枳、枳橙和甜橙實生苗的鉀利用效率比較

孔佑涵 苑平 李先信 李衛(wèi)東 吳娟娟

摘 要 對枳、枳橙和甜橙的鉀利用效率進行比較，將枳、枳橙和甜橙實生苗置于不同鉀濃度條件下生長，檢測不同時間植株的生物量和鉀含量。結果顯示：無論在高鉀（20 mmol/L K+）還是低鉀（100 μmol/L K+）條件下，枳橙根部干重都顯著高于枳，枳橙根部鉀含量亦顯著高于枳。在高鉀條件下，枳橙和冰糖橙根部干重無顯著性差異，但枳橙根部鉀含量顯著高于冰糖橙；無論在高鉀還是低鉀條件下，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重均沒有顯著性差異，冠部鉀含量表現(xiàn)為冰糖橙>枳橙>枳。從植株鉀利用效率而言，枳橙作為砧木應優(yōu)于枳；枳橙作為枳與甜橙的雜種，在根部鉀利用效率上亦高于甜橙。

關鍵詞 鉀利用效率；柑橘砧木；枳；枳橙；甜橙

中圖分類號 S666.4 文獻標識碼 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

鉀離子能影響作物的抗病蟲、抗旱和產品品質等農藝性狀[1]。當生長環(huán)境缺鉀時，柑橘植物生長受抑、果實產量與品質下降[2-3]。中國大部分耕地缺鉀，同時每收獲一噸柑橘還要從土壤中帶走1.86～3.38 kg鉀[4]；因此，在柑橘栽培生產過程中須保證鉀肥的供應。增施鉀肥在一定程度上能提高柑橘果實維生素C和可溶性固形物含量[5-7]、增強果皮抗破裂能力[8]。中國鉀礦資源匱乏，所消耗鉀肥的90%依靠進口[9]。提高作物對土壤中鉀元素的利用效率，可作為解決農業(yè)生產中鉀肥供應缺乏和節(jié)約生產成本的途經之一。

不同種類（品種）植物的鉀營養(yǎng)效率存在差異，如向日葵、黃瓜、大麥和小麥等植物之間的鉀吸收速率相差2～5倍[10]；李學柱等[11]發(fā)現(xiàn)柑橘枳砧對紫色土壤中鉀離子的吸收能力要強于紅橘和香橙；莊伊美等[12]發(fā)現(xiàn)枳砧對赤紅壤的鉀離子吸收能力要強于椪柑砧和福橘砧；而以尤力克檸檬為接穗來比較枳柚、枳橙、枳、紅橘和香橙等砧木對紫色土壤鉀離子吸收能力發(fā)現(xiàn)，卡里佐枳橙砧和香橙砧的檸檬葉片鉀離子年吸收積累能力最強，而枳砧最弱[13]；這些研究結果表明，不同柑橘砧木間鉀吸收能力存在差異。柑橘砧木鉀利用能力檢測結果存在不同，可能源于柑橘砧穗組合對植株營養(yǎng)水平造成的影響[14]，同時土壤中有效礦質元素難于定量和控制及存在復雜的離子拮抗干擾也會對檢測結果產生影響。

枳是中國目前應用最多、最廣的柑橘砧木，枳橙是枳與甜橙的雜種至今也成為中國重要的柑橘砧木之一[15]。本研究擬利用有效礦質元素成分明確的培養(yǎng)基進行枳、枳橙和甜橙的鉀營養(yǎng)效率比較分析，以期為進一步柑橘鉀營養(yǎng)高效砧木篩選及育種工作提供思路。

1 材料與方法

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）為實驗材料；在10～11月采摘成熟果實，收取種子并用自來水漂洗；漂洗干凈的種子用1%的NaClO浸泡10 min，于超凈工作臺中用無菌水漂凈殘存的NaClO，并將種子置于無菌濾紙上風干至外種皮無水痕（中間翻動若干次）；用無菌容器盛裝風干后的種子于4 ℃環(huán)境保存，在12個月內種子可隨用隨取。

