全 文 ：中国生态农业学报 2012年 1月 第 20卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2012, 20(1): 34−39
* 国家自然科学基金项目(40801112)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2-YW-N-002)和国际植物营养研究所基金项目
(IPNI-HB-37)资助
** 通讯作者: 姜存仓(1976—), 男, 博士, 副教授, 主要从事植物营养与施肥研究。E-mail: cotton2000@mail.hzau.edu.cn
夏颖(1983—), 女, 博士, 主要从事植物营养与施肥研究。E-mail: xiayinghappy105@163.com
收稿日期: 2011-02-24 接受日期: 2011-07-12
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00034
嫁接对不同棉花基因型钾效率的影响*
夏 颖1,2 姜存仓1** 王晓丽1 郝艳淑1 陈 防2 鲁剑巍1
(1. 华中农业大学植物营养实验室 武汉 430070; 2. 中国科学院武汉植物园 武汉 430074)
摘 要 采用全生育期土培盆栽试验, 在研究 2 个棉花基因型钾吸收效率和利用效率的基础上, 对未嫁接和
经嫁接的自根苗(接穗和砧木为同一基因型)处理的棉花干物质和钾的积累、分配进行比较。结果表明: 自根苗
植株与未嫁接植株相比, 不同棉花基因型在不同钾水平下干物质和钾的积累及分配不同。高效基因型 103 经
过嫁接后营养器官中的干物质和钾比例增加, 生殖器官中的干物质和钾减少, 产量和钾利用指数下降; 低效
基因型 122 经过嫁接后营养器官中的干物质和钾比例减少, 生殖器官中的干物质和钾增加, 产量和钾利用指
数升高。吸收效率因钾水平而异, 高效基因型 103 嫁接后施钾时吸收效率降低, 缺钾时升高; 而低效基因型
122嫁接后施钾时吸收效率升高, 缺钾时降低。嫁接对不同棉花基因型产生的效应不同, 通过嫁接使不同棉花
基因型物质分配趋于平衡。
关键词 自根苗棉花 未嫁接棉花 钾效率 钾利用指数 收获指数 施钾
中图分类号: S143.3; Q945.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)01-0034-06
Effects of grafting on potassium use efficiency of different cotton genotypes
XIA Ying1,2, JIANG Cun-Cang1, WANG Xiao-Li1, HAO Yan-Shu1, CHEN Fang2, LU Jian-Wei1
(1. Laboratory for Plant Nutrition, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Wuhan Botanical
Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China)
Abstract Although cotton (Gossypium hirsutum L.) is generally much more sensitive to potassium use deficiency (KUE) than most
other crops, potassium (K) requirements of different cotton cultivars vary greatly. They are therefore critical both to identify high
KUE cotton genotypes, and determine the differences in the mechanisms of K use among different cotton genotypes. In recent dec-
ades, the use of grafting to enhance cotton resistance to soil diseases has been extended to increase nutrient use efficiency (NUE). To
that end, two cotton genotypes (a high KUE and yield potential 103 and a low KUE and yield potential 122 genotypes) were carefully
screened from 86 cotton cultivars in the Plant Nutrition Laboratory of Huazhong Agricultural University during 2001—2005. Then a
pot experiment was conducted to determine the differences between the screened genotypes in terms of KUE, yield, assimilation
partitioning, root/shoot ratio, harvest index and K content/partition. Both the ungrafted (103 and 122) and self-grafted (103/103 and
122/122) cotton genotypes were investigated under different K [applied 0.55 g(K2O)·kg−1(soil) and 0 g(K2O)·kg−1(soil)] treatments.
The results showed that grafting had different degrees of effect on dry-matter and K accumulation/distribution and yield of the two
cotton genotypes under different K conditions. Dry-matter and accumulated K contents of vegetative organs were higher in 103/103
than in 103. Conversely, dry-matter and accumulated K contents of reproductive organs were lower in 103/103 than in 103. Further-
more, 103/103 yield and K use index declined relative to 103. Interestingly, all the conditions of the low KUE cotton genotype 122
completely changed after grafting. That was to say that dry-matter and accumulated K contents of vegetative organs were lower in
122/122 than in 122. However, dry-matter and accumulated K contents of reproductive organs were higher in 122/122 than in 122. K
uptake efficiency varied with K application level. While K uptake efficiency was lower in 103/103 than in 103 under applied K
treatment, the reverse was true under 0 g(K2O)·kg−1(soil) treatment. On the contrary, K uptake efficiency was higher in 122/122 than
in 122 under 0.55 g(K2O)·kg−1(soil) treatment while the reverse was true under 0 g(K2O)·kg−1(soil) treatment. It suggested that graft-
ing differently influenced different cotton genotypes, with a more balanced dry-matter distribution in grafted cotton genotypes. The
第 1期 夏 颖等: 嫁接对不同棉花基因型钾效率的影响 35
results laid the theoretical basis for further insight into K uptake and use efficiency by different cotton genotypes.
