马铃薯不同钾素利用效率外文翻译资料

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马铃薯不同钾素利用效率

Zhong-Hou Tang,Ai-Jun Zhang,Meng Wei,Xiao-Guang,Chen,Zheng-Hui Liu,Hong-Min Li,Yan-Feng Ding

摘要：钾（K ）是影响植物生长发育的重要矿物元素。本研究的目的是探讨马铃薯品种不同K 利用效率低K 的生理反应（（Ipomoea batatas [L.] Lam .）。对植物生长状况、生理特性、叶片超微结构和光合作用的影响进行了研究。结果表明K 缺乏显著降低了总生物量、根产量、光合效率和叶绿素（Chl）的含量，同时增加叶片蔗糖三个品种的脯氨酸含量。K 不足造成急性损伤叶绿体超微结构与叶片叶绿素生物合成和光合产物的积累有关，同时也扰乱了参与抗氧化的保护酶防御系统。与其他品种相比，在K 缺乏下薯32有较高的根产量和较好的生长性能，这主要是由于它提高了碳水化合物的转化效率和高净光合效率，使高钾和碳水化合物的转化效率和净光合效率更高。这些数据表明，马铃薯品种对K 的缺乏可能由于胚胎干细胞与生长发育过程中的生理应激反应能力。

关键词：抗氧化能力；生物生产力；光合作用；超微结构研究钾（K ）缺乏；马铃薯

引言

由于土壤类型、耕作管理（Rengel and Damon 2008; Zorb et al. 2014），以作物残留物去除使用为来源的生物燃料产业结构等不同原因，造成的钾（K ^）缺乏现象普遍（Romheld and Kirkby 2010）。根据全国土壤普查办公室发表的一份报告（1998），在中国南方，马铃薯的主要产地（(Hijmans et al. 2001），40%的农业用地已经变成了缺K 。以前的研究报告说，K 缺乏是影响植物生长发育的一个关键性的非生物胁迫因子，它最终限制了农作物的生长发育产量及品质，特别是在作物生长初期（Ashraf and Zafar 1997; Pettigrew and Meredith 1997; Yang et al. 2003; Karam et al. 2009; Ebelhar and Varsa 2000）。植物品种在其对K缺乏反应中的不同（Hafsi et al. 2014）。在对K 缺乏的棉花中（Wang et al. (2012a) and Bednarz et al. (1999)）观察发现硝酸还原酶活性和蛋白质含量，而氨基酸含量增加。（Zhao et al. 2001）报道缺钾棉花蔗糖叶比增加己糖量高得多。三叶，Hoslash;gh-Jensen (2003)观察到K 剥夺诱导的变化，在相对生长的根，结节，和芽，而不是氮/碳吸收率的变化，单位质量或面积的这些器官。在番茄植株中，K 不足导致在早期生产阶段减少光合活性和生长(Pujos and Morard 1997; Behboudian and Anderson 1990)。K 不足，对光合作用产生的负面影响，离子和气孔导度的记录(Zhao et al. 2001; Reddy and Zhao 2005; Deglrsquo;Innocenti et al. 2009; Kanai et al. 2011)。K缺陷也修改了叶绿体的超微结构棉叶（Zhao et al. 2001）。这种K缺乏的影响可由多种代谢产物利用和易位（(Pettigrew 2008; Oosterhuis et al. 2014）。这种差异对K 缺乏的反应也可能存在于马铃薯。