1.2 方法

1.2.1 種子播種前處理 將枳、枳橙和冰糖橙種子在超凈工作臺中剝去外種皮，用1%的NaClO消毒10 min，于超凈工作臺中棄掉NaClO液體，用無菌水漂洗3次后4 ℃放置過夜。播種培養(yǎng)基前，用尖頭鑷子在超凈工作臺中剝去種子內種皮，在無菌濾紙上用鑷子將種子的所有種胚分離，再將分離的胚均勻布于培養(yǎng)基上生長。

1.2.2 培養(yǎng)基配置和植株生長條件 培養(yǎng)基為MS鹽培養(yǎng)基和低鉀培養(yǎng)基。低鉀培養(yǎng)基是在MS鹽培養(yǎng)基大量元素上調整配制而成。MS鹽培養(yǎng)基（含K+為20 mmol/L）和低鉀培養(yǎng)基（含K+為100 μmol/L）成分如表1。

播種時每瓶MS鹽培養(yǎng)基中布10個種子胚；取MS培養(yǎng)基上胚萌發(fā)生長10 d且大小一致的幼苗，移至MS培養(yǎng)基或低鉀培養(yǎng)基上（每瓶3棵植株），培養(yǎng)至7 d和14 d分根冠收取實驗材料（每樣品2棵植株）。自種子播種培養(yǎng)基到實驗取材，培養(yǎng)瓶均放置在光照培養(yǎng)箱中。植株生長條件均為：溫度26 ℃，光周期12 h光照/12 h黑暗，光強40 mol/（m2·s）。培養(yǎng)瓶直徑6 cm、高9 cm，每瓶灌注50 mL MS鹽培養(yǎng)基或低鉀培養(yǎng)基（均含瓊脂粉8 g/L，pH值為5.75±0.05）凝成固體后使用。

1.2.3 植株干重和鉀含量測定 待測材料用蒸餾水漂洗3次后用吸水紙吸去材料表面水分，在根莖交界處切分成根冠2部分，再分別置于15 mL離心管中，于烘箱中80 ℃烘至恒重后（24 h以上）分別稱量根冠干重。

將稱量出干重的材料置于坩堝中，在馬福爐中灰化；灰化條件為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計（HITACHI Z-5000型）測定溶液中鉀濃度，再根據溶液體積和材料干重質量計算出植株的干重鉀含量。

1.3 數據處理

實驗重復3次，每次實驗設3個平行；利用SigmaPlot 12.5軟件將3次實驗數據進行平均值計算、標準誤差分析和t檢驗；結果為平均值±標準誤差（n=9）；t檢驗時，p<0.05表示為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 不同鉀濃度培養(yǎng)基下柑橘實生苗生長表型

將冰糖橙實生幼苗置于不同鉀濃度的培養(yǎng)基上生長（圖1），在低鉀培養(yǎng)基（100 μmol/L K+）上生長40 d時（圖1-B），相比于MS培養(yǎng)基（20 mmol/L K+）冰糖橙植株表現(xiàn)出冠部小、葉片褪綠等植物鉀營養(yǎng)缺陷生長受抑的表型。冰糖橙實生苗在低鉀培養(yǎng)基上生長40 d時出現(xiàn)低鉀脅迫表型，說明可以設定生長時間取材檢測植株的生物量和鉀含量，通過分析生理指標的變化進行柑橘植物的鉀營養(yǎng)效率比較。