Key words Self-grafted cotton, Ungrafted cotton, Potassium use efficiency, Potassium use index, Harvest index, Potassium
application
(Received Feb. 24, 2011; accepted Jul. 12, 2011)
我国棉区中, 黄河流域区交换性钾<100 mg·kg−1
的土壤占耕地面积的 25%~50%, 而长江流域区则占
50%以上, 有些区域甚至超过 75%[1]。中国钾肥消费
逐年增加, 进口依赖度达 70%, 近几年国际钾肥价
格增长较快, 加剧了我国钾肥资源的短缺[2]。近年来,
筛选培育和利用作物钾营养高效基因型以挖掘土壤
钾素潜力的研究越来越受到关注[3]。深入研究不同
作物基因型对钾营养的吸收与转运机制, 挖掘优良
种质资源 , 以生物资源替代不可更新的矿产资源 ,
对提高土壤养分利用效率, 确保农业高效、持续、
健康发展具有重要意义。嫁接是一门古老而又新兴
的技术 [4], 利用嫁接可把植物地上部和地下部分开
比较, 进而分析吸收效率和利用效率的差异, 其在
作物繁殖及改良中有重要作用, 嫁接理论与技术的
研究正日益受到重视。国内有关棉花嫁接苗技术的
研究比较多, 形成了较成熟的方法[5−8]。在瓜果、蔬
菜上主要利用嫁接技术进行无性繁殖、克服连茬障
碍 [9]等, 利用砧木和接穗的优良特性或通过两者的
相互影响, 形成比原品种性状更加优良的植株, 以
增强抗病性[10−12]、耐盐性[13]、耐重金属毒害[14]、提
高产量和品质, 一些学者最近用嫁接技术开展作物
对养分的吸收及其机理研究[15−17]。利用嫁接技术对
钾高效棉花基因型的吸收和利用效率差异的机制研
究还很少。姜存仓等[18−19]从陆地棉不同系谱中收集
86 个基因型, 经“两步筛选法”, 获得了钾高效高增
产潜力基因型 103 和钾低效低增产潜力基因型 122,
为棉花与钾效率研究提供了良好的试验材料。本试
验在前期研究(103 和 122)钾吸收和利用效率的基础
上, 对这 2 个基因型在不同钾水平下进行嫁接, 分
析了自根苗与未嫁接植株全生育期的干物质和钾素
积累与分配的差异, 为进一步研究其吸收和利用机
制奠定基础。
1 材料和方法
1.1 试验地点及土壤理化性质
试验于 2009年在华中农业大学盆栽场进行。土壤
采自于湖北省蕲春县, 为花岗片麻岩发育而成的水稻
土, 其基本性质为: pH 5.84, 有机质含量 23.38 g·kg−1,
碱解氮 87.5 mg·kg−1, 速效钾 68.8 mg·kg−1, 全钾 15.07
g·kg−1, 速效磷 8.58 mg·kg−1, 全磷 0.39 g·kg−1。
1.2 试验材料
供试材料为华中农业大学植物营养实验室在
2001—2005 年间通过“两步筛选法”(苗期和全生育
期)获得的两个棉花品种 , 分别是钾“双高”(钾高效
和高增产潜力)基因型 103 和钾“双低”(钾低效和低
增产潜力)基因型 122。种子由中国农业科学院棉花
研究所和华中农业大学作物遗传育种研究所提供。
1.3 试验方法
试验用桶为塑料桶 , 每桶装土 14 kg, 设施钾
[+K, K2O 0.55 g·kg−1(土)]和不施钾(−K, 对照)2个水
平 , 分别设不嫁接(103、122)、自根苗(接穗 /砧木 :
103/103、122/122)4个处理, 5次重复, 随机排列。
所施肥料为尿素、磷酸氢二钠、氯化钾、碳酸
钙和硫酸镁。施肥方法: 氮磷钾按每千克土施纯 N
0.66 g, P2O5 0.12 g, K2O 0.55 g (限于施钾的处理),
除氮、钾肥外, 所有肥料均作为基肥在播种前一次
施入。每千克土氮肥(N)基施 0.24 g, 现蕾期、花铃
期、坐桃期、吐絮期各施 0.06 g , 整个生长期间共
追 7次肥; 钾肥(K2O)基施 0.43 g, 现蕾期、花铃期、
坐桃期和吐絮期分别追施 0.024 g、0.024 g、0.048 g
和 0.024 g。微量元素按阿农配方(g·L−1)施用: H3BO3
