植物对钾吸收及利用的研究进展

植物对钾吸收及利用的研究进展

陈佳广

（义县植物保护站，辽宁 锦州 121100）

摘要：从植物对钾的吸收及利用差异、植物对钾吸收效率的遗传特性、植物对钾高效基因型筛选3个方面，探讨植物对钾吸收及利用的研究进展，为充分利用植物对环境的遗传多样性开展钾高效植物基因型筛选、解决我国钾素缺乏问题提供参考。

关键词：钾；植物；吸收；利用；遗传

中图分类号：S33 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0005-02

自20世纪80年代以来，我国北方地区农田钾素收支严重不平衡。钾肥供应不足，有机肥用量下降，秸秆还田比例太小以及高产新品种的推广使用，增加了作物对钾素的需要量和移出量，导致土壤中钾素耗竭日趋严重，土壤缺钾面积逐渐扩大，在部分地区成为农业生产进一步发展的限制因素。

使植物适应环境是缓解我国钾肥资源短缺的新对策之一。我国具有丰富的野生植物资源，充分利用植物对环境的遗传多样性，广泛开展钾高效植物基因型筛选，同时建立钾高效植物基因库，运用常规育种和现代育种技术、酶工程、基因工程等生物技术培育出新的钾高效优良品种，是解决我国钾素缺乏问题的有效途径。

1 植物对钾的吸收及利用差异研究

早在20个世纪70年代，研究者就发现不同种类植物对K+的吸收和利用存在很大差异。Wild等采用流动培养和砂培法观察不同种类植物在吸钾效率方面的差异，结果表明，植物种类间保持最大生长速率所需的最低K+浓度相差1.5倍。Dessougi等对春小麦、大麦和糖用甜菜进行钾效率研究，结果表明，在钾缺乏条件下，小麦比大麦和甜菜有较高的钾效率。但是，这种不同种类植物对钾吸收和利用差异的研究对实际的指导作用不大，而同种植物不同品种间钾效率吸收差异日益受到研究者的关注。

早在1968年，Shea等就发现大豆基因型间吸钾能力在低钾条件下相近，而在高钾下相差2倍。Dunlop和Tomkins的研究表明，黑麦草不同基因型植株的K+转运速率差异可达200%～250%，这主要由K+吸收速率不同所致。Makmur等采用溶液培养的方法，研究156个番茄品系在K+为5 mg/株的胁迫条件下的钾素利用效率，结果表明：高效品系98比低效品系94的干物质产量多79%，供钾充足时（200 mg/株）产量相近；在低钾胁迫条件下，2个高效品系和2个低效品系的K+吸收量没有明显差异，但一定量的钾所产生的干物质在高效系与低效系之间差异明显，钾高效系的相对平均钾利用效率为310，而钾低效系相对钾利用效率为156。Gerloff和Gabelman对菜豆不同基因型进行研究，结果表明：在低钾条件下能正常生长的品种对体内K+的利用效率比不能正常生长的品种高，而在K+吸收与转运方面没有明显差异。

2 植物对钾吸收效率的遗传学研究

Epstein等早在20世纪60年代就认为植物钾效率是可遗传性状。Shea在低钾条件下对菜豆品系进行钾高效筛选，然后对高效品种和低效品种杂交后代分离情况进行分析。结果表明：钾高效品种和低效品种之间只有单基因差异，即用Ke代表有效位点，钾高效菜豆基因型之间杂交F1代有同型结合的隐性的2个有效位点（KeKe）。随后，Shea等将在低钾下筛选得到的2个钾高效品系和2个钾低效品系进行杂交，其狭义遗传力大于60%。

随着研究的深入，人们发现钾效率是具有数量性状的特征。用Gamble方法评估各基因型效应，表明番茄品种之间耐低钾营养差异主要由加性和显性基因控制。Makmur等认为，番茄钾效率受多基因控制，基因间存在加性效应。Andonova和Kovacevic的研究表明，玉米杂交种吸收积累钾的能力受其亲本遗传影响，其子代穗叶中钾含量主要受父本遗传控制，但其遗传规律仍是相当复杂的。

