植物中鉀營養性狀研究進展

李新杰 陳悅

摘 ? ?要：植物耐鉀脅營養性狀和植物生理生化基因有一定的聯系，為了更好地從形態學和植物基因之間的差異性研究植物鉀營養性狀，文章詳細介紹了我國土壤中的鉀素分布情況，以此分析植物中鉀營養性狀程度，便于更好地評價植物中鉀營養性狀研究進展和成果，以此為解決我國鉀肥生產和供需問題提供參考意見。

關鍵詞：植物;鉀營養性狀;研究進展

文章編號：1005-2690（2021）23-0032-02 ? ? ? 中國圖書分類號：Q943 ? ? ? 文獻標志碼：B

在土壤中，植物受養分脅迫的占比較大，不受養分脅迫、輕微脅迫的占比較少，且有將近1/2的土壤存在缺鉀問題。我國土壤缺鉀問題也較為嚴重，尤其是在熱帶和亞熱帶地區，這種區域性的土壤缺鉀現象，導致植物出現嚴重的營養不足問題，該問題長時間得不到解決，對農業產量和經濟效益產生了較大的影響。對此，一些植物研究專家從植物營養基因型的角度出發，分析植物自身的營養性狀特點，并從生物學角度對植物營養性狀進行改良，以此引導植物營養學研究方向。

1 ? 植物營養性狀概述

遺傳學中，將自然生物個體呈現出來的外在形態和生理化特點叫作性狀，植物營養性狀具體指植物在生長介質下產生一些和養分有關系的問題所表現出的特點，具體來說是當植物生長基質中營養元素濃度較低產生形態變化、生理變化、產量變化的問題。比如，植物因為缺氮、缺鐵出現黃化，植物缺鉀，植物葉尖、葉緣呈現出枯萎狀態，植物在遭受外界脅迫時生物產量不同等。另外，進行植物營養性狀研究主要為了在土壤營養充足的條件下，培養出高產、優質的植物品種，此類品種一般被定義為高效營養基因型，此研究重點是養分效率。

2 ? 我國土壤鉀素分布情況和鉀肥生產情況

2.1 ? 我國土壤鉀素分布狀況

我國土地資源豐富，不同地區土壤鉀含量各有不同，南方熱帶和亞熱帶地區因為溫度高、濕度大，導致土壤中礦物質長期受到風化作用、淋溶嚴重，土壤中鉀含量嚴重不足，影響植物的營養性狀。我國北方地區濕度和溫度不足，風化和淋溶性差，土壤鉀元素豐富，總體來說我國土壤鉀含量各有不同，變化顯著，直接影響經濟作物、糧食作物等農作物的總產量。據相關統計，我國土壤鉀含量不足的地區耕地面積占據總耕地面積的1/2，土壤速效鉀含量較大，北方地區占據比例最大約為38%，華中和華北地區占據較少約為15%，土壤速效鉀含量在50%左右，東北和西北地區土壤鉀含量占據最低約為4%。我國南方地區多個省有80%左右的耕地鉀含量不足。近幾年來，我國北方地區農作物因為鉀元素的缺乏，導致產量低、投入和產出不成正比，且因為鉀肥供應不足，直接影響有機肥的使用效率，促使農作物對鉀素的需要和移除存在差異。我國北方地區農作物面積大，隨著土壤中的鉀元素不斷減少，缺鉀的土壤面積逐漸擴大，其已經成為農業發展的一大影響因素，且我國鉀礦產資源總量不足，鉀肥生產速度無法滿足現實需求[1]。

2.2 ? 我國鉀肥生產情況

我國鉀鹽資源短缺，可利用的固體鉀鹽資源較少，一些液體鹽湖鉀鹽資源利用率低于5%，對此我國需要通過鉀肥進口來滿足國內的鉀肥消費需求。且我國鉀肥除了具有稀少的特點之外，還存在分布不均勻的問題，鉀鹽資源主要分布在北方地區，占據我國總鉀肥資源的95%以上，南方地區分布較少約為2%。隨著我國研究人員的不斷努力，在我國青海柴達木盆地和新疆羅布泊發現儲藏量最大的鉀鹽資源。因為資源總量的短缺和分布的不均勻，導致我國成為世界第二大鉀肥進口國，限制了我國鉀肥的生產，且世界鉀肥銷售需求主要來自于亞洲和拉丁美洲，需求變化大。

3 ? 植物中鉀營養性狀研究進展

3.1 ? 植物中營養性狀基因型差異

植物中營養性狀基因型差異可以通過養分效率來區分，但是當前還沒有具體定義養分效率。有些學者將植物性狀放在一定量養分供應下研究，將養分高的叫作養分效率，也有些學者從基因型的土壤受到養分脅迫時也可以獲得高產量的叫作養分效率。還有些學者將養分效率定義為養分不足時可以實現高產的基因潛力，通過以上定義可以得出高效和低效、耐性和不耐性品種、敏感和不敏感等多種類型的植物，以此推斷出植物對應營養型差異。一般情況下，養分效率主要包含養分吸收率和使用效率，養分吸收效率是指當植物在生長過程中通過根系吸取固定范圍內的土壤養分的植物產量，該效率可以反映出植物對生長環境的適應能力。具體來說，可以從兩個方面理解：第一，當植物生長介質中的可利用養分濃度不足時，植物自身可以正常生長的能力;第二，當生長介質中的可利用養分濃度提升時，植物對養分表現出一定的反應力。使用效率指植物吸收的養分可以轉化為植物產品，重點指植物對吸收養分后的轉化能力，國外學者Craham通過相對產量來定義植物對養分的使用效率，根據其定義發現，養分使用效率和植物類型及土壤都有著直接的關系。Cooke認為養分使用效率是指單位養分量的使用促使作物經濟產量的增加量，由此可知第一次增加肥料的使用可以提高植物養分使用率，施肥后使用率會下降[2]。

