カリウム濃度がリンゴ矮性根株苗の植物成長、炭素の蓄積と分布、および硝酸塩代謝に及ぼす影響

Effects of Potassium Levels on Plant Growth, Accumulation and Distribution of Carbon, and Nitrate Metabolism in Apple Dwarf Rootstock Seedlings.

• Xinxiang Xu
• Xin Du
• Fen Wang
• Jianchuan Sha
• Qian Chen
• Ge Tian
• Zhanling Zhu
• Shunfeng Ge
• Yuanmao Jiang

抄録

窒素（N）は植物の成長に最も必要とされるミネラル元素の一つであり、カリウム（K）は窒素代謝に重要な役割を果たしており、農業生産において肥料として広く利用されている。しかし、Kと窒素利用効率（NUE）との正確な関係は明らかにされていません。アップル矮性根株苗（M9T337）を用いて、異なるKレベルが植物の成長、窒素代謝、炭素（C）同化に及ぼす影響を2年間の水培養実験で調べた。その結果、Kの欠乏と過剰の両方がM9T337苗の成長と根の発達を阻害することがわかった。K供給濃度が0mMおよび12mMの場合、各器官のバイオマス、根-シュート比、根の活性およびNOイオン流量が著しく低下し、純光合成率（）および光化学効率（/）が低下した。一方、6mM Kで処理した苗は、NとCの代謝酵素活性が高く、硝酸トランスポーター遺伝子の発現量が高かった（；）。CおよびNのラベル付けの結果、Kの欠乏および過剰は、M9T337苗のN吸収およびC同化蓄積を低下させるだけでなく、葉のN分布比および根のC分布比を低下させることが示された。これらの結果から、適切なK供給（6mM）は、光合成、C・N代謝酵素活性、硝酸塩同化遺伝子活性、硝酸塩輸送に影響を与え、葉から根への光同化輸送を増強し、NUEを増加させることから最適であることが示唆された。

Nitrogen (N) is one of the most required mineral elements for plant growth, and potassium (K) plays a vital role in nitrogen metabolism, both elements being widely applied as fertilizers in agricultural production. However, the exact relationship between K and nitrogen use efficiency (NUE) remains unclear. Apple dwarf rootstock seedlings (M9T337) were used to study the impacts of different K levels on plant growth, nitrogen metabolism, and carbon (C) assimilation in water culture experiments for 2 years. The results showed that both deficiency and excess K inhibited the growth and root development of M9T337 seedlings. When the K supply concentration was 0 mM and 12 mM, the biomass of each organ, root-shoot ratio, root activity and NO ion flow rate decreased significantly, net photosynthetic rate () and photochemical efficiency (/) being lower. Meanwhile, seedlings treated with 6 mM K had higher N and C metabolizing enzyme activities and higher nitrate transporter gene expression levels (; ). C and N labeling results showed that deficiency and excess K could not only reduce N absorption and C assimilation accumulation of M9T337 seedlings, but also reduced the N distribution ratio in leaves and C distribution ratio in roots. These results suggest that appropriate K supply (6 mM) was optimal as it enhanced photoassimilate transport from leaves to roots and increased NUE by influencing photosynthesis, C and N metabolizing enzyme activities, nitrate assimilation gene activities, and nitrate transport.

Copyright © 2020 Xu, Du, Wang, Sha, Chen, Tian, Zhu, Ge and Jiang.