史文卿 張彬彬 柳洪鵑 趙慶鑫 史春余,* 王新建 司成成

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甘薯塊根形成和膨大對(duì)土壤緊實(shí)度的響應(yīng)機(jī)制及與產(chǎn)量的關(guān)系

史文卿1張彬彬1柳洪鵑1趙慶鑫2史春余1,*王新建1司成成1

1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/ 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018;2山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 山東濟(jì)南 250100

為探討甘薯塊根形成和膨大對(duì)土壤緊實(shí)度的響應(yīng)機(jī)制及與產(chǎn)量的關(guān)系, 以源庫(kù)特征差異顯著的食用型甘薯品種“北京553”和“龍薯9號(hào)”為試驗(yàn)材料, 設(shè)置不同的土壤緊實(shí)度處理, 研究土壤緊實(shí)度調(diào)控甘薯塊根產(chǎn)量的生理生態(tài)原因。結(jié)果表明, 降低土壤緊實(shí)度, 全生育期耕作層土壤的非毛管孔隙度顯著提高。在塊根形成期(20~40 d), 隨土壤緊實(shí)度降低, 耕作層土壤的最高溫度提高、最低溫度降低, 溫度日較差顯著提高。在甘薯塊根膨大期(45~165 d), 與對(duì)照相比, 疏松處理可以提高塊根中蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性, 增加淀粉含量; 提高塊根中干物質(zhì)積累初始勢(shì)、干物質(zhì)積累速率和功能葉13C同化物在塊根中的分配比例。在收獲時(shí), 疏松處理顯著提高單薯重和收獲指數(shù), 北京553和龍薯9號(hào)分別增產(chǎn)20.01%~24.25%和21.64%~27.78%。

甘薯; 土壤緊實(shí)度; 塊根形成; 塊根膨大; 產(chǎn)量

甘薯是一種地下形成產(chǎn)品器官的作物, 耕作層土壤的緊實(shí)度、容重和孔隙度等物理性狀對(duì)塊根產(chǎn)量有重要影響。因此, 研究土壤緊實(shí)度調(diào)控甘薯塊根產(chǎn)量形成的生理生態(tài)原因、闡明甘薯塊根形成和膨大對(duì)土壤緊實(shí)度的響應(yīng)機(jī)制, 對(duì)促進(jìn)甘薯高產(chǎn)栽培理論發(fā)展有重要意義。土壤緊實(shí)度是土壤對(duì)外界垂直穿透力的反抗力, 可以反映土壤的空隙狀況及土粒間結(jié)構(gòu)力的大小。增加土壤容重或向土壤中充入氮?dú)? 甘薯塊根膨大受阻; 適當(dāng)降低土壤容重或提高土壤中氧氣比例, 促進(jìn)甘薯塊根膨大[1]。與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)中種植的甘薯相比, 種植在團(tuán)粒區(qū)土壤中的甘薯塊根形成層活動(dòng)能力強(qiáng), 塊根產(chǎn)量高[2-5]。史春余等[6-7]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn), 改善土壤通氣性, 功能葉和塊根中ATP酶活性提高、ATP含量增加, 塊根中脫落酸(ABA)含量升高, 促進(jìn)了14C同化物由葉片向塊根的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配, 提高了干物質(zhì)在塊根中的分配率, 極顯著地提高了塊根的產(chǎn)量。前人的研究闡明了土壤通氣狀況調(diào)控甘薯塊根產(chǎn)量的部分生理機(jī)制; 但是, 土壤通氣狀況對(duì)甘薯塊根形成的調(diào)控效應(yīng)以及對(duì)塊根膨大過(guò)程中淀粉合成的調(diào)控效應(yīng)鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究以源庫(kù)特征差異顯著的食用型甘薯品種“北京553”和“龍薯9號(hào)”為供試品種, 通過(guò)改變土壤緊實(shí)度形成不同的土壤通氣狀況處理, 研究其對(duì)耕作層土壤溫度和通氣性、塊根干物質(zhì)積累、功能葉13C同化物分配、塊根膨大過(guò)程中碳水化合物含量及淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響, 以揭示土壤緊實(shí)度調(diào)控甘薯塊根產(chǎn)量的生理生態(tài)原因。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014—2015年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站甘薯栽培池內(nèi)進(jìn)行。供試品種為源庫(kù)特征差異顯著的食用型甘薯品種北京553和龍薯9號(hào); 其中, 北京553為庫(kù)弱、源相對(duì)強(qiáng)的品種, 龍薯9號(hào)為庫(kù)強(qiáng)、源相對(duì)弱的品種。2014年試驗(yàn)地0~20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)1.42%、堿解氮86.96 mg kg–1、速效磷51.21 mg kg–1、速效鉀119.45 mg kg–1; 2015年試驗(yàn)地0~20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)1.30%、堿解氮79.47 mg kg–1、速效磷42.47 mg kg–1、速效鉀112.33 mg kg–1。

