鉀對(duì)作物抗旱生理功能影響研究概況

吳建光

烏蘭察布市集寧區(qū)種子管理站

鉀對(duì)作物抗旱生理功能影響研究概況

吳建光

烏蘭察布市集寧區(qū)種子管理站

在世界人日急劇增長(zhǎng)、全球?qū)Z食作物提出更高要求的今天了，植物生理學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)等學(xué)科對(duì)礦質(zhì)元素的研究倍加重視。水分脅迫下鉀素營(yíng)養(yǎng)研究倍受人們重視，目前對(duì)鉀與作物水分關(guān)系主要有以下幾方面的研究。

鉀作物生理功能研究

鉀素在干旱地區(qū)是作物需求量大而旱地土壤往往缺乏的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，也通常是作物生產(chǎn)中的限制因子。近來的研究表明，鉀素除作物植物必須的大量元素之一直接營(yíng)養(yǎng)植物外，又對(duì)植物抗旱性的提高有一定的作用，鉀的供應(yīng)對(duì)旱地作物水分利用效率和產(chǎn)量都有不同程度的影響。

一、鉀對(duì)作物水分利用率的影響

在對(duì)不同土壤水分條件下鉀肥對(duì)小麥的生理效應(yīng)及其對(duì)抗旱性影響的研究表明，干旱土壤中施鉀均促進(jìn)植株對(duì)氮磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，降低葉水勢(shì)，提高葉片持水能力，施鉀植株的水分利用率比不施鉀植株的水分利用率分別提高45.3%和58.6%。另有研究表明在對(duì)鉀對(duì)玉米生長(zhǎng)及抗旱性的影響中表明，鉀肥促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)，減輕了水分脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)的抑制。黃滿鳳等［1］對(duì)水分脅迫下鉀對(duì)玉米水分利用率的研究表明，水分脅迫下施用鉀肥對(duì)干物質(zhì)量無顯著影響，卻明顯降低了水分消耗，提高了水分利用效率。干旱條件下施鉀可提高作物葉片水勢(shì)在冬小麥、高粱、大麥、玉米、大豆、花生、疲菜等作物上也得到證實(shí)。研究者的不同試驗(yàn)結(jié)果可能因?yàn)樽魑锊牧?、所用作物材料生育期、土壤中有效含鉀量、土壤虧缺程度、測(cè)定時(shí)期等條件不同，保水能力也不同。與品種、施鉀量和土壤類型有關(guān)。

二、鉀對(duì)氮代謝的影響

鉀可顯著提高硝酸還原酶活性和作物對(duì)硝態(tài)氮的吸收、輸送和還原，并促其很快轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)，因?yàn)殁泤⑴c蛋白質(zhì)的每一個(gè)合成過程。鉀可以促進(jìn)豆科作物結(jié)瘤和固氮作用，提高鉀的供應(yīng)水平可增加結(jié)瘤數(shù)根重并顯著地增加固氮量，并且其原因可能是鉀提高碳水化物的合成速率和向根部的輸送速率從而為固氮作用提供了充足能量，以及形成氨基酸所需碳架。鉀主要通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)諸如脯氨酸、可溶性糖，尤其是脯氨酸和甜菜堿來提高作物滲透調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)抗旱性。研究表明，高粱苗期虧缺水分時(shí)，鉀對(duì)脯氨酸的累積有明顯促進(jìn)作用。曹敏建等［2］試驗(yàn)結(jié)果顯示，玉米灌裝期土壤水分虧缺時(shí)，適當(dāng)施鉀，有利于脯氨酸累積量。綜上可知，提高硝酸還原酶活性，增加脯氨酸和甜菜堿含量可能是鉀增強(qiáng)作物抗旱性的重要機(jī)理之一。脯氨酸大量積累在作物抗旱中有一定意義，首先脯氨酸參與滲透調(diào)節(jié)，其次脯氨酸可對(duì)在水分脅迫期間產(chǎn)生的氨起解毒作用，同時(shí)復(fù)水后脯氨酸可以作為氮源被植物直接利用。再次脯氨酸具有親水性仍能保持生物大分子的水合作用，防止脫水引起的變性作用。

