缺鉀處理對玉米自交系各部位鉀含量的影響

王會廣　閆洪奎

摘要： 采用砂培試驗，以耐低鉀和不耐低鉀玉米自交系為試材，于苗期進(jìn)行缺鉀處理，測定幼苗植株不同部位的鉀含量變化。結(jié)果表明，正常供鉀時，玉米體內(nèi)的鉀含量最高的是新葉，其次是功能葉，老葉和根系較低；缺鉀條件下，耐低鉀玉米自交系老葉能保持穩(wěn)定，功能葉對鉀含量的調(diào)節(jié)、恢復(fù)能力更強，新生葉能夠保持較高的鉀含量。

關(guān)鍵詞： 玉米；耐低鉀；老葉；新葉；功能葉；根系；鉀含量；變化特征

中圖分類號：S513.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0068-03

鉀是玉米所需三大主要營養(yǎng)元素之一，僅次于氮、磷。由于土地高強度產(chǎn)出需求與土壤肥力逐年下降之間的矛盾日益突出，鉀與玉米生長發(fā)育的關(guān)系研究備受關(guān)注 [1-3]。長期鉀缺乏條件下，作物的干物質(zhì)積累、植株形態(tài)等的變化是緣于較早時期植株體內(nèi)由鉀缺乏信號引發(fā)的生理生化、新陳代謝反應(yīng)，如氧化脅迫物質(zhì)的產(chǎn)生、保護(hù)酶類活性的激發(fā)以及抗氧化物質(zhì)對氧化脅迫物質(zhì)的消除，葉綠素含量、光合產(chǎn)物運輸?shù)?[4-8]。但鉀作為植物體內(nèi)可移動的礦質(zhì)元素，在供鉀不足時會進(jìn)行再次運輸、分配?？梢?，明確植株體內(nèi)鉀元素再分配的規(guī)律是深入研究植株供鉀不足后生理響應(yīng)機制的必要基礎(chǔ)。因此，本研究分析了不同鉀耐性玉米自交系幼苗根系以及各個部位葉片在缺鉀處理后的鉀含量變化特征。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

耐低鉀玉米自交系89cy2和不耐低鉀玉米自交系丹988。

1.2 試驗方法

挑選均勻一致的種子播于潔凈的石英砂基質(zhì)中，光照、通氣狀況與自然條件一致。2葉1心前用蒸餾水定時浸潤石英砂，之后換成由Hoagland和Arnon微量元素組成的營養(yǎng)液（作為對照）（[K+]=6.0 mmol/L，pH值6.0），每周更換1次，培養(yǎng)30 d后一部分正常供應(yīng)全鉀營養(yǎng)液（對照），另一部分進(jìn)行缺鉀脅迫處理（[K+]=0 mmol/L），3次重復(fù)。

分別于脅迫前12 h，脅迫后12、36、60 h取新鮮根系、下部老葉、中部功能葉、上部新葉，取樣后立刻105 ℃殺青1 h，再轉(zhuǎn)至75 ℃烘干至恒質(zhì)量。

1.3 測定方法

鉀含量（即鉀占干質(zhì)量的比例）的測定：采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計測定 [9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用軟件Excel 2007以及SPSS 19進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

測定時，自交系89cy2為6葉1心，自交系丹988為8葉1心，為便于比較，下部老葉取下數(shù)第1張葉；上部新葉取心葉下第1張葉；對于中部功能葉，89cy2取下數(shù)第3、第4張葉，丹988取下數(shù)第4、第5張葉。

2.1 根系鉀含量

缺鉀處理后，正常供鉀植株的根系鉀含量隨時間的延長變化均不顯著；缺鉀植株無論是耐鉀自交系還是不耐低鉀自交系的鉀含量均隨時間的延長顯著下降。處理后36、60 h，與對照相比，89cy2分別下降24.5%、36.3%，丹988分別下降17.8%、36%（圖1）。