2.86, MnCl2·4H2O 1.81, ZnSO4·7H2O 0.22, Cu-
SO4·5H2O 0.08, H2MoO4·4H2O 0.09。
试验于 2009年 5月 5日进行温水浸种催芽, 5月
7日播种, 每桶播种 5粒, 5月 9日出苗。待棉苗长到
2 叶 1 心时用“合接法”进行嫁接, 参照王彦霞等[6]的
方法并加以改进, 其中 103 自根苗处理的砧木和接
穗均为 103(即 103/103), 122自根苗处理的砧木和接
穗均为 122(即 122/122)。嫁接后每桶罩上薄膜以保
持温、湿度, 每天揭膜放风 2~3次, 每次 15~20 min。
待棉苗长出新的腋芽说明已成活, 缓苗期为 6 d, 成
活率 100%。6月 10日各处理间苗定植, 每桶留 1株。
定期记录植株生长动态, 并及时进行病虫等管理。
10月 16日收获, 各器官(根、茎、叶、铃壳、籽棉)
分开取样, 于 105 ℃下杀青 30 min, 在 70 ℃下烘干,
称重, 研磨后测定各器官中钾的含量, 并计算钾积
累量。
1.4 分析项目及方法
分析棉株各器官的干物重和钾含量, 钾含量用
1 mol·L−1的 HCl浸提, 用火焰光度计法测定。
各指标的计算公式如下:
根/冠(R/S)=植株地下部干重/地上部干重 (1)
收获指数(HI)=籽棉产量/地上部干重 (2)
钾积累量(mg·株−1)=钾含量×干重 (3)
36 中国生态农业学报 2012 第 20卷
钾效率系数(KE)=缺钾时地上部干物重/
施钾时地上部干物重 (4)
钾利用指数(KUI, %)=籽棉产量/
全株钾积累量 (5)
数据用 Microsoft Excel 工具做图表分析, 采用
LSD做统计假设检验。
2 结果与分析
2.1 自根苗和未嫁接棉花各器官干物重的差异
表 1 表明, 不同钾水平下 2 个基因型棉花经过
嫁接后全株及各器官干重差异不同。施钾时全株干
重以 103 未嫁接的植株最高, 与 122 所有植株相比
均达到显著性差异。103 嫁接后全株干重比未嫁接
植株降低 4.2%, 122 嫁接后全株干重比未嫁接植株
增加 3.6%。缺钾时全株干重以 103 自根苗最高, 其
次为 122未嫁接植株和 103未嫁接植株, 122自根苗
植株最低。缺钾时 103 嫁接比未嫁接植株全株干重
增加 11.3%, 而 122植株降低 7.1%, 表明 103在低钾
胁迫条件下有更多的物质积累; 在不同钾水平下嫁
接对不同基因型棉花的干物质积累影响不同, 缺钾
时嫁接有利于 103 的干物质积累, 却降低 122 的干
物质积累。
2 个基因型棉花嫁接后根重均增加, 表明嫁接
刺激了棉花根系的生长, 增强了吸收能力。施钾时,
不论嫁接与否, 122的根重均高于 103。但缺钾时 103
自根苗的根干重最高, 比 122 自根苗高 9.4%, 和全
株干重趋势一致, 说明 103嫁接后更耐低钾胁迫。
无论施钾与否 , 籽棉产量大小为 : 103>103/
103>122/122>122。103 未嫁接在施钾和不施钾时分
别比 122未嫁接产量高 40.4%和 30.5%, 而 103自根
苗分别比 122自根苗高 6.7%和 18.9%。另外, 与 103
未嫁接相比, 103嫁接后产量下降, 施钾和不施钾时
分别降低 20.6%和 7.5%, 而 122嫁接后分别比未嫁
接提高 4.5%和 1.5%, 说明嫁接对高效基因型 103增
产不利, 但能促进低效基因型 122产量增加。
另外, 由表 1 中各器官占全株干重比例可知,
干重以籽棉所占比例最大, 施钾和不施钾时分别为
31.0%和 30.8%, 其次是铃壳和叶片, 茎次之, 根最
低。无论施钾与否, 103嫁接后营养器官(根、茎、叶)
分配比例增加, 生殖器官分配比例(铃壳、籽棉)降低;
122嫁接后营养器官比例降低, 生殖器官比例增加。
在施钾和缺钾情况下, 103嫁接后生殖器官的干重分
别比未嫁接植株降低 18.0%和 5.3%。而 122 嫁接后
施钾时营养器官比未嫁接植株增加 2.4%，缺钾时降
低 8.9%。籽棉分配比例均以未嫁接 103 植株最大,