2.2 不同鉀濃度培養(yǎng)基下植株的根冠和根部干重變化

將枳、枳橙和冰糖橙的實生幼苗置于MS培養(yǎng)基和低鉀培養(yǎng)基上生長7 d和14 d后分根冠收集稱量干重。結果顯示，在MS培養(yǎng)基上生長時，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重差異不顯著，但在7 d和14 d時枳橙根部干重明顯高于枳并且差異顯著，冰糖橙根部干重與枳橙和枳差異不顯著；在低鉀培養(yǎng)基上生長時，枳、枳橙和冰糖橙冠部干重亦差異不顯著；低鉀處理7 d和14 d時枳橙根部干重亦均高于枳，并且差異顯著；低鉀7 d時，枳橙根部干重亦高于枳和冰糖橙，但生長到14 d時二者差異不顯著（圖2）。在高鉀（20 mmol/L K+）和低鉀（100 μmol/L K+）條件下，枳和枳橙的冠部干重差異不明顯，但枳橙根部的干重顯著高于枳，說明在不同鉀濃度條件下，枳橙根部生長狀況都要優(yōu)于枳，暗示柑橘砧木枳橙對鉀的利用效率可能比枳強。

2.3 植株在不同鉀濃度培養(yǎng)基上生長時的鉀含量

對枳、枳橙和冰糖橙在MS培養(yǎng)基上生長時的鉀含量進行檢測（圖3），結果顯示，生長7 d和14 d時，枳冠部鉀含量約為20 mg/g，枳橙約為25 mg/g，冰糖橙約為35 mg/g，即冠部鉀含量冰糖橙>枳橙>枳（圖3-A）；枳根部鉀含量約為15～20 mg/g，枳橙約為30 mg/g，冰糖橙約為17 mg/g，即冰糖橙和枳的根部鉀含量差異不大，但均為枳橙的60%左右，枳橙與枳、冰糖橙之間差異顯著（圖3-B）。

由圖3亦可知：相比于MS培養(yǎng)基，在低鉀培養(yǎng)基上生長時枳、枳橙和冰糖橙的根冠鉀含量均有明顯降低；在低鉀培養(yǎng)基上生長7 d時，枳冠部鉀含量約為14.24 mg/g，枳橙約為18.81 mg/g，冰糖橙約為23.46 mg/g，即冠部鉀含量冰糖橙>枳橙>枳，冰糖橙和枳橙與枳之間均差異顯著；在低鉀培養(yǎng)基上生長14 d時，枳和枳橙冠部鉀含量與生長7 d時差異不大，但冰糖橙冠部鉀含量降為17.26 mg/g，冰糖橙與枳之間冠部鉀含量具有顯著性差異；在低鉀培養(yǎng)基上生長7 d和14 d時，枳根部鉀含量均約為枳橙的60%，且差異顯著；在7 d時，枳橙根部鉀含量高于冰糖橙， 且呈顯著性差異，但在14 d時，枳橙和冰糖橙根部鉀含量差別不大。

2.4 在不同鉀濃度培養(yǎng)基上生長時植株體內的鉀分布狀況

根冠的鉀量比值在一定程度上反映了植株體內的鉀分布狀況。枳、枳橙和冰糖橙于MS培養(yǎng)基上生長7 d和14 d時，枳的根冠鉀量比值分別為0.57和0.51，枳橙的根冠鉀量比值分別為1.11和0.84，冰糖橙的根冠鉀量比值分別為0.50和0.38，即植株根冠鉀量比值表現(xiàn)為枳橙高于枳和冰糖橙，且差異均呈顯著水平；在低鉀培養(yǎng)基上生長7 d時，根冠的鉀量比值亦表現(xiàn)為枳橙高于枳和冰糖橙，且差異呈顯著水平；在14 d時，枳、枳橙和冰糖橙的根冠鉀量比值均在0.37～0.66之間，且無顯著性差異（圖4）。這些結果說明，當長時間生長于低鉀條件下，枳、枳橙和冰糖橙實生苗體內的鉀分布狀況沒有明顯差異；在鉀離子供給充分的生長環(huán)境下和在低鉀條件處理初期，枳橙體內的鉀優(yōu)先分配于根部，枳橙和冰糖橙優(yōu)先分配于冠部。

