低鉀脅迫對(duì)甘薯若干生理特征和塊根淀粉特性的影響及其基因型差異.pdf

1、甘薯[Ipomoea batatas(L.) Lam]屬塊根類淀粉作物，同時(shí)也是較典型“喜鉀”作物，土壤鉀供應(yīng)狀況對(duì)甘薯生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)形成等過程均存在密切聯(lián)系。在我國甘薯種植區(qū)，尤其長江中下游薯區(qū)與南方薯區(qū)，土壤鉀缺乏（即低鉀）現(xiàn)象十分普遍，已成為制約甘薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的一個(gè)主要限制因素，加之我國鉀肥資源較短缺，農(nóng)作物上鉀素的大量使用也是一種普遍現(xiàn)象，因此，提高甘薯耐低鉀能力與鉀利用效率，加強(qiáng)對(duì)低鉀脅迫下甘薯塊根的淀粉變異特性及生理特

2、征影響的研究，對(duì)甘薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、品種選育和栽培調(diào)控等具有重要理論與現(xiàn)實(shí)意義。為此，本研究以不同甘薯基因型為供試材料，利用大田長期定位肥料試驗(yàn)實(shí)施低鉀處理，對(duì)不同基因型甘薯的鉀利用效率、對(duì)鉀敏感性、營養(yǎng)品質(zhì)等指標(biāo)差別進(jìn)行了較系統(tǒng)地比較分析，探討了耐低鉀與鉀高效型甘薯材料的篩選與評(píng)價(jià)指標(biāo);在此基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)盆栽砂培試驗(yàn)?zāi)M無鉀處理，以徐薯32（耐低鉀與鉀高效型）、徐薯18（中等）與寧紫薯1號(hào)（不耐低鉀與鉀低效型）為材料，研究甘薯在低鉀脅迫下

3、植株葉片光合功能、抗氧化防御體系、中間代謝產(chǎn)物及相關(guān)酶活性等生理反應(yīng)特性，以及甘薯塊根淀粉理化特征與淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化及其基因型差異。主要研究結(jié)果如下:
　　1.大田定位施肥試驗(yàn)表明，不同基因型甘薯塊根產(chǎn)量、鉀利用效率與整株鉀利用效率均存在顯著差異，且變異系數(shù)較大。塊根營養(yǎng)品質(zhì)性狀存在基因型差異，低鉀脅迫降低不同基因型間的差異幅度和變異系數(shù);31個(gè)基因型對(duì)鉀敏感性指數(shù)范圍在0.40-0.98之間，可依其對(duì)鉀敏感性，分為鉀鈍感型、鉀

4、輕度敏感型、鉀中度敏感型與鉀高度敏感型4類，且4類材料間對(duì)鉀敏感性差異顯著。塊根鉀利用效率達(dá)200g g-1以上可被認(rèn)為鉀高效利用型甘薯材料，對(duì)鉀敏感性指數(shù)0.8以上可被認(rèn)為是耐低鉀甘薯材料;鉀利用效率和鉀敏感性可作為耐低鉀與鉀高效甘薯材料篩選的兩個(gè)主要指標(biāo);31份供試材料中徐薯32、心香等為耐低鉀與鉀高效利用型甘薯材料，且營養(yǎng)品質(zhì)性狀穩(wěn)定性較好，徐薯18、商薯19等次之，寧紫薯1號(hào)、徐薯22-5等為不耐低鉀與鉀低效型材料。
　　

5、2.與正常鉀供應(yīng)相比，低鉀或無鉀脅迫下，甘薯塊根與地上部產(chǎn)量均不同程度下降，且耐低鉀與鉀高效型材料的降幅低于不耐低鉀與鉀低效型;減弱光強(qiáng)與CO2濃度對(duì)甘薯葉片光合作用的影響，降低甘薯葉片光合性能;嚴(yán)重?fù)p傷葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)，葉綠體內(nèi)形成淀粉顆粒;誘導(dǎo)甘薯葉片的過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性增強(qiáng)，以及丙二醛、脯氨酸與蔗糖含量增加，上述指標(biāo)的變化在不同鉀效率基因型間存在顯著差異。低鉀脅迫下甘薯葉片蔗糖合成酶與蔗糖磷酸轉(zhuǎn)化酶活性、

6、塊根中蔗糖磷酸轉(zhuǎn)化酶、可溶性淀粉合成酶、顆粒狀淀粉合成酶以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶等活性均不同程度下降，其中寧紫薯1號(hào)均降幅最大，其蔗糖降解利用與轉(zhuǎn)化能力低，徐薯32在庫源兩端蔗糖轉(zhuǎn)化與淀粉合成能力均高于寧紫薯1號(hào)。研究表明，低鉀脅迫下不同類型甘薯生理反應(yīng)與耐低鉀能力及KUE密切相關(guān)，直接影響植株生長與塊根淀粉合成。
　　3.甘薯塊根淀粉的體積與表面積粒徑分布呈三峰狀，數(shù)目粒徑分布呈單峰狀，根據(jù)峰值，淀粉粒徑大小劃分3個(gè)級(jí)別:

7、≤2.50μm、2.50-5.00μm和5.00-30.00μm。低鉀脅迫對(duì)甘薯塊根的淀粉組分及其品質(zhì)理化特性產(chǎn)生較明顯影響。與正常鉀供應(yīng)相比，低鉀脅迫降低淀粉平均粒徑與淀粉吸濕性，降低淀粉糊化過程中的起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)和熱焓值(⊿H)，淀粉最高粘度值、崩解值也均明顯下降，淀粉膨脹力則不同程度上升。同時(shí)，不同類型甘薯淀粉理化特性對(duì)低鉀響應(yīng)不同，寧紫薯1號(hào)在不同處理間的To、Tp和⊿H差異幅度大于徐薯32，且前者的最低粘度

8、值、最終粘度值受低鉀脅迫影響顯著性上升，而徐薯32的表現(xiàn)則相反。
　　4.與正常鉀供應(yīng)相比，低鉀脅迫引起徐薯18與寧紫薯1號(hào)重均分子量、數(shù)均分子量與平均旋轉(zhuǎn)半徑上升，多分散指數(shù)下降，而徐薯32則相反。低鉀脅迫下3個(gè)材料塊根淀粉A鏈比例與平均鏈長均有增幅，顯著降低24＜DP≤36鏈比例，不同鏈區(qū)比例變化幅度不一。支鏈淀粉外部短鏈A鏈比例對(duì)淀粉分子量影響大于B鏈，中短鏈長淀粉主要決定淀粉理化特性;支鏈淀粉中鏈長與淀粉顆粒粒徑及其分布密