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本文旨在探明不同基因型甘蔗钾素营养性状差异，揭示甘蔗钾高效的生理机制，为筛选、培育耐低钾的甘蔗品种提供理论基础及种质材料。本论文采用田间试验，研究了甘蔗及其近缘属植物不同基因型之间钾效率差异及其遗传变异；采用水培、土培、组培方法研究了不同钾水平对不同基因型甘蔗的生长发育和生理生化特性的影响及甘蔗钾高效的生理机制；并进一步利用转基因方法将植物响应低钾胁迫的钾离子吸收调控网络基因AtCBL9、AtCIPK23、AtAKT1共同转入到甘蔗主栽品种ROC22中，探讨了利用基因工程提高甘蔗耐低钾胁迫的能力。取得的主要研究结果如下： 1)甘蔗及其近缘属植物不同属间以及同一属内的不同基因型之间对养分的吸收、利用、积累存在显著基因型差异；养分效率相关性状具有丰富的遗传变异及选择潜力。 2)甘蔗钾效率、氮效率和磷效率之间相互联系钾素吸收效率与磷、氮吸收效率呈极显著正相关；钾素利用效率同磷、氮利用效率之间也呈正相关，说明具有较高钾素吸收效率和利用效率的材料一般也具有较高磷、氮吸收效率和利用效率。 3)不同基因型甘蔗在干物质累积方面表现出显著差异，高产品种粤糖55号(YT55)和粤糖60号(YT60)在所有钾水平下都具有较高的干物质累积量，表现出较强的耐低钾胁迫能力；而斑茅杂交后代BC2-32则相对较低，对低钾胁迫比较敏感。低钾胁迫下，不同基因型甘蔗钾素利用效率存在着显著差异，YT60钾素利用效率最高，显著高于其它基因型；而在供钾充足条件下，不同基因型钾素利用效率差异不显著。 4)低钾胁迫下，不同基因型甘蔗形态及生理生化特性存在差异。耐低钾胁迫能力较强的甘蔗基因型YT55缺钾症状出现晚且症状较轻，具有较高的干物质累积量、叶片净光合速率(Pn)、叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)及根系活力；而对低钾胁迫敏感基因型BC2-32出现缺钾症状时间早且症状严重，干物质累积量和叶片Pn较低，叶片产生丙二醛(MDA)含量较多，相对电导率、超氧化物歧化酶活性(SOD)和钾素根系分配比例增幅较大。 5)不同基因型甘蔗钾的吸收动力学参数不同，YT55最低养分浓度临界值最低(Cmin值最小)，对钾的亲和力最高(Km值最小)，而BC2-32的Cmin值最大，对钾的亲和力最低(Km值最大)。Imax在各基因型之间差异不显著。 6)不同基因型甘蔗对于土壤中不同形态钾素的吸收利用存在一定的差异，ROC22累积的总钾最多，粤引618(YY618)累积的钾素最少。YT55对速效钾的吸收比较多，而BC2-32对缓效钾的利用能力较强。钾素利用总效率最高的为YT55，最低的为BC2-32。 7)钾对甘蔗组培苗的生长具有明显的促进作用，在一定浓度范围内，增加培养基中钾浓度，可以提高甘蔗组培苗生物量、钾含量和钾累积量。不同基因型甘蔗组培苗在0～0.2mmol/L的低钾胁迫下生物量差异显著。 8)通过甘蔗基因枪转化和农杆菌转化技术，将拟南芥响应低钾胁迫钾离子吸收调控网络中的钾离子通道蛋白基因AtAKT1、正向调控AKT1蛋白活性的蛋白激酶编码基因AtCIPK23以及编码CIPK23上游正向调节因子钙信号感受器的AtCBL9基因共同转化到甘蔗主栽品种ROC22之中，获得了152株转基因植株。通过PCR.Southern blot、Real-time PCR等分析表明三个基因已经整合到甘蔗基因组中，而且表达量显著提高。组培、液培低钾胁迫试验表明，在低钾胁迫下转基因植株比对照生长的更为健壮，钾吸收能力提高了30％左右。结果表明超表达外源钾离子吸收调控网络基因是提高甘蔗钾利用能力的有效途径。 总之，在低钾胁迫下，甘蔗不同基因型钾素吸收与利用存在显著差异和变异。耐低钾基因型甘蔗所具有的形态特征、根系活力，叶片光合功能、保护酶活性、吸收动力学等方面利于甘蔗生长发育的特征可作为甘蔗钾高效基因型选择的参考依据。钾离子吸收、调控基因的遗传转化，是实现甘蔗钾效率性状定向改良的有效途径。