红薯（Ipomoea batatas [L.] Lam）是最重要的根干作物之一，在全球农作物生产中排名第七。它生长在100多个国家，其主要用于食品、动物饲料和工业原料等。作为马铃薯的主要生产国，中国在2011年的马铃薯年产量为7560万吨，占世界总产量的76%（粮农组织2011）。然而，红薯极易受到不良因素的影响，包括缺K 缺乏(Tang et al. 2014),影响生长发育和生理反应（Gajanayake et al. 2014; Heerdena and Laurie 2008）。植物已被证明对K 缺乏的生理反应具有抗性机制的基因型变化（Reddy and Zhao 2005; Wang et al. 2012b）。 George et al. (2002)等报告红薯基因型变化可影响红薯吸收和利用效率的变化。Wang et al. (2015）人发现，马铃薯品种间的基因型和种内变异对根干物质产量和生物量生产率有显著影响。关于K 含量，积累和利用效率的研究表明，马铃薯基因型对低浓度K 的耐受性存在显著差异（Lu et al. 2003; Tang et al. 2014）。在中国的马铃薯生产区，K 和不同土壤类型可能对植物的生存，性能和最终产量造成很大的影响，特别是对那些基因型与效率低下的利用率底下的品种（Tang et al. 2014; Wang et al. 2015）。因此，了解植物生理过程中不同缺K带来的影响可提高马铃薯K 效率和农业生产。

到目前为止，关于马铃薯缺K 的生理和生长响应的文献资料是有限的。因此，本研究将探讨缺K 对植物生长的影响，生理特性、叶片超微结构，和马铃薯品种不同带来的光合作用。

实验材料与方法

试品种与试验设计

从31个马铃薯基因型的不同选择遗传特性的马铃薯品种（(Tang et al. 2014）：徐薯32（短葡萄树，深绿色叶，浅黄色的果肉，和良好的口感），宁紫薯1（紫肉，口感好）、徐薯18（控制品种，白色果肉，在中国广泛栽培）。

砂培试验（SCE，实验1）：为了检查马铃薯缺K 的生理反应在盆栽培养中进行了实验。实验采用随机设计，每处理重复六次，三零六个塑料罐（直径28厘米和30厘米高），每个肥料治疗中充满了20公斤石英砂作为增长衬底。在南部的一排排成排的温室北方向砖，2个小罐每罐5厘米的两侧上有孔底部。在种植前，用过滤过的盆充分饱和水。一周后，肥料被应用到每个壶，包括尿素15 g，10 g Ca（H₂PO₄）_2·H₂O和0.2 L半强度的改性的霍格兰溶液（220 mg L^-1 Na₂SO₄、50 mg L^-1MgSO₄, 20 mg L^-1 FeSO₄, 190 mg L^-1 Na-EDTA, 0.013 mg L^-1 (NH₄)₂MoO₄, 0.5 mg L^-1 KI,4.1 mg L^-1H₃BO₃, 1.1 mg L^-1 MnSO₄, 0.6 mg L^-1 ZnSO₄,0.0016 mg L^-1 CuSO₄, 和0.0016 mg L^-1 CoCl₂)。在K 组盆给予22.8 g K₂O在硫酸钾K（K₂SO₄）的形式；那些在K 缺乏治疗组接受了0克。营养成分应用于盆在移栽后14天（DAT）。三削减种植在每一锅，2周后的健康最强的苗被保留为实验，其他的被删除。

长期定位试验（LFE，实验2）：研究马铃薯的生理反应适度的K 不足之处，一个实验是在一个长期施肥试验。本次施肥试验从1980年开始，不同施肥处理处理32个连续年（徐州，江苏省，中国；117^。29^，E，34^。27^，N）。实验场为黄潮土与沙地。不同领域的K 添加（NPK处理：氮，磷，K 和那些没有K （氮磷的添加）很明显，而且一直保持相对稳定（图1）。2012，化学分析表明，NPK的有10.89 g kg^-1土壤有机质、全氮1.12 g kg^-1，0.89 g kg^-1全磷、速效磷15 mg kg^-1 NP的有11.39 g kg^-1土壤有机质、全氮1.1 g kg^-1，0.74 g·kg^-1全磷、速效磷15.5 mg kg^-1的肥料种类用和季度用量分别为150 kg·hm^-1尿素氮（N）、75 kg·hm^-2过磷酸钙为磷（P）（P₂O₅），和112.5 kg·hm^-2硫酸钾K （K₂O），均作为基肥。每一个情节33.3平方米，六脊85厘米，宽25厘米高度。该地块被种植小麦和红薯，手动翻耕（20厘米深），种植在中—可以在密度约49500株hm^-2。有四处需每处重复。