103 嫁接后籽棉比重降低, 施钾和不施钾时分别比
未嫁接植株降低 6.2%和 6.1%; 122嫁接后籽棉比重
增加, 施钾和不施钾时分别比未嫁接植株增加 0.2%
和 2.5%, 因而嫁接对高效基因型 103 籽棉干重的影
响较大。由此说明, 嫁接促进了高效基因型 103 的
营养生长, 使其在根、茎、叶等营养器官中积累更
多的干物质; 另一方面, 嫁接促进了低效基因型 122
的生殖生长, 铃壳、棉籽中干重比例较大, 有利于提
高棉花产量。因此, 嫁接具有调节棉花营养生长和
生殖生长物质分配平衡的功能。
2.2 自根苗和未嫁接棉花根冠比和收获指数的差异
根冠比(R/S)是指植物地上部与地下部鲜重或干
重的比值, 反映了植物地上部与地下部的相关性。
收获指数(HI)是作物收获时经济产量(籽粒、果实等)
与生物产量之比, 其生理本质反映了作物同化产物
表 1 不同施钾处理下不同棉花基因型自根苗和未嫁接植株各器官干重及占全株干重的比例
Table 1 Dry matter weight of different organs and the ratios to the whole plant of self-grafted and ungrafted plants of different
cotton genotypes under different K application treatments
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf 铃壳 Bell 籽棉 Seed cotton 全株
Whole plant施钾
K application
接穗/砧木
Scion/stock 干重
Dry matter
weight (g)
比例
Ratio
(%)
干重
Dry matter
weight (g)
比例
Ratio
(%)
干重
Dry matter
weight (g)
比例
Ratio
(%)
干重
Dry matter
weight (g)
比例
Ratio
(%)
干重
Dry matter
weight (g)
比例
Ratio
(%)
干重
Dry matter
weight (g)
103 24.3b 9.3 36.1b 13.8 46.8ab 17.9 59.4a 22.8 94.2a 36.1 260.8a
103/103 31.4a 12.6 41.6a 16.6 51.0a 20.4 51.1b 20.4 74.8b 29.9 249.9b
122 35.8a 15.4 43.0a 18.5 43.0b 18.5 43.4c 18.7 67.1b 28.9 232.3c
+K
122/122 35.9a 14.9 45.8a 19.0 43.0b 17.9 45.8bc 19.0 70.1b 29.1 240.6bc
103 17.6b 9.1 31.0b 16.1 32.5b 16.9 42.2a 21.9 69.4a 36.0 192.7b
103/103 25.6a 11.9 37.3a 17.4 45.9a 21.4 41.5a 19.3 64.2ab 29.9 214.5a
122 21.3ab 11.0 34.1ab 17.6 47.7a 24.5 38.0ab 19.6 53.2b 27.4 194.3b
−K
122/122 23.4a 13.0 32.3ab 17.9 38.2ab 21.2 32.6b 18.1 54.0b 29.9 180.5c
+K的施钾量为 0.55 g·kg−1, −K为不施钾。不同小写字母表示不同棉花基因型不同钾水平之间差异达 0.05显著水平, 下同。+K: K ap-
plication rate was 0.55 g·kg−1, −K was no K fertilization. Different small letters in a column mean significant difference among different genotypes and
K application rates at 0.05 level. The same below.
