枳、枳橙和甜橙实生苗的钾利用效率比较

孔佑涵 苑平 李先信 李卫东 吴娟娟

摘 要 对枳、枳橙和甜橙的钾利用效率进行比较，将枳、枳橙和甜橙实生苗置于不同钾浓度条件下生长，检测不同时间植株的生物量和钾含量。结果显示：无论在高钾（20 mmol/L K+）还是低钾（100 μmol/L K+）条件下，枳橙根部干重都显著高于枳，枳橙根部钾含量亦显著高于枳。在高钾条件下，枳橙和冰糖橙根部干重无显著性差异，但枳橙根部钾含量显著高于冰糖橙；无论在高钾还是低钾条件下，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重均沒有显著性差异，冠部钾含量表现为冰糖橙>枳橙>枳。从植株钾利用效率而言，枳橙作为砧木应优于枳；枳橙作为枳与甜橙的杂种，在根部钾利用效率上亦高于甜橙。

关键词 钾利用效率；柑橘砧木；枳；枳橙；甜橙

中图分类号 S666.4 文献标识码 A

Abstract In order to analyze the potassium nutrition efficiency among Poncirus trifoliata， Citrange（Carrizo）and Citrus sinensis（Bingtangcheng）， the biomass and the K+ content of various seedings growed in MS medium（20 mmol/L K+）and LK medium（100 μmol/L K+）were measured separately. The results showed that DW（dry weight）and the K+ content of Citrange root were significantly higher than that of Poncirus trifoliate both on MS medium or LK medium. Meanwhile， no obvious distinction of the DW was detected from Citrange and Citrus sinensis on MS medium， but the K+ content of Citrange in roots elevated clearly than Citrus sinensis. Whether in MS medium or in LK medium， there was not significant difference in shoot DW among Poncirus trifoliata， Citrange and Citrus sinensis seedings， but K+ content in shoot showed a trend Citrus sinensis > Citrange > Poncirus trifoliata seedings. All these suggested Citrange was better than Poncirus trifoliata as Citrus rootstock in terms of potassium nutrition efficiency. In addition， as a heterosis，the K+-uptake ability of Citrange was also higher than that of Citrus sinensis.

Key words potassium efficiency； citrus rootstock； Poncirus trifoliate； citrange； Citrus sinensis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.014

钾离子能影响作物的抗病虫、抗旱和产品品质等农艺性状[1]。当生长环境缺钾时，柑橘植物生长受抑、果实产量与品质下降[2-3]。中国大部分耕地缺钾，同时每收获一吨柑橘还要从土壤中带走1.86～3.38 kg钾[4]；因此，在柑橘栽培生产过程中须保证钾肥的供应。增施钾肥在一定程度上能提高柑橘果实维生素C和可溶性固形物含量[5-7]、增强果皮抗破裂能力[8]。中国钾矿资源匮乏，所消耗钾肥的90%依靠进口[9]。提高作物对土壤中钾元素的利用效率，可作为解决农业生产中钾肥供应缺乏和节约生产成本的途经之一。

不同种类（品种）植物的钾营养效率存在差异，如向日葵、黄瓜、大麦和小麦等植物之间的钾吸收速率相差2～5倍[10]；李学柱等[11]发现柑橘枳砧对紫色土壤中钾离子的吸收能力要强于红橘和香橙；庄伊美等[12]发现枳砧对赤红壤的钾离子吸收能力要强于椪柑砧和福橘砧；而以尤力克柠檬为接穗来比较枳柚、枳橙、枳、红橘和香橙等砧木对紫色土壤钾离子吸收能力发现，卡里佐枳橙砧和香橙砧的柠檬叶片钾离子年吸收积累能力最强，而枳砧最弱[13]；这些研究结果表明，不同柑橘砧木间钾吸收能力存在差异。柑橘砧木钾利用能力检测结果存在不同，可能源于柑橘砧穗组合对植株营养水平造成的影响[14]，同时土壤中有效矿质元素难于定量和控制及存在复杂的离子拮抗干扰也会对检测结果产生影响。

枳是中国目前应用最多、最广的柑橘砧木，枳橙是枳与甜橙的杂种至今也成为中国重要的柑橘砧木之一[15]。本研究拟利用有效矿质元素成分明确的培养基进行枳、枳橙和甜橙的钾营养效率比较分析，以期为进一步柑橘钾营养高效砧木筛选及育种工作提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料

以枳（Poncirus trifoliata L. Raf.）、枳橙（P. trifoliata L. Raf.×C. Sinensis L. Osb.）、冰糖橙（Citrus sinensis L. Osbeck cv. Bingtang）为实验材料；在10～11月采摘成熟果实，收取种子并用自来水漂洗；漂洗干净的种子用1%的NaClO浸泡10 min，于超净工作台中用无菌水漂净残存的NaClO，并将种子置于无菌滤纸上风干至外种皮无水痕（中间翻动若干次）；用无菌容器盛装风干后的种子于4 ℃环境保存，在12个月内种子可随用随取。

