品种烟草对钾吸收特性

发布时间：2017-06-01

　　本烟草论文认为烤烟根系生理特性差异是造成钾吸收利用效率不同的重要原因，Y6和ND201根系活力较高，这种优势使其具有较强的竞争吸收介质中钾的能力，导致不同品种间根系对钾吸收能力的差异，这可能是二者富钾能力强的一个重要方面。因此，可以通过增强根系活力来提高对介质中钾的吸收能力，从而提高烤烟钾含量。《中国烟草学报》(双月刊)创刊于1992年，由中国科协主管，中国烟草学会主办的覆盖烟草工业、农业、经济管理及相关领域的学术期刊。获奖情况：中国科协精品科技期刊工程项目资助期刊。《中国烟草学报》本刊注重基础性、前沿性研究工作的报道，依托中国烟草学会的开展国内外学术交流的优势，坚持贯彻烟草行业科技发展战略，引导烟草行业科技发展方向，紧追国际烟草研究前沿，对coresta研究论文有较多的报道。

　　[摘要]为探明不同品种烟草的钾吸收特性，对农大201、豫烟6号和K326在不同供钾水平(高钾水平5mmol/L，低钾水平0.15mmol/L)下进行砂培试验，研究其植物学特性、干物质总量和根系发育情况。结果表明：各品种在高供钾水平下生长情况均优于低供钾水平;ND201和Y6对K+的亲和力明显低于K326，最大吸收速度则明显高于K326;低钾条件下K326具有很强耐胁迫能力，充足供钾条件下ND201和Y6对钾有较强的富集能力。

　　[关键词]烟草;钾;吸收;根系

　　钾是高等植物必需的矿质元素，是公认的品质元素，具有重要的生理功能[1-2]。烟草是典型的喜钾作物，需钾量大，据美国北卡罗莱纳州研究，烟草吸收钾素比其他任何元素都高，是吸氮量的1.38倍，磷的3.5倍左右[3]。钾作为烟草必需的矿质元素，对烟草的生长发育起着重要作用。世界各烟草种植国都很重视钾素营养和钾肥的施用。施钾能够改善烟叶的颜色、身份，提高烟叶的燃烧性和吸湿性、降低燃烧温度，减少焦油释放量，提高烟叶的品质和安全性[4]。一般认为烟叶含钾量至少应达2%[5-6]，而我国烟叶平均含钾量为1.80%，较低的烟叶钾含量一直困扰着我国的烟草生产。烟草钾素营养研究的主要意义是如何提高烟草的钾积累效率，进而提高烟叶的钾含量。因此，笔者等以富钾基因型烤烟豫烟6号、国内主栽品种K326以及农大201为研究对象，在不同供钾水平下，探讨各基因型烤烟品种在钾积累及根系生理特性方面的差异，旨在为筛选富钾烤烟品种以及充分利用现有钾肥资源和提高我国烟叶钾含量的研究提供理论依据。

　　1材料与方法

　　1.1试验材料

　　供试烤烟品种：豫烟6号，以ZMSK326为母本，农大201为父本的杂交育成品种;农大201，经多年培育、遗传稳定的烤烟品系，烟叶含钾量较高;K326，常规烟草品种。试验烤烟品种种子均由河南农业大学烟草学院提供。仪器及试剂：烘箱(KBF720型，德国宾德公司)，霍格兰氏营养液(拓普生物科技有限公司)，硝酸氨(分析纯，国药集团)和氯化钾(分析纯，国药集团)。

　　1.2试验方法

　　1.2.1不同钾浓度烤烟幼苗的培养试验于2016年3-5月在河南农业大学科技示范园进行，将材料进行常规育苗(漂浮育苗)，当烟苗长到6～7片真叶时，挑选整齐一致健壮的烟苗移栽至含有2kg石英砂的花盆中，用配备好的含不同钾浓度(0.15mmol/L和5.0mmol/L)的霍格兰氏营养液进行培养，每个品种每个供钾水平培养12株。培养期间前20d每24h浇灌1次营养液，后20d每12h浇灌1次营养液。霍格兰氏营养液配方组成：89.4g/LCaCl2、190g/LCa(NO3)2•4H2O、122g/LKNO3、102.9g/LK2SO4、98g/LMgSO4•7H2O、24g/LNH4H2PO4、EDTA-Fe贮备液、微量元素贮备液0.12MKCl、0.12MNaCl、0.06MCaCl2。低钾营养液以NH4NO3补充N的不足，高钾营养液以KCl补充K的不足。1.2.2测定指标及方法1)植物学性状。烟苗培养40d后，测量株高、茎围、节间距和叶片数，以10株均值为测量值。

