棉花地上部反馈调节根系吸钾能力的信号物质研究

以耐低钾（辽棉17）和不耐低钾（中棉所41）棉花品种为材料，在控制条件下进行营养液培养和固体介质培养，首先进行嫁接试验和分根试验，明确来自地上部调节根系钾吸收的反馈信号是否存在；其次以辽棉17和中棉所41的互相嫁接材料及转拟南芥K+通道基因AtAKT1的中棉所35为主，在根系形态水平、生理学水平（K+吸收动力学参数、86Rb+同位素标记）和分子水平上（转基因中棉所35根系中外源AtAKT1基因的表达、棉花根系中AtAKT1和AtHAK5同源基因的表达）研究根系吸钾能力在钾胁迫发生时的短期和长期变化，同时在茎基部收集韧皮部汁液并分析其中K+、生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸等植物激素/生长物质、蔗糖、葡萄糖和果糖等糖类物质的含量变化。将根系的吸钾能力与韧皮部汁液中的各成分进行相关分析，初步确定反馈信号，然后通过在根部和地上部外源施用这些物质确定棉花地上部反馈调节根系吸钾能力的信号。

以耐低钾（辽棉 17）和不耐低钾（中棉所41）棉花品种为材料，在控制条件下进行营养液培养，首先进行嫁接试验，通过各部位生物量、钾含量、钾积累量及K+吸收动力学参数等测定，表明地上部是调控根系钾吸收的关键部位；再采用单接穗双砧木自身嫁接构建分根系统，表明缺钾一侧根系向地上部传递了某种信号物质使植株感应到缺钾，导致正常一侧根系产生缺钾反应。环割处理缺钾一侧的根系，不影响正常供钾一侧根系的吸收速率，然而环割的缺钾侧根系的吸收速率较未环割对照显著上调，说明根系钾吸收受到地上部反馈信号（通过韧皮部运输）的调节；进而在形态水平、生理水平上研究根系的吸K+能力，克隆棉花中K+高亲和运输载体GhKT2和K+通道GhAKT1基因，在分子水平上研究棉花K+吸收的可行性，同时在茎基部收集韧皮部汁液并分析其中K+、细胞分裂素、脱落酸的流量变化，将根系的吸钾能力与韧皮部汁液中的各成分进行相关分析，表明韧皮部汁液中钾流量、ZR流量分别与Imax呈正相关关系，ABA流量与Imax呈负相关关系，初步确定反馈信号。通过在地上部外源施加潜在的反馈信号物质，对叶面喷施0.3 mol L-1 K2SO4能有效提高棉花叶片中的钾含量，使地上部钾积累量提高。喷施0.1 mmol L-1的ABA，地上部和根系的干物质积累量明显提高，但降低了棉花叶片中的钾含量。喷施0.1 mmol L-1的CTK可以促进地上部和根系干物质积累量，同时各部位叶片中钾含量也有所提高，地上部的钾积累量有增加趋势，根系中钾积累量变化不大。初步确定棉花地上部反馈调节根系吸钾能力的信号物质。