1.2 方法

1.2.1 种子播种前处理 将枳、枳橙和冰糖橙种子在超净工作台中剥去外种皮，用1%的NaClO消毒10 min，于超净工作台中弃掉NaClO液体，用无菌水漂洗3次后4 ℃放置过夜。播种培养基前，用尖头镊子在超净工作台中剥去种子内种皮，在无菌滤纸上用镊子将种子的所有种胚分离，再将分离的胚均匀布于培养基上生长。

1.2.2 培养基配置和植株生长条件 培养基为MS盐培养基和低钾培养基。低钾培养基是在MS盐培养基大量元素上调整配制而成。MS盐培养基（含K+为20 mmol/L）和低钾培养基（含K+为100 μmol/L）成分如表1。

播种时每瓶MS盐培养基中布10个种子胚；取MS培养基上胚萌发生长10 d且大小一致的幼苗，移至MS培养基或低钾培养基上（每瓶3棵植株），培养至7 d和14 d分根冠收取实验材料（每样品2棵植株）。自种子播种培养基到实验取材，培养瓶均放置在光照培养箱中。植株生长条件均为：温度26 ℃，光周期12 h光照/12 h黑暗，光强40 mol/（m2·s）。培养瓶直径6 cm、高9 cm，每瓶灌注50 mL MS盐培养基或低钾培养基（均含琼脂粉8 g/L，pH值为5.75±0.05）凝成固体后使用。

1.2.3 植株干重和钾含量测定 待测材料用蒸馏水漂洗3次后用吸水纸吸去材料表面水分，在根茎交界处切分成根冠2部分，再分别置于15 mL离心管中，于烘箱中80 ℃烘至恒重后（24 h以上）分别称量根冠干重。

将称量出干重的材料置于坩埚中，在马福炉中灰化；灰化条件为300 ℃ 1 h，575 ℃ 5 h。用0.1 mol/L HCl溶解灰化后的材料；用原子吸收分光光度计（HITACHI Z-5000型）测定溶液中钾浓度，再根据溶液体积和材料干重质量计算出植株的干重钾含量。

1.3 数据处理

实验重复3次，每次实验设3个平行；利用SigmaPlot 12.5软件将3次实验数据进行平均值计算、标准误差分析和t检验；结果为平均值±标准误差（n=9）；t检验时，p<0.05表示为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同钾浓度培养基下柑橘实生苗生长表型

将冰糖橙实生幼苗置于不同钾浓度的培养基上生长（图1），在低钾培养基（100 μmol/L K+）上生长40 d时（图1-B），相比于MS培养基（20 mmol/L K+）冰糖橙植株表现出冠部小、叶片褪绿等植物钾营养缺陷生长受抑的表型。冰糖橙实生苗在低钾培养基上生长40 d时出现低钾胁迫表型，说明可以设定生长时间取材检测植株的生物量和钾含量，通过分析生理指标的变化进行柑橘植物的钾营养效率比较。

2.2 不同钾浓度培养基下植株的根冠和根部干重变化

将枳、枳橙和冰糖橙的实生幼苗置于MS培养基和低钾培养基上生长7 d和14 d后分根冠收集称量干重。结果显示，在MS培养基上生长时，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重差异不显著，但在7 d和14 d时枳橙根部干重明显高于枳并且差异显著，冰糖橙根部干重与枳橙和枳差异不显著；在低钾培养基上生长时，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重亦差异不显著；低钾处理7 d和14 d时枳橙根部干重亦均高于枳，并且差异显著；低钾7 d时，枳橙根部干重亦高于枳和冰糖橙，但生长到14 d时二者差异不显著（图2）。在高钾（20 mmol/L K+）和低钾（100 μmol/L K+）条件下，枳和枳橙的冠部干重差异不明显，但枳橙根部的干重显著高于枳，说明在不同钾浓度条件下，枳橙根部生长状况都要优于枳，暗示柑橘砧木枳橙对钾的利用效率可能比枳强。

2.3 植株在不同钾浓度培养基上生长时的钾含量

对枳、枳橙和冰糖橙在MS培养基上生长时的钾含量进行检测（图3），结果显示，生长7 d和14 d时，枳冠部钾含量约为20 mg/g，枳橙约为25 mg/g，冰糖橙约为35 mg/g，即冠部钾含量冰糖橙>枳橙>枳（图3-A）；枳根部钾含量约为15～20 mg/g，枳橙约为30 mg/g，冰糖橙约为17 mg/g，即冰糖橙和枳的根部钾含量差异不大，但均为枳橙的60%左右，枳橙与枳、冰糖橙之间差异显著（图3-B）。

