烟叶钾含量与烤烟品质有着紧密的联系。中国烟叶钾含量偏低,普遍低于国际上优质烟叶钾含量25g/kg的标准,这成为制约中国优质卷烟发展的一个瓶颈。品种、施肥、土壤、气候及栽培管理均影响烟叶含钾量,其中不同烟草品种钾含量存在较大差异,筛选钾高效吸收型烟草品种、并以此为砧木与优质烤烟接穗嫁接,在应对我国烤烟烟叶钾含量普遍偏低这一问题上具有重要的理论价值和现实意义。本文首先在田间条件下通过对25份烟草材料进行钾效率品种筛选,得到钾高效的马里兰烟草品种五峰2号。之后通过水培试验,以筛选出的钾高效利用品种马里兰烟五峰2号和大面积种植的烤烟品种云烟87为材料,研究在低钾胁迫和正常供钾条件下嫁接对钾素吸收利用的影响;利用膜片钳技术,研究不同嫁接处理根系细胞膜上K离子通道的内向电流状况,结合K⁺通道和转运相关基因表达情况明确K⁺在不同处理下的跨膜运输机制;结合X-射线微区分析K⁺在植株根系由表皮到中柱的横向运输状况;通过烤烟下胚轴横截面K⁺流速的测定,探讨不同处理下钾在烤烟地上部和地下部之间的转运及利用情况。通过根分生区K⁺流速和使用K⁺通道和质膜H⁺-ATPase抑制剂后根分生区K⁺流速的测定,分析嫁接技术对烤烟钾的运输与钾饥饿条件下的应对机制产生的影响,以及这种影响与砧木和接穗反馈调节机制之间的关系。最后通过田间试验验证嫁接对烤烟生长、含钾量、品质及工业利用的影响,为今后的生产应用提供科学依据。1.以25份烟草资源为供试材料（2份马里兰烟、3份白肋烟和20份烤烟）,分别在正常供钾（300kg K/hm²）和钾饥饿（30kg K/hm²）条件下布置大田试验开展不同烟草种质资源的钾效率评价,通过各品种的烟叶钾含量、钾利用指数（KUI）、钾利用效率（KUE）以及钾敏感度（KS）表现对其进行了分类。通过聚类分析,筛选出5个钾高效品种,8个钾常效品种和12个钾低效品种。5个钾高效品种分别为五峰2号、达白1号、鄂烟3号、云白2号和五峰1号。其中马里兰烟草品种-五峰2号（W）在高钾和低钾水平下其烟叶含钾量分别为5.13%和3.18%,为各参试品种的最高值,比所有参试品种的平均值高了129.01%和84.8%。2.以上述筛选出来的钾高效品种马里兰五峰2号为砧木、云烟87为接穗（Y/W）进行嫁接,显著提高了烟株的吸钾量和K⁺利用效率,与未嫁接的云烟87自根苗相比,Y/W的整株K⁺吸收量和K⁺利用效率分别提高了89.5%和13.6%。嫁接提高烤烟幼苗钾效率表现的生理机制可以归因于:（1）增强了K⁺吸收潜力、亲合力和养分流入根系的速度,同时最小吸收阀值更低。其中与未嫁接的自根苗（Y）相比,Y/W处理K⁺最大吸收速率(I_max)在正常供钾(5mmol L^-1)和低钾胁迫(0.5mmol L^-1)条件下分别提高了51.08%和71.52%;（2）分别使用CsCl（钾离子通道抑制剂）和Na₃VO₄（质膜H⁺-ATPase抑制剂）对烤烟根系进行预处理,发现低钾胁迫下Y品种烤烟根系K⁺吸收模式主要为依赖于钾转运蛋白的高亲和系统（HATS）,而W品种K⁺吸收模式为高亲和系统（HATS）和低亲和系统（LATS）共同发挥作用。这说明嫁接能够通过改变烤烟根系K⁺吸收模式的方式来应对低钾胁迫;（3）增强了根系K⁺通道内向电流强度;（4）通过观察根系横截面各组织中K⁺分布状况的能谱图,发现不同嫁接组合烤烟根系K⁺横向转运效率的差异与其进入表皮和皮层的能力无关,而与穿过内胚层到中柱薄壁细胞的装载能力有关。