植物對鉀吸收及利用的研究進展

植物對鉀吸收及利用的研究進展

陳佳廣

（義縣植物保護站，遼寧 錦州 121100）

摘要：從植物對鉀的吸收及利用差異、植物對鉀吸收效率的遺傳特性、植物對鉀高效基因型篩選3個方面，探討植物對鉀吸收及利用的研究進展，為充分利用植物對環境的遺傳多樣性開展鉀高效植物基因型篩選、解決我國鉀素缺乏問題提供參考。

關鍵詞：鉀；植物；吸收；利用；遺傳

中圖分類號：S33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0005-02

自20世紀80年代以來，我國北方地區農田鉀素收支嚴重不平衡。鉀肥供應不足，有機肥用量下降，秸稈還田比例太小以及高產新品種的推廣使用，增加了作物對鉀素的需要量和移出量，導致土壤中鉀素耗竭日趨嚴重，土壤缺鉀面積逐漸擴大，在部分地區成為農業生產進一步發展的限制因素。

使植物適應環境是緩解我國鉀肥資源短缺的新對策之一。我國具有豐富的野生植物資源，充分利用植物對環境的遺傳多樣性，廣泛開展鉀高效植物基因型篩選，同時建立鉀高效植物基因庫，運用常規育種和現代育種技術、酶工程、基因工程等生物技術培育出新的鉀高效優良品種，是解決我國鉀素缺乏問題的有效途徑。

1 植物對鉀的吸收及利用差異研究

早在20個世紀70年代，研究者就發現不同種類植物對K+的吸收和利用存在很大差異。Wild等采用流動培養和砂培法觀察不同種類植物在吸鉀效率方面的差異，結果表明，植物種類間保持最大生長速率所需的最低K+濃度相差1.5倍。Dessougi等對春小麥、大麥和糖用甜菜進行鉀效率研究，結果表明，在鉀缺乏條件下，小麥比大麥和甜菜有較高的鉀效率。但是，這種不同種類植物對鉀吸收和利用差異的研究對實際的指導作用不大，而同種植物不同品種間鉀效率吸收差異日益受到研究者的關注。

早在1968年，Shea等就發現大豆基因型間吸鉀能力在低鉀條件下相近，而在高鉀下相差2倍。Dunlop和Tomkins的研究表明，黑麥草不同基因型植株的K+轉運速率差異可達200%～250%，這主要由K+吸收速率不同所致。Makmur等采用溶液培養的方法，研究156個番茄品系在K+為5 mg/株的脅迫條件下的鉀素利用效率，結果表明：高效品系98比低效品系94的干物質產量多79%，供鉀充足時（200 mg/株）產量相近；在低鉀脅迫條件下，2個高效品系和2個低效品系的K+吸收量沒有明顯差異，但一定量的鉀所產生的干物質在高效系與低效系之間差異明顯，鉀高效系的相對平均鉀利用效率為310，而鉀低效系相對鉀利用效率為156。Gerloff和Gabelman對菜豆不同基因型進行研究，結果表明：在低鉀條件下能正常生長的品種對體內K+的利用效率比不能正常生長的品種高，而在K+吸收與轉運方面沒有明顯差異。

2 植物對鉀吸收效率的遺傳學研究

Epstein等早在20世紀60年代就認為植物鉀效率是可遺傳性狀。Shea在低鉀條件下對菜豆品系進行鉀高效篩選，然后對高效品種和低效品種雜交后代分離情況進行分析。結果表明：鉀高效品種和低效品種之間只有單基因差異，即用Ke代表有效位點，鉀高效菜豆基因型之間雜交F1代有同型結合的隱性的2個有效位點（KeKe）。隨后，Shea等將在低鉀下篩選得到的2個鉀高效品系和2個鉀低效品系進行雜交，其狹義遺傳力大于60%。

隨著研究的深入，人們發現鉀效率是具有數量性狀的特征。用Gamble方法評估各基因型效應，表明番茄品種之間耐低鉀營養差異主要由加性和顯性基因控制。Makmur等認為，番茄鉀效率受多基因控制，基因間存在加性效應。Andonova和Kovacevic的研究表明，玉米雜交種吸收積累鉀的能力受其親本遺傳影響，其子代穗葉中鉀含量主要受父本遺傳控制，但其遺傳規律仍是相當復雜的。

倪晉山和安林昇分析雜交稻（F1）及其親本幼苗K+吸收的動力學參數，發現雜交水稻吸收K+的最大速率均大于親本，而養分吸收速率達最大吸收速率一半時的底物濃度則低于親本，由此說明雜交稻吸鉀效率表現出雜種優勢。

李共福的研究表明，水稻耐低鉀具有數量遺傳特征。以產量為耐低鉀指標時，其廣義遺傳力為20.0%～50.0%，以苗期干物質量為耐低鉀指標時，其廣義遺傳力為16.2%～46.5%，狹義遺傳力為18.0%～43.7%。

