾离子通道基因（NKT1、NtKC1、NtORK1、NtTPK1）和转运体基因（NtHAK1、NtKT12）表达量的影响。结果表明,处理的根鲜重、干重和体积均显著高于CK处理,TPFA和TSRI处理的根系活力显著高于TPGA处理;TSRI和TPGA处理可明显提高烤后烟叶的钾含量;不同促根措施可显著促进根、茎和中部叶的钾积累量;TSRI处理的根中NtORK1的相对表达量显著低于CK处理,TPGA和TPFA处理的上部叶和中部叶NtORK1的相对表达量极显著低于CK处理;TSRI处理根中NtTPK1的相对表达量极显著高于其他处理;3个处理根中NtHAK1的表达量极显著高于CK处理。综合来看,TPGA和TSRI处理不但能促进根系发育、提高钾积累量,而且成熟期烟株对钾的吸收和转运能力强,增加烤后烟叶的钾含量。     

羟肟酸铁比色法测定烟草根系分泌有机酸总量

为了测定根系分泌物中有机酸的总量,笔者采用分光光度计测量的新方法,通过乙酸、苹果酸和柠檬酸进行线性关系分析,用正交试验设计确定各反应条件的最佳参数和最优组合,使用该方法对3 个品种‘农大202’、‘NC89’和‘K326’根系分泌物中有机酸的总量进行测定。结果表明：0.08 mol/L 盐酸羟胺、0.4 mol/L DDC、0.7 mol/L 氯化铁、50℃、30 min反应时长和520 nm波长是显色反应的最优条件组合,而且建立的方法具有线性范围宽、准确度高、回收率高和检出限低等优点。羟肟酸铁比色法是测定烟草根系分泌有机酸总量的好方法,其方法简便易行。     

氯肥施用时期对烤烟生长期间氯积累规律的影响

采用田间试验,研究了烤烟生长期间氯肥施用时期对烟株氯积累规律以及烤后烟叶化学成分的影响。结果表明,与基施氯肥相比,团棵期浇施氯肥推迟了烟株对氯的吸收,烟株前期对氯吸收缓慢,吸收高峰推迟出现, 减少了下部叶的氯含量、积累量和氯分布量,提高了中部叶的氯含量、积累量和分布量;到采收结束时,两处理整株烟株氯含量、积累量和积累速率差异不明显;两处理烤后烟叶总植物碱含量、总氯含量和钾/氯比等化学成分均在优质烟适宜范围内。在团棵期浇施氯肥更符合烤烟生长发育规律,对下部烟叶氯含量影响更有利。     

皖南烟区硫肥适宜用量和对烤烟品质的影响研究

为明确皖南烟区硫素适宜用量和烤烟硫含量对烤烟内在品质的影响，通过在皖南水田烟区植烟土壤设置硫素用量试验，分析烤烟硫素含量，评吸不同处理烤烟内在品质，确定硫素适宜用量，掌握硫对烤烟内在质量影响规律。结果表明：适量施硫可以促进烟株生长发育；施硫使烟株各个器官硫含量均增加，增幅的规律为：根<茎<叶；相同施硫量条件下，全硫含量规律为：根<茎<叶，叶片硫含量规律为：下部叶<中部叶<上部叶；烤烟肥料硫素总含量不宜超过45.0kg/hm2；适量施硫可以促进叶片糖分积累；施硫对烤烟全钾积累、烤烟外观、经济性状产生负效应，过量施硫降低烤烟评吸质量；因此，从提高烤烟质量的角度出发，应调整目前烤烟生产使用的肥料种类，适当降低肥料中含硫比例，可以进一步提升我省烤烟内在质量。     

不同基因型烤烟叶片致香物质含量的对比分析

对中国推广种植的5个不同基因型烤烟品种烤后烟叶的致香物质含量进行了比较分析。结果表明,上部叶总的致香物质含量由高到低依次为NC89、K326、RG17、云烟85、中烟98,中部叶依次为云烟85、中烟98、NC89、RG17、K326。不同基因型烤烟叶片间致香物质的含量差异比较大。因此,培育优良的烤烟品种是生产优质烟叶的关键措施之一。     

不同品种烤烟调制前后化学成分变化及与感官质量的关系

为了弄清河南烤烟新品种的质量特征,以应用于2010年河南省生产示范的6个烤烟品种为研究对象,对各品种主要化学成分调制前后变化规律、调制后主要化学指标及其派生值与感官质量的关系进行研究。结果表明,参试品种在调制后淀粉含量大幅度降低,水溶性糖含量大幅度增加,总氮、蛋白质、烟碱、钾和氯等含量都有不同程度降低,其中钾和氯含量降幅较小。6个参试品种均为浓香型,香型风格得分以‘NC89’最高,‘中烟100’最低;调制后化学成分协调性与评吸总分基本一致,‘NC89’最好,其次为‘豫烟7号’、‘Y041’和‘Y101’,‘NC297’和‘中烟100’化学成分协调性较差,感官质量较差。     

烤烟漂浮育苗中烟苗的基本生长规律

2000-2001年,以NC89为供试品种,采用商品基质和育苗专用肥,进行烤烟漂浮育苗基本生长规律的研究。结果表明:在苗床期内,烟苗的茎高、单株根鲜重和茎鲜重在生育期内呈现持续增加趋势;茎围、单株根干重和茎干重在生育期内呈现先缓慢增加后迅速增加趋势;螺旋根发生率在苗床期内的变化是大十字期迅速增加而后基本趋于稳定。烟苗的根、茎、叶、全株中干物质积累均呈S型曲线,且相关性达到极显著水平。在小十字期和大十字期,烟苗各器官的干物质分配规律是叶>根>茎;在七叶一心期和成苗期,烟苗各器官的干物质分配规律是叶>茎>根。叶片内叶绿素含量、NR酶活性、SOD酶活性、根系活力均呈递增趋势;烟苗叶片中INV酶活性在整个苗床期内基本处于一个相对稳定的状态。与烤后烟叶中主要化学元素含量相比,烟苗体内的N,K,Ca,Mg特别丰富,尤其是小十字期。