• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

干旱胁迫下钾素对甘薯碳水化合物及内源激素含量的影响

孙哲 史春余 陈路路 田昌庚 郑建利 柳洪鹃 张鹏

引用本文:
Citation:

干旱胁迫下钾素对甘薯碳水化合物及内源激素含量的影响

    作者简介: 孙哲 E-mail:sunxz_8311@163.com;
    通讯作者: 史春余, E-mail:scyu@sdau.edu.cn

Effects of potassium nutrition on carbohydrate and endogenous hormone contents of sweet potato under drought stress

    Corresponding author: SHI Chun-yu, E-mail:scyu@sdau.edu.cn ;
  • 摘要: 【目的】研究干旱胁迫下施钾量对不同生长时期甘薯碳水化合物及内源激素含量的影响,为甘薯的抗旱高产栽培提供理论依据。【方法】选用食用型甘薯品种‘泰中6号’为材料,以硫酸钾(K2SO4)为供试肥料,水分处理设土壤最大持水量的60%~70%和30%~40%,依次代表正常供水(W1)和干旱胁迫(W0);钾肥设K0、K1、K2、K3四个水平,K2O用量分别为0、120、240和360 kg/hm2。分析了不同生长时期甘薯干物质含量、淀粉和可溶性糖含量、内源激素含量及收获期块根产量。【结果】干旱胁迫下甘薯植株干物质含量、块根和淀粉产量显著降低,施钾有利于甘薯植株干物质含量的提高、块根的膨大和淀粉的生成和积累,甘薯植株和块根干物质含量、块根淀粉含量和积累量最大均为K2处理,较K0提高幅度最大分别达到31.7%、43.6%、10.6%和50.6%。相同钾用量条件下,干旱胁迫下块根单薯重显著高于正常灌水,单株结薯数显著低于正常灌水。正常灌水条件下施钾后甘薯叶片可溶性糖含量降低,而块根可溶性糖含量升高,干旱胁迫下施钾使甘薯叶片和块根可溶性糖含量增大,较K0提高幅度最高分别达到31.4%和36.0%。干旱胁迫下施钾后甘薯叶片和块根IAA、ABA、ZR和GA含量显著增大,较K0提高幅度最高分别达到12.7%、15.7%、12.0%、10.4%和21.4%、15.6%、65.7%、13.0%,促进了甘薯植株碳水化合物含量和干重的提高,块根淀粉积累速率增大。【结论】干旱胁迫下施钾促进了干物质向块根的分配,提高了甘薯块根单薯重,从而增加了单位面积甘薯块根产量。干旱胁迫下钾素提高甘薯块根和叶片内源激素(ABA、IAA、ZR、GA)含量,块根内源激素含量的增加促进了块根淀粉的合成和积累,叶片内源激素含量的增加促进了地上部茎叶生长、茎叶干物质积累和叶片可溶性糖含量的增加,增强了甘薯的抗旱性。
  • 图 1  干旱胁迫与正常供水下钾肥对甘薯干物质含量的影响

    Figure 1.  Effect of potassium on dry matter of sweet potato with or without drought stress

    图 2  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯块根淀粉含量随生长期的变化

    Figure 2.  Starch content variation of storage roots with growing days in each potassium treatment with or without drought stress

    图 3  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期块根淀粉积累量和积累速率

    Figure 3.  Starch accumulation amount and rate of storage roots at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

    图 4  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期叶片内源激素含量

    Figure 4.  Endogenous hormone concentrations in the leaves of sweet potato at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

    图 5  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期块根内源激素含量

    Figure 5.  Endogenous hormone concentrations in the storage roots of sweet potato at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

    表 1  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯块根产量和收获指数

    Table 1.  Storage root yield and harvest index of sweet potato in each potassium treatment with or without drought stress

    处理
    Treatment
    结薯数 (No./plant)
    Storage root No.
    单薯重 (g/lump, FW)
    Lump weight
    产量 (kg/hm2)
    Root yield
    淀粉产量 (kg/hm2)
    Starch yield
    出干率 (%)
    Dry matter rate
    W0K0 2.03 d 251.8 ab 25574 f 3011 d 26.3 a
    W0K1 2.20 c 264.0 a 29014 cd 3718 c 26.1 ab
    W0K2 2.23 bc 265.0 a 29597 bc 3943 bc 26.4 a
    W0K3 2.15 cd 256.6 a 27625 de 3800 c 26.2 ab
    W1K0 2.34 b 231.1 b 27049 ef 3467 cd 25.2 b
    W1K1 2.50 a 256.6 a 32007 b 4378 ab 25.8 ab
    W1K2 2.57 a 259.1 a 33174 a 4690 a 25.4 ab
    W1K3 2.59 a 253.2 ab 32792 a 4668 a 25.9 ab
    注(Note):同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 2  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯T/R值

    Table 2.  Effect of potassium on T/R values of sweet potato in each potassium treatment with or without drought stress

    处理Treatment 栽秧后天数Days after planting (d)
    40 60 80 100
    W0K0 43.53 b 17.82 a 8.14 a 1.78 a
    W0K1 38.72 cd 13.20 cd 5.93 b 1.61 b
    W0K2 37.28 d 12.90 de 5.40 bc 1.60 b
    W0K3 40.15 c 15.13 ab 5.72 b 1.66 ab
    W1K0 48.70 a 14.48 bcd 6.82 ab 1.72 a
    W1K1 45.64 ab 11.37 de 5.39 bc 1.66 ab
    W1K2 43.24 b 10.25 ef 5.04 c 1.63 b
    W1K3 43.51 b 9.77 f 5.10 c 1.63 b
    注(Note):T/R—地上部与地下部干重比 Dry weight ratio of above-ground to underground. 同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 3  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期叶片和块根的可溶性糖含量 (%,干基)

    Table 3.  Soluble sugar contents in leaf and storage root of sweet potato in different growing periods with or without drought stress (%, dry base)

