钾对作物抗旱生理功能影响研究概况

2015-02-24吴建光

现代农业 2015年4期

关键词：钾量抗旱性过氧化

吴建光

乌兰察布市集宁区种子管理站

钾对作物抗旱生理功能影响研究概况

吴建光

乌兰察布市集宁区种子管理站

在世界人日急剧增长、全球对粮食作物提出更高要求的今天了，植物生理学、植物营养学等学科对矿质元素的研究倍加重视。水分胁迫下钾素营养研究倍受人们重视，目前对钾与作物水分关系主要有以下几方面的研究。

钾作物生理功能研究

钾素在干旱地区是作物需求量大而旱地土壤往往缺乏的矿质营养元素，也通常是作物生产中的限制因子。近来的研究表明，钾素除作物植物必须的大量元素之一直接营养植物外，又对植物抗旱性的提高有一定的作用，钾的供应对旱地作物水分利用效率和产量都有不同程度的影响。

一、钾对作物水分利用率的影响

在对不同土壤水分条件下钾肥对小麦的生理效应及其对抗旱性影响的研究表明，干旱土壤中施钾均促进植株对氮磷的吸收和转运，降低叶水势，提高叶片持水能力，施钾植株的水分利用率比不施钾植株的水分利用率分别提高45.3%和58.6%。另有研究表明在对钾对玉米生长及抗旱性的影响中表明，钾肥促进了玉米生长，减轻了水分胁迫对玉米生长的抑制。黄满凤等［1］对水分胁迫下钾对玉米水分利用率的研究表明，水分胁迫下施用钾肥对干物质量无显著影响，却明显降低了水分消耗，提高了水分利用效率。干旱条件下施钾可提高作物叶片水势在冬小麦、高粱、大麦、玉米、大豆、花生、疲菜等作物上也得到证实。研究者的不同试验结果可能因为作物材料、所用作物材料生育期、土壤中有效含钾量、土壤亏缺程度、测定时期等条件不同，保水能力也不同。与品种、施钾量和土壤类型有关。

二、钾对氮代谢的影响

钾可显著提高硝酸还原酶活性和作物对硝态氮的吸收、输送和还原，并促其很快转化成蛋白质，因为钾参与蛋白质的每一个合成过程。钾可以促进豆科作物结瘤和固氮作用，提高钾的供应水平可增加结瘤数根重并显著地增加固氮量，并且其原因可能是钾提高碳水化物的合成速率和向根部的输送速率从而为固氮作用提供了充足能量，以及形成氨基酸所需碳架。钾主要通过提高渗透调节物质诸如脯氨酸、可溶性糖，尤其是脯氨酸和甜菜碱来提高作物渗透调节能力，增强抗旱性。研究表明，高粱苗期亏缺水分时，钾对脯氨酸的累积有明显促进作用。曹敏建等［2］试验结果显示，玉米灌装期土壤水分亏缺时，适当施钾，有利于脯氨酸累积量。综上可知，提高硝酸还原酶活性，增加脯氨酸和甜菜碱含量可能是钾增强作物抗旱性的重要机理之一。脯氨酸大量积累在作物抗旱中有一定意义，首先脯氨酸参与渗透调节，其次脯氨酸可对在水分胁迫期间产生的氨起解毒作用，同时复水后脯氨酸可以作为氮源被植物直接利用。再次脯氨酸具有亲水性仍能保持生物大分子的水合作用，防止脱水引起的变性作用。

三、钾对光合特性的影响

钾不是植物的结构成分，但它在植物的光合代谢中却发挥着不可替代的重要作用，可能与钾促进叶绿素的合成和稳定有关，因为叶绿体钾离子是保持叶绿体光合作用的重要细胞器正常结构所必需的，缺钾时基粒松散，基粒和叶绿体的轮廓不清，叶绿体的基粒较少，使叶绿素的光化学活力受到影响，降低甚至破坏光合电子传递，导致光合效率降低，致使细胞中活性氧含量增加。适合的施钾量能提高植物的光合作用，在一定施钾量范围内，随着施钾量的提高植物叶片的蒸腾速率、气孔导度和净光合速率也随着提高。于振文等人的研究也表明施钾可增加冬小麦不同发育时期的群体光合速率；黄满风等的盆栽试验显示，随施钾量增加，蒸腾系数下降；曹敏建等的试验结果显示，土壤亏缺水分时，随着施钾量增加，玉米气孔阻力呈曲线式上升，而蒸腾强度呈直线下降。减少蒸腾作用的效果十分明显；郑炳松等的研究表明，钾可以提高植株的电子传递活性，使叶片所吸收的光能较充分地用于光合作用；叶协锋等的研究表明钾还可以提高根系ATP酶活性［3］。过高或过低的供钾水平将导致植株的电了传递活性、原初光能转化效率和潜在活性的下降。

四、绅对抗氧化保护酶系统和质膜过氧化的影响

钾是植物生长发育所必需的大量元素之一，它对植物有多种生理功能，其中一个重要的功能即是钾对酶系统和对生物膜的作用。许多研究显示，植物在逆境条件下往往具有较高的保护酶系统，因此钾对作物抗氧化酶系统以及膜质过氧化的生理效果常作为提高作物抗旱性的重要生理指标。许多研究表明［3］：干旱胁迫下施钾使烟叶的膜脂过氧化作用减轻，两二醛生成量降低，有效地减缓了干旱时烟叶细胞膜的损伤程度，使烟草的抗旱能力也明显得到提高；增施钾肥能明显提高超氧化物歧化酶活性，增强小麦的抗衰老能力；在低钾胁迫下，超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性均有不同程度的升高；干旱缺钾条件下，植物细胞质膜过氧化作用加强，导致膜损伤，质膜过氧化产物丙二酸含量增加，与正常钾水平相比，含量增加34.9%；而在一定的范围内增加施钾量可降低植物叶片丙二酸含量，提高过氧化氧酶活性、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性，但超过施钾量后，植物的丙二酸含量呈上升趋势，氧化氧酶活性、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性有所下降。

五、钾对渗透调节能力的影响

渗透调节是植物忍耐和抵御干旱逆境的一种适应反应，是一重要的抗旱生理机制，钾是参与作物细胞渗透调节，维持渗透压的最主要离子之一。不同研究表明［3］：严重干旱胁迫条件下，钾素能够明显促进烟草植株对钾的吸收，促进钾离子在细胞内的积累，使细胞膨压升高，耐脱水能力增强，提高作物的渗透调节能力；在适度范围内，随着施钾量的增加和施钾时间的延长，植物体内的还原糖、可溶性糖、淀粉和纤维素含量升高；随着施钾量的增加植物体内诸如鹿糖合成酶、鹿糖磷酸合成酶、酸性转化酶和中性转化酶等与糖合成有关酶活性及还原糖转变为可溶性糖的能力逐渐增强。有关施钾对植物叶片的可溶性蛋白含量的报道较多，但结论并不统一。这些不同的研究结果可能是由于不同植物材料的主导渗透调节物质不同，或是其他调节机制不同所致。