Ca對K缺乏下棉花根系生長的影響及與根系K、Ca、Mg、Na含量的關系

胡澤彬+王素芳+張志勇+王清連

摘要：通過水培法，在K缺乏條件下增施Ca，探討Ca對棉花根系生長的恢復作用及與根系K、Ca、Mg和Na含量的關系。與2.5 mmol/L Ca相比，當Ca增加到52.5 mmol/L時，K缺乏條件下（0.05 mmol/L）根系中Ca、K和Na含量均顯著下降，而Mg含量沒有顯著變化;根系長度和表面積可以恢復到和K正常條件下（2.5 mmol/L）的根系總長度和總表面積，不同直徑根系的總長度均被顯著恢復，并且細根（直徑≤0.2 mm）增長幅度為85%，遠大于中根和粗根（直徑﹥0.45 mm）增長幅度（各為28%）。

關鍵詞：棉花;根系;Ca;K

中圖分類號： S562.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0092-02

收稿日期：2014-05-20

基金項目：國家自然科學基金（編號：31271648）;河南省杰出青年基金（編號：114100510008）。

作者簡介：胡澤彬（1990—），男，河南內黃人，碩士研究生，主要從事棉花生理研究。E-mail：987429690@qq.com。

通信作者：張志勇，博士，副教授，主要從事棉花生理研究。E-mail：z_zy123@163.com。

K是植物生長所必需的一種大量元素，K缺乏抑制植物根系的生長和發育[1-3]。但K缺乏抑制不同植物根系生長發育的情況不一樣，在擬南芥上K缺乏抑制了側根長度，而對主根長度和側根密度沒有影響[1-2]，在大豆上抑制了側根長度、主根長度和側根密度[2]，在棉花上抑制了側根和主根長度，但對側根密度沒有影響[4]，這可能與研究時的培養條件、K缺乏程度等有關。Ca是植物正常生長所必需的大量元素之一，是植物生長和發育的關鍵調節元素[5]。Ca在細胞壁伸展、細胞膜穩定及功能方面發揮著十分重要的作用，并且Ca作為第二信使在細胞質的許多生化過程中發揮作用[6]。Ca可以減少Na的吸收，而提高K和Ca的吸收，從而緩解鹽對植物生長的負面作用。因此，當植物面臨鹽脅迫時，Ca是一種十分重要的礦質營養[7]。但是，在K缺乏條件下，增加Ca對棉花根系生長及其K和Na的含量影響尚未見報道。因此，本研究在K缺乏條件下增施Ca，探討該條件下Ca對棉花根系生長的影響及與根系K、Ca、Mg和Na含量的關系。

1 材料與方法

1.1 材料與培養條件

供試材料為國審棉品種百棉1號（河南科技學院培育）。培養室培養條件：光照/黑暗時間為14 h/10 h，光照度為 350 μmol/（m2·s），晝/夜溫度為（30～33） ℃/（23～26） ℃。

挑選飽滿的棉花種子，用9%的雙氧水消毒30 min后，用去離子水將種子沖洗干凈，置于裝有濕潤沙子的盆缽中萌發，上面用塑料薄膜覆蓋，并打少量孔以利通氣，待子葉長出后，揭除薄膜，噴清水保持濕潤，萌發1 d后從盆缽將萌發的幼苗轉移到調整好的營養液中。盛放營養液的容器規格：長×寬×高為20 cm×13 cm×15 cm，容器的外層用鋁箔紙包裹，其上有鉆孔泡沫定植板，棉花幼苗用海綿包莖固定于泡沫板的孔洞中。待移栽后，在水培條件下培養，每天連續通氣。營養液組成為：2.5 mmol/L Ca（NO3）2，1 mmol/L MgSO4，0.5 mmol/L NaH2PO4，0.2 μmol/L CuSO4，1 μmol/L ZnSO4，01 mmol/L EDTAFeNa，0.02 mmol/L H3BO3，5 nmol/L （NH4）6Mo7O24，1 μmol/L MnSO4，以及不同濃度的KCl和CaCl2。K處理設2個水平：0.05、2.5 mmol/L KCl;2個K濃度下，Ca處理設3個水平：2.5、12.5、52.5 mmol/L CaCl2。

1.2 棉花幼苗干質量、根系形態、根系礦質元素含量測定

處理7 d后，選擇大小、長勢基本一致的幼苗，用于棉花幼苗根干質量、根系形態、礦質元素含量的測定。將整株幼苗的根系剪下，分散置于根系掃描盤中，利用根系掃描分析儀透掃，用根系分析軟件（WinRhizo pro 2007）分析其根系總長、表面積、體積等。根據根系直徑，將根系分為細根（直徑≤0.2 mm）、中根（0.2﹤直徑≤0.45 mm）和粗根（直徑>0.45 mm）[3]。掃描后的根系在恒溫烘箱中70 ℃下烘干后稱質量。

將烘干后的棉花幼苗根系樣品放入研缽中研磨，稱取約0.1 g左右研磨后的棉花幼苗根系樣品于樣品瓶中，加入 10 mL 鹽酸加蓋擰緊，浸泡5 h后放置于振蕩器上振蕩（轉速為150 r/min）30 min，過濾提取上清液。采用PE 2280原子吸收分光光度計測定溶液中K、Ca、Mg、Na的含量。