    处理
    Treatment
    叶片Leaf 块根Storage root
    40 d 60 d 80 d 100 d 40 d 60 d 80 d 100 d
    W0K0 7.23 c 6.77 d 7.85 b 7.62 c 19.4 e 24.5 e 19.4 d 16.6 c
    W0K1 8.24 b 8.05 b 9.23 a 8.92 a 25.1 ab 31.7 ab 24.6 a 18.3 b
    W0K2 9.14 a 8.90 a 9.01 a 8.99 a 26.3 a 33.3 a 25.0 a 19.5 a
    W0K3 7.95 bc 7.59 bc 8.49 b 8.68 ab 24.2 b 28.8 c 23.9 ab 18.6 b
    W1K0 7.89 bc 7.30 cd 7.98 b 8.29 b 21.0 d 26.5 c 20.3 cd 17.2 c
    W1K1 7.53 c 6.97 cd 7.05 d 7.58 c 22.4 cd 28.0 c 21.9 bc 19.0 ab
    W1K2 6.42 d 6.40 d 6.71 de 7.25 cd 23.8 bc 30.7 b 23.6 ab 19.1 ab
    W1K3 6.14 d 5.91 f 6.22 e 7.03 d 24.0 b 31.0 b 23.3 b 19.3 a
    注(Note):同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 4  甘薯栽秧后40、60、80和100天时块根淀粉含量与内源激素含量的相关系数

    Table 4.  Correlation coefficients between starch content and endogenous hormone contents in storage roots at the 40, 60, 80 and 100 days after planting