第 1期 夏 颖等: 嫁接对不同棉花基因型钾效率的影响 37
在籽粒和营养器官上的分配比例[20]。收获指数还反
映了作物群体光合同化物转化为经济产品的能力 ,
是评价作物品种产量水平和栽培成效的重要指标。
不同钾水平下各处理的根冠比存在差异 (图
1A)。施钾时 , 各处理根冠比大小顺序为 : 122>
122/122>103/103>103, 122 嫁接后根冠比降低, 103
嫁接后根冠比升高; 缺钾时, 各处理根冠比大小顺
序为: 122/122>103/103>122>103。说明嫁接有利于
103根系生长, 特别是施钾后根冠比增加。
无论施钾与否, 均以 103 收获指数较大(图 1B),
同化产物更多地分配在籽棉、铃壳上, 这是 103 之
所以高效的机制之一。103嫁接后收获指数降低, 而
122嫁接后收获指数升高, 说明嫁接对 103增产不利,
而有利于 122增加产量。
2.3 自根苗和未嫁接棉花各器官钾含量的差异
表 2 显示, 棉花各器官中钾含量随着钾肥的施
用而增加。施钾时, 铃壳和叶片中的钾含量最高, 各
处理平均值分别为 26.3 g·kg−1和 25.3 g·kg−1, 其次是
茎, 各处理平均值为 12.5 g·kg−1, 籽棉和根最低, 各
处理平均值分别为 8.5 g·kg−1和 9.2 g·kg−1; 不施钾时,
铃壳和籽棉钾含量最高, 各处理平均值分别为 15.2
g·kg−1和 7.9 g·kg−1, 根、茎、叶钾含量相当, 各处理
平均值分别为 1.7 g·kg−1、2.2 g·kg−1和 1.9 g·kg−1。对
于自根苗的棉株, 122的植株根、茎、铃壳、籽棉钾
含量较高, 而 103 的植株叶片钾含量较高。由此表
明, 嫁接后使高效基因型 103 棉株的钾素更多地向
叶片转运, 促进光合作用产物的运输, 增加“库”的
储存量, 有利于产量的提高。另外, 嫁接后 103的根
系积累更多的钾, 特别是缺钾时, 103除籽棉外其他
各部分的钾含量均有增加。
2.4 自根苗和未嫁接棉花各器官钾积累量的差异
表 3表明, 施钾时, 103自根苗全株钾积累量最
低, 122 自根苗最高; 缺钾时正好与此相反。2 个基
因型的未嫁接植株相比, 施钾时 103 全株钾积累量
图 1 不同施钾处理下不同棉花基因型自根苗和未嫁接植株根冠比(A)和收获指数(B)
Fig. 1 Root to shoot ratio (A) and harvest index (B) of self-grafted and ungrafted plants of different cotton genotypes under different
K application treatments
表 2 不同施钾处理下不同棉花基因型自根苗和未嫁接植株各器官钾含量
Table 2 K contents in different organs of self-grafted and ungrafted plants of different cotton genotypes under different K
application treatments g·kg−1
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf 铃壳 Bell 籽棉 Seed cotton 接穗/砧木
Scion/stock +K −K +K −K +K −K +K −K +K −K
103 6.3c 1.4b 12.7a 2.0a 26.9a 1.5b 22.6c 13.9c 9.0a 8.4a
103/103 8.8b 1.4b 12.1a 2.2a 25.6ab 2.1ab 22.3c 14.6bc 8.0a 6.6b
122 11.1a 2.1a 12.8a 2.4a 23.2b 2.6a 31.3a 15.5ab 8.0a 8.8a
122/122 10.4a 2.0a 12.3a 2.2a 25.4ab 1.5b 29.1b 16.6a 8.8a 7.6ab
表 3 不同施钾处理下不同棉花基因型自根苗和未嫁接植株全株及各器官钾积累量
Table 3 K accumulation of whole plant and different organs of self-grafted and ungrafted plants of different cotton genotypes