3.2 ? 其他肥料素對植物營養性狀基因型差異的影響

我國學者明鳳研究了水稻對磷素反應的基因差異，根據每株水稻吸收磷量來定義吸收效率，將使用效率定義為植株單位吸磷量形成的干物質量，并根據干物總質量來分析植株的養分耐受脅迫能力。學者鄒春琴將養分效率定義為農學養分效率和養分響應度，她認為養分效率是指在養分供應量不變的情況下，植物產量的高低可以直接定義為養分供應量，養分響應度是指當養分濃度變化時植物產量變化的潛力。胡鴻學者對水稻鉀營養性進行了定位試驗，根據國外學者提出的模型計算方法計算不同土壤在不同季節下水稻吸收鉀肥的特點和效率，得出了具體的計算公式。王為木將植物吸收的單位鉀肥量對應的植物產量，和植物吸收的鉀肥累積量，即缺鉀和鉀肥充足條件下植物吸收的鉀肥累積量的比例作為評估水稻耐缺鉀受脅迫能力的標準。研究發現，如果鉀肥供應量相同，則比例大，水稻耐缺鉀性強，具體來說，水稻在缺鉀條件下，對土壤鉀營養素的吸收能力強。項虹艷通過低鉀水稻篩選試驗來研究鉀使用效率，其采用鉀肥利用效率和鉀肥經濟效率比例作為評價水稻鉀肥效率的主要指標。姜存倉研究了基因型不同的棉花苗鉀效率差異特點和機制，提出鉀效率可以通過植物體內鉀含量形成的干物質克數表示，對鉀效率重新進行了定義。韓燕通過研究小麥品種鉀素營養性狀差異特點，用不同鉀肥條件下的小麥籽粒產量來定義鉀效率，并重新定義了施鉀小麥籽響應度概念。楊鐵釗通過不同基因性烤煙鉀素吸收效率的特點試驗研究生長介質，以此將鉀利用率描述為根系上部干物質量和鉀積累量的比例[3]。

3.3 ? 植物耐鉀脅迫營養性狀基因型差異

植物營養性狀的基因型差異是植物在生長的過程中形成的，植物品種不同、栽培方法不同，導致營養性狀各不相同，也可以看出植物營養性狀由基因控制，對此植物營養性狀的改善效果可以從產量上看出。對于植物營養性狀的研究還需要具體從影響植物營養的形態、生理生化指標來研究，最終通過先進的培育技術、生物學技術改良營養。具體可以從以下兩個方面進行研究：第一，植物耐鉀脅迫營養性狀的形態學差異。植物根系的生長和耐缺鉀能力有著直接的關系，相關研究發現，缺鉀嚴重的棉花，根系發育緩慢，不同的品種吸收鉀能力和根系發達程度直接相關。國外學者Mengel發現，當土壤含鉀較低時，不同品種吸收鉀的能力不同，且一些品種可以通過土壤進行非交換性鉀，發生非交換性鉀后，植物的根量、根長、根系陽離子交換量也隨之增加，根系面積逐漸擴大，根系差異性大。其他品種想要正常生長，就需要增加土壤溶液鉀濃度。劉亨官指出，水稻耐鉀能力不同，根系生長差異顯著，在相同的營養液下，耐性強的吸收營養液鉀速率快，對此根系多、面積大。第二，植物耐鉀脅迫營養性狀的生理生化差異。不同植物對鉀素的吸收、累積、轉化、利用各有不一，Wlid通過動態培養和沙培法對不用種類植物吸鉀速率的不同進行了研究，發現植物在最大生長速率下需要的最低鉀濃度差異為一倍，速率變化范圍也較大、根系吸鉀能力變化也不同。當營養液量相同時，向日葵、黃瓜、松樹的最大吸鉀速率低于大麥和小麥，根系含鉀量、最大吸鉀速率和植物生長速度之間沒有實質性聯系。研究發現，在低鉀和高鉀條件下，大麥品種吸鉀速率的動力學參數變化范圍不同，對于吸鉀效率高的品種，變化值較小，根系鉀含量外溢較小，吸收后的鉀含量轉化能力強。由此可見，品種不同的大麥吸鉀速率和根系含鉀量有著一定的關系。對于鉀效率不同的基因型植物的動力參數也各不相同，對此可以通過研究不同品種吸鉀的動力學參數變化值來分析鉀營養效率不同的植物種類鉀外流速率，最終直接分析品種細胞膜和細胞質、液泡中的鉀離子轉化效率[4]。

4 ? 結束語

提高植物的適應性可以解決我國鉀肥資源不足、土壤鉀含量不足導致植物營養性差的問題，我國植物資源豐富，植物種類繁多，鉀利用率各不相同。對此可以開展植物基因性篩選試驗，建立高鉀植物基因庫，在利用先進生物技術的基礎上，培育出鉀高效、高品質的植物，以此有效解決我國土壤鉀素不足的問題。

參考文獻：

[1]陳佳廣.植物中鉀營養性狀研究進展[J].農業科技與裝備，2017（3）：19-20.

[2]滕應，錢曉剛，陳澤輝，等.植物鉀營養性狀遺傳研究進展[J].種子，2017（4）：31-34.

[3]薛欣欣，吳小平，王文斌，等.植物-土壤系統中鉀鎂營養及其交互作用研究進展[J].土壤，2019（1）：3-12.

[4]陸潭，陳華濤，沈振國，等.植物鉀通道與鉀轉運體研究進展[J].華北農學報，2019，34（S1）：372-379.