长期施钾对甘薯品质性状和rva特性的影响

长期施钾对甘薯品质性状和rva特性的影响

在栽培措施中，肥料对品质的影响非常重要。钾被认为是一个品质因素，是直接参与或调节栽培肥料的代谢和循环，这与质量状况的改善密切相关，受到广泛关注。作为许多元素之一，钾对作物质量的影响研究从未停止过[1、2、3、4、5、6、7、8、9和10]。多数研究表明,施钾对于改善作物的品质有利。甘薯[Ipomoeabatatas(L.)Lam]是我国重要的粮食、饲料和工业原料作物,也是我国最大的地下根茎作物,我国每年种植面积约600万hm2,约占世界甘薯种植面积的66%,年产量约1.002亿t,占世界甘薯总产量的85%。目前甘薯作为新能源作物倍受世人关注,其品质和淀粉特性日益受到重视,有关钾对甘薯品质影响的研究报道较多,长期定位施肥下钾对甘薯品质性状和淀粉粘滞特性(RVA)的影响尚未见报道。长期肥料试验定向培育了土壤质量和功能特点显著不同的农田生态系统,是发现重大科学问题和开展科学研究的重要平台,受到国内外普遍重视,在水稻、小麦、棉花、花生和玉米等多种作物上有大量研究报道。2009年作者以黄泛冲积母质发育的砂壤质潮土上长期定位施肥试验的甘薯为研究对象,探讨钾肥处理对甘薯品质性状及其淀粉RVA特性的影响,旨在为甘薯淀粉特性研究以及甘薯优质高产的科学施肥提供科学依据。1材料和方法1.1粘粒及阳离子交换量肥料定位试验田设在江苏省徐州市农业科学院,从1980年秋播开始,试验前进行了2季作物的匀地试验。试验土壤为黄潮土,质地砂壤,成土母质为黄泛冲积物,粘粒(<0.02mm)为59.8mg·kg-1,阳离子交换量为20.4cmol(+)·kg-1,pH值8.01,有机质10.8g·kg-1,全氮0.66g·kg-1,全磷0.74g·kg-1,速效磷12.0mg·kg-1,速效钾63.0mg·kg-1,缓释钾738.5mg·kg-1。根据生物学特征、来源以及淀粉含量等因素,选择在我国种植面积较大、具一定代表性的3个品种:国审品种‘豫薯10’、‘徐薯18’和‘徐薯22’。1.2肥料及施入量试验设计2个处理:氮磷肥(NP)与氮磷钾肥(NPK)共4个重复;每季肥料种类与养分用量:氮肥(N)为尿素,用量(N)150kg·hm-2,磷肥(P)为过磷酸钙,用量(P2O5)75kg·hm-2,钾肥(K)为氯化钾,用量(K2O)为112.5kg·hm-2,肥料一次施入;小麦—甘薯轮作,人工翻地(20cm深),小区面积33.3m2。每小区6行,垄宽85cm,高25cm;5月中旬,改良水平扦插,苗长25~30cm,种植密度约为49500株·hm-2,随机排列。收获时每处理单行挖根,每品种(系)随机取健壮、无病虫害的薯块3份样品进行品质测定。1.3样品分析1.3.1rva-rova法品质分析样品制备:选择健壮薯块,洗净,切成细条,置烘箱105℃24h,研磨,过100目筛,入密封袋,备用。RVA用淀粉制备:选择健壮薯块500g,洗净,切成小块丁,入打浆机,加适量水,30s停;倒入100目纱袋,在0.5L水中洗提,另0.5L水再洗提;将洗提液合并过100目筛;静置12h;将沉淀淀粉置烘箱50℃24h;干燥淀粉研磨,过100目筛,入密封袋,备用。1.3.2质量分析品质测定由中国农业科学院甘薯研究所品质分析实验室承担,干率采用烘干法,淀粉、蛋白质、可溶性糖和还原糖采用近红外数学模型分析。