倪晋山和安林昇分析杂交稻（F1）及其亲本幼苗K+吸收的动力学参数，发现杂交水稻吸收K+的最大速率均大于亲本，而养分吸收速率达最大吸收速率一半时的底物浓度则低于亲本，由此说明杂交稻吸钾效率表现出杂种优势。

李共福的研究表明，水稻耐低钾具有数量遗传特征。以产量为耐低钾指标时，其广义遗传力为20.0%～50.0%，以苗期干物质量为耐低钾指标时，其广义遗传力为16.2%～46.5%，狭义遗传力为18.0%～43.7%。

Figdore等应用番茄的F1、F2和回交群体分析钾利用效率，发现其属于多基因遗传，且遗传力很低，存在着加性、显性以及加性×加性等上位效应。

3 植物对钾高效基因型筛选的研究

研究者在进行植物钾高效基因型筛选过程中所采用的方法及评定标准不尽相同。

周贤芬等对54个晚稻品种进行对比鉴定，认为品种对低钾的耐性有明显差异。在同样的缺钾条件下，耐性好的品种不施钾肥产量变化不大，耐性差的则减产基至严重减产。在此基础上，根据品种丰产性和耐低钾性，将试验品种分成高产耐低钾、高产不耐低钾、耐性好但丰产性不理想、丰产性好但耐性不好4种类型。关于筛选方法，研究认为以产量结果为评定主要依据即简单又可靠，适用于基层对现有品种的筛选鉴定。并认为苗期缺钾症状如斑点、苗高等虽与耐性有一定联系，但没有达到显著相关，不能作为筛选的依据。植株含钾率与品种耐性有一定的相关，当缺钾时，植株含钾率低的，一般耐性较差，而含钾量高的耐性较好，故植株含钾量可作为评价品种耐性的一项指标。

王永锐等的研究结果认为，采用Yoshida营养液培养，以分蘖期植株形态、干物质量为指标，是准确筛选高耐低钾基因水稻品种的有效方法；由抽穗、结实状况分析测定结果，可确认采用矿质营养水培法筛选高耐低钾品种具有科学性、准确性和实用性。

唐劲驰等将52个不同基因型大豆在低钾土壤上种植，发现大豆对低钾存在明显的基因型差异。不同基因型大豆在缺钾症状上表现出正常、轻、中、重的差异，而不同基因型不同生育时期对低钾的耐性亦明显不同，其中苗期差异最大。

郭强等对60个杂交玉米组合钾素的吸收利用进行分析，确认不同玉米基因型对钾素营养吸收、利用的差异很大，且钾吸收效率高是获得高产的原因之一。

王娇爱等的研究表明，在供钾不足时，不同小麦基因型对钾的吸收存在显著差异，而在供钾充足时吸收钾的能力差异较小。由此认为在缺钾土壤中，不同小麦基因型吸收矿物钾的量是筛选其耐低钾能力的重要指标。这与Shea的研究结论相反。可见，研究的作物不同，结果有时会不一样。

刘国栋等在籼型杂交稻耐低钾基因型筛选试验中发现，与常规稻相比，杂交稻在吸钾速率和生物量方面具有非常显著的优势，但在钾素利用效率方面却基本没有优势。此外，杂交组合的高效利用钾素还与亲本之间的配合力密切相关。

项虹艳采用盆栽法在缺钾和施钾条件下对50个早稻品种和47个晚稻品种进行耐低钾筛选试验。其试验结果表明，不同水稻品种耐低钾能力差异很大，低钾条件下产量性状好，吸钾量、钾利用指数、钾经济效率比高的品种属于较耐低钾品种。

赵学强等对不同基因型小麦钾离子吸收动力学进行分析，结果表明：采用不同钾营养状况小麦K+吸收动力学参数Km和Imax对不同基因型小麦钾效率分类，结果与筛选不同基因型小麦的钾效率特征相一致，Km和Imax可用来评价和筛选高效吸钾基因型小麦。

参考文献

[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，倪晋山.耐低钾水稻的钾营养特性[J].植物生理学通讯，1995，31（4）：257-259.

[3] 赵学强，介晓磊，李有田，等.不同基因型小麦钾离子吸收动力学分析[J].植物营养与肥料学报，2006，12（3）：307-312.

[4] 项虹艳，丁洪，郑金贵，等.耐低钾水稻品种的筛选[J].江西农业大学学报，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