三、鉀對(duì)光合特性的影響

鉀不是植物的結(jié)構(gòu)成分，但它在植物的光合代謝中卻發(fā)揮著不可替代的重要作用，可能與鉀促進(jìn)葉綠素的合成和穩(wěn)定有關(guān)，因?yàn)槿~綠體鉀離子是保持葉綠體光合作用的重要細(xì)胞器正常結(jié)構(gòu)所必需的，缺鉀時(shí)基粒松散，基粒和葉綠體的輪廓不清，葉綠體的基粒較少，使葉綠素的光化學(xué)活力受到影響，降低甚至破壞光合電子傳遞，導(dǎo)致光合效率降低，致使細(xì)胞中活性氧含量增加。適合的施鉀量能提高植物的光合作用，在一定施鉀量范圍內(nèi)，隨著施鉀量的提高植物葉片的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率也隨著提高。于振文等人的研究也表明施鉀可增加冬小麥不同發(fā)育時(shí)期的群體光合速率；黃滿風(fēng)等的盆栽試驗(yàn)顯示，隨施鉀量增加，蒸騰系數(shù)下降；曹敏建等的試驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤虧缺水分時(shí)，隨著施鉀量增加，玉米氣孔阻力呈曲線式上升，而蒸騰強(qiáng)度呈直線下降。減少蒸騰作用的效果十分明顯；鄭炳松等的研究表明，鉀可以提高植株的電子傳遞活性，使葉片所吸收的光能較充分地用于光合作用；葉協(xié)鋒等的研究表明鉀還可以提高根系A(chǔ)TP酶活性［3］。過高或過低的供鉀水平將導(dǎo)致植株的電了傳遞活性、原初光能轉(zhuǎn)化效率和潛在活性的下降。

四、紳對(duì)抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)和質(zhì)膜過氧化的影響

鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量元素之一，它對(duì)植物有多種生理功能，其中一個(gè)重要的功能即是鉀對(duì)酶系統(tǒng)和對(duì)生物膜的作用。許多研究顯示，植物在逆境條件下往往具有較高的保護(hù)酶系統(tǒng)，因此鉀對(duì)作物抗氧化酶系統(tǒng)以及膜質(zhì)過氧化的生理效果常作為提高作物抗旱性的重要生理指標(biāo)。許多研究表明［3］：干旱脅迫下施鉀使煙葉的膜脂過氧化作用減輕，兩二醛生成量降低，有效地減緩了干旱時(shí)煙葉細(xì)胞膜的損傷程度，使煙草的抗旱能力也明顯得到提高；增施鉀肥能明顯提高超氧化物歧化酶活性，增強(qiáng)小麥的抗衰老能力；在低鉀脅迫下，超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶的活性均有不同程度的升高；干旱缺鉀條件下，植物細(xì)胞質(zhì)膜過氧化作用加強(qiáng)，導(dǎo)致膜損傷，質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物丙二酸含量增加，與正常鉀水平相比，含量增加34.9%；而在一定的范圍內(nèi)增加施鉀量可降低植物葉片丙二酸含量，提高過氧化氧酶活性、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性，但超過施鉀量后，植物的丙二酸含量呈上升趨勢(shì)，氧化氧酶活性、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性有所下降。

五、鉀對(duì)滲透調(diào)節(jié)能力的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物忍耐和抵御干旱逆境的一種適應(yīng)反應(yīng)，是一重要的抗旱生理機(jī)制，鉀是參與作物細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)，維持滲透壓的最主要離子之一。不同研究表明［3］：嚴(yán)重干旱脅迫條件下，鉀素能夠明顯促進(jìn)煙草植株對(duì)鉀的吸收，促進(jìn)鉀離子在細(xì)胞內(nèi)的積累，使細(xì)胞膨壓升高，耐脫水能力增強(qiáng)，提高作物的滲透調(diào)節(jié)能力；在適度范圍內(nèi)，隨著施鉀量的增加和施鉀時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體內(nèi)的還原糖、可溶性糖、淀粉和纖維素含量升高；隨著施鉀量的增加植物體內(nèi)諸如鹿糖合成酶、鹿糖磷酸合成酶、酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶等與糖合成有關(guān)酶活性及還原糖轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄蕴堑哪芰χ饾u增強(qiáng)。有關(guān)施鉀對(duì)植物葉片的可溶性蛋白含量的報(bào)道較多，但結(jié)論并不統(tǒng)一。這些不同的研究結(jié)果可能是由于不同植物材料的主導(dǎo)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)不同，或是其他調(diào)節(jié)機(jī)制不同所致。

六、結(jié)語

在水分虧缺的干旱、半干旱地區(qū)旱農(nóng)地區(qū)，確定鉀元素的生理功能及抗旱效果更有實(shí)際意義。因此，論從農(nóng)業(yè)發(fā)展還是理論研究發(fā)展來說，研究作物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)及機(jī)制及采取行之有效的方法提高植物的抗旱性有非常重要的意義。

［1］黃滿鳳，周家秋，楊志福等.水分脅迫下鉀對(duì)玉米水分利用效率的影響［J］.現(xiàn)代土壤科學(xué)研究，北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1994.

［2］曹敏建，張雨林，佟占昌.鉀肥對(duì)玉米抗旱性生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響［J］.作物雜志，1994，（4）.

［3］焦志麗.馬鈴薯干旱危害及提高抗旱性的研究［D］.東北林業(yè)大學(xué)，2012，6.