浙贝母碳同化物代谢响应植株钾浓度的生理机制研究

Potassium is a significant element for growth, development, yield and quality of Zhebeimu (Fritillaria thunbergii Miq.). More than 90% carbohudrate from biomass of Zhebeimu plant is provided by the functional leaf. Moreover, source capability of functional leaf is not only relating to its photosynthesis ability, but also relating to carbohydrate restore and recall ability. Therefore, under the background of available potassium deficiency in soil and potash resource shortage, this research will focus on the carbohydrate transportation relating to the carbon assimilation metabolism and its difference in two cultivars with different agronomic characters. The changes of the enzymes’ isoforms and the express characters of the genes encoding the enzymes and the relationship with potassium concentration in Zhebeimu will be analyzed in detail. Thus, this research will elucidate the physiological mechanism of carbon assimilation metabolism in responding to low potassium stress, and the findings would be helped to develop effective techniques to alleviate low potassium and confirm potassium fertility rates and methods.

浙贝母在生长发育过程中需大量钾素，钾对其产量品质的影响显著。90%以上浙贝母生物产量所需的碳来自光合作用，浙贝母功能叶的光合能力与对储存物质再利用能力反映了其“源”能力。因此，本研究在我国土壤速效钾降低及钾矿资源不足的背景下，从浙贝母“光合产物运转—碳同化物代谢”的关系出发，以农艺性状差异明显的浙贝母品种为材料，通过浙贝母碳同化物代谢相关物质及其酶活性变化与植株钾浓度的相关关系，筛选对钾素亏缺响应敏感的关键物质与代谢关键酶，并分析其编码基因表达和同工酶谱变化，从“物质—酶活—蛋白—基因”4个水平系统揭示浙贝母碳同化物响应钾素亏缺差异形成的生理与分子机制，为生产上探索低钾条件下提高浙贝母产量的生理调控途径和适宜的施钾量与施钾方式提供理论依据。

浙贝母在生长发育过程中需大量钾素，钾对其产量品质的影响显著。90%以上浙贝母生物产量所需的碳来自光合作用，浙贝母功能叶的光合能力与对储存物质再利用能力反映了其“源”能力。因此，本研究在我国土壤速效钾降低及钾矿资源不足的背景下，从浙贝母“光合产物运转—碳同化物代谢”的关系出发，以农艺性状差异明显的浙贝母品种为材料，通过浙贝母碳同化物代谢相关物质及其酶活性变化与植株钾浓度的相关关系，筛选对钾素亏缺响应敏感的关键物质与代谢关键酶，并分析其编码基因表达变化，揭示浙贝母碳同化物响应钾素亏缺差异形成的生理与分子机制，为生产上探索低钾条件下提高浙贝母产量的生理调控途径和适宜的施钾量与施钾方式提供理论依据。. 在本研究试验田肥料情况下，施钾可以显著提高土壤钾素含量，植株钾含量与土壤钾含量呈显著正相关，80kg K2O hm-2钾肥利用率最高，产量及药用有效成分优于其他处理。施钾提高植株总生物量的同时，增加鳞茎生物量/植株总生物量，浙贝2号（宽叶贝母）比浙贝1号（狭叶贝母）对钾素敏感。施钾可以显著提高浙贝母叶片叶面积、SPAD、净光合速率等光合性能参数，在最适的钾素浓度下，在浙贝母生长前期叶片光合作用强，可溶性糖、蔗糖、淀粉作为光合产物在叶片大量累积，但到后期叶片作为源器官淀粉酶、磷酸蔗糖合成酶、蔗糖合成酶活性上升将碳代谢物分解成蔗糖运输到鳞茎等库器官，而适宜的钾素能够提高蔗糖转化率，有利于植物生物量的累积。通过转录组测序，果糖-1,6 二磷酸酶与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶基因表达量显著增加，促进相关酶的合成，进而提高蔗糖的合成，促进糖类的运输与转化，由此解释了钾素影响浙贝母碳同物合成的生理与分子机制。. 本研究结果为探索不同钾素肥力条件下，浙贝母产量的生理调控途径及适宜的施钾量与施钾方式提供理论依据。