3 討論

在植物根部存在微摩爾水平鉀濃度條件下（≤0.2 mmol/L）起作用的“高親和性鉀吸收系統(tǒng)”和在毫摩爾水平鉀濃度條件下（≥1 mmol/L）起作用的“低親和性鉀吸收系統(tǒng)”的鉀吸收兩階段機制[16-19]。鑒于土壤中有效礦質元素難于定量和控制，本研究利用有效礦質元素成分明確的固體培養(yǎng)基，在設定的低鉀（0.1 mmol/L）培養(yǎng)條件和高鉀（20 mmol/L）培養(yǎng)條件下，比較分析實驗材料間的“高親和性鉀吸收系統(tǒng)”和“低親和性鉀吸收系統(tǒng)”是否存在差異。本研究結果顯示，在高鉀和低鉀條件下生長7 d和14 d時，枳和枳橙冠部的干重差異均不明顯，但枳橙根部的干重均顯著高于枳，說明在不同鉀濃度條件下枳橙根部的生長勢要優(yōu)于枳。結合在高鉀和低鉀條件下生長7 d和14 d時枳橙根冠鉀含量均高于枳的檢測結果，相比于枳，無論在高鉀還是低鉀條件下枳橙根部都能吸收更多的鉀離子，即枳橙根部的低親和性鉀吸收系統(tǒng)效率和高親和性鉀吸收系統(tǒng)效率均強于枳。

在高鉀和低鉀條件下生長7 d和14 d時，各種實驗材料的根冠干重未發(fā)生明顯變化，而低鉀處理時間足夠長時能觀察到植株形態(tài)的變化。推測這可能與取材時間設置較短有關，即在低鉀處理前各種實驗材料均于高鉀培養(yǎng)基上生長，而植物細胞液泡的鉀離子濃度可在10～300 mmol/L之間變化[20]，在本研究取材時期植物細胞內蓄積的鉀離子尚能滿足植株生長的需要，因此生物量檢測未發(fā)現(xiàn)顯著性差異。此外有研究結果顯示，果園中柑橘成年樹葉片含鉀量的最適范圍為0.2%～2.2%[15]。在低鉀和高鉀條件下，本研究檢測到柑橘植物冠部的鉀含量范圍在0.5%～3.5%，在土壤條件下植物根際的鉀濃度通常低于1 mmol/L[21-22]。因此，本研究測算出的鉀含量與這些研究結果具有一致性。

在高鉀條件下枳橙體內的鉀含量明顯高于枳，意味著充分施用鉀肥條件下，枳橙砧木的柑橘植物鉀肥利用率可能較高。在鉀離子供給充分的生長環(huán)境下和在低鉀條件處理初期，在根冠鉀量比值上枳橙最高，枳橙和冰糖橙較低，意味著枳橙體內的鉀離子優(yōu)先分配于根部，而枳橙和冰糖橙優(yōu)先分配于冠部，即枳橙和冰糖橙向地上部轉運的鉀較多。值得注意的是，不同種（品種）植物間的鉀營養(yǎng)效率差異是由遺傳基因控制的。如，Epstein[23]通過化學誘變獲得的番茄鉀低效突變體只有在外界鉀濃度較高 （20 mmol/L）的培養(yǎng)介質中才不會出現(xiàn)缺鉀癥狀；過量表達CIPK23后擬南芥植株表現(xiàn)出耐低鉀脅迫的表型[24]。解析柑橘植物鉀利用相關的功能基因將成為了解枳和枳橙鉀營養(yǎng)效率差異原因的關鍵。隨著柑橘基因組學和生物信息學研究的深入[25-26]，柑橘植物的鉀營養(yǎng)分子機理將逐步被闡釋，這些工作將有助于通過雜交育種和遺傳改良等方法提高柑橘植物的鉀元素利用效率。

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