论文部分内容阅读
本试验于2014年在山东农业大学农学实验站及作物生物学国家重点实验室进行。以食用型甘薯品种“泰中6号”为供试品种,硫酸钾（K2O 50.0%）为供试肥料,试验设正常灌水（W1）和干旱胁迫（W0）2个土壤水分处理,水分含量分别为土壤最大持水量的60-70%和30-40%;钾肥设4个水平:K0、K1、K2、K3,K2O用量分别为0、12、24和36g/m2。研究了干旱胁迫下施钾对甘薯茎叶生长、块根产量形成以及生理机制的影响,揭示了施钾对提高甘薯抗旱性和旱地甘薯产量的调控效应,为甘薯的抗旱高产栽培提供理论依据。得到的主要结果如下:1干旱胁迫条件下甘薯的适宜施钾量干旱胁迫抑制甘薯茎叶的生长和块根的膨大,减少干物质积累和块根淀粉的形成,降低块根产量。施钾能促进两种水分条件下甘薯植株的生长和块根的膨大,增加干物质积累和块根淀粉的形成,提高块根产量。干旱胁迫下,甘薯蔓长、单株分枝数、基部茎粗、单株叶面积最大为K2或K1处理,植株和块根干物质积累量、块根淀粉含量和积累量、以及生物产量和块根产量最大为K1处理,随施钾量的增加,K2处理略有增加,与K1处理差异不显著,K3处理显著降低;正常灌水条件下上述各指标最大为K2处理,随施钾量的增加,K3处理略有增加,与K2处理差异不显著。本试验中,干旱胁迫条件下甘薯的适宜施钾量为12g/m2,正常灌水条件下甘薯的适宜施钾量为24g/m2。2干旱胁迫下钾肥改善甘薯叶片光合性能干旱胁迫显著降低了甘薯叶片相对含水量和叶绿素含量,降低了功能叶的净光合速率（Pn）。施钾可以显著提高两种水分条件下叶片相对含水量,增加叶绿素含量,提高功能叶的净光合速率（Pn）,干旱胁迫下施钾效果更加显著。钾肥对两种水分条件下甘薯叶片光合参数的影响存在显著差异,干旱胁迫下施钾使叶片气孔导度（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,水分利用效率（WUE）增大;而正常灌水条件下上述指标对钾肥的响应趋势相反。干旱胁迫下施钾显著提高实际光化学效率(ΦPSⅡ)、最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学猝灭系数（qP）,降低了非光化学猝灭系数（NPQ）,缓解了干旱胁迫对叶绿体光合机构的破坏和PSⅡ放氧复合物的损伤。本研究表明干旱胁迫下钾肥的作用不仅在于其养分功能,更重要的在于钾通过增大气孔阻力、减少水分散失、提高Pn,进而增强作物的抗旱能力。3干旱胁迫下钾肥提高甘薯抗旱性的途径干旱胁迫使甘薯叶片脯氨酸、叶片和块根可溶性糖和可溶性蛋白含量显著增加,施钾可以显著增大叶片脯氨酸、叶片和块根可溶性糖和可溶性蛋白含量,促进甘薯地上部钾素分配量的增加,增强了甘薯植株的抗旱能力。施钾后可溶性糖和脯氨酸含量升高幅度较大,对提高甘薯渗透调节能力效果显著,是对提高甘薯渗透调节能力起主要作用的渗透调节物质。正常灌水条件下,施钾使叶片和块根可溶