由图3亦可知：相比于MS培养基，在低钾培养基上生长时枳、枳橙和冰糖橙的根冠钾含量均有明显降低；在低钾培养基上生长7 d时，枳冠部钾含量约为14.24 mg/g，枳橙约为18.81 mg/g，冰糖橙约为23.46 mg/g，即冠部钾含量冰糖橙>枳橙>枳，冰糖橙和枳橙与枳之间均差异显著；在低钾培养基上生长14 d时，枳和枳橙冠部钾含量与生长7 d时差异不大，但冰糖橙冠部钾含量降为17.26 mg/g，冰糖橙与枳之间冠部钾含量具有显著性差异；在低钾培养基上生长7 d和14 d时，枳根部钾含量均约为枳橙的60%，且差异显著；在7 d时，枳橙根部钾含量高于冰糖橙， 且呈显著性差异，但在14 d时，枳橙和冰糖橙根部钾含量差别不大。

2.4 在不同钾浓度培养基上生长时植株体内的钾分布状况

根冠的钾量比值在一定程度上反映了植株体内的钾分布状况。枳、枳橙和冰糖橙于MS培养基上生长7 d和14 d时，枳的根冠钾量比值分别为0.57和0.51，枳橙的根冠钾量比值分别为1.11和0.84，冰糖橙的根冠钾量比值分别为0.50和0.38，即植株根冠鉀量比值表现为枳橙高于枳和冰糖橙，且差异均呈显著水平；在低钾培养基上生长7 d时，根冠的钾量比值亦表现为枳橙高于枳和冰糖橙，且差异呈显著水平；在14 d时，枳、枳橙和冰糖橙的根冠钾量比值均在0.37～0.66之间，且无显著性差异（图4）。这些结果说明，当长时间生长于低钾条件下，枳、枳橙和冰糖橙实生苗体内的钾分布状况没有明显差异；在钾离子供给充分的生长环境下和在低钾条件处理初期，枳橙体内的钾优先分配于根部，枳橙和冰糖橙优先分配于冠部。

3 讨论

在植物根部存在微摩尔水平钾浓度条件下（≤0.2 mmol/L）起作用的“高亲和性钾吸收系统”和在毫摩尔水平钾浓度条件下（≥1 mmol/L）起作用的“低亲和性钾吸收系统”的钾吸收两阶段机制[16-19]。鉴于土壤中有效矿质元素难于定量和控制，本研究利用有效矿质元素成分明确的固体培养基，在设定的低钾（0.1 mmol/L）培养条件和高钾（20 mmol/L）培养条件下，比较分析实验材料间的“高亲和性钾吸收系统”和“低亲和性钾吸收系统”是否存在差异。本研究结果显示，在高钾和低钾条件下生长7 d和14 d时，枳和枳橙冠部的干重差异均不明显，但枳橙根部的干重均显著高于枳，说明在不同钾浓度条件下枳橙根部的生长势要优于枳。结合在高钾和低钾条件下生长7 d和14 d时枳橙根冠钾含量均高于枳的检测结果，相比于枳，无论在高钾还是低钾条件下枳橙根部都能吸收更多的钾离子，即枳橙根部的低亲和性钾吸收系统效率和高亲和性钾吸收系统效率均强于枳。

在高钾和低钾条件下生长7 d和14 d时，各种实验材料的根冠干重未发生明显变化，而低钾处理时间足够长时能观察到植株形态的变化。推测这可能与取材时间设置较短有关，即在低钾处理前各种实验材料均于高钾培养基上生长，而植物细胞液泡的钾离子浓度可在10～300 mmol/L之间变化[20]，在本研究取材时期植物细胞内蓄积的钾离子尚能满足植株生长的需要，因此生物量检测未发现显著性差异。此外有研究结果显示，果园中柑橘成年树叶片含钾量的最适范围为0.2%～2.2%[15]。在低钾和高钾条件下，本研究检测到柑橘植物冠部的钾含量范围在0.5%～3.5%，在土壤条件下植物根际的钾浓度通常低于1 mmol/L[21-22]。因此，本研究测算出的钾含量与这些研究结果具有一致性。

在高钾条件下枳橙体内的钾含量明显高于枳，意味着充分施用钾肥条件下，枳橙砧木的柑橘植物钾肥利用率可能较高。在钾离子供给充分的生长环境下和在低钾条件处理初期，在根冠钾量比值上枳橙最高，枳橙和冰糖橙较低，意味着枳橙体内的钾离子优先分配于根部，而枳橙和冰糖橙优先分配于冠部，即枳橙和冰糖橙向地上部转运的钾较多。值得注意的是，不同种（品种）植物间的钾营养效率差异是由遗传基因控制的。如，Epstein[23]通过化学诱变获得的番茄钾低效突变体只有在外界钾浓度较高 （20 mmol/L）的培养介质中才不会出现缺钾症状；过量表达CIPK23后拟南芥植株表现出耐低钾胁迫的表型[24]。解析柑橘植物钾利用相关的功能基因将成为了解枳和枳橙钾营养效率差异原因的关键。随着柑橘基因组学和生物信息学研究的深入[25-26]，柑橘植物的钾营养分子机理将逐步被阐释，这些工作将有助于通过杂交育种和遗传改良等方法提高柑橘植物的钾元素利用效率。

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