1.3 試驗設計和統計分析

以培養盒為單位，1盒為1個重復。每處理設5次重復，每盆8株。每個處理取樣重復6次。所有數據采用統計軟件SAS 8.0 的SNK多重比較法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同K供應水平下Ca對棉花幼苗根系生長的影響

如表1所示，在低K供應水平下，和對照相比，10 mmol/L CaCl2處理對棉花幼苗根系干物質量以及根系總長度、表面積和體積無顯著影響，50 mmol/L CaCl2處理顯著增加了棉花幼苗根系干物質量以及根系總長度、表面積和體積;在高K供應水平下，和對照相比，10 mmol/L和50 mmol/L CaCl2處理對棉花幼苗根系干物質量以及根系總長度、表面積和體積均無顯著影響。

表1 不同K水平下Ca對棉花幼苗根系干質量、總長度、表面積、總體積的影響

CaCl2

（mmol/L）

0.05 mmol/L KCl 2.5 mmol/L KCl

干質量

（mg） 總長度

（cm） 表面積

（cm2） 體積

（cm3） 干質量

（mg） 總長度

（cm） 表面積

（cm2） 體積

（cm3）

2.5 30.9b 451.5b 49.b 0.43b 40.6a 636.3a 63.7a 0.51a

12.5 27.9b 457.1b 49.b 0.42b 37.6a 679.7a 70.1a 0.58a

52.5 39.2a 660.7a 68.8a 0.57a 38.3a 697.9a 68.1a 0.53a

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。下同。

2.2 不同K供應水平下Ca對棉花幼苗不同直徑根系生長的影響

如表2所示，和對照以及10 mmol/L CaCl2相比，在低K供應水平下，50 mmol/L CaCl2處理顯著促進了細根和中根的根長度和根表面積，顯著促進了粗根長度，而對粗根表面積的增加則不顯著;在高K供應水平下，50 mmol/L CaCl2處理顯著促進了細根長度，而對細根表面積以及中根和粗根的長度及表面積則無顯著影響。

表2 不同K水平下Ca對棉花幼苗不同直徑根系長度和表面積的影響

KCl

（mmol/L） CaCl2

（mmol/L）

長度（cm） 表面積（cm2）

細根 中根 粗根 細根 中根 粗根

0.05 2.5 144.7b 274.3b 32.0b 6.4b 23.3b 8.1a

12.5 146.1b 277.9b 32.6b 6.3b 23.6b 8.2a

52.5 267.7a 351.5a 41.2a 11.4a 30.2a 10.5a

2.5 2.5 311.0b 277.2a 47.7a 12.1a 24.0a 11.5a

12.5 310.8b 317.4a 51.1a 13.0a 28.1a 12.3a

52.5 352.9a 301.2a 43.5a 14.3a 25.2a 11.0a

2.3 不同K供應水平下Ca對棉花幼苗根系中礦質元素K、Ca、 Mg、Na含量的影響

如表3所示，在低K供應水平下，和對照相比，50 mmol/L CaCl2處理顯著降低了根系中K、Na和Ca的含量而對Mg含量無顯著影響;在高K供應水平下，和對照相比，50 mmol/L CaCl2處理顯著增加了根系礦質元素Ca的含量而對Mg、K、Na的含量影響不顯著。

表3 不同K水平下Ca對棉花幼苗根系礦質元素含量的影響

CaCl2

（mmol/L）

0.05 mmol/L KCl 2.5 mmol/L KCl

K（mg/g） Ca（mg/g） Mg（mg/g） Na（mg/g） K（mg/g） Ca（mg/g） Mg（mg/g） Na（mg/g）

2.5 12.9a 87.8a 18.4a 23.2a 50.8a 61.7b 8.4a 4.9a

12.5 9.9b 82.3ab 20.5a 20.4ab 53.1a 62.2b 9.3a 5.1a

52.5 10.3b 73.0b 20.6a 18.8b 51.0a 81.9a 9.4a 4.1a

3 討論

K缺乏對植物根系生長的影響在一定程度上可以因其他因素而得到恢復。K缺乏抑制了棉花側根的發生，但冠菌素可以恢復側根的發生，恢復程度達95%，同時當停止冠菌素處理后12 d時，根系總長度和總表面積顯著增加[4]。K缺乏對根系生長的抑制也可以得到生長素類物質萘乙酸的恢復[4]。K缺乏對大豆根系生長的抑制可以得到低濃度Si和Na元素的緩解，但前者的緩解作用明顯優于后者[2]。本試驗中Ca增加到52.5 mmol/L時，K缺乏條件下的根系長度和表面積可以恢復到和K正常條件下的根系總長度和總表面積（表1）。缺K對棉花不同直徑根系的抑制程度中，以對細根的抑制幅度最大（表2），這和前期研究結果[3]一致。不同直徑根系的總長度均被顯著恢復，并且細根增長幅度為85%，遠大于中根和粗根增長幅度（各為28%）。

Ca和K、Na、Mg在植物吸收方面存在明顯的競爭[7-9]。但是，Ca增加到52.5 mmol/L時，在高K條件下，根系中Ca含量顯著升高，但對K、Na和Mg含量無顯著影響;在低K條件下，根系中Ca、K和Na含量均顯著下降，而對Mg沒有顯著影響。

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