烟草钾高效吸收基因型筛选及其机理研究

【摘要】烟草是我国重要的经济作物,钾素对其产量和质量有较大的影响。我国钾肥资源缺乏,筛选钾高效烟草种质资源,对其机理进行研究,是缓解烟草对钾需求的途径之一。对重庆烟草研究所收集提供的166个基因型,通过营养液培养和大田栽培,进行筛选鉴定,对烟草钾高、低效基因型营养机理差异进行研究,获得了如下主要研究结果：1.筛选获得烟草钾高效基因型和低效基因型从苗期开始,通过水培实验对166个烟草基因型进行初步筛选,获得20个钾高效基因型和15个钾低效基因型,将获得的35个基因型在大田中进行进一步筛选,最终获得3个钾高效基因型NC89、垫江芽种、HB030和三个低效基因型NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号。2.不同烟草基因型水培筛选,探索不同钾水平下苗期生理差异在不同的钾处理下,不同基因型幼苗生长的差异首先表现在外部形态上。在低钾处理下,烟苗下部叶会出现典型的缺钾症状。与钾低效基因型相比,钾高效基因型出现缺钾症状较晚,子叶脱落较缓慢,叶片较多。在生长的前期,幼苗对钾素的吸收量较小,故低钾处理下,根系发育较快,生物量积累多。随着幼苗的生长发育,对钾素的需求逐渐增加,故处理后期,常钾下的幼苗根系生长较好,生物量积累增加较快。3.不同钾水平对烟草钾高、低效基因型农艺性状的影响处理30天至90天,各基因型的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽呈现增长趋势,处理45天至60天时,烟株增长均为最快,在处理75天株高达到最大,随后基本处于停止状态；茎围处理60天以后变化较小；处理后60天之前,最大叶长增幅较大,以后缓慢增长；最大叶宽在处理30天到75天,呈现增长趋势,75天到90天呈现下降趋势,最大值出现在移栽75天。总体而言,低钾胁迫条件下,各基因型的株高和最大叶长在处理30天时低于常钾处理,最大叶宽和茎围差距不大。随着处理时间的推移,低钾胁迫条件下,各基因型的主要农艺性状表现出明显的劣势。低钾胁迫下,各基因型的根总长、根总表面积、根总体积及根系活力都有不同程度的下降。4.不同钾水平对烟草钾高、低效基因型生理指标的影响低钾胁迫条件下,钾高效基因型NC89、垫江芽种、HB030光合色素与钾低效基因型NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号的差异主要在处理60天时,钾高效基因型NC89、垫江芽种、HB030所含叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量高于钾低效基因型NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号。对功能叶细胞糖氮代谢的研究表明,低钾胁迫下,淀粉酶活性升高,相对于钾低效基因型而言,钾高效基因型NC89、垫江芽种、HB030升高的较多；蛋白质含量、蔗糖合成酶、硝酸还原酶活性下降,较低效基因型而言,钾高效基因型蛋白质含量下降较多,蔗糖合成酶、硝酸还原酶活性下降少。对功能叶细胞膜的研究表明,低钾胁迫下,MDA、SOD、POD活性上升,相较钾低基因型而言,钾高效基因型MDA、SOD、POD活性上升量较多。5.不同钾水平对烟草钾高、低效基因型光合作用参数的影响净光合速率在处理60天时达到最大,此时低钾胁迫条件下,三个钾高效基因型净光合速率比三个钾低效基因型净光合速率总体高出56.08%；功能叶胞间二氧化碳浓度最大值在处理75天时,此时三个钾高效基因型在常钾处理下的胞间二氧化碳浓度比低钾胁迫下的高出7.51%,而三个钾低效基因型高出47.01%NC89、HB030在不同钾素处理下的各个时期,蒸腾速率明显大于其他基因型；NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号经低钾胁迫处理后,下降64.01%,下降幅度较大,远大于高效基因型NC89、垫江芽种、HB030下降的10.00%。6.不同钾水平对烟草钾高、低效基因型烟叶化学成分的影响低钾胁迫条件下,氯含量、氮碱比、糖碱比上升,氮活性变化不大,其他指标均有不同程度的下降,且各基因型的化学协调性也有不同成程度的下降。常钾处理下,NC89、垫江芽种、HB030的钾含量、烟碱含量高、还原糖含量低,NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号钾含量、烟碱含量、还原糖含量都低。低钾胁迫下,NC89、垫江芽种、HB030钾含量高于NC628、涪陵焦石土烟、云烟1号在常钾处理下的钾含量；NC89、涪陵焦石土烟的氯含量、氮含量下降,还原糖含量上升；NC628、垫江芽种、HB030氯含量、氮含量上升,还原糖含量下降；云烟1号氯含量、还原糖含量变化不大,氮含量上升；垫江芽种烟碱含量略有上升,其他基因型均下降。7.烟草钾高效基因在不同基因型中的表达NtAKTl-1在NC89的下部叶中的相对表达量较高；在常钾处理下,相对于垫江芽种和HB030、NtAKT5、NtNKT-2、NtKC1在NC89根部相对表达量较高；NtNKT1在NC89的根部相对表达量较高,在常钾处理下的HB030茎、叶部位相对表达量较高；NtNKT-1、NtNKT2在NC89的茎部相对表达量较高；在低钾胁迫条件下,NtTPK1-1在HB030的根部相对表达量较高。8.烟草钾高效基因在不同部位中的表达NtAKT1-1、NtAKT5、NtKUP2、NtSKOR、NtTPK1-1在根部和叶中相对表达量较高；NtKAT在根部、茎、中部叶的相对表达量较高；NtTPK1-2在根部、茎、上部叶的相对表达量较高；NtHAK5、NtKCO1在上部叶的相对表达量较高；NtTORK1在上部、中部叶的相对表达量较高,在根、茎、下部叶基本不表达；NtHAK1主要在叶部表达,根、茎部相对表达量较低。9.烟草钾高效基因在不同钾处理下的表达低钾胁迫下,NtNKT1、NtTPK1-1在NC89、垫江芽种、HB030中各部位的相对表达量明显下降；NtTPK、NtTPK1-1经低钾胁迫处理,其在各部位的相对表达量明显上升；NtAKT1-1、NtHAK1、NtKUP2经低钾胁迫处理,其在各部位的相对表达量无明显变化。在低钾胁迫条件下,NtAKT5、NtHAKl、NtKAT、NtKC1.NtNKT-2在根部的相对表达量下降；NtNKT-1、NtNKT2在茎中的相对表达量下降；NtKAT在茎中的相对表达量上升；NtHAK5.NtKAT、NtKCO1、NtKC1、NtTORK1、NtSKOR在叶中的相对表达量上升。
【作者】杨玉玲；
【导师】张建奎；
【作者基本信息】西南大学，作物遗传育种，2014，硕士
【关键词】烟草；钾效率；基因型；筛选；生理机制；K~+通道；

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