在全球范围内,非生物胁迫(干旱、涝、高温、盐分等)已成为限制作物产量的重要因素。植物根系吸收水分、矿质元素和合成激素、有机酸和氨基酸等代谢物质以及蛋白质,并通过木质部供应地上部分生长利用和调控其生长发育。近几十年来,组学技术已被广泛应用于作物非生物胁迫响应的研究,主要通过代谢组、离子组和蛋白质组鉴定木质部汁液成份的变化,找出与非生物胁迫相关的生理学标记。本实验测定了低钾胁迫下水培棉花幼苗根系的多项生理指标。低钾胁迫下幼苗根系根系活力下降,MDA、02·-和H202含量显著升高;并使根系内抗氧化酶(SOD、APX和GR)做出相应的响应,但是低钾胁迫仍诱导了根系ROS积累并造成了氧化胁迫。利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定高钾和低钾处理下棉花幼苗木质部汁液、根系和子叶中钾、钙、镁、锌、铁、铜的含量。低钾胁迫下,棉花幼苗根系、子叶和木质部汁液中的Ca2+、Mg2+、Cu2+和Zn2+含量水平都得到提升,这说明低钾胁迫诱导了根系对Ca2+、Mg2+、Cu2+和Zn2+离子的吸收和分配的增强,这些离子含量的变化可能在一定程度上提升了幼苗对盐胁迫的适应性。对高钾和低钾胁迫培养条件下的棉花幼苗木质部伤流液中代谢物鉴定发现,低钾胁迫下,构成细胞膜的一些胆碱类物质(例如甘油磷酸胆碱、已烯酰胆碱和已酰基胆碱)以及多种氨基酸、二肽和α-氨基酸衍生物、蔗糖和糖醇等含量上升。这表明低钾胁迫下,棉花细胞膜可能受到损害,蛋白质被大量分解且合成异常。在本实验中,对木质部伤流液定性和定量蛋白组学分析,发现90.31%的伤流液蛋白为分泌蛋白,其中56.98%为经典分泌蛋白,33.33%为非经典分泌蛋白;另外还有9.69%的非分泌蛋白。低钾胁迫下,棉花幼苗伤流液中多种PR蛋白、信号传递相关蛋白、细胞壁重构和扩张相关蛋白等被显著下调,表明低钾胁迫在蛋白水平上降低了棉花幼苗根系延伸和分枝,以及棉花幼苗的抗生物和非生物胁迫能力。提高钾管理能够影响很多基因的表达从而提升植物对环境的防御能力,与生技术方式相比,有着更广阔适用范围。