共設(shè)置3個(gè)處理, 緊實(shí)區(qū)(JS)為供試土壤壓實(shí)而成; 對(duì)照區(qū)(CK)為供試土壤自然形成; 疏松區(qū)(SS), 為供試土壤、沙和有機(jī)肥混合而成, 混合的標(biāo)準(zhǔn)是使疏松區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量和對(duì)照區(qū)相同, 然后將速效氮、磷、鉀含量調(diào)節(jié)到與對(duì)照區(qū)一致。所有處理基施鉀肥(K2O) 18 g m–2、氮肥(N) 6 g m–2, 田間管理措施同一般大田。小區(qū)面積16 m2, 行距80 cm, 株距25 cm, 重復(fù)3次, 隨機(jī)排列。2014年5月8日栽秧, 10月21日收獲; 2015年5月7日栽秧, 10月20日收獲。從栽秧至收獲期, 定期用土壤水分速測(cè)儀測(cè)定土壤水分含量, 根據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)補(bǔ)水, 保證不同處理間土壤水分含量基本一致。

1.2 取樣方法

從封壟期(栽秧后45 d)開始, 每隔20 d取一次樣, 直至收獲, 共取7次樣。每次每個(gè)處理在每個(gè)小區(qū)選擇生長(zhǎng)一致、具有代表性的植株5株, 剪掉地上部, 挖出所有塊根。稱取塊根的鮮重, 然后取塊根膨大部位將塊根橫切成片, 留取鮮樣, 液氮速凍,-40℃超低溫冰柜保存用于淀粉合成相關(guān)酶活性的測(cè)定; 另一部分塊根切片后稱鮮重, 在烘箱中105℃殺青30 min, 60℃烘干至恒重, 稱干重。根據(jù)塊根干率, 計(jì)算塊根的干物重; 利用各時(shí)期塊根干物重?cái)M合Logistic曲線。塊根干樣粉碎后用于蔗糖、可溶性糖、淀粉含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤溫度的測(cè)定 用直角地溫表測(cè)定土壤溫度。于每小區(qū)壟上設(shè)地溫表一套, 于栽植后20、30、40 d自壟面最高點(diǎn)開始, 觀測(cè)10 cm、20 cm土層土壤最高溫度和最低溫度, 計(jì)算土壤溫度日較差。溫度日較差(℃) = 最高溫度-最低溫度。

1.3.2 土壤物理性狀的測(cè)定 分別于秧苗栽植后0 d和160 d取5~10 cm和15~20 cm 2個(gè)土層的土樣, 用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重, 計(jì)算土壤孔隙度。用rimik公司生產(chǎn)的CP40II錐形觸探儀測(cè)定試驗(yàn)區(qū)土壤緊實(shí)度。

土壤容重(g cm–3)=烘干土重(g)/100(cm3)

