【摘要】：中國(guó)是世界上馬鈴薯種植大國(guó),馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一。湖北省是中國(guó)馬鈴薯重要產(chǎn)區(qū)之一,馬鈴薯種植面積25.3萬(wàn)ha。鉀作為馬鈴薯需求量最大的礦質(zhì)養(yǎng)分,對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)起著重要作用。適宜的鉀肥用量和配比是促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng),提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的主要措施之一。探究鉀肥用量對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響及其調(diào)控機(jī)制,明確湖北省馬鈴薯鉀肥適宜用量及配比,對(duì)湖北省馬鈴薯鉀肥的合理施用及馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的指導(dǎo)意義。同時(shí),隨著2015年中國(guó)“馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略”的提出與實(shí)施,利用馬鈴薯替代或部分替代其他主糧加工成粉條、面條、饅頭等主食被越來(lái)越受到重視。兼顧提高馬鈴薯產(chǎn)量和改善馬鈴薯加工品質(zhì)是當(dāng)前馬鈴薯主糧化的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。淀粉作為馬鈴薯塊莖的主要成分,馬鈴薯淀粉加工特性直接影響馬鈴薯食品加工品質(zhì)及馬鈴薯主糧化發(fā)展前景。我們通過(guò)鉀肥施用調(diào)控馬鈴薯產(chǎn)量的同時(shí),必須關(guān)注馬鈴薯淀粉加工特性的變化。明確鉀肥用量對(duì)馬鈴薯淀粉加工特性的影響,對(duì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的馬鈴薯淀粉及推進(jìn)馬鈴薯主糧化進(jìn)程具有重要意義。因此,本研究通過(guò)多點(diǎn)的田間試驗(yàn),研究了鉀肥用量以及鉀與氮磷配施對(duì)湖北省不同地區(qū)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、養(yǎng)分累積分配的影響;通過(guò)對(duì)葉片光合碳代謝的分析,并利用RNA-seq測(cè)序技術(shù)分析葉片基因表達(dá)情況,揭示鉀肥對(duì)葉片生長(zhǎng)及生理功能的調(diào)控機(jī)制。通過(guò)對(duì)馬鈴薯淀粉組成、結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性、糊化特性以及老化特性等方面的分析,明確了鉀肥用量對(duì)馬鈴薯淀粉加工特性的影響。得到主要研究結(jié)果如下:(1)明確了湖北省馬鈴薯鉀肥適宜用量通過(guò)湖北省平原區(qū)(云夢(mèng)、襄州)和鄂西山區(qū)(建始、利川)馬鈴薯不同鉀肥用量(0、120、240、360、480 kg/ha)田間試驗(yàn)得到了不同試驗(yàn)點(diǎn)鉀肥效應(yīng)方程:y=-0.1983x~2+114.82x+28334(云夢(mèng))、y=-0.1584x~2+87.158x+31149(襄州)、y=-0.1131x~2+55.252x+23795(建始)、y=-0.1047x~2+50.688x+21138(利川),確定了平原區(qū)和鄂西山區(qū)最佳經(jīng)濟(jì)鉀肥用量分別為258.3~276.1 kg/ha和216.6~220.7 kg/ha。與不施鉀肥相比,施用鉀肥平原區(qū)和鄂西山區(qū)平均增產(chǎn)35.9%和21.9%,同時(shí)提高了大薯率,降低了小薯率。施用鉀肥促進(jìn)馬鈴薯植株各器官的生長(zhǎng),平原區(qū)和鄂西山區(qū)馬鈴薯植株干物質(zhì)總量分別增加34.5%和21.6%。施用不同量的鉀肥,馬鈴薯植株鉀素積累量平原區(qū)在209.06~308.26 kg/ha之間,比不施鉀肥平均增加67.0%;鄂西山區(qū)在209.06~308.26 kg/ha之間,比不施用鉀肥平均增加49.3%。其中50%以上的鉀素被分配到塊莖中。馬鈴薯鉀肥利用效率均隨鉀肥用量的增加而降低,平原區(qū)鉀肥利用效率高于鄂西山區(qū)。(2)明確了馬鈴薯養(yǎng)分吸收特性以及氮磷鉀肥施用比例通過(guò)在云夢(mèng)、安陸、隨縣、襄州4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)氮磷鉀配施試驗(yàn)表明,馬鈴薯植株氮、磷、鉀積累量,常規(guī)施肥處理平均為156.45 kg/ha、58.17 kg/ha和266.40 kg/ha,推薦施肥處理平均為153.85 kg/ha、61.74 kg/ha和275.97 kg/ha。馬鈴薯植株各器官氮、磷、鉀累積分配比均表現(xiàn)為塊莖葉莖根。塊莖氮、磷、鉀累積分配比,常規(guī)施肥處理在52.9%~61.1%、70.2%~76.0%和53.9%~63.5%之間,推薦施肥處理在59.8%~65.9%、76.2%~78.7%和61.4%~67.3%之間。在推薦施肥條件下,每生產(chǎn)1000kg塊莖N、P_2O_5、K_2O吸收量平均為3.32 kg,1.33 kg和5.95 kg,氮磷鉀吸收比為1:0.40:1.79。