一种测定棉花钾离子吸收动力学的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种测定棉花钾离子吸收动力学的方法。
【背景技术】
[0002]钾是作物营养的三要素之一，与土壤有效性氮、磷相比，我国农业土壤中有效性钾含量相对丰富，原来缺钾问题不很突出，但随着农业生产的发展，作物产量提高，养分带走量增加，归还到土壤中的养分锐减，传统农家肥和草木灰施用量减少，氮、磷化肥施用增加，造成养分失调，出现不同程度的缺钾。缓解我国钾源短缺问题的途径主要由如下两种:一方面依靠提高土壤钾素含量来获得作物高产；另一方面选育高效品种使植物适应环境。人们通过长期的研究发现，不同作物或同一作物的不同品种在同一肥力水平下产量相差很大，这种差异就是不同基因型对环境适应性差异的具体表现，同时也为优良基因型的开发利用提供了启示和契机。离子吸收动力学是在20世纪50年代初开创和发展起来的，将米氏(MichaelisMenten)学说及其方程解释植物对介质中离子吸收的动态过程的一种理论，该方程中的参数Ima^PKm可定量地描述植物吸收养分的特征，从而为比较品种间养分吸收特征提供了量化的指标，可用来评价品种之间耐瘠的能力，因此受到重视。
[0003]离子吸收动力学用于植物对离子吸收的研究，为比较品种间养分吸收特征提供了量化指标，然而在以往研究方法上采用离体的根在不同的浓度的溶液进行短期的吸收试验，这种方法虽然也能获得有参考价值的结果，但存在着诸多的不足之处，如离体根与整株植物的吸收特性是有差别的、测定时要用许多植株样品等，必然存在较大的取样差异。为了克服这些缺陷，Claassen and Barber(1974)对完整的植株植物进行较长时间的吸收试验，提出了离子吸收动力学研究的耗竭法，通过定期测定溶液中的离子浓度，求出浓度随时间而变化的曲线方程，经数学计算求出吸收动力学参数。但是大量的试验证明:动力学参数并非恒定的参数，对于既定的养分离子，它们受许多因素的影响如植物种类与品种、苗龄、养分的供应情况、PH(Glass and Siddiqi , 1984；Schenk, 1996；Nissen et al.1974)等。
[0004]针对棉花而言，现有技术中对其钾离子吸收动力学测定采用的方法是借鉴小麦、水稻等小棵作物的离子耗竭法，存在着作物株型较大不易操作、吸收曲线波动较大等缺陷，因此，提出一种改良棉花钾离子吸收动力学的方法很有必要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对棉花植株大不易测定，以及现有测定方法粗糙不精准等缺陷，提供一种改良的测定棉花钾离子吸收动力学的方法，该方法对测定过程中的相关实验参数进行调整，确立了形成不同类型吸收曲线的实验条件。
[0006]本发明的技术方案之一是:一种测定棉花钾离子吸收动力学的方法，所述方法为:在耗竭处理的Ο-lh，间隔5-10min取一次耗竭液样品;耗竭处理的l-10h，间隔30-60min取一次耗竭液样品；耗竭处理的10-30h，间隔2-4h取一次耗竭液样品，分别测定耗竭液样品中的钾离子浓度。
[0007]所述固定为采用海绵将棉花幼苗根茎交接处包裹起来，通过海绵将棉花幼苗固定在盛有饥饿液的容器中。
[0008]可采用本领域常规技术手段测定耗竭液中钾离子浓度，本发明优选采用原子分光光度计进行测量。
[0009]现有的取样方法其取样点间隔时间较长，且耗竭实验持续时间较短，存在着绘制出的曲线不平滑，且只有一个吸收平衡，吸收曲线不能真正反映棉花吸收动态过程等缺陷。本发明对耗竭实验过程中的取样时间间隔及取样持续时间进行了优化，即在耗竭实验开始阶段密集采样，意外的发现对于一叶期和二叶期棉花幼苗而言，其钾离子吸收动力学曲线存在着两个吸收平衡。
[0010]优选地，耗竭处理过程中，取样的时间间隔为:5,10,10,15,30,30,30,30,30,60,60,60,60,60,60,60,120,120,180,180,240，240min，采用此种时间间隔取样绘制出的钾离子吸收动力学曲线平滑，能够更加精准的反映棉花的钾离子吸收规律。
[0011]耗竭处理的方法可采用本领域常规的技术手段，即将棉花幼苗固定在耗竭液中，不断取样测定耗竭液的钾离子浓度。其中，所述耗竭液可采用本领域常用的液体，本发明优选耗竭液为:4-6mmol L—1MES'180_220μπιο1 L^1Ca2SO4,pH=6.5-7.0,100-300ymol IZ1KCl进一步优选为5mmol L—1MESJOOymol L^1Ca2SO4,pH=6.8,100-300ymol IZ1KCl0
[0012]耗竭液中钾离子通过氯化钾提供，其目的是为了避免其它离子的引入对实验产生不利影响(如采用硫酸钾，由于耗竭液中本身含有硫酸根，硫酸钾中的硫酸根会使耗竭液中的硫酸根浓度增高，如采用硝酸钾，由于硝酸钾中的N元素为植物所需要的大量元素之一，其存在可能影响同样是植物所需要的大量元素钾的吸收)，影响测定结果的客观性和准确性。