Figdore等應用番茄的F1、F2和回交群體分析鉀利用效率，發現其屬于多基因遺傳，且遺傳力很低，存在著加性、顯性以及加性×加性等上位效應。

3 植物對鉀高效基因型篩選的研究

研究者在進行植物鉀高效基因型篩選過程中所采用的方法及評定標準不盡相同。

周賢芬等對54個晚稻品種進行對比鑒定，認為品種對低鉀的耐性有明顯差異。在同樣的缺鉀條件下，耐性好的品種不施鉀肥產量變化不大，耐性差的則減產基至嚴重減產。在此基礎上，根據品種豐產性和耐低鉀性，將試驗品種分成高產耐低鉀、高產不耐低鉀、耐性好但豐產性不理想、豐產性好但耐性不好4種類型。關于篩選方法，研究認為以產量結果為評定主要依據即簡單又可靠，適用于基層對現有品種的篩選鑒定。并認為苗期缺鉀癥狀如斑點、苗高等雖與耐性有一定聯系，但沒有達到顯著相關，不能作為篩選的依據。植株含鉀率與品種耐性有一定的相關，當缺鉀時，植株含鉀率低的，一般耐性較差，而含鉀量高的耐性較好，故植株含鉀量可作為評價品種耐性的一項指標。

王永銳等的研究結果認為，采用Yoshida營養液培養，以分蘗期植株形態、干物質量為指標，是準確篩選高耐低鉀基因水稻品種的有效方法；由抽穗、結實狀況分析測定結果，可確認采用礦質營養水培法篩選高耐低鉀品種具有科學性、準確性和實用性。

唐勁馳等將52個不同基因型大豆在低鉀土壤上種植，發現大豆對低鉀存在明顯的基因型差異。不同基因型大豆在缺鉀癥狀上表現出正常、輕、中、重的差異，而不同基因型不同生育時期對低鉀的耐性亦明顯不同，其中苗期差異最大。

郭強等對60個雜交玉米組合鉀素的吸收利用進行分析，確認不同玉米基因型對鉀素營養吸收、利用的差異很大，且鉀吸收效率高是獲得高產的原因之一。

王嬌愛等的研究表明，在供鉀不足時，不同小麥基因型對鉀的吸收存在顯著差異，而在供鉀充足時吸收鉀的能力差異較小。由此認為在缺鉀土壤中，不同小麥基因型吸收礦物鉀的量是篩選其耐低鉀能力的重要指標。這與Shea的研究結論相反。可見，研究的作物不同，結果有時會不一樣。

劉國棟等在秈型雜交稻耐低鉀基因型篩選試驗中發現，與常規稻相比，雜交稻在吸鉀速率和生物量方面具有非常顯著的優勢，但在鉀素利用效率方面卻基本沒有優勢。此外，雜交組合的高效利用鉀素還與親本之間的配合力密切相關。

項虹艷采用盆栽法在缺鉀和施鉀條件下對50個早稻品種和47個晚稻品種進行耐低鉀篩選試驗。其試驗結果表明，不同水稻品種耐低鉀能力差異很大，低鉀條件下產量性狀好，吸鉀量、鉀利用指數、鉀經濟效率比高的品種屬于較耐低鉀品種。

趙學強等對不同基因型小麥鉀離子吸收動力學進行分析，結果表明：采用不同鉀營養狀況小麥K+吸收動力學參數Km和Imax對不同基因型小麥鉀效率分類，結果與篩選不同基因型小麥的鉀效率特征相一致，Km和Imax可用來評價和篩選高效吸鉀基因型小麥。

參考文獻

[1] DESSOUGI H E， CLAASSEN N， STEINGROBE B. Potassium efficiency mechanisms of wheat， barley and sugar beet grown on a K fixing soil under controlled conditions[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2002，165（6）：732-737.

[2] 安林昇，倪晉山.耐低鉀水稻的鉀營養特性[J].植物生理學通訊，1995，31（4）：257-259.

[3] 趙學強，介曉磊，李有田，等.不同基因型小麥鉀離子吸收動力學分析[J].植物營養與肥料學報，2006，12（3）：307-312.

[4] 項虹艷，丁洪，鄭金貴，等.耐低鉀水稻品種的篩選[J].江西農業大學學報，2004，26（3）：338-344.

Abstract： The article discusses the research of the absorption and utilization of plants to kalium from 3 aspects： plants absorption and utilization difference to kalium， genetic properties of plants absorption efficiency to kalium and plants efficient genotype screening to kalium， provides a reference for solving the problem of lacking kalium in China by fully utilizing plants genetic diversity towards environment to carry out the screening of kalium high efficient plants genotype.

Key words： kalium； plants； absorption； utilization； genetic