    栽秧后天数
    Days after planting
    IAA ZR GA ABA
    40 0.9370** 0.9193** 0.9402** −0.7465*
    60 0.9453** 0.9772** 0.9647** −0.7835*
    80 0.9537** 0.9412** 0.9549** −0.8589**
    100 0.9860** 0.8667** 0.9900** −0.9195**
    注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01.
    下载: 导出CSV
  • [1] 李冀南, 李朴芳, 孔海燕, 等. 干旱胁迫下植物根源化学信号研究进展[J]. 生态学报, 2011, 31(9): 2610–2620. Li J N, Li P F, Kong H Y, et al. Current progress in eco-physiology of root-sourced chemical signal in plant under drought stress[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(9): 2610–2620.
    [2] Melis R, van staden J(陶国清译). 薯类作物的成块作用和激素[J]. 国外农学—杂粮作物, 1985, (2): 19–23. Melis R, van staden J(Translated by Tao G Q). The tuberous root formation and hormone[J]. Overseas Agronomy– Miscellaneous Grain Crop, 1985, (2): 19–23.
    [3] Matsuo T. Identification of free cytokinins and the change in endogenous levels during tuber development of sweet potato[J]. Plant and Cell Physiology, 1983, 24: 1305–1312.
    [4] Matsuo T, Mitsuzono H. Variation in the levels of major free cytokinins and free abscisic acid during tuber development of sweet potato[J]. Journal of Plant Growth Regulation, 1988, 7: 249–258. doi: 10.1007/BF02025267
    [5] 陈晓光, 史春余, 李洪民, 等. 施钾时期对食用甘薯光合特性和块根淀粉积累的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(3): 759–763. Chen X G, Shi C Y, Li H M, et al. Effects of potassium fertilization period on photosynthetic characteristics and storage root starch accumulation of edible sweet potato[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(3): 759–763.
    [6] 柳洪鹃, 史春余, 张立明, 等. 钾素对食用型甘薯糖代谢相关酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(3): 724–732. Liu H J, Shi C Y, Zhang L M, et al. Effect of potassium on related enzyme activities in sugar metabolism of edible sweet potato[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3): 724–732.
    [7] 宁运旺, 马洪波, 张辉, 等. 氮、磷、钾对甘薯生长前期根系形态和植株内源激素含量的影响[J]. 江苏农业学报, 2013, 29(6): 1326–1332. Ning Y W, Ma H B, Zhang H, et al. Effects of nitrogen,phosphorus and potassium on root morphology and endogenous hormone contents of sweet potato at early growing stages[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Science, 2013, 29(6): 1326–1332. doi: 10.3969/j.issn.1000-4440.2013.06.022
    [8] 史春余, 王振林, 赵秉强, 等. 钾营养对甘薯某些生理特性和产量形成的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(1): 81–85. Shi C Y, Wang Z L, Zhao B Q, et al. Effect of potassium nutrition on some physiological characteristics and yield formation of sweet potato[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(1): 81–85. doi: 10.3321/j.issn:1008-505X.2002.01.015
    [9] 陈波浪, 盛建东, 蒋平安, 贾宏涛. 钾营养对水培棉花氮、磷、钾分配和3种植物激素含量的影响[J]. 新疆农业大学学报, 2008, 31(1): 60–63. Chen B L, Sheng J D, Jiang P A, Jia H T. Effects of potassium nutrition on distribution of nitrogen, phosphorus and potassium and the hormones content of three plants in cotton with liquid[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2008, 31(1): 60–63. doi: 10.3969/j.issn.1007-8614.2008.01.013
    [10] 郭英, 宋宪亮, 王庆材, 等. 施钾对棉花苗期叶片内源激素与氧自由基代谢的影响[J]. 华北农学报, 2006, 21(1): 59–62. Guo Y, Song X L, Wang Q C, et al. Effect of potassium nutrition on endogenous hormone and free radicals in cotton seedling[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2006, 21(1): 59–62. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2006.01.014
    [11] 库文珍, 彭克勤, 张雪芹, 等. 低钾胁迫对水稻苗期矿质营养吸收和植物激素含量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(1): 69–75. Ku W Z, Peng K Q, Zhang X Q, et al. Effects of low potassium stress on mineral nutrient absorption and phytohormone contents of rice seedling[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(1): 69–75. doi: 10.3321/j.issn:1008-505X.2009.01.010
    [12] 杨娟娟, 郭巧生, 陈苏丹, 邓乔华. 钾肥和水分对菘蓝幼苗生长和生理特性的影响[J]. 中国中药杂志, 2014, 39(10): 1772–1776. Yang J J, Guo Q S, Chen S D, Deng Q H. Effects of different K fertilizer and water levels on growth and physiological characteristics of Isatis indigotica[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2014, 39(10): 1772–1776.
    [13] Zahoor R, Zhao W, Abid M, et al. Potassium application regulates nitrogen metabolism and osmotic adjustment in cotton (Gossypium hirsutum L.) functional leaf under drought stress[J]. Plant Physiology, 2017, 215(8): 30–38.
    [14] Zahoor R, Zhao W, Dong H, et al. Potassium improves photosynthetic tolerance to and recovery from episodic drought stress in functional leaves of cotton (Gossypium hirsutum L.)[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2017, 119(10): 21–32.
    [15] 陆国权, 唐忠厚, 黄华宏. 不同施钾水平甘薯直链淀粉含量和糊化特性的基因型差异[J]. 浙江农业学报, 2005, 17(5): 280–283. Lu G Q, Tang Z H, Huang H H. Genotype variation in amylose content and starch pasting properties of sweet potato storage at two K levels[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2005, 17(5): 280–283. doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2005.05.009
    [16] 张立明,王庆美,王荫墀. 甘薯的主要营养成分和保健作用[J]. 杂粮作物, 2003, 23(3): 162–166. Zhang L M, Wang Q M, Wang Y X. The main nutrient components and health care function of sweet potato[J]. Rain Fed Crops, 2003, 23(3): 162–166.
    [17] 史春余, 王振林, 赵秉强, 等. 钾营养对甘薯块根薄壁细胞微结构、14C同化物分配和产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(3): 335–339. Shi C Y, Wang Z L, Zhao B Q, et al. Effects of potassium on the parenchyma cell structure of storage root, the distribution of 14C photosynthates and yield in sweet potato[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(3): 335–339. doi: 10.3321/j.issn:1008-505X.2002.03.014
    [18] 杨爱梅, 王自立, 王家才. 甘薯平衡施肥与施用钾肥效果的研究[J]. 河北农业科学, 2009, 13(3): 48–50. Yang A M, Wang Z L, Wang J C. Study on the effects of balanced fertilization and application of potassium fertilizer on sweet potato[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences, 2009, 13(3): 48–50. doi: 10.3969/j.issn.1088-1631.2009.03.020
    [19] 李卓杰. 植物激素及其应用[M]. 广州: 中山大学出版社, 1993. 10–56.
    Li Z J. Plant hormone and application[M]. Guangzhou: Zhongshan University Press, 1993. 10–56.
    [20] 王庆美, 张立明, 王振林. 甘薯内源激素变化与块根形成膨大的关系[J]. 中国农业科学, 2005, 38(12): 2414–2420. Wang Q M, Zhang L M, Wang Z L. Formation and thickening of tuberous roots in relation to the endogenous hormone concentrations in sweet potato[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(12): 2414–2420. doi: 10.3321/j.issn:0578-1752.2005.12.007
    [21] 魏道智, 江力, 张荣铣, 等. ABA 和 ZT 对小麦叶细胞质膜某些生理特性的影响[J]. 西北植物学报, 2002, 22(6): 1360–1364. Wei D Z, Jiang L, Zhang R X, et al. Effects of ABA and ZT on some physiological characteristics of cell membrane in wheat leaf[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2002, 22(6): 1360–1364. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2002.06.013
    [22] 张海燕, 段文学, 解备涛. 不同时期干旱胁迫对甘薯内源激素的影响及其与块根产量的关系[J]. 作物学报, 2018, 44(1): 126–136. Zhang H Y, Duan W X, Xie B T, et al. Effects of drought stress at different growth stages on endogenous hormones and its relationship with storage root yield in sweet potato[J]. Acta Agronomica Sinica, 2018, 44(1): 126–136.
    [23] Havlova M, Dobrev P I, Motyka V, et al. The role of cytokinins in responses to water deficit in tobacco plants over-expressing trans-zeatin O-glucosyltransferase under 35S or SAG 12 promoters[J]. Plant Cell and Environment, 2008, 31: 341–353. doi: 10.1111/pce.2008.31.issue-3
    [24] Kosova K, Prasil I T, Vitamvds P, et al. Complex phytohormone responses during the cold acclimation of two wheat cultivars differing in cold tolerance, winter Samanta and spring Sandra[J]. Journal of Plant Physiology, 2012, 169: 567–576. doi: 10.1016/j.jplph.2011.12.013
    [25] 孙哲, 史春余, 刘桂玲, 等. 干旱胁迫与正常供水钾肥影响甘薯光合特性及块根产量的差异[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(4): 1071–1078. Sun Z, Shi C Y, Liu G L, et al. Effect difference of potassium fertilizer on leaf photosynthetic characteristics and storage root yield of sweet potato under drought stress and normal water condition[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(4): 1071–1078.
    [26] Jewer P C, Neales T F, Incoll L D. Stomatal responses to carbon dioxide of isolated epidermis from d C3 plant, the Argenteum mutant of Pisum sativum L., and a crassulacean-acid-metabolism plant Kalanchoë diagremontiana Hamet et Perr[J]. Planta, 1985, 164: 495–500. doi: 10.1007/BF00395965
    [27] Lechowski Z. Stomatal response to exogenous cytokinin treatment of the hemiparasite Melampyrum arvense L. before and after attachment to the host[J]. Biologia Plantarum, 1997, 39: 13–21. doi: 10.1023/A:1000392502943
    [28] 梁建生, 张建华. 根系逆境信号ABA的产生和运输及其生理作用[J]. 植物生理学通讯, 1998, 34(5): 329–338. Liang J S, Zhang J H. Production, transport and physiological functions of stress signal abscisic acid in roots[J]. Plant Physiology Communications, 1998, 34(5): 329–338.
    [29] 王清泉, 陈云, 谢虹, 等. 干旱和氮素交互作用对玉米叶片水势、气孔导度及根部ABA与CTK合成的影响[J]. 中国农学通报, 2004, 20(3): 20–21, 32. Wang Q Q, Chen Y, Xie H, et al. Effect of interaction of drought and nitrogen on leaf water potential, stomatal conductance and ABA & CTK synthesization in maize[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2004, 20(3): 20–21, 32. doi: 10.3969/j.issn.1007-7774.2004.03.023
  • [1] 史春余王振林赵秉强郭风法余松烈 . 钾营养对甘薯块根薄壁细胞微结构、14C同化物分配和产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(3): 335-339. doi: 10.11674/zwyf.2002.0314
    [2] 王旭东于振文王东 . 钾对小麦茎和叶鞘碳水化合物含量及子粒淀粉积累的影响. 植物营养与肥料学报, 2003, 9(1): 57-62. doi: 10.11674/zwyf.2003.0110
    [3] 史春余王振林赵秉强郭风法余松烈 . 钾营养对甘薯某些生理特性和产量形成的影响. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(1): 81-85. doi: 10.11674/zwyf.2002.0115
    [4] 李长志李欢刘庆史衍玺 . 不同生长时期干旱胁迫甘薯根系生长及荧光生理的特性比较. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(2): 511-517. doi: 10.11674/zwyf.14513
    [5] 孙哲史春余刘桂玲高俊杰柳洪鹃郑建利张鹏 . 干旱胁迫与正常供水钾肥影响甘薯光合特性及块根产量的差异. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(4): 1071-1078. doi: 10.11674/zwyf.15307
    [6] 杨凤娟王秀峰魏珉任志雨闫童 . 黄瓜幼苗内源激素和多胺对NO3-胁迫的适应性变化研究 . 植物营养与肥料学报, 2008, 14(6): 1129-1136. doi: 10.11674/zwyf.2008.0616
    [7] 肖列刘国彬李鹏薛萐 . 白羊草光合特性及非结构性碳水化合物含量对 CO2 浓度倍增和干旱胁迫的响应. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(2): 389-397. doi: 10.11674/zwyf.16132
    [8] 郑延海宁堂原贾爱君李增嘉韩宾江晓东李卫东 . 钾营养对不同基因型小麦幼苗NaCl胁迫的缓解作用. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(3): 381-386. doi: 10.11674/zwyf.2007.0305
    [9] 焦晓燕王劲松武爱莲赵瑞芬王立革董二伟 . 缺硼对绿豆叶片光合特性和碳水化合物含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(3): 615-622. doi: 10.11674/zwyf.2013.0311
    [10] 魏永胜梁宗锁张福锁 . 干旱胁迫及不同钾水平下烟草叶肉细胞中钾的再分布. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(4): 447-451. doi: 10.11674/zwyf.2002.0413
    [11] 郑顺林王西瑶马均袁继超李首成 . 营养水平对马铃薯块茎发育中激素、产量和品质的影响 . 植物营养与肥料学报, 2008, 14(3): 515-519. doi: 10.11674/zwyf.2008.0317
    [12] 柯玉琴潘廷国 . NaCl胁迫对甘薯叶片水分代谢、光合速率、ABA含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(3): 337-343. doi: 10.11674/zwyf.2001.0315
    [13] 王振振张超史春余柳洪鹃史衍玺 . 腐植酸缓释钾肥对土壤钾素含量和甘薯吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(1): 249-255. doi: 10.11674/zwyf.2012.11271
    [14] 吕长文赵勇唐道彬王季春何凤发张凯 . 不同类型甘薯品种氮、 钾积累分配及其与产量性状的关系. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(2): 475-482. doi: 10.11674/zwyf.2012.11217
    [15] 柳洪鹃史春余柴沙沙王翠娟任国博江燕司成成 . 不同时期施钾对甘薯光合产物运转动力的调控. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(1): 171-180. doi: 10.11674/zwyf.2015.0119
    [16] 柳洪鹃史春余张立明张海峰王振振柴沙沙 . 钾素对食用型甘薯糖代谢相关酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(3): 724-732. doi: 10.11674/zwyf.2012.11253
    [17] 汪顺义李欢史衍玺 . 不同施钾方式对甘薯钾素吸收及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(2): 557-564. doi: 10.11674/zwyf.14385
    [18] 彭福田姜远茂顾曼如束怀瑞 . 氮素对苹果果实内源激素变化动态与发育进程的影响. 植物营养与肥料学报, 2003, 9(2): 208-213. doi: 10.11674/zwyf.2003.0214
    [19] 李洪娜许海港任饴华丁宁姜翰姜远茂 . 不同施氮水平对矮化富士苹果幼树生长、氮素利用及内源激素含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(5): 1304-1311. doi: 10.11674/zwyf.2015.0525
    [20] 李洪娜季萌萌彭玲姜翰葛顺峰姜远茂 . SH6中间砧不同埋土深度对苹果幼树内源激素和氮素利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(6): 1460-1467. doi: 10.11674/zwyf.2014.0616
  • 加载中
图(5)表(4)
计量
  • 文章访问数:  57
  • HTML全文浏览量:  112
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-28
  • 网络出版日期:  2019-09-29
  • 刊出日期:  2019-09-01