生物生产力测量，植物K 积累、K 含量和K

每一个品种在生长期后120天收获。顶部的部分是从根部分离的，用清水洗净，并在烘箱中烘干，以确定鲜重和干重。干燥后的样品是地面和H₂SO₄.H₂O₂分析K 含量（mg g^-1 干重积累）和火焰光度法测定。K 积累带来的（每单位生产量K 在整个工厂），计算使用修改George et al. (2002）。

光合参数、叶绿素含量和叶绿体超微结构的测定

从SCE和LFE叶片的光合参数，包括净光合速率（P_n）、气孔导度（g_s）、蒸腾速率（T_r），与叶片内CO2浓度（C_i）是采用LI-6400便携式光合测定系统（(Li-Cor Inc., Lincoln, NE, USA）。所有测量均在上第三的完全扩展的年轻叶片。叶片总叶绿素（Chl）有限内容（Chl含量指标，CCI）估计在使用便携式叶绿素计相同的叶子（CCM-200, Opti-Sciences, Tyngsboro, MA, USA）。

叶片气体交换参数和叶绿素含量的测量后，叶子从SCE共分为两个部分。一部分被保存在-70 ^oC为氧化还原酶活性和脯氨酸的测定蔗糖含量。另一部分为观察叶片叶绿体超微结构用H-600透射电子显微镜（透射电子显微镜，日立，东京，日本）。（Shu et al. (2013)）等所用的程序对组织标本进行制备。这个组织样品先在2.5%戊二醛2 h和1%锇酸固定2 h小时后，用乙醇系列脱水，嵌入环氧树脂618。将标本切成超薄切片并用2%柠檬酸铅和醋酸铀染色，透射电镜观察叶绿体超微结构。

酶活性和脂质过氧化的测定

叶（0.3克）从SCE匀浆后，溶解在EDTA—磷酸盐缓冲液（pH 7.8），离心10 min 12,0009g 4 ^oC，而上清液用于超氧化物歧化酶的测定（SOD; EC1.15.1.1）检测活性及丙二醛（MDA）含量。决定利用斯图尔特和附近的改性方法SOD活性（Stewart and Bewley (1980).）。反应混合液（3毫升）包括50毫米磷酸钾缓冲液（PH值为7.8），20微米的核黄素，100微米–Na2 EDTA，130毫米的蛋氨酸，750微米的硝基四氮唑蓝（NBT），和0.02毫升的酶提取液。30分钟后，白色光照下（72 umol 光子m^-2 s^-1），还原NBT（紫色甲形成记录的分光光度法）在560纳米，并与一个空白含无酶提取物的样品。一个单位（U）SOD活性被定义为大量的酶需要引起50%抑制NBT还原。采用硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）测定MDA含量的改成（Dhindsa et al.(1981).）等的方法1毫升酶提取液反应的初始用2毫升0.6%的TBARS（0.5% 在TBA 20%三氯乙酸里）。孵育后在放在沸水中30分钟，反应混合物中形成的丙二醛测定通过减去光度法测量吸光度从532纳米到600纳米的上清液中的上清液。

过氧化物酶（POD，EC 1.11.1.7）和过氧化氢酶（CAT；EC 1.11.3.6）使用上清液活性测定后得到的样品进行匀浆，溶解在EDTA–磷酸盐缓冲液（pH 7），和12,000times;g 4 ^oC过氧化物酶活性以(Nakano and Asada (1981)）等的方法离心10分钟。反应混合物的吸光度（3毫升：0.1 M EDTA–磷酸盐缓冲液R（pH 7），2毫米的愈创木酚，3毫米过氧化氢、20uL粗酶提取物）测定在470 nm ，3分钟过后测氧化氢酶活性的反应混合

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