[0013]现有技术中为了增加溶氧量及达到搅拌的目的，在测定植物的吸收动力学时，一般是将实验体系放置在摇床上进行，此种方式适宜于测定例如小麦、水稻等小棵作物的吸收动力学，对于棉花而言，由于其植株较大，放在摇床上容易出现茎杆折断或枝叶受到损伤、取样不方便等问题，最终影响测定结果的精准度。为了克服上述缺陷，本发明将棉花固定在耗竭液中，通过向耗竭液中通入空气扰动耗竭液以打到增加溶氧量及搅拌的目的。
[0014]优选地，在耗竭处理过程中，用小型充气栗持续向耗竭液中通入空气，通入空气有助于促进根的有氧呼吸，为钾元素的吸收提供更多的能量，同时也起到了搅拌作用，使耗竭液更加均匀，确保测定结果的精准度。小型充气栗的功率以5-10W为宜，功率较高易使耗竭液蒸腾过快或飞溅，而功率较低又起不到应有的作用。
[0015]为了确保测定结果的精准度和客观性，在耗竭处理前尽量使植株体内过多的K+离子排出，消除体内K+的干扰，优选地，在耗竭处理之前，还包括对棉花幼苗进行饥饿处理的步骤，所述饥饿处理的操作具体为:将棉花幼苗固定在饥饿液中饥饿处理20_30h，每间隔8-1Oh更换一次饥饿液。所述饥饿处理的优选操作为:将棉花幼苗固定在饥饿液中饥饿处理24h，每间隔8h更换一次饥饿液。
[0016]同样地，饥饿处理过程中，持续向饥饿液中通入空气。
[0017]所述饥饿液可采用本领域常用的液体，本发明优选采用如下饥饿液:4-6mmoIL—1MES，180-220ymol L^1Ca2SO4，pH=6.5-7.0，进一步优选所述饥饿液为:5mmol L-1MES，200μmo I IZ1Ca2SO4，pH=6.8。为了避免在饥饿液中引入钾离子，在配制饥饿液时，采用低浓度的Tris和HCl调节pH值。
[0018]现有技术中为了进行有效的饥饿，饥饿处理时间一般是36_48h，但对于棉花而言，由于其植株较大，理论上需更长时间的饥饿处理；但是，本发明在饥饿处理期间更换饥饿液，加快了 K+离子的外排效果，在饥饿处理结束时，更换的饥饿液中的K+浓度在5μπι01 I—1以下，采用本发明的饥饿处理手段，在20-30h便可有效的对棉花幼苗进行饥饿处理。同时在饥饿处理过程中，增加了持续向饥饿液中通入空气搅拌溶液的操纵，能够迅速的降低根系周围的K+离子浓度，也有利于提高K+离子的外排效果。
[0019]本发明涉及到的棉花幼苗可以采用本领域公知的方法进行培养，优选通过如下方法培养得到:将棉花种子消毒后，用去离子水浸种过夜，选大小一致的露白种子，均匀播种于去离子水洗过的床上，上面盖四层纱布，再覆一层沙子，发苗3-5天后将幼苗移至容器内，用如下改良Hoagland营养液进行培养:2?3mM Ca(NO3)2，0.5?I.5mM MgS(k，0.2?0.8mM(NH4)H2P04，lX10—4?3X10—4mM CuS〇4，0.5 X 10—3?I.5 X 10—3mM ZnS04，0.05?0.15mM FeNa EDTA，I X 10—23 X 10—2mM H3BO3，4 X 10—6?5 X 10—6IiiM(NH4)6Mo7O24^P0.5 X 10—3?I.5 X 10—3mM MnS04，0.05mmolL—1?2.5mmol IZ1K+，培养过程中持续通入空气，每3-5天更换一次培养液。
[0020]优选地，所述改良Hoagland 营养液为:2.5mM Ca(NO3)2, ImM MgSO4,0.5mM (NH4)H2P04，2X 10—4mM CuS04，1X10—3mM ZnSO4,0.1mM Fe Na EDTA，2 X 10—2mM H3BO3，5 X 10—6mM(NH4) 6Mo7O24和 I X 10—3mM MnS04，0.05mmolL—1NSJmmol L-1K'
[0021]本发明还提供一种优选的测定棉花钾离子吸收动力学的方法，包括如下步骤:
[0022 ] (I)将棉花幼苗固定在饥饿液中进行饥饿处理；
[0023](2)将饥饿处理后的棉花幼苗移入耗竭液中进行耗竭处理，耗竭处理过程中持续向容器内通入空气，按照如下时间间隔取耗竭液样品，测定钾离子浓度:耗竭处理o-lh，间隔5-10min取一次样品；耗竭处理l-10h，间隔30-60min取一次样品；耗竭处理10-30h，间隔2-4h取一次样品，测定耗竭液中钾离子浓度；
[0024](3)以耗竭处理时间为横坐标，耗竭液样品中钾离子浓度为纵坐标绘制钾离子吸收动力学曲线。
[0025]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实施例。
[0026]本发明所述试剂和物质均可市购获得。
[0027]本发明所述方法具有的优势是:
[0028](I)通过对实验过程中的相关参数进行优化，完善了棉花钾离子吸收动力学的方法;其中对取样时间间隔及取样持续时间进行了优化，更加精准的反映棉花的钾离子吸收规律；
[0029](2)在实验过程中用小型充气栗替代摇床，克服了茎杆折断或枝叶受到损伤、取样不方便等问题；
[0030](3)在饥饿处理过程中采用更换饥饿液和持续向饥饿液中通入空气的措施，能够在较短的时间内有效对棉花幼苗进行饥饿处理；
[0031](4)该方法操作简单，精准度高，绘制的吸收动力学曲线平滑，为高效基因型棉花的准确筛选和钾肥的合理施用提供了理论依据。
【附图说明】
[0032]图1是不同耗竭液钾浓度条件下一叶期棉花幼苗的吸收曲线。
[0033]图2是不同耗竭液钾浓度条件下二叶期棉花幼苗的吸收曲线。