干旱胁迫下钾素对甘薯碳水化合物及内源激素含量的影响

    作者简介:孙哲 E-mail:sunxz_8311@163.com
    通讯作者: 史春余, scyu@sdau.edu.cn
  • 1. 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东泰安 271018
  • 2. 泰安市农业科学研究院,山东泰安 271000
  • 3. 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所,上海 200032

摘要: 【目的】研究干旱胁迫下施钾量对不同生长时期甘薯碳水化合物及内源激素含量的影响,为甘薯的抗旱高产栽培提供理论依据。【方法】选用食用型甘薯品种‘泰中6号’为材料,以硫酸钾(K2SO4)为供试肥料,水分处理设土壤最大持水量的60%~70%和30%~40%,依次代表正常供水(W1)和干旱胁迫(W0);钾肥设K0、K1、K2、K3四个水平,K2O用量分别为0、120、240和360 kg/hm2。分析了不同生长时期甘薯干物质含量、淀粉和可溶性糖含量、内源激素含量及收获期块根产量。【结果】干旱胁迫下甘薯植株干物质含量、块根和淀粉产量显著降低,施钾有利于甘薯植株干物质含量的提高、块根的膨大和淀粉的生成和积累,甘薯植株和块根干物质含量、块根淀粉含量和积累量最大均为K2处理,较K0提高幅度最大分别达到31.7%、43.6%、10.6%和50.6%。相同钾用量条件下,干旱胁迫下块根单薯重显著高于正常灌水,单株结薯数显著低于正常灌水。正常灌水条件下施钾后甘薯叶片可溶性糖含量降低,而块根可溶性糖含量升高,干旱胁迫下施钾使甘薯叶片和块根可溶性糖含量增大,较K0提高幅度最高分别达到31.4%和36.0%。干旱胁迫下施钾后甘薯叶片和块根IAA、ABA、ZR和GA含量显著增大,较K0提高幅度最高分别达到12.7%、15.7%、12.0%、10.4%和21.4%、15.6%、65.7%、13.0%,促进了甘薯植株碳水化合物含量和干重的提高,块根淀粉积累速率增大。【结论】干旱胁迫下施钾促进了干物质向块根的分配,提高了甘薯块根单薯重,从而增加了单位面积甘薯块根产量。干旱胁迫下钾素提高甘薯块根和叶片内源激素(ABA、IAA、ZR、GA)含量,块根内源激素含量的增加促进了块根淀粉的合成和积累,叶片内源激素含量的增加促进了地上部茎叶生长、茎叶干物质积累和叶片可溶性糖含量的增加,增强了甘薯的抗旱性。