土壤總孔隙度(%)=(1-土壤容重/土壤比重)×100

毛管孔隙度(%)=(濕土重-烘干土重)×100

非毛管孔隙度(%)=土壤總孔隙度-毛管孔隙度

1.3.313C標(biāo)記方法與測(cè)定 參照史春余等[6]的方法, 于栽秧后100 d, 在晴朗無(wú)風(fēng)或少風(fēng)天9:00-11:00, 從每個(gè)小區(qū)選擇生長(zhǎng)基本一致、具有代表性的植株2株, 在其主莖頂部第4~6片展開葉上標(biāo)記13CO2。13CO2由Ba13CO2(99%13C)和磷酸在反應(yīng)器中反應(yīng)生成并用氣球收集。標(biāo)記前將欲標(biāo)記葉用體積約為400 mL的聚氯乙烯透明塑料薄膜袋密封, 用醫(yī)用注射器注入50 mL13CO2(1%); 在自然光照下光合同化40 min, 之后撤掉透明塑料袋。標(biāo)記完成后48 h剪取標(biāo)記植株地上部, 并將塊根全部挖出。將植株分為5個(gè)部分, 分別為標(biāo)記部分(標(biāo)記葉所在的葉、柄、莖)、標(biāo)記上部(標(biāo)記葉到生長(zhǎng)點(diǎn)之間的葉、柄、莖)、標(biāo)記下部(標(biāo)記葉到莖蔓基部之間的葉、柄、莖)、側(cè)枝(主莖以外的葉、柄、莖)、塊根。分樣后, 將莖蔓切段、塊根切片、裝袋。裝袋樣品經(jīng)105℃殺青10~30 min, 60℃烘干至恒重; 然后稱重、粉碎, 用質(zhì)譜儀(Isoprime 100)測(cè)定13C。樣品中元素同位素比值樣= (δ13C/1000+1)×標(biāo)(標(biāo)為某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的碳元素同位素比值,標(biāo)= 1.080,626,7), 各部分總13C積累量 =樣/(樣+1)×C%×干重。

1.3.4 碳水化合物含量及相關(guān)酶活性的測(cè)定 用蒽酮比色法測(cè)定蔗糖、可溶性總糖和淀粉含量。用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性。

1.4 塊根產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

在收獲期測(cè)定單株結(jié)薯數(shù)、單薯重、塊根產(chǎn)量和生物產(chǎn)量, 計(jì)算收獲指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)、作圖, DPS (Data Processing System) v7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析檢驗(yàn)方差, Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要生長(zhǎng)時(shí)期土壤溫度和物理性狀

2.1.1 耕作層土壤物理性狀 由表1可以看出, 隨土壤緊實(shí)度的提高, 5~10 cm和15~20 cm土層土壤容重、毛管孔隙度升高, 非毛管孔隙度、總孔隙度降低。隨著甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育, 各處理土壤緊實(shí)度稍有上升但變化不大。說(shuō)明在甘薯的整個(gè)生育期, 各緊實(shí)度處理的效果一直存在; 降低土壤緊實(shí)度有利于改善土壤通氣性。

表1 主要生長(zhǎng)時(shí)期土壤物理性狀

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)。SS: 疏松處理; CK: 對(duì)照處理; JS: 緊實(shí)處理。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. SS: loose treatment; CK: control; JS: compaction treatment.

2.1.2 耕作層土壤溫度 從表2可以看出, 在甘薯生長(zhǎng)前期(栽秧后20~40 d), 與對(duì)照相比, 提高土壤緊實(shí)度(JS), 耕作層土壤的最高溫度降低、最低溫度升高, 溫度日較差減小; 降低土壤緊實(shí)度(SS), 提高了耕作層土壤的最高溫度, 增溫幅度達(dá)0.2~ 1.9℃, 降低耕作層土壤的最低溫度, 降溫幅度為0.2~1.6℃, 溫度日較差增大。從不同土層來(lái)看, 改變土壤緊實(shí)度對(duì)10 cm土層溫度的影響大于20 cm土層。隨著甘薯地上部的生長(zhǎng), 莖葉逐漸覆蓋地面, 在栽秧后40 d時(shí)各處理間的差異變小。說(shuō)明隨著土壤緊實(shí)度的降低, 耕作層土壤最高溫度提高, 最低溫度降低, 土壤溫度日較差變大, 這可能是促進(jìn)甘薯塊根早形成并提高塊根膨大起始勢(shì)的原因之一。

表2 土壤緊實(shí)度對(duì)甘薯生長(zhǎng)前期耕作層土壤溫度的影響

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)。MAT: 最高溫度; MIT: 最低溫度; DTR: 日較差。其他縮寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. MAT: maximum temperature; MIT: minimum temperature; DTR: diurnal temperature range. Other abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.2 塊根產(chǎn)量及收獲指數(shù)