目標(biāo)產(chǎn)量為37500~45000 kg/ha時(shí),N、P_2O_5、K_2O施用量分別在129~219kg/ha、70~126 kg/ha、156~282 kg/ha之間。每生產(chǎn)1000塊莖N、P_2O_5、K_2O施肥量為3.44~4.86 kg/ha、1.85~2.81 kg/ha、4.16~6.27 kg/ha之間。氮磷鉀肥施用比為1:0.53~0.58:1.17~1.29。推薦施肥處理馬鈴薯氮、磷、鉀肥利用率平均為39.2%、25.9%和50.1%,比常規(guī)施肥分別提高7.9、14.4和10.3個(gè)百分點(diǎn),而肥料折純總量降低26.8%,產(chǎn)量增加13.0%,收益增加18.5%,產(chǎn)投比增加49.5%。(3)揭示了鉀肥對(duì)葉片光合碳代謝及衰老的調(diào)控機(jī)制與不施鉀肥相比,鉀肥施用促進(jìn)了葉片生長(zhǎng),提高了塊莖產(chǎn)量,單葉干重平均提高32.7%,塊莖產(chǎn)量提高45.9%。施用鉀肥一方面通過(guò)提高葉綠素含量、光合速率,以及Rubisco、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性,促進(jìn)了葉片光合產(chǎn)物的合成;同時(shí)降低了葉片中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的含量,促進(jìn)了葉片光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)。另一方面,施用鉀肥降低了葉片MDA、脯氨酸和ABA累積,延緩了葉片的衰老。鉀肥施用對(duì)葉片生理功能調(diào)控存在葉位上的差異。鉀肥施用對(duì)下部葉片的影響大于上部葉片。我們利用RNA-seq技術(shù)對(duì)下部葉片開(kāi)展了進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。結(jié)果表明,與不施鉀肥處理相比,施用鉀肥葉片中539個(gè)基因出現(xiàn)差異表達(dá),其中255個(gè)上調(diào),284個(gè)下調(diào)。GO富集分析表明,差異基因主要富集于細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)、光合作用等生物學(xué)過(guò)程。KEGG富集分析表明,差異表達(dá)基因主要富集于光合作用、代謝途徑以及次級(jí)代謝途徑。對(duì)差異基因進(jìn)一步分析表明,施用鉀肥上調(diào)表達(dá)與細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關(guān)的谷氧還蛋白等基因,使細(xì)胞維持良好的氧化還原穩(wěn)態(tài)。光合作用途徑中葉綠素蛋白復(fù)合體、ATP酶、PSⅠ、PSⅡ以及細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體關(guān)鍵基因受鉀肥施用上調(diào)表達(dá),從而促進(jìn)了葉片光合作用。施用鉀肥苯丙烷途徑中關(guān)鍵酶咖啡酰輔酶A氧甲基轉(zhuǎn)移酶、肉桂酰輔酶A還原酶和肉桂醇脫氫酶基因有下調(diào)表達(dá)。缺鉀脅迫導(dǎo)致了碳流向苯丙烷次生代謝方向轉(zhuǎn)變。同時(shí),ABA受體蛋白PYL4基因受鉀肥施用下調(diào)表達(dá),從而抑制ABA信號(hào)。綜上所述,施用鉀肥一方面通過(guò)上調(diào)表達(dá)光合作用相關(guān)基因促進(jìn)光合作用和同化產(chǎn)物的合成,另一方面通過(guò)降低脂質(zhì)過(guò)氧化,維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài),并抑制ABA信號(hào),延緩葉片衰老,從而促進(jìn)馬鈴薯植株生長(zhǎng),提高塊莖產(chǎn)量。(4)明確了鉀肥用量對(duì)馬鈴薯淀粉加工特性的影響與施用135 kg/ha鉀肥相比,增加鉀肥用量提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量。施用270 kg/ha鉀肥馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量最高,比施用135 kg/ha鉀肥處理相比分別增加28.6%和32.6%。隨著鉀肥用量的增加,降低了淀粉中直鏈淀粉、直/支比、磷含量和淀粉粒徑。鉀肥用量并不改變淀粉結(jié)晶類型,但淀粉結(jié)晶度隨鉀肥用量的增加而增加。增加鉀肥用量增加了淀粉的膨脹度,提高了淀粉吸水膨脹能力。熱力學(xué)性質(zhì)分析表明,增加鉀肥用量降低了糊化溫度,增加了糊化焓,提高了淀粉的糊化程度。淀粉崩解值隨鉀肥用量的增加而降低,表明增加鉀肥用量提高了淀粉的熱穩(wěn)定性和抗剪切能力。同時(shí),增加鉀肥用量降低了淀粉的回生值,提高了淀粉糊貯藏期間的透明度,抑制了淀粉糊在冷卻和貯藏期間的老化回生。由此表明,提高鉀肥用量可以改善馬鈴薯淀粉加工特性。綜合考慮淀粉產(chǎn)量與品質(zhì),施用270 kg/ha鉀肥可獲得較高的塊莖產(chǎn)量、淀粉含量和淀粉產(chǎn)量,以及優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯淀粉。
【圖文】：

個(gè)主要產(chǎn)區(qū)（圖 1-1），分別為北方一作區(qū)（Ⅰ）、中原二）、西南一二季作垂直分布區(qū)（Ⅳ）（滕宗t牭，

本文編號(hào)：2634670