English Abstract

  • 甘薯是我国北方山区和丘岭薄地的主栽作物之一,干旱胁迫是制约甘薯产量进一步提高的重要原因。内源激素作为调控作物生长发育的物质在干旱条件下起着非常重要的作用[1],甘薯块根产量的形成和提高即为内源激素协调作用的结果[2],其中,细胞分裂素 (CTK)、脱落酸 (ABA)、生长素 (IAA)、赤霉素 (GA) 等作用最为突出。玉米素核苷 (ZR) 作为CTK的重要组分,其含量高低与甘薯块根的形成和膨大呈显著正相关关系,ABA主要与块根形成后的膨大和物质积累有关[3-4]

    施用钾肥可以增强作物的抗旱性,提高作物内源激素含量,促进作物产量提高和碳水化合物的积累。甘薯是典型的喜钾作物,增施钾肥可以提高块根淀粉含量,提高叶片中可溶性碳水化合物的装载效率和块根中可溶性碳水化合物的卸载效率,促进碳水化合物由叶片向块根运输及在块根中的分配比例[5-6]。施钾使甘薯干物质在地上部的分配率降低,块根产量与甘薯内源激素含量的变化有关,宁运旺等[7]研究发现,施钾使甘薯生长前期根系中生长素IAA的含量增加,促进了甘薯生长和块根分化。ABA对甘薯植株中碳水化合物运输和块根膨大有促进作用,施用钾肥使甘薯块根中的ABA含量增加是促进碳水化合物由叶片向块根运输的原因之一[8]。陈波浪等[9]在棉花上研究发现,施钾有利于提高棉花功能叶片中IAA、ZR和GA含量,降低ABA的含量,从而利于促进苗期棉株生长。棉花根系中ZR和IAA含量随着营养液中钾浓度的增加而增加,可促进根系生长[10];而缺钾时水稻根系中ZR和IAA含量均减少,根系生长受到抑制[11]。可以看出,钾营养对作物内源激素系统和碳水化合物影响的研究已有较多报道,但干旱胁迫条件下的相关研究主要集中在钾营养对作物生长、光合特性[12]、抗旱性[13]和氮代谢[14]等方面的影响。因此,本文通过研究干旱胁迫下钾营养对甘薯植株及块根干物质积累、淀粉和可溶性糖含量以及激素的影响,并对前期叶片光合参数变化与内源激素变化的关系的研究进行了分析,为旱地甘薯的高产栽培提供理论依据。

    • 试验于2015年6—10月在山东农业大学农学试验站旱棚内 (36°10′N,117°09′E) 进行。供试土壤类型为棕壤,有机质18.0 g/kg、碱解氮75.2 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效钾87.6 mg/kg、pH值6.82。甘薯品种选用‘泰中6号’作为供试材料,所用肥料为尿素 (N 46%)、重过磷酸钙 (P2O5 44%)、硫酸钾 (K2O 50%)。

      试验在栽培池内进行,为防止水分渗漏,每个池子以混凝土砌成,上方安装可移动防雨棚。试验采用裂区设计,共8个处理。主区为水分用量处理,田间持水量为26.3%,设正常供水 (W1) 和干旱处理 (W0),分别为田间持水量的60%~70%和30%~40% (目标相对含水量),甘薯栽植后10 天内为缓苗期,缓苗后进行水分调控,采用中子仪测定土壤含水量;副区为钾肥用量处理,设K0、K1、K2、K3四个水平,K2O用量分别为0、120、240和360 kg/hm2,用磨细的硫磺平衡各处理硫元素的施用量。小区面积为12.8 m2,3次重复。甘薯种植行距80 cm,株距25 cm。各小区在起垄前施P2O5 90 kg/hm2、N 180 kg/hm2,肥料全部基施,即在划线起垄前均匀施于垄底,然后覆土起垄。

      土壤水分管理方法采用测墒补灌法,用CNC503DR型中子水分仪测定0—80 cm土壤含水量,每20 cm一层,4天测定一次。灌水量由公式m = 10ρH(βiβj) 计算得出,式中,H为计划湿润土层深度 (cm),本试验为80 cm;ρ为计划湿润土层土壤容重;βi为目标含水量 (田间持水量乘以目标相对含水量);βj为灌溉前土壤含水量。用水表计量灌水量,其他田间管理同一般大田。

    • 甘薯生长40 天开始观察和记录,此后每隔20 天取代表性植株3株,室内调查基部茎粗、单株分枝数、叶片数和各分枝长度。将植株分为块根、茎、叶和叶柄四部分,对四部分分别称量鲜重,并分别在60℃下烘干称重,计算地上部与地下部干重的比值 (T/R值),并留样测定可溶性糖和淀粉含量。

    • 淀粉含量和可溶性总糖含量测定采用蒽酮比色法。

    • 每次选取3株长势基本一致的甘薯,取顶部第4片展开叶和代表性薯块 (先从薯块中部横切2~3片,然后放射状纵切,每一小块1~2 g左右),用液氮速冻后,放入−70℃冰箱冷藏备用。内源激素ZR、ABA、IAA、GA含量用酶联免疫吸附法 (ELISA) 测定,参照何钟佩方法,略有改动。样品处理方法为,将甘薯样品1.0 g于液氮中速冻,用80%甲醇溶液 (含二叔丁基对甲苯酚 (BHT)1 mmol/L) 匀浆,4℃提取8 h,4 000 r/min离心15 min,沉淀,用80%甲醇重复提取3次,合并上清液,氮气吹干,PBSTG溶解定容,用于ELISA测定。

    • 采用Microsoft Excel 2003计算试验数据平均值及作图,DPS7.5软件进行数据统计分析。

    • 表1可以看出,干旱胁迫下,甘薯块根产量K2处理显著高于K3处理,K2和K1处理差异不显著;淀粉产量以K2处理最高,三个钾肥处理均显著高于K0。正常灌水下,甘薯块根和淀粉产量以K2和K3处理较高,但二者差异不显著,且二者块根产量显著高于K1处理,二者淀粉产量与K1处理差异不显著。施钾可以提高单株结薯数和单薯重,干旱胁迫下单株结薯数和单薯重最大为K2处理,K3处理略低于K2和K1处理;正常灌水条件下单株结薯数随施钾量的增加而增大,单薯重变化规律与产量相似。相同钾肥用量条件下干旱胁迫甘薯块根单薯重高于正常灌水条件,而结薯数显著低于正常灌水。说明干旱胁迫下施钾促进甘薯产量提高的主要原因是提高块根单薯重,甘薯对施钾量有一定的适应范围,过高的钾肥用量不利于甘薯高产。