　　株高为第一片叶基到茎生长点的距离，茎围为株高1/3处的茎周长，节间距为茎高与叶片数之比。2)烟株含钾量。培养40d后每个处理挑选生长一致烟苗3株，将叶、茎、根分别采收，用烘箱在70～80℃条件下烘干后，称其干重并粉碎，用盐酸浸提-火焰光度法[7]测定钾含量。3)根系吸收面积及活力。培养40d后每个处理挑选生长一致烟苗3株将根采收，采用甲烯蓝法测定根系吸收面积，排水法测定根系总体积。采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[8]测定烤烟幼苗根系活力。4)根系吸收动力学参数。将材料进行常规育苗，当烟苗长到6～7片真叶时，挑选整齐一致健壮的烟苗6株，移栽至含有2kg石英砂的花盆中，人工通气条件下以霍格兰氏营养液培养30d(每3d更换1次营养液)。选取3株整齐一致的烟苗在无钾营养液中饥饿培养24h，用硫酸钙溶液(0.12mmol/L)浸洗3次，吸干水分后放入100mL吸收液中(KCl0.15mmol/L、CaSO40.2mmol/L)进行培养﹝温度(25±2)℃，光照强度为240μmol/(m•s)﹞。每隔1h取1mL吸收液并补充入1mL蒸馏水，共取40次。完成取样后，测试钾的浓度，并参照文献[9]方法计算吸收动力学参数(Vmax、KM和Cmin)。其中，Vmax为植物根系对钾离子的最大吸收速率，其值越大，对钾离子的吸收强度越大，KM反映植物根系对钾离子的亲和力高低，KM愈小，表明亲和力愈高;Cmin是植物根系能够吸收的最低钾离子浓度，是植物基因型耐受低浓度钾离子胁迫的标志。

　　2结果与分析

　　2.1不同处理各品种烟株的植物学性状

　　从表1看出，3个品种烟苗经不同钾浓度(高供钾水平为5mmol/L，低供钾水平为0.15mmol/L)营养液培养40d后，其植物学性状差异较大。高供钾水平下K326株高、茎围、节距及叶片数分别比低供钾水平多15.66cm、1.53cm、1.22cm和3.34片;高供钾水平下ND201株高比低供钾水平高3.33cm;高供钾水平下Y6株高和节距分别比低供钾水平多17.33cm和1.17cm。表明，高供钾水平培养的3个品种烟草长势良好，并明显优于低供钾水平。在相同供钾水平下，3个品种间烟草植物学性状存在差异。在低供钾水平下，K326和Y6的株高相接近并高于ND201;茎围ND201与Y6相接近，二者大于K326;节距Y6>K326>ND201;叶片数Y6>K326>ND201。在高供钾水平下，K326和Y6长势较好，均优于ND201。

　　2.2不同处理烟株的干物质积累

　　从表2看出，高供钾水平下，K326的叶、茎、根干重及总干重分别是低供钾水平的2倍、2.2倍、1.7倍和2倍，ND201的叶、茎、根干重及总干重分别比低供钾水平高3.2g、3.6g、0.62g和7.42g，Y6的叶、茎、根干重及总干重分别比低供钾水平高3.81g、4.62g、0.93g和9.36g。表明，高供钾水平培养的3个品种烟草干物质积累明显优于低供钾水平。在相同供钾水平下，3个品种烟草干物质积累也存在差异。低供钾水平下，ND201和Y6各项指标相接近，K326的叶、根和总干重小于ND201和Y6;高供钾水平下，Y6和ND201叶干重接近，并大于K326;3个品种的茎、根干重和总干重各指标接近。

