植物钾营养性状遗传改良的研究进展

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1、以科学发展税促进科技创新(二)533植物钾营养性状遗传改良的研究进展胡家金1萧浪涛1熊兴耀2彭克勤1彭志红1洪亚辉1．湖南省长沙市芙蓉区，湖南农业大学生物科学与技术学院；2．湖南省长沙市芙蓉区，湖南农业大学园艺园林学院，410128摘要本文从耐低钾植物的筛选和应用现代基因工程技术、分子育种手段改良植物钾素营养两个方面综述了近年来国内外在改良植物钾素营养研究上所取得的进展。对自然界植物钾营养的基因型差异和耐低钾植物所具有的形态学特征和生理生化特性进行了详细的论述．并讨论了应用现代生物工程技术时植物钾素营养进行遗传改良的可能性。美键词植物钾遗传改良生物工程钾是高等植物生长发育所必

2、需的大量元素，它与氮、磷一起并列为植物营养的“三大要素”。钾离子作为高等植物所必需的、唯一的一价阳离子，在植物生命活动中，具有极其重要的作用，比如电荷平衡、膨压调节、酶的激活和蛋白质合成等。近年来，随着复种指数和单产的提高，氮、磷化肥用量的增加，我国大部分地区的土壤中出现了严重的缺钾现象。同时，我国的钾资源又相当贫乏，钾肥的产量只能满足目前作物需要量的1／5～i13。耕地土壤中缺钾及钾肥供应的不足已成为限制我国农业生产发展的一个重要因子。同时，自然界的许多现象叉提示人们：生长在同一地点、同一土壤上的不同种植物甚至同一种植物的不同品种对环境的适应能力和对养分的吸收利用能力是不一

3、样的。因此，发掘和利用植物自身营养性状的遗传特异性，对植物进行钾营养性状的遗传改良，创造和筛选适应特定土壤环境的植物种类和品种，改善植物自身的钾营养性状，提高植物本身对钾素的吸收利用效率，实现资源节约型农业，是解决我国钾肥资源短缺的重要途径之一，也是当前生命科学研究的重要前沿性课题；植物钾营养性状的遗传改良已经成为当前植物营养学研究的热点之一，目前这方面的研究已经取得了一定的进展。一、耐低钾植物的筛选(一)植物钾营养基因型的差异不同的植物在对钾的吸收、积累、转运和利用上存在着很大的差异。Wild等采用流动培养和砂培的方法比较了多种植物对钾的吸收的差异，结果发现，植物种类间保持

4、最大生长速率所需的最低钾浓度相差15倍，钾的相对吸收速率相差0．7倍，根的吸收能力相差近1倍，单位根长吸钾速率相差2．4倍。Pettersson等研究发现，向日葵、黄瓜、桦树和松树的最大吸钾速率在3～6”tool／(gFW·h)，而禾本科的大麦和小麦的吸钾速率则高达10～15／amol／(gFW·h)。胡笃敬等先后研究了68种植物，从中筛选出了钾索吸收利用高的空心莲子草、商陆、苦草、青萍等9种高钾植物。同一种植物的不同品种或品系之间吸收利用钾的能力也不相同。GIass等的研究表明，大麦钾吸收的动力学参数K。值的变化范围为109～24．1pM，Vmax值变化范围为976--12

5、85“M／(gFW·h)，钾利用效率的变化范围为每克钾生产96～1179干物质。Woodend等发现，在缺钾条件下，24种小麦基因534以科学发晨观促进科技创新(上)型间钾的吸收效率和利用效率差异明显，平均净吸收量也有明显的差异。Siddiqi等报道，野生燕麦草晶系间在低钾和高钾条件下，其短期钾的吸收速率差异较大，其中AN品系的吸钾速率最高。Shea等研究发现，大豆基因型间吸钾能力在低钾条件下相近，而在高钾条件下相差2倍。Makmur等对156种番茄基因型进行了钾素利用效率的研究，结果发现基因型间相差79％。Gerioff等曾用液培的方法在013mm01／LK+的选择压力下，

6、对66种菜豆基因型进行了比较研究，发现钾高效基因型几乎无缺钾素症状，而钾低效基因型则缺钾症状非帮明显，其中效率最高的基因型品系与效率最低的基因型品系的产量相差47％，其生物产量则相差300％。在水稻的研究中也发现耐与不耐低钾品种间的吸钾能力相差很大。钾吸收速率以不耐低钾的品种较高，而耐低钾品种吸收钾的最低浓度较低。在低钾条件下，耐低钾品种具有较高的钾素利用效率和生物产量，但随着钾浓度的提高，这种差异逐渐变小直至消失。(二)植物耐低钾的形态学特征和生理生化特性1．根系形态特征大量的研究表明，耐低钾植物在根、茎、叶生长和籽粒产量等方面都存在着明显的差异。一般来说，耐性强的植物基因

7、型对低钾环境具有很好的适应性，而优良的根系是其耐低钾特性的关键所在，表现出根量大、根数多、根长和根比容大。不论是常规稻还是杂交稻，水稻的耐低钾能力与其株高和根量成正相关，两者在正常供钾和低钾胁迫下的变化，可以作为筛选耐低钾水稻基因型的形态指标。Graham也认为耐低钾优良基因型在形态上的特征是根／冠比高，根系纵向和侧向分布广泛，根数多而纤细。刘亨官等研究证实，耐低钾的水稻基困型具有根量大、根数多、根表面积大等特点。陈际型的研究表明，在低钾土壤上在相同的氮、磷水平下吸钾能力强的基因型根长、根重和根表面积都