      表 1  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯块根产量和收获指数

      Table 1.  Storage root yield and harvest index of sweet potato in each potassium treatment with or without drought stress

      处理
      Treatment
      结薯数 (No./plant)
      Storage root No.
      单薯重 (g/lump, FW)
      Lump weight
      产量 (kg/hm2)
      Root yield
      淀粉产量 (kg/hm2)
      Starch yield
      出干率 (%)
      Dry matter rate
      W0K0 2.03 d 251.8 ab 25574 f 3011 d 26.3 a
      W0K1 2.20 c 264.0 a 29014 cd 3718 c 26.1 ab
      W0K2 2.23 bc 265.0 a 29597 bc 3943 bc 26.4 a
      W0K3 2.15 cd 256.6 a 27625 de 3800 c 26.2 ab
      W1K0 2.34 b 231.1 b 27049 ef 3467 cd 25.2 b
      W1K1 2.50 a 256.6 a 32007 b 4378 ab 25.8 ab
      W1K2 2.57 a 259.1 a 33174 a 4690 a 25.4 ab
      W1K3 2.59 a 253.2 ab 32792 a 4668 a 25.9 ab
      注(Note):同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.
    • T/R值的变化可反映甘薯生长过程中不同时期同化产物的积累与分配情况,是衡量地上部茎叶生长与地下部块根膨大是否协调的指标。由表2可以看出,正常灌水条件下,随着施钾量的增加,T/R值表现为逐渐降低而后又升高的趋势,栽秧后60 d K3最低,其它时期最低为K2处理;干旱胁迫下,T/R值最低为K2处理,K2和K1间差异较小,均低于K3处理。说明适量施钾有利于协调地上部生长与块根生长的关系,促进光合产物向块根分配,控制茎叶旺长,促进块根产量的形成。

      表 2  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯T/R值

      Table 2.  Effect of potassium on T/R values of sweet potato in each potassium treatment with or without drought stress

      处理Treatment 栽秧后天数Days after planting (d)
      40 60 80 100
      W0K0 43.53 b 17.82 a 8.14 a 1.78 a
      W0K1 38.72 cd 13.20 cd 5.93 b 1.61 b
      W0K2 37.28 d 12.90 de 5.40 bc 1.60 b
      W0K3 40.15 c 15.13 ab 5.72 b 1.66 ab
      W1K0 48.70 a 14.48 bcd 6.82 ab 1.72 a
      W1K1 45.64 ab 11.37 de 5.39 bc 1.66 ab
      W1K2 43.24 b 10.25 ef 5.04 c 1.63 b
      W1K3 43.51 b 9.77 f 5.10 c 1.63 b
      注(Note):T/R—地上部与地下部干重比 Dry weight ratio of above-ground to underground. 同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.
    • 图1可以看出,干旱胁迫下甘薯植株干物质含量显著低于正常灌水,施钾可以显著提高甘薯植株干物质含量。两种水分条件下,甘薯植株干物质含量随施钾量的增加而不断增大。正常灌水条件下,甘薯植株干物质含量最大为K3处理,较K0提高幅度最大达到27.9%,K3和K2间差异较小,均高于K1;而干旱胁迫下,甘薯植株干物质含量最大出现在K2处理,较K0提高幅度最大达到31.7%,K3和K1间差异较小。

      图  1  干旱胁迫与正常供水下钾肥对甘薯干物质含量的影响

      Figure 1.  Effect of potassium on dry matter of sweet potato with or without drought stress

      干旱胁迫下甘薯块根干物质含量显著低于正常灌水 (图1),施钾可以显著提高甘薯块根干物质含量。两种水分条件下,甘薯块根干物质含量随施钾量的增加而不断增大。正常灌水条件下,甘薯块根干物质含量最大为K3处理,较K0提高幅度最大达到34.0%,K3和K2间差异较小,均高于K1;而干旱胁迫下,甘薯块根干物质含量最大出现在K2处理,较K0提高幅度最大达到43.6%,K3和K1间差异较小。以上可以看出,施钾后甘薯块根干物质含量增加幅度远大于植株干物质含量增加幅度,说明适量供钾提高甘薯产量主要是由于促进了干物质向块根的运转和分配。

    • 干旱胁迫下甘薯块根淀粉含量均显著低于正常灌水 (图2),施钾可以显著提高甘薯块根的淀粉含量。两种水分条件下,甘薯块根淀粉含量随施钾量的增加而不断增大。正常灌水条件下,各时期甘薯块根淀粉含量最大均为K3处理,较K0提高幅度最大达到13.2%,K3和K2间差异较小,均高于K1;而干旱胁迫下,各时期甘薯块根淀粉含量最大均出现在K2处理,较K0提高幅度最大达到10.6%,K3和K1间差异较小。

      图  2  干旱胁迫与正常供水下不同钾肥处理甘薯块根淀粉含量随生长期的变化

      Figure 2.  Starch content variation of storage roots with growing days in each potassium treatment with or without drought stress

    • 干旱胁迫下各时期甘薯块根淀粉积累量均显著低于正常灌水 (图3),施钾可以显著提高甘薯块根淀粉积累量。两种水分条件下,甘薯块根淀粉积累量随施钾量的增加而不断增大。正常灌水条件下,各时期甘薯块根淀粉积累量最大均为K3处理,较K0提高幅度最大达到43.6%,K3和K2间差异较小,均高于K1。干旱胁迫下,各时期甘薯块根淀粉积累量最大均出现在K2处理,较K0提高幅度最大达到50.6%,K3和K1处理间差异较小。

      图  3  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期块根淀粉积累量和积累速率

      Figure 3.  Starch accumulation amount and rate of storage roots at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

      淀粉积累速率最大出现在栽秧后60~80 d,干旱胁迫下块根淀粉积累速率低于正常灌水。施钾可以提高块根淀粉积累速率,干旱胁迫下块根淀粉积累速率最大为K2处理,而正常灌水条件下,块根淀粉积累速率随施钾量的增加而不断增大,以K3处理块根淀粉积累速率最大。

    • 表3可以看出,干旱胁迫使甘薯叶片可溶性糖含量显著高于正常灌水。两种水分条件下施钾对叶片可溶性糖含量的影响存在差异,其中,干旱胁迫下随着施钾量的增加,各时期叶片可溶性糖含量先增加后降低,除栽秧后80 d最高为K1处理外,其他时期最高均出现在K2处理,较对照增加幅度最高出现在栽秧后60 d,提高幅度达31.4%,K1高于K3处理;正常灌水条件下叶片可溶性糖含量随施钾量的增加而降低,最低出现在K3处理。产生这种差异的原因可能与干旱胁迫下可溶性糖同时成为渗透调节物质有关。