under different K application treatments mg·plant−1
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf 铃壳 Bell 籽棉 Seed cotton 全株 Whole plant 接穗/砧木
Scion/stock +K −K +K −K +K −K +K −K +K −K +K −K
103 166.7d 22.4b 446.6c 59.5b 1 235.7b 37.5b 1 313.8a 570.7b 857.7a 445.2ab 4 020.5a 1 135.3b
103/103 289.8c 40.7a 515.2b 73.5ab 1 374.7a 93.5a 1 139.5b 701.7a 559.0b 452.2ab 3 878.2b 1 361.6a
122 425.7a 43.7a 617.2a 83.4a 1 026.2c 88.7a 1 368.1a 445.1c 564.5b 490.8a 4 001.7a 1 151.7b
122/122 362.2b 52.3a 551.3b 62.1b 1 147.5b 52.1b 1 395.9a 496.6bc 588.2b 384.5b 4 045.1a 1 047.6c
38 中国生态农业学报 2012 第 20卷
高于 122, 缺钾时低于 122; 2个基因型的自根苗植株
相比, 施钾时 122的全株钾积累量高于 103(高 4.3%),
但缺钾时低于 103(低 23.1%)。103 嫁接后全株钾积
累量变异较大, 施钾时比未嫁接植株低 4.1%, 缺钾
时比未嫁接植株增加 19.9%; 122嫁接后全株钾积累
量施钾时比未嫁接植株增加 1.1%, 而缺钾时比未嫁
接植株降低 9.0%。这和全株干重趋势一致, 即 103
本身吸收钾素能力较强, 嫁接后施钾时吸钾能力降
低, 缺钾时吸钾能力增强; 122嫁接后施钾时吸钾能
力增强, 但缺钾时吸钾能力降低。
不同基因型棉株各部分组织中钾积累量不同 ,
钾的分配量大小为: 叶>茎>根。施钾时 122 未嫁接
棉株根中钾积累量最大, 与 103 未嫁接棉株达显著
差异; 缺钾时 122 自根苗棉株根中钾积累量最大。
不同钾处理, 122根中均积累较多的钾, 而向地上部
转运较少, 这可能是其低效的原因之一。
营养器官(根、茎、叶)中钾积累量顺序为: 103/
103>122>122/122>103。在施钾和不施钾时, 103嫁接
后营养器官中积累的钾比未嫁接植株增加 17.9%和
74.0%, 说明 103嫁接后钾较多地贮存在营养器官中,
向生殖器官分配减少; 而 122 嫁接后营养器官中积
累的钾分别比未嫁接降低 0.4%和 22.8%。生殖器官
(铃壳、籽棉)中钾积累量在施钾时大小为: 103>122/
122>122>103/103, 缺钾时为 : 103/103>103>122>
122/122。103 嫁接后生殖器官中钾积累量在施钾时
比未嫁接植株低 21.8%, 缺钾时高 13.6%; 122 嫁接
后施钾时生殖器官中积累的钾量比未嫁接植株增加
2.7%, 缺钾时降低 5.9%。说明 103嫁接后施钾时营
养器官中贮存了较多的钾, 缺钾时向生殖器官中转
运较多; 122嫁接后施钾时向生殖器官中转运较多的
钾, 但缺钾时钾较多地分配到了营养器官中。
2.5 自根苗和未嫁接棉花钾效率和钾利用指数的
差异
由表 4 看出, 不同处理的钾利用指数存在差异,
且施钾后钾利用指数减小。施钾时钾利用指数大小
为: 103>103/103>122/122>122, 缺钾时为: 103>122/
122>103/103>122。施钾和不施钾时, 103嫁接后钾利
用指数分别比未嫁接植株降低 4.1%和 13.9%, 122嫁
接后钾利用指数却升高 0.5%和 5.3%。说明嫁接使低
效基因型 122 钾利用指数提高, 而降低了高效基因
型 103的钾利用指数, 且对 103的影响较大, 这主要
是由于嫁接后影响了营养器官和繁殖器官的分配。
钾效率系数表示植物耐低水溶性钾的能力, 系
数越大, 钾效率越高。钾效率差异的生理机制主要
是吸收和利用效率的不同[21]。表 4所示, 103嫁接后
钾效率系数比未嫁接植株增大 25.0%, 而 122 嫁接
后钾效率系数减小 10.3%。说明嫁接提高了 103 的
钾效率, 其耐低水溶性钾的能力增强, 而对 122 则
相反。嫁接后, 103的变异系数均比 122大, 特别是