　　2.3不同处理烟株根系的生理特性

　　2.3.1根系发育状况根表面积大能够增加与土壤的接触面，从而吸收更多养分。因此，根总吸收面积、活跃吸收面积是反映根系生理活性的重要指标。从表3看出，在高供钾水平下，K326的根鲜重、根体积和活跃吸收面积分别是低供钾水平的1.43倍、1.4倍和1.58倍;ND201的根鲜重、根体积、总吸收面积和活跃吸收面积分别是低供钾水平的1.78倍、1.4倍、2.17倍和1.9倍;Y6根鲜重、根体积、总吸收面积和活跃吸收面积分别是低供钾水平的1.7倍、1.4倍、1.8倍和1.9倍。表明，高供钾水平下培养的3个品种烟草根系形态学参数明显优于低供钾水平。在低供钾水平下，ND201和Y6的根鲜重和体积2个指标接近，均高于K326，但活跃吸收面积ND201最大。在高供钾水平下，ND201和Y6的根鲜重、根体积、总吸收面积和活跃吸收面积接近，均高于K326。2.3.2根系活力根系活力是反映根系吸收矿质元素和水分能力的重要指标，本研究以根系对氯化三苯基四氮唑的还原能力表示。从表4看出，3个品种烟草高供钾水平根系还原力均大于低供钾水平，特别是ND201和Y6，高供钾水平下的根系还原力分别是低供钾水平下的1.84倍和1.46倍。

　　在低供钾水平下，K326根系活力最高，N201最低，二者差距明显;但在高供钾水平下，K326根系活力最低，N201最高。表明Y6、N201二者的根系活力对供钾量相对敏感。2.3.3根系吸收动力学曲线从图示看出，3个烤烟品种对K+的吸收能力不同，其中K326的吸收曲线较为平缓，而Y6和ND201的吸收曲线具有明显的拐点。表明，Y6、ND201与K326在不同供钾水平下对钾的吸收特性不同。2.3.4动力学参数从表5看出，Y6和ND201的Vmax(植物根系对钾离子的最大吸收速率)远远大于K326，分别是K326的3.93倍和4.0倍，差异较明显。表明，Y6和ND201对钾离子的吸收强度大于K326。Y6和ND201的KM(植物根系对钾离子的亲和力)与Cmin(植物根系能够吸收的最低钾离子浓度)均略大于K326，但差异不明显。富钾基因型烟草对K+的亲和力及耐低钾能力不及一般基因型，其对K+的富集能力只有在充足供钾条件下才能实现。

　　3结论与讨论

　　1)针对3个烤烟品种(豫烟6号、农大201和K326)在2个供钾水平(高供钾水平为5mmol/L，低供钾水平为0.15mmol/L)下的砂培烟株，分析不同品种在不同钾浓度下烟株的植物学性状、干物质积累和根系生理特性。研究结果表明：高供钾水平更利于烟草的成长和发育，此时烟草的根干重、根体积均大于低供钾水平，说明充足的钾素能更好地促进烟株根体积的增大和根系干物质积累，有利于根系对水分和营养物质的吸收，从而为烟草的高产和优质奠定物质基础。3个品种烟草在不同供钾水平下根系体积、还原力、根系活跃吸收面积和总面积均有差异。高供钾水平下，Y6与ND201和K326在还原力、活跃吸收面积和总吸收面积方面相差较多，Y6具有较高根系活力和更大的总吸收面积与活跃吸收面积，由此可以推断较大的总吸收面积与活跃吸收面积赋予Y6强大的钾吸收能力。

　　根系动力学参数研究发现，Y6和ND201的Vmax远远大于K326，而对K+的亲和力则明显低于K326。2)目前，我国对耐低钾作物如小麦、水稻等品种的筛选研究较多，而对富钾植物的筛选及评价指标体系报道较少。前人曾利用不同烟草品种离体根进行试验，证明在低钾条件下不同烟草品种对钾素吸收有明显差异，而随着供钾水平的提高，品种间对钾的吸收差异逐渐减少[10]。晁逢春等[11]认为，烟株地上部绝对钾含量与根系总吸收面积和根系活跃吸收面积具有显著的相关性。