正常供钾条件下,Y和W/Y处理中K⁺富集环的出现,说明内胚层细胞中存在K⁺转运屏障,嫁接能够消除该屏障的影响增加K⁺由外根组织向中柱的转运效率;（5）利用非损伤微测技术,明确了不同钾水平下K⁺的在地上部与地下部之间的流速和流向差异,在低钾胁迫下K⁺的相对运输方向是由地下部向地上部运输,正常供钾则相反;（6）钾吸收转运相关基因表达分析结果显示,低钾胁迫条件下NHA1、NVP1、SKOR和AKT2上调表达,这说明了烤烟通过改变能量供应分配和激活地上部K⁺通道的转运效率,降低了低钾胁迫对烤烟生长的抑制作用。3.以五峰2号为砧木嫁接显著提高了云烟87的光合同化力。通过对烤烟长势、光合色素、气体交换参数、叶绿素荧光参数和Rubisco初始活性的研究发现:（1）正常供钾时各处理光合色素含量没有差异,而嫁接显著减少了低钾胁迫下光合色素的降低幅度;（2）缺钾会造成烟叶净光合速率（P_N）、蒸腾速率（E）和气孔导度（g_s）的显著下降,同时胞间CO₂含量（C_i）显著上升,出现气孔限制。通过嫁接这一问题能够得到有效缓解。与未嫁接的自根苗相比,Y/W处理的P_N上升了33.6%;（3）叶绿素荧光分析结果表明缺钾会造成片PSII反应中心的效率降低、开放反应中心占比下降、热耗散增加,而嫁接可以有效地提高低钾胁迫条件下烤烟叶片中PSII的电子转移效率,减少非辐射能量耗散,增强还原力;（4）低钾胁迫可以显著降低各嫁接组合烟叶的Rubisco初始活性,而以W为砧木的嫁接组合不管在何种钾水平下Rubisco初始活性都显著高于以Y为砧木的嫁接组合,这对于烤烟叶片的CO₂固定有着重要意义;（5）在低钾胁迫时的非气孔限制、PSII反应中心效率下降和生化因子障碍是烤烟叶片光合速率下降的主要原因,结合前文的研究结果,可以认为嫁接对烟叶光合作用的提升源于砧木对K⁺吸收利用效率的提高。4.以五峰2号为砧木嫁接不仅显著提高了云烟87烟叶中的钾含量,同时嫁接后云烟87烟叶的风味香型得到了保留。通过不同施钾量的（正常供钾270kg K/hm²和钾饥饿0kg K/hm²）大田试验研究了嫁接对烤烟生物量和钾积累、烟株各组织钾分配、农艺性状以及烤后烟叶化学成分、外观质量和评吸结果的影响,发现:（1）嫁接烤烟只会在生育前期出现生长滞后的状况,从旺长期开始即可追上未嫁接的自根苗,并不会对总的生育期产生影响;（2）施钾能够显著的提升烤烟生物量和钾的积累量,但是以W为砧木的处理提升幅度较小,而以Y为砧木的处理提升幅度较大;（3）施钾能够延长烤烟钾和生物量的快速积累持续期,提升最大相对积累速度,延缓最大相对积累速度出现时间;（4）低钾条件下,烟叶中的钾积累量占比下降,根系中的钾积累量占比上升,茎则变化不明显。而W基因型烤烟维持地上部钾水平的能力更强;（5）嫁接后烤烟的工业质量表现基本介于砧木和接穗之间,但仍以接穗为主导,部分指标出现了超亲和现象,嫁接效果良好;（6）嫁接后的Y/W处理烟叶中烟碱含量小幅上升,钾含量大幅上升,化学协调性评分较高。烤后烟叶组织结构疏松,色泽鲜亮,油份充足。在保持了Y品种原风味香型的同时,燃烧性得到了提高,吸食体验更佳。研究结果表明,嫁接烤烟能够利用钾高效砧木对钾高效吸收利用的特性,改善接穗本身不利的钾营养状况,以此提升烟叶的钾含量与光合同化能力,从而对其田间长势和工业质量产生一系列的正面影响,最终使得嫁接烤烟能够同时具备地下部砧木的钾高效吸收和地上部接穗的优良特性,提升烟叶质量。