1.3.3罐内温度的变化采用PERTENNewportScientific仪器公司生产的Tech-master型粘度速测仪进行测定,用TCW配套软件进行分析。样品用量3.00g,25.0mL水溶解。所有样品均重复测定3次。在搅拌过程中,罐内温度变化如下:50℃下保持1min,以11.25℃·min-1的速度上升到95℃(4min);95℃下保持4.5min;以11.25℃·min-1下降到50℃(4min);50℃下保持3.5min。搅拌器在起始10s内转动速度为960r·min-1,之后保持在160r·min-1。粘滞性值用CP(厘泊)表示。RVA谱特征除用最高粘度(PKV)、最低粘度(HPV)和最终粘度(CPV)描述外,还用崩解值(BDV=PKV-HPV)、消减值(SBV=CPV-PKV)、回复值(CSV=CPV-HPV)、糊化温度(PT)、峰值时间(达到最高粘度所需时间T)等来表示。1.4统计分析采用DPS8.0统计软件对所有数据进行方差分析以及相关性分析。2结果与分析2.1施k对甘薯淀粉合成的钾肥料效应和干率效应淀粉是甘薯主要营养成分,淀粉率是衡量其品质的基本指标,钾对不同基因型甘薯淀粉合成具一定差异影响。分析结果显示(表2),施钾(NPK)与未施钾(NP)处理,‘豫薯10’与‘徐薯18’、‘徐薯22’间淀粉率都呈极显著差异(F=129.31,P<0.01),但其处理间差异不显著(F=1.28,P=0.28),这与前人研究结果基本一致,说明甘薯为喜钾作物,施K能明显提高甘薯鲜产量,增强淀粉合成代谢作用,但未能明显提高淀粉率效应,甚至出现淀粉率降低,如‘徐薯22’降幅为6.1%,可能其主要受遗传基因控制。故在评价甘薯淀粉合成的钾肥料效应,还需综合考虑,如以单位面积或总产量来衡量为好。干率是衡量甘薯干物质积累重要指标,也是反映甘薯品质指标之一。数据分析显示(表2),‘豫薯10’与‘徐薯18’、‘徐薯22’干率呈极显著差异(F=88.36,P<0.01),处理间不显著,但同一品种未施钾处理(NP)甘薯的烘干率始终高于施钾处理(NPK),说明施钾与薯块烘干率可能存在一定负相关性,这种因块根膨大而导致的“稀释效应”并未改变收获后的单位面积,施钾处理的总干物质产量仍明显高于不施钾处理。2.2不同肥料处理对甘薯质构的影响钾在作物的氮素代谢中起着重要作用,钾与氮的交互作用能明显提高氮素利用率。方差数据分析也表明,钾肥的施用可提高甘薯中蛋白质的含量(表2),基因型间差异呈极显著水平(F=0.03,P<0.01),肥料处理间呈显著水平(F=5.08,P<0.05),显示甘薯对钾素的敏感度不同(即喜钾性的差异性),导致相同的钾肥用量对甘薯蛋白含量的提高幅度亦有差异:相比对照NP处理,‘豫薯10’蛋白质含量的提高幅度达23.67%,而‘徐薯22’蛋白质含量的提高只达2.93%。2.3还原糖与可溶性糖含量的比较甘薯富含碳水化合物,除淀粉外,糖占有相当比例,一般工业用品种要求淀粉高,糖分低;但食用,特别是鲜食和果脯等加工用品种则要求其含量高。结果显示(表2),‘豫薯10’作为鲜食水果型甘薯,相比较‘徐薯18’和‘徐薯22’,两处理还原糖和可溶性糖含量都高出5倍,呈极显著差异(P<0.01)。施钾处理,加强甘薯根部形成层活动,促进光合产物向根部运转,增加根部碳水化合物分配率,提高还原糖和可溶性糖含量,其中‘豫薯10’还原糖含量增幅达18.53%,显示其对钾的敏感性。