缺钾时钾利用指数的变异系数高达 18.3, 说明嫁接
对 103 的影响较大。另外, 缺钾时两基因型的全株
钾积累量和钾利用指数的变异系数均大于施钾时 ,
说明施钾后稳定性较好。并且, 嫁接后两种基因型
钾效率的变异系数差别不大, 但钾利用指数差异较
明显, 用钾利用指数作为评价高效利用的指标或许
更好。
表 4 不同施钾处理下不同棉花基因型自根苗和未嫁接植株全株钾积累量和钾利用指数及钾效率
Table 4 K accumulation, K use index and K efficiency of self-grafted and ungrafted plants of different cotton genotypes under
different K application treatments
全株钾积累量
K accumulation of whole plant (mg·plant−1)
钾利用指数
K use index (%) 接穗/砧木
Scion/stock
+K −K +K −K
钾效率
K efficiency
103 4 020.5 1 135.3 23.4 61.1 0.28
103/103 3 878.2 1 361.6 19.3 47.2 0.35
122 4 001.7 1 151.7 16.8 46.2 0.29
122/122 4 045.1 1 047.6 17.3 51.5 0.26
103, 103/103 2.5 12.8 13.7 18.3 15.3 变异系数
Variation coefficient (%) 122, 122/122 0.8 6.7 2.3 7.7 7.5
3 讨论与结论
3.1 嫁接对不同棉花基因型干物质分配的影响
植物的地上部与地下部所处的环境和功能不同,
在营养物质的供求上相互依赖、相互影响, 嫁接后
地上部和地下部的各种营养物质、水分等相互交流,
形成一个整体。Chiu等[22]通过对木瓜自嫁接和未嫁
接苗的比较得出, 自嫁接后植株变矮, 根冠比增大。
本试验中, 不同基因型在不同钾水平下, 根冠比的
变化不同, 嫁接后, 施钾时根冠比 122降低而 103升
高。无论施钾与否, 103嫁接后钾利用指数减小, 而
122嫁接后钾利用指数增大, 说明嫁接使 103棉株体
内单位钾含量所形成的产量降低, 而使 122 棉株体
内单位钾含量所形成的产量提高。
第 1期 夏 颖等: 嫁接对不同棉花基因型钾效率的影响 39
棉花生产中, 如何平衡调控营养器官和生殖器
官的比例对于其高产有重要意义。营养器官所占比
重小 , 有减产的风险 , 比重过大 , 则与生殖器官竞
争养分及空间而导致减产[23]。本研究中采用的 2 个
基因型, 103为钾高效基因型, 干物质向生殖器官分
配的比重大 , 产量高 , 是其高效的机制之一 , 但嫁
接后钾和干物质向营养器官中分配的比例增大, 生
殖器官的比例降低, 产量也随之降低; 122为钾低效
基因型, 122营养器官比 103长势好, 但生殖器官长
势较差, 干物质向营养器官中分配的比例大, 生殖
器官比例小, 导致产量低。但嫁接后, 干物质和钾向
营养器官中分配的比例降低, 向生殖器官分配的比
例增大, 产量增加, 说明通过嫁接干物质和钾在不
同棉花基因型的营养器官和生殖器官中的分配发生
了改变, 并且不同基因型改变的趋势不一致。
3.2 嫁接对不同棉花基因型吸收效率的影响
本研究中 2 个基因型经过自嫁接后在不同钾水
平下吸收效率的规律不同, 高效基因型经过嫁接后
施钾时吸收效率降低 , 缺钾时升高, 而低效基因型
施钾时吸收效率升高, 缺钾时下降, 这与崔国贤等[24]
报道的不同基因型对低、高钾的适应能力存在较大
差异一致, 也可能是嫁接对不同棉花基因型产生的
作用不同所致。胡家金等[25]认为植物根系对钾的吸
收主要通过高亲和性和低亲和性这两个系统进行 ,
高亲和性吸收系统被认为是植物在低钾条件下的主
要吸收途径, 而低亲和性吸收系统则是植物在高钾
条件下的主要吸收途径, 间接说明了 103 高亲和性
系统的吸收能力强, 122低亲和性系统的吸收能力强,
这为进一步深入研究其吸收机制奠定了理论基础。
致谢 本文承蒙中国农业科学院棉花研究所毛树
春研究员和华中农业大学作物育种研究所聂以春
教授的大力支持、帮助和指导, 特此深表谢意！
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