      表 3  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期叶片和块根的可溶性糖含量 (%,干基)

      Table 3.  Soluble sugar contents in leaf and storage root of sweet potato in different growing periods with or without drought stress (%, dry base)

      处理
      Treatment
      叶片Leaf 块根Storage root
      40 d 60 d 80 d 100 d 40 d 60 d 80 d 100 d
      W0K0 7.23 c 6.77 d 7.85 b 7.62 c 19.4 e 24.5 e 19.4 d 16.6 c
      W0K1 8.24 b 8.05 b 9.23 a 8.92 a 25.1 ab 31.7 ab 24.6 a 18.3 b
      W0K2 9.14 a 8.90 a 9.01 a 8.99 a 26.3 a 33.3 a 25.0 a 19.5 a
      W0K3 7.95 bc 7.59 bc 8.49 b 8.68 ab 24.2 b 28.8 c 23.9 ab 18.6 b
      W1K0 7.89 bc 7.30 cd 7.98 b 8.29 b 21.0 d 26.5 c 20.3 cd 17.2 c
      W1K1 7.53 c 6.97 cd 7.05 d 7.58 c 22.4 cd 28.0 c 21.9 bc 19.0 ab
      W1K2 6.42 d 6.40 d 6.71 de 7.25 cd 23.8 bc 30.7 b 23.6 ab 19.1 ab
      W1K3 6.14 d 5.91 f 6.22 e 7.03 d 24.0 b 31.0 b 23.3 b 19.3 a
      注(Note):同列数据后不同字母表示不同处理间在 5% 水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference among different treatments at the 5% level.

      表3可以看出,干旱胁迫使甘薯块根可溶性糖含量略高于正常灌水。两种水分条件下施钾均可以增大块根可溶性糖含量,干旱胁迫下可溶性糖含量最大为K2处理,较对照增加幅度最高出现在栽秧后60 d,提高幅度达36.0 %,K2和K1处理差异较小,均高于K3处理;正常灌水条件下可溶性糖含量随施钾量的增加而不断增加,除栽秧后80 d最高为K2处理外,其他时期最高均出现在K3处理。

    • 图4可以看出,甘薯功能叶片ABA含量的变化呈单峰曲线,栽秧后80 d达到最大值,而后逐渐下降。干旱胁迫下各时期功能叶片ABA含量均显著高于正常灌水处理。两个水分水平下,施钾对ABA含量的影响效应存在差异,干旱胁迫下,施钾使叶片ABA含量增加,其中K2处理叶片ABA含量最大;而正常灌水条件下,叶片ABA含量随着施钾量的增加而降低。分析原因,认为正常灌水条件下施钾使甘薯植株生长旺盛,ABA含量降低,而干旱胁迫下ABA作为逆境诱导信号可以促进气孔关闭,减少水分蒸腾,其含量变化可能与植株体内K+的浓度有关。

      图  4  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期叶片内源激素含量

      Figure 4.  Endogenous hormone concentrations in the leaves of sweet potato at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

      图4还可以看出,甘薯功能叶片IAA、ZR和GA含量变化趋势相似,均随着生育时期的延长逐渐降低。干旱胁迫下各时期功能叶片IAA、ZR和GA含量均显著低于正常灌水处理。两个水分水平下,施钾均能增加叶片IAA、ZR和GA含量,其中,干旱胁迫下,K2处理叶片IAA、ZR和GA含量最高,K2与K1处理间差异较小,均高于K3;而正常灌水条件下,叶片IAA、ZR和GA含量随着施钾量的增加而升高,最大值均为K3处理。干旱胁迫使叶片IAA、ZR和GA含量降低,减弱叶片和茎蔓生长,地上部干物质积累下降,而施钾促进了叶片IAA、ZR和GA含量的提高,促进了甘薯地上部生长。

    • 图5可以看出,甘薯块根ABA含量的变化呈先升高后迅速下降的变化趋势,栽秧后80 d达到最大值。干旱胁迫下各时期块根ABA含量均显著高于正常灌水处理。两个水分水平下,施钾对ABA含量的影响效应存在差异,干旱胁迫下,施钾使块根ABA含量增加,其中K2处理块根ABA含量最高;而正常灌水条件下,块根ABA含量随着施钾量的增加而降低。因此,认为干旱胁迫下ABA含量增加可能是适量供钾促进碳水化合物由叶片向块根运输的原因之一[8]

      图  5  干旱胁迫与正常供水下各钾肥处理甘薯不同生长期块根内源激素含量

      Figure 5.  Endogenous hormone concentrations in the storage roots of sweet potato at different growing periods in each potassium treatment with or without drought stress

      图5还可以看出,甘薯块根IAA、ZR和GA含量变化趋势相似,呈单峰曲线,栽秧后80 d达到最大值,而后逐渐下降。干旱胁迫下各时期功能块根IAA、ZR和GA含量均显著低于正常灌水处理。两个水分水平下,施钾均能增加块根IAA、ZR和GA含量,其中,干旱胁迫下,K2处理块根IAA、ZR和GA含量最高,K2与K1处理间差异较小,均高于K3;而正常灌水条件下,块根IAA、ZR和GA含量随着施钾量的增加而升高,最大值均为K3处理。

    • 表4可知,甘薯块根淀粉含量与块根内源激素含量具有显著或极显著相关关系。其中,甘薯块根淀粉含量与块根IAA、ZR和GA含量呈极显著正相关,与ABA含量呈显著或极显著负相关。

      表 4  甘薯栽秧后40、60、80和100天时块根淀粉含量与内源激素含量的相关系数

      Table 4.  Correlation coefficients between starch content and endogenous hormone contents in storage roots at the 40, 60, 80 and 100 days after planting