2.2 下部老葉鉀含量

缺鉀處理后，正常供鉀的植株下部老葉鉀含量隨著時間的延長變化不顯著；自交系89cy2缺鉀植株保持穩(wěn)定；而自交系丹988顯著降低，其對鉀的缺乏較敏感，在12、60 h時分別比對照低16.5%、12.0%（圖2）。

2.3 中部功能葉鉀含量

缺鉀處理后，正常供鉀的植株中部功能葉片鉀含量隨時間的延長變化均不顯著。缺鉀條件下，與丹988相比，自交系89cy2對鉀的調(diào)節(jié)、恢復(fù)能力更強。如圖3所示，與對照相比，缺鉀處理后89cy2的第3、第4張葉均在36 h時變化顯著，第3葉降低11.7%，而第4葉則是升高9.8%。隨著處理時間的延長，處理后60 h時鉀含量迅速調(diào)節(jié)、恢復(fù)至對照水平。

如圖4所示，與對照相比，缺鉀處理后丹988的第4張葉的鉀含量變化不顯著；第5張葉則在處理后期60 h時降低了18.2%。

2.4 上部新葉鉀含量

缺鉀處理后，正常供鉀的植株上部新葉鉀含量隨時間的延長顯著升高；缺鉀植株則隨時間的延長顯著降低。與對照相比，上部新葉鉀含量顯著降低，且丹988對鉀缺乏更加敏感，鉀含量下降幅度較大。如圖5所示，缺鉀處理后，89cy2上部新葉鉀含量在36、60 h分別下降5.9%、36.1%； 而丹988在12 h時即開始顯著降低，在12、36、60 h分別下降9.6%、 115%、38%，下降幅度也大于89cy2。

3 結(jié)論與討論

鉀是植物組織中含量最豐富的無機離子，在供鉀充足的植物中大概能占干物質(zhì)的6% [10]。植物體內(nèi)的鉀以離子形式存在和運輸，再利用程度高 [11-12]，植物缺鉀時，較老的組織先出現(xiàn)葉緣失綠以致壞死的現(xiàn)象 [13]。因此，研究鉀素在植株體內(nèi)的分布和移動具有重要意義。

本研究結(jié)果表明，正常供鉀的玉米自交系幼苗植株不同部位鉀含量差異明顯。根系和下部葉鉀含量相近，而上部葉比下部葉高，89cy2和丹988最上部全展葉鉀含量分別達(dá)到8.1%和6.7%，此外，隨著時間的延長，根系、下部老葉、中部功能葉鉀含量保持穩(wěn)定，而上部新葉則顯著升高；與對照相比，缺鉀處理的植株，根系、下部老葉和上部新葉鉀含量降低，而中部功能葉片的鉀含量保持穩(wěn)定，從而可以應(yīng)對鉀供應(yīng)不足會對功能區(qū)葉片光合作用產(chǎn)生的影響。而耐低鉀型自交系89cy2功能葉具有對鉀較強的調(diào)運和恢復(fù)平衡的能力，這也是它在鉀素利用方面具有優(yōu)勢的原因之一。據(jù)研究，新發(fā)育組織中鉀含量最高 [10]，因為其細(xì)胞生長代謝旺盛，鉀的一個重要作用就是保持細(xì)胞膨壓，而足夠的膨壓也是細(xì)胞擴展的重要前提，本研究也得出了相似的結(jié)果。

鉀的缺乏使不同玉米自交系的葉片凈光合速率均呈下降趨勢，而耐低鉀型的自交系顯然降低幅度較小 [14-17]，在水稻的研究中也得到了相似的結(jié)論 [18]。鉀能夠促進(jìn)新生光合產(chǎn)物的運輸 [11]，當(dāng)鉀供應(yīng)不足時，葉片中蔗糖積累并且累積的蔗糖會影響相關(guān)基因的表達(dá)，最終抑制光合作用 [19]。光合作用受到抑制后，光能以及光化還原劑會在葉綠體中過量積累，從而形成活性氧，引發(fā)分子氧化，并對葉綠體造成傷害 [20]。此外，玉米葉片中50%的鉀集中在葉綠體上，缺鉀時葉綠體蛋白解體，葉綠素也遭到破壞 [21]，并影響光合作用。

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