因此,在甘薯品质改良和育种过程中,对于鲜食型或果脯加工型甘薯,需考虑肥料因子平衡,尤其适宜量的钾肥。2.4不同基因型对淀粉rva的影响淀粉糊化特性是反映淀粉品质的重要指标,也是评价淀粉物理品质的一个重要参数,尤其在淀粉质地、稳定性以及消化性方面。本试验材料甘薯淀粉RVA特性图谱见图1:表现为A型曲线,具有明显最高粘度峰值和崩解值。表3数据显示,甘薯不同品种淀粉或不同处理间同品种淀粉的RVA谱差异存在明显差异,主要表现在出峰的迟早、最高粘度值、最低粘度值和最终粘度值的大小。方差分析也表明,两种肥料处理下,不同基因型间RVA特性发生不同程度差异,最高粘度和崩解值呈极显著差异(F=38.62和8.11,P<0.01),尤其钾对‘豫薯10’作用明显,最高粘度和最终粘度增幅达29.97%和10.06%,而最低粘度有一定降幅,导致崩解值和回复值出现幅度增大,分别达91.01%和82.02%,但峰值时间与糊化温度差异不大;相对‘豫薯10’,‘徐薯18’和‘徐薯22’在NP条件下,最高粘度均值分别高33.5%和26.5%,反映其淀粉膨胀力间差异,而施钾后其差异明显减低;基因型与处理间淀粉在高温下耐剪切能力都未明显差异。与国外报道值相比,本研究所测淀粉RVA参数值大多相似,两处理间存在不同程度差异,可能因钾素在淀粉合成代谢过程中不同淀粉合成酶活性差异所致,尤其颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS),直接影响其直链淀粉合成效率高低和淀粉结构;说明甘薯淀粉RVA特性除受遗传因素控制外,也受栽培环境条件影响。2.5甘薯薯块品质性状间的相关性表4和表5显示两处理下不同基因型薯块品质性状和RVA特性参数间相关性,由表3可知,还原糖、可溶性糖、干率与淀粉率呈极显著相关,干率与还原糖、可溶性糖间以及还原糖和可溶性糖相互间呈极显著相关。但钾处理对蛋白质影响明显,蛋白质与还原糖、可溶性糖呈极显著相关,与干率呈显著负相关,与淀粉率呈极显著负相关。结果显示,除最低粘度与最终粘度间呈极显著相关,最高粘度与崩解值呈显著负相关,以及最终粘度与回复值间呈显著相关外,钾处理其他RVA特性参数间以及与薯块品质性状间均无相关性。但缺钾(NP)胁迫下,多参数指标间存在相关性,最高粘度值与淀粉率、干率呈极显著相关,与还原糖、可溶性糖呈极显著负相关,与崩解值呈显著相关,最低粘度值与最终粘度值呈极显著相关,与峰值出现时间、糊化温度呈显著相关,最终粘度值与糊化温度、峰值出现时间呈极显著相关,与回复值呈显著相关,与崩解值呈显著负相关,崩解值与回复值、糊化温度呈极显著负相关,与淀粉率、干率呈显著相关,与峰值出现时间、蛋白质、还原糖、可溶性糖呈显著负相关,回复值与峰值出现时间、糊化温度呈极显著相关,而峰值出现时间与糊化温度也呈极显著相关。3甘薯淀粉品质性状与rva特性的相关性肥料对甘薯块根主要品质性状的影响,相比未施钾(NP)处理,施钾(NPK)处理加大不同基因型甘薯品质性状差异,淀粉率变化程度不一,干率出现一定程度降低,蛋白质含量与还原糖、可溶性糖提高幅度有差异,RVA特征参数也呈非线形变化,品质性状指标与RVA特性各参数间相关性相对弱,说明不同基因型间对土壤钾素吸收、利用效率的差异,表现出甘薯钾素遗传特性的多样性。甘薯淀粉RVA谱表现为典型的A型特征,糊化时粘滞性上升快,具有明显最高粘度峰值和崩解值。本试验结果表明,甘薯不同