      栽秧后天数
      Days after planting
      IAA ZR GA ABA
      40 0.9370** 0.9193** 0.9402** −0.7465*
      60 0.9453** 0.9772** 0.9647** −0.7835*
      80 0.9537** 0.9412** 0.9549** −0.8589**
      100 0.9860** 0.8667** 0.9900** −0.9195**
      注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01.
    • 淀粉和可溶性糖是甘薯块根的主要营养成分,以干物重计,淀粉约占块根干重的45%~75%。淀粉积累与块根产量密切相关,同时淀粉含量在食味评价中也起着极其重要的作用[15-16]。前人研究表明,甘薯块根膨大是光合作用形成的糖在淀粉合成酶的作用下转化为淀粉并在块根中不断累积的过程[17]。增施钾肥能促进光合产物在块根中的积累和块根中淀粉的合成,进而提高块根的淀粉产量[18]。本研究发现,干旱胁迫下甘薯植株干物质含量、块根和淀粉产量显著降低,施钾有利于甘薯植株干物质含量的提高、块根的膨大和淀粉的生成和积累。干旱胁迫下钾肥提高甘薯块根产量主要是通过提高块根单薯重实现的,而正常灌水条件下钾肥提高甘薯块根产量主要是通过提高单株结薯数实现的。施钾使甘薯块根淀粉和可溶性糖含量显著增加,从而对提高甘薯块根的食味品质具有重要作用,干旱胁迫下效果更加显著。正常灌水条件下施钾后甘薯叶片可溶性糖含量降低,而块根可溶性糖含量升高,这与史春余等[8]的研究结果一致;干旱胁迫下施钾使甘薯叶片和块根可溶性糖含量均增大。分析产生这种差异的原因为,干旱胁迫下较多的可溶性糖作为渗透调节物质在叶片积累,增强甘薯抗旱性,而正常灌水条件下叶片可溶性糖主要作为光合同化物向块根转运。

    • 内源激素作为一种信息物质使地上部和地下部有机结合成一个整体,植物的根系是产生植物激素的“源”(如细胞分裂素、乙烯的前体ACC等),又是接受地上部产生并转运来的内源激素的“库”,因此根系可以通过调控其输出或输入激素的水平来影响地上部激素的含量[3-4],从而在协调地上部茎叶和地下部根系的发育过程中起重要作用。研究表明,IAA、GA和CTK均有强化库器官活性、定向诱导同化物向之运输的作用[19]。甘薯块根的形成和膨大是ZR、DHZR、ABA、iPA和IAA等多种内源激素协同作用的结果,其中ZR、DHZR、ABA含量的高低,在不定根能否转化成块根和块根膨大的速率方面起着关键作用[20]。本研究中干旱胁迫使甘薯块根ABA含量升高,IAA、ZR和GA含量降低,造成了甘薯块根淀粉含量降低,且块根膨大速率和干重均显著低于正常灌水。有研究表明,块根内ABA促进碳水化合物向块根内的运转和沉积[17],但本研究结果表明块根淀粉含量与ABA含量呈显著负相关,分析认为ABA含量在一定范围内对甘薯块根形成和干物质积累有促进作用,干旱胁迫下施钾使ABA含量增加,过多的ABA含量反而不利于甘薯块根的膨大和干物质积累。施钾后IAA、ZR和GA含量显著增大,促进了甘薯的膨大和干重的提高。正常灌水条件下施钾显著降低了甘薯块根ABA含量,提高了IAA、ZR和GA含量,干旱胁迫下施钾显著促进了甘薯块根的膨大和干物质积累,延长了植株生长和块根膨大持续期。

      干旱条件下,叶片内源激素水平发生显著变化,多种内源激素参与了包括光合作用在内的多个生理过程的调节[21]。一方面,叶片内源激素协调作用促进叶片生长发育和提高生理功能[22];另一方面,叶片内源激素协调作用影响植物叶片的气孔行为,影响气孔的开闭,控制蒸腾,提高植物抗旱性[23-24]。本研究发现,干旱胁迫下甘薯叶片ABA含量显著高于正常灌水,而IAA、ZR和GA含量显著低于正常灌水。张海燕等[22]认为,干旱胁迫下地上部干重与叶片GA、IAA和ZR含量呈显著正相关,而与叶片ABA含量呈显著负相关,本研究中干旱胁迫下施钾使甘薯叶片IAA、ZR和GA含量升高,ABA含量也有所升高,地上部植株的干物质积累显著增加,与张海燕等[22]的研究结果略有不同。分析认为,干旱胁迫下施钾一方面使甘薯叶片IAA、ZR和GA含量升高,促进了甘薯茎叶生长,是促进地上部植株的干物质积累增加的主要因素,另一方面使ABA含量增加,ABA作为信号调节物质,调节气孔的关闭,减少蒸腾,增强了甘薯抗旱性。干旱胁迫下施钾使甘薯叶片和块根ABA含量升高的原因有待进一步研究。正常灌水条件下,施钾促进了IAA、ZR和GA等激素的合成,改善了甘薯的营养状况,抑制了ABA的产生,ABA含量降低。

      笔者前期的研究[27]发现,干旱胁迫下施钾使叶片水分利用效率 (WUE) 增大,气孔导度 (Gs) 降低,气孔阻力增大,蒸腾速率 (Tr) 和胞间CO2浓度 (Ci) 降低,水分蒸腾量减少;而正常灌水条件下上述指标对钾肥的响应趋势相反,但未能解释产生这种差异的原因。研究表明,干旱胁迫下植物叶片光合参数与内源激素含量有很大关系,CTK参与植物对水分胁迫的响应并通过与ABA协作而实现,IAA和CTK能诱导气孔开放而提高气孔开度和蒸腾量[26-27]。干旱胁迫下ABA的合成受到促进,而CTK的合成则受到抑制[28],CTK有拮抗ABA的作用,干旱胁迫下持绿性高粱CTK含量降幅相对较小,高浓度的CTK可以维持气孔的开张[29]。综合以上分析,干旱胁迫下叶片内源激素协同作用影响气孔的开闭,减少蒸腾。本研究干旱胁迫下施钾使ABA含量的变化与前期研究发现的叶片光合参数变化趋势一致,因此认为,前期研究[25]发现的两种水分状态下施钾后甘薯叶片光合参数产生显著差异的原因与干旱胁迫下施钾使甘薯叶片内源激素含量的变化有关。

    • 干旱胁迫下施钾促进了碳水化合物和干物质向块根的分配,提高了甘薯块根单薯重,从而增加了单位面积甘薯块根产量。干旱胁迫下钾营养可以提高甘薯块根重和叶片内源激素 (ABA、IAA、ZR、GA) 含量,一方面甘薯块根内源激素含量的增加促进了块根淀粉的合成和积累,另一方面叶片内源激素含量的增加,促进了地上部茎叶生长、茎叶干物质积累和叶片可溶性糖含量的增加,增强了甘薯的抗旱性。

参考文献 (29)

目录

    /

    返回文章
    返回