生长素参与低钾调控植物根系吸钾机理的研究

Potassium is an important mineral nutrient element required for plant growth, and it is of significance to improving potassium absorption efficiency for agriculture production. Our previous work has been shown that auxin invovled in absorption and regulation of potassium under different plant topping regulation, but the mechanism of how auxin regulating the absorption of potassium in plant is not clear. Therefore, this controlled hydroponics experiment will be conduted in this project. First, the cumulation and distribution of auxin in plant will be detected by high performance liguid chromatography, and the effects of auxin on root morphology will be observed too. Next we will use isotope tracer technique to detect potassium accumulation and distribution charcteristics of plant and reveal the effects of auxin on the potassium uptake and accumultaion in plants. Then the real-time fluorescence quantitative will be used to detect the expression of potassium channel genes and the effects of auxin on the transcription of potassium transport related proteins will be analysed. At last, the ability of potassium absorption in plants will be determined by patch-clamp technique to detect the inward potassium current of whole cell in root cortex. All these results will clarify the regulation mechanism of auxin involved in potassium absorpion and this work is expected to providing more theoretical reference for plant potassium nutrition efficiency.

钾素是植物生长发育所需的重要矿质营养元素，提高作物钾素吸收效率对农业生产具有重要意义。我们前期已经证实在对植物实施顶端调控措施下，生长素参与了植物对钾素的吸收调控作用，但对生长素如何调控植物钾素的吸收机理并不清楚。因此，项目拟采用水培试验方法，通过高效液相色谱技术检测生长素在植株中的累积分配规律，观测生长素对植物根系构型的影响；利用同位素示踪技术检测植株的钾素累积分配特征，揭示生长素对植株钾素吸收累积的影响；采用实时荧光定量技术检测植株钾离子通道基因的表达水平，分析植株钾离子吸收转运相关蛋白的转录特性；通过膜片钳技术检测根皮层全细胞内向钾电流的大小，判定植物对钾离子吸收能力的强弱；从生理、细胞和分子水平上阐明生长素参与调控模式植物烟草根系吸钾的作用机理，为植物钾素营养效率的研究提供更多的理论依据。

钾素是植物生长发育所需的重要矿质营养元素，提高作物钾素吸收效率对农业生产具有重要意义。生长素主要在植株顶端形成，它对促进植物生长和提高植株对土壤养分的利用率具有重要的作用。前期已经证实在对植物实施顶端调控措施下，生长素参与了植物对钾素的吸收调控作用。本项目以模式植物烟草为实验材料，通过水培实验方法，主要研究了（1）生长素参与不同供钾水平下对植物根系生长发育特征的影响；（2）外源生长素对低钾条件下植株体内生长素分布特征的影响；（3）利用非损伤微测技术检测分析了生长素调控低钾条件下植物根系钾离子流的特性；（4）在转录水平上分析了生长素对植物钾吸收转运关键调控基因的作用；（5）生长素对植株根系及地上部钾素累积分配和钾素吸收动力学参数的影响。研究结果表明：低钾可显著降低根系的各项生长发育指标，如总根长、根尖数、根干重、1、2级侧根数量、根系活力和ATP酶活性等，但可显著增加植株主根尖、侧根尖及叶片内源生长素含量。低钾时植株体内钾素含量和根系的钾吸收动力学参数及关键调控基因表达量显著降低，植株根系表现出显著的钾离子吸收流速。（2）外源生长素则可直接改善根系的生长发育，显著增加植株主根尖和侧根尖内源生长素含量，促进植株根系钾离子吸收流，提高低钾条件下根系6种钾离子关键调控基因的转录表达量，增加植株根系及叶内钾含量和根系Vmax值。此研究阐明了生长素在低钾条件下对植株根系生长和钾素吸收累积的作用，首次在植株根系部位对生长素参与钾素吸收的调控上进行了研究，为生长素在植株根系吸钾机理研究和植物钾素营养高效利用提供了更多的理论依据。