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磷与钾是植物必需的大量元素,在植物生长发育和适应逆境方面起重要作用,但磷钾养分吸收和利用互作的机制还不清楚。大豆(Glycine max(L.)Merr)是一种重要的农作物,在我国农业生产中具有非常重要的地位。本研究以不同磷效率的大豆基因型为试验材料,在水培试验条件下,通过生理学和分子生物学手段,研究不同磷钾水平对大豆生长发育、磷钾吸收和利用的影响,初步探讨了大豆磷钾养分互作的机理,获得如下结果: (1)大豆磷与钾之间存在互作。磷对大豆生长发育的影响大于钾,钾的作用只有在磷充足的条件下才发挥出来;低磷条件下的根冠比大于高磷,高磷条件下的株高明显大于低磷,钾对株高影响非常小;磷与钾都能影响可溶性磷、可溶性钾、全磷、全钾的浓度以及磷钾的吸收效率与利用效率。 (2)磷钾互作存在基因型差异。磷高效的基因型,在生物量、株高、可溶性磷、可溶性钾、全磷、全钾的浓度以及磷钾的吸收效率方面,均比磷低效的基因型的高,磷高效的基因型一般也是钾高效的;磷或钾胁迫越严重的基因型,对磷或钾的利用效率越高。 (3)磷钾吸收动力学试验表明:磷高效的基因型粤春03-3对磷与钾的吸收速率要大于磷低效的基因型本地2号;不论是磷高效的基因型还是磷低效的基因型,在恢复养分供应2小时的吸收速率要大于恢复养分供应4小时的吸收速率。 (4)钾转运子的生物信息学分析表明:在大豆基因组中,至少含有32个钾转运子基因;基因结构分析表明该32个基因结构与拟南芥HAK/KUP基因结构非常相似,均含有8~12个外显子和7~11个内含子;进化树分析表明该32个钾转运子与拟南芥钾转运子基因HAK/KUP亲缘关系非常相近。 (5)磷钾转运子表达模式分析表明:经过2小时或60天的磷钾处理后,部分磷转运子与钾转运子具有组织特异性,有的在根部特异表达,有的在叶部特异表达;此外发现有一部分磷转运子受钾诱导,也有一部分钾转运子受磷诱导。 总之,本研究表明:磷钾互作影响大豆生长发育以及磷钾的吸收与利用;在生理层面上探明了大豆磷钾互作与其影响磷钾的吸收有关,即磷影响钾的吸收效率,钾也影响磷的吸收效率;在分子层面上揭示了大豆磷钾互作与其影响磷钾转运子基因的表达有关,即磷胁迫能诱导钾转运子的表达,钾胁迫也能诱导磷转运子的表达。