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钾是植物生长所必需的大量元素,对烟草的生长发育、生物碱合成和品质形成有重要作用,被称为“品质元素”。本试验以烤烟K326为材料,应用砂培培养,通过设置不同浓度的钾离子营养液、低钾胁迫后的钾营养恢复处理,以及添加外源腐胺(Put)和亚精胺(Spd)生物合成抑制剂-环已胺(CHA),研究了钾元素对烟草烟碱、降烟碱积累,以及烟碱类物质生物合成相关基因──腐胺N-甲基转移酶(PMT)、喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPT)和烟碱去甲基酶(NND)表达的影响,实验结果表明:(1)烟株的营养生长受供钾水平的显著影响。低浓度的钾元素胁迫可显著抑制烟株地上部分和地下部分根系的生长,而导致烟株营养生长的减弱。5倍高浓度的钾素亦表现出对烟草营养生长的抑制作用。而低钾胁迫后恢复钾供应,可以部分消除低钾抑制烟株营养生长的现象。(2)随着烟株的生长,烟碱含量逐渐增加;降低培养液中钾离子的供应,也会显著增加烟碱的含量;有趣的是,增高钾离子供应水平(5K),对烟碱积累有明显的抑制作用;在低钾(K/50)处理10 d后恢复钾离子供应,则可显著降低低钾对烟碱积累的促进作用;而在完全营养液中添加外源腐胺,烟碱的含量显著增加,添加亚精胺合成抑制剂-环已胺(CHA),有与腐胺处理相似的作用。与烟碱积累变化不同,在8叶1心的生长早期,降烟碱含量较低,但随着烟株的生长,降烟碱含量也逐渐增加。低钾胁迫(K/10和K/50)处理10 d,对降烟碱含量影响不大,其仍维持较低的水平,而提高钾离子水平(5K),对降烟碱含量影响也较小;但低钾(K/50)处理20 d,就可明显促进降烟碱的积累,低钾的这种促进作用,又可被钾供应水平的恢复所减缓。在完全营养液中添加外源腐胺,亚精胺合成抑制剂-环已胺(CHA),也可显著促进降烟碱在叶片中的积累。(3)在处理前期,烟草植株就有较高水平PMT基因的表达,且随着烟株的生长,表达量逐渐增强;PMT表达量受低钾胁迫的促进,但受5倍高钾离子浓度的抑制;低钾(K/50)胁迫后恢复钾供应,则可显著降低低钾对PMT基因表达的促进作用;添加外源腐胺和亚精胺合成抑制剂CHA,则也可显著增加PMT基因的表达。与PMT基因不同,在处理前期,叶片的NND基因表达较弱,低钾和高钾离子胁迫处理,对NND基因表达的影响不显著;随着烟株的生长,NND基因表达量逐渐增强,并受低钾处理((K/50)的显著促进;低钾处理后恢复钾离子供应,则可显著降低低钾对NND基因表达的促进作用。外源腐胺和亚精胺合成抑制剂CHA处理,同样也可显著促进NND基因的表达量。与PMT基因表达相比,QPT基因表达量较小,并随烟草植株的生长,表达量呈下降趋势。降低钾离子供应水平和5倍高钾处理,似乎都可降低QPT基因的表达量,而外源腐胺、亚精胺合成抑制剂CHA处理,对其表达量也表现出一定的抑制性质。本研究佐证了钾素的供应水平与烟草体内的烟碱、降烟碱积累有关,低钾会促进烟草烟碱和胁迫后期降烟碱的积累,高钾离子浓度,会降低烟碱积累。钾素可能通过改变烟草体内烟碱类物质生物合成所需Put的供应水平,而影响烟叶烟碱和降烟碱的积累;还可能通过影响PMT、NND基因的表达,而影响烟草烟碱类物质的积累。