土壤低钾胁迫下玉米根系的衰老机理研究

研究低钾胁迫对作物的影响对解决我国土壤速效钾素缺乏而钾矿资源不足、进口钾肥昂贵增加种植成本问题具有重要意义。本项研究以玉米为研究对象，采用大田种植和盆栽培养方式，深入研究土壤低钾胁迫条件下，玉米根系外观形态的变化；玉米根系吸收能力、渗透调节、内源激素、核酸降解和活性氧伤害等五个方面对其衰老影响的贡献程度及其内在联系。明确玉米根系对土壤低钾胁迫的衰老机制及其响应机理，有助于揭示农作物根系生长应对土壤有效钾素日益减低的响应机制，为农业的可持续发展提供科学依据。而且本研究着重于作物根系衰老研究，对完善低钾胁迫对作物生长发育的影响及作物的响应机理具有重要意义。

东北是中国玉米的主产区。近年来，土壤缺乏或相对缺乏钾素已经成为玉米生产的重要限制因素，缺钾（有效钾含量小于50mg/kg）耕地占60%，施用的钾肥仅为玉米需钾量的30%-52%，严重影响玉米的产量和品质。土壤速效钾素缺乏是引起玉米植株早衰的原因之一。本研究以耐性差异玉米自交系为研究对象，采用大田种植和盆栽、池栽培养方式，研究了土壤低钾胁迫条件下玉米根系生长发育情况，以及玉米根系吸收能力、渗透调节、内源激素、核酸降解和活性氧伤害等五个方面对其衰老影响的贡献程度及其内在联系，明确了土壤低钾胁迫下玉米根系形态性状的可适性变化和玉米根系衰老的机理。研究结果表明，耐低钾玉米自交系对低钾胁迫的响应主要表现在根系的纵向分布较好，总根长的增加源于二级根显著增加，能通过增大根系表面积来增加根系对水和养分的吸收。在生育末期其根系萎缩速度慢于低钾敏感自交系，根系伤流量和伤流速率、根系还原力均保持在较高水平，解剖结构保持良好状态。耐低钾玉米自交系可以较好的清除自由基以保证植物代谢的正常进行。低钾胁迫促进核酸的降解是导致根系衰老的根本原因。究其根源，核酸的降解与内源激素关系极为密切，表现在ABA产生增加气孔阻力，加速叶片中RNA和蛋白质的分解，进而导致叶绿体破坏，同时抑制RNA转录不能进行，进而抑制蛋白质的合成。研究结果有助于揭示农作物根系生长应对土壤有效钾素日益减低的响应机制，同时，对解决我国土壤速效钾素缺乏而钾矿资源不足、进口钾肥昂贵增加种植成本问题具有一定意义，为农业的可持续发展提供科学依据。发表论文7篇，其中SCI收录论文1篇，国外学术期刊2篇，中文核心期刊2篇，会议论文2篇。培养博士1名，培养硕士4名。完成了本项目计划书中的研究目标要求，取得了预期的研究成果。