兩年試驗(yàn)結(jié)果表明(表3), 與對(duì)照相比, 增加土壤緊實(shí)度(JS)顯著降低2個(gè)品種塊根產(chǎn)量和收獲指數(shù); 降低土壤緊實(shí)度(SS)顯著提高塊根產(chǎn)量, 2014年北京553和龍薯9號(hào)分別增產(chǎn)24.25%和27.78%, 2015年北京553和龍薯9號(hào)分別增產(chǎn)20.01%和21.64%, 同時(shí)收獲指數(shù)也顯著提高。增加土壤緊實(shí)度顯著降低單株結(jié)薯數(shù)、單薯重和生物產(chǎn)量; 降低土壤緊實(shí)度顯著提高單薯重, 而對(duì)生物產(chǎn)量和單株結(jié)薯數(shù)影響不大。以上結(jié)果表明, 降低土壤緊實(shí)度顯著提高產(chǎn)量, 主要是由于提高了收獲指數(shù)和單薯重。

2.3 塊根干物質(zhì)積累特征及功能葉光合產(chǎn)物分配

2.3.1 塊根干物質(zhì)積累特征 塊根干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)近似Logistic曲線, 通過(guò)非線性回歸分析得出塊根干物質(zhì)積累特征曲線=/(1+e–bx), 式中、、均為常數(shù),為甘薯栽植后天數(shù),為塊根干物質(zhì)積累量。根據(jù)該方程求出決定系數(shù)(2)、塊根干物質(zhì)初始積累量(0)、平均積累速率(mean)、最大積累速率(max)、最大積累速率出現(xiàn)的時(shí)間(max.V)和干物質(zhì)積累持續(xù)時(shí)間()等。對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn), 3個(gè)處理的2值對(duì)于自由度6 (0.05= 0.707,0.01=0.834)為極顯著, 所以用Logistic方程描述甘薯塊根膨大過(guò)程的干物質(zhì)積累是合適的。

由表4可以看出, 與對(duì)照相比, 增加土壤緊實(shí)度降低2個(gè)品種塊根干物質(zhì)初始積累量、平均積累速率和最大積累速率; 降低土壤緊實(shí)度明顯提高2個(gè)品種塊根干物質(zhì)初始積累量、平均積累速率和最大積累速率, 北京553比對(duì)照分別提高100.00%、22.15%、16.51%, 龍薯9號(hào)比對(duì)照分別提高12.88%、27.27%、28.31%。說(shuō)明降低土壤緊實(shí)度有利于促進(jìn)塊根早形成, 同時(shí)提高了甘薯塊根膨大過(guò)程中的干物質(zhì)積累速率, 有利于提高單薯重, 從而增加塊根產(chǎn)量。

表3 塊根產(chǎn)量及收獲指數(shù)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

表4 塊根干物質(zhì)積累特征參數(shù)(2015年)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。均為常數(shù);2為決定系數(shù);0為塊根干物質(zhì)初始積累量;mean為平均積累速率;max為最大積累速率;max.V為最大積累速率出現(xiàn)的時(shí)間;為干物質(zhì)積累持續(xù)時(shí)間。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.,, andare constants;2is coefficient of determination;0refers to the initial dry matter accumulation amount;meanrefers to the mean dry matter accumulation rate;maxrefers to the time of maximum dry matter accumulation rate;max.Vrefers to the time of maximum dry matter accumulation rate appeared, andrefers to dry matter accumulation duration.

2.3.2 栽植后100 d功能葉13C同化物的運(yùn)轉(zhuǎn)分配特點(diǎn) 表5數(shù)據(jù)顯示, 與對(duì)照相比, 提高土壤緊實(shí)度(JS)明顯減少2個(gè)品種功能葉13C同化物向塊根分配比例, 而顯著提高側(cè)枝中的分配比例。降低土壤緊實(shí)度(SS)明顯增加2個(gè)品種功能葉13C同化物在塊根中的分配比例; 其中, 北京553增加40.06%, 龍薯9號(hào)增加9.10%。說(shuō)明降低土壤緊實(shí)度有利于光合產(chǎn)物由葉片向塊根中運(yùn)輸, 增加干物質(zhì)在塊根中的分配比例。

2.4 主要生長(zhǎng)時(shí)期甘薯塊根中碳水化合物含量及淀粉合成相關(guān)酶活性

2.4.1 塊根中可溶性糖、蔗糖、淀粉含量 從表6可以看出, 與對(duì)照相比, 提高土壤緊實(shí)度可增加2個(gè)品種塊根中可溶性糖和蔗糖含量, 降低淀粉含量; 降低土壤緊實(shí)度降低2個(gè)品種塊根中可溶性糖和蔗糖含量, 提高淀粉含量。不同生長(zhǎng)時(shí)期, 2個(gè)品種表現(xiàn)出的規(guī)律相似。說(shuō)明降低土壤緊實(shí)度有利于塊根中可溶性糖向淀粉的轉(zhuǎn)化, 這可能與促進(jìn)了淀粉的合成有關(guān)。

表5 栽秧后100 d功能葉13C同化物在不同器官的分配比例(2015年)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

表6 主要生長(zhǎng)時(shí)期塊根中可溶性糖、蔗糖和淀粉含量(2015年)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.4.2 塊根中蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性 蔗糖合酶(SS)是植物蔗糖代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶之一, 在庫(kù)器官中能夠促進(jìn)蔗糖分解并對(duì)淀粉合成有重要作用[8-9]。由圖1可以看出, 與對(duì)照處理相比, 增加土壤緊實(shí)度(JS)顯著降低2個(gè)品種塊根中的蔗糖合酶(SS)活性; 降低土壤緊實(shí)度提高塊根中蔗糖合酶(SS)活性, 北京553和龍薯9號(hào)分別比對(duì)照提高了4.25%~13.97%和7.25%~26.16%。

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)是淀粉合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶, 它為淀粉合成提供前體物質(zhì)腺苷二磷酸葡萄糖[9-10]。從圖2可以看出, 與對(duì)照相比, 增加土壤緊實(shí)度(JS)顯著降低2個(gè)品種塊根中ADPGPPase活性; 降低土壤緊實(shí)度(SS)提高2個(gè)品種塊根中ADPGPPase活性, 北京553提高5.08%~ 24.73%, 龍薯9號(hào)提高0.35%~9.67%。降低土壤緊實(shí)度提高了塊根中SS、ADPGPPase活性, 是其增加塊根中淀粉含量的原因之一。

圖1 主要生長(zhǎng)時(shí)期甘薯塊根中蔗糖合酶(SS)活性(2015年)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

圖2 主要生長(zhǎng)時(shí)期塊根中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性(2015年)

標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

3 討論

3.1 土壤緊實(shí)度對(duì)甘薯塊根形成的調(diào)控效應(yīng)及與塊根產(chǎn)量的關(guān)系

已有研究表明, 溫度日較差大可以顯著提高作物產(chǎn)量[12-16], 在甘薯上的研究結(jié)果表明, 地膜覆蓋可以提高不同土層土壤的溫度、增大不同土層土壤溫度日較差, 從而促進(jìn)塊根早形成, 增加單薯重, 提高塊根產(chǎn)量[17-22]。本研究結(jié)果表明, 與對(duì)照相比, 提高土壤緊實(shí)度, 則土壤容重和土壤毛管孔隙度提高、非毛管孔隙度降低, 土壤通氣狀況惡化; 降低土壤緊實(shí)度, 則土壤容重降低、非毛管孔隙度提高, 改善了土壤的通氣狀況。提高土壤緊實(shí)度顯著降低耕作層土壤溫度日較差, 同時(shí)顯著降低單株結(jié)薯數(shù)和塊根干物質(zhì)初始積累量, 說(shuō)明土壤緊實(shí)度過(guò)大不利于塊根形成; 而降低土壤緊實(shí)度顯著提高耕作層土壤溫度日較差, 同時(shí)顯著提高塊根干物質(zhì)初始積累量, 說(shuō)明降低土壤緊實(shí)度有利于塊根早形成。因此, 本研究認(rèn)為, 降低土壤緊實(shí)度提高塊根形成期耕作層土壤溫度日較差, 促進(jìn)塊根早形成, 這是提高甘薯塊根產(chǎn)量的主要原因之一。

3.2 土壤緊實(shí)度對(duì)甘薯塊根膨大過(guò)程中淀粉合成的調(diào)控效應(yīng)及與塊根產(chǎn)量的關(guān)系

前人研究表明, 增加耕作層土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可以改善土壤通氣性, 顯著提高甘薯塊根形成層的活動(dòng)能力、增加塊根產(chǎn)量[3-4]。與粘土地相比, 種植在砂土地上的甘薯結(jié)薯早, 塊根膨大快, 塊根薄壁細(xì)胞中淀粉粒數(shù)多[5]。改善土壤通氣性促進(jìn)14C同化物由葉片向塊根的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配, 提高塊根中淀粉含量, 極顯著地提高塊根的產(chǎn)量[6-7]。甘薯上的研究已證實(shí)蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)與淀粉的合成密切相關(guān), SS和ADPGPPase協(xié)同作用促進(jìn)淀粉的合成[23-26]。本研究結(jié)果表明, 與對(duì)照相比, 提高土壤緊實(shí)度, 則塊根中SS、ADPGPPase活性和淀粉含量都降低; 降低土壤緊實(shí)度, 則塊根中SS和ADPGPPase活性提高, 塊根中淀粉含量升高。說(shuō)明降低土壤緊實(shí)度有利于淀粉合成, 其主要原因是提高了塊根中淀粉合成關(guān)鍵酶(SS、ADPGPPase)的活性。本研究還發(fā)現(xiàn), 降低土壤緊實(shí)度顯著提高塊根膨大過(guò)程中功能葉13C同化物在塊根中的分配比例和塊根干物質(zhì)積累速率, 顯著提高收獲期單薯重、收獲指數(shù)和塊根產(chǎn)量。因此, 本研究認(rèn)為, 降低土壤緊實(shí)度提高甘薯塊根產(chǎn)量的另一個(gè)原因是, 提高了塊根膨大過(guò)程中淀粉的合成能力、以及地上部光合產(chǎn)物向塊根的分配能力, 有利于塊根迅速膨大、提高平均薯塊重量。

4 結(jié)論

降低土壤緊實(shí)度增加了土壤非毛管孔隙度、改善了土壤通氣狀況, 顯著提高了甘薯塊根產(chǎn)量。其增產(chǎn)的主要原因有二, 一是提高了塊根形成過(guò)程中耕作層土壤溫度日較差, 促進(jìn)塊根早形成, 有利于協(xié)調(diào)甘薯生長(zhǎng)中后期地上部生長(zhǎng)和塊根生長(zhǎng)的關(guān)系。二是提高了塊根膨大過(guò)程中淀粉的合成能力、以及地上部光合產(chǎn)物向塊根的分配能力, 有利于塊根迅速膨大、提高平均薯塊重量。

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Response mechanism of sweet potato storage root formation and bulking to soil compaction and its relationship with yield

SHI Wen-Qing1, ZHANG Bin-Bin1, LIU Hong-Juan1, ZHAO Qing-Xin2, SHI Chun-Yu1,*, WANG Xin-Jian1, and SI Cheng-Cheng1

1College of Agronomy, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong, China:2Shandong Province Agricultural Technology Extension Station, Jinan 250100, Shandong, China

Field experiments were performed using two sweet potato [L.(Lam.)].cultivars (‘Beijing 553’ and ‘Longshu 9’) with significant differences in source sink characteristics. The physiological and ecological mechanisms of regulation of soil compaction on storage root yield were studied under different soil compaction treatments. The non-capillary porosity of plough horizon increased significantly during the whole growth period with the decrease of soil compactness. During storage root formation (20–40 d), the minimum temperature was significantly decreased, the maximum temperature and diurnal temperature range of plough layer were significantly increased with the decrease of soil compactness. Compared with the control, the loose treatment could increase the activities of sucrose synthase (SS) and adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase (ADPGPPase) in storage roots, also the starch content, the initial dry matter accumulation potential, dry matter accumulation rate and the distribution ratio of13C assimilates from functional leaf to storage root. At harvest period the average weight per storage root and harvest index were significantly increased in the loose treatment, Beijing 553 and Longshu 9 increased production by 20.01% to 24.25% and 21.64% to 27.78%, respectively.

sweet potato; soil compaction; root formation; tuberous thickening; yield

2018-06-20;

2018-12-24;

2019-02-01.

10.3724/SP.J.1006.2019.84084

史春余, E-mail: scyu@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8246259

E-mail: shiwenqingsd@163.com

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371577)和山東省薯類產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家項(xiàng)目(SDAIT-16-01)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31371577) and the Potato Innovation Program for Chief Expert of Shandong Province (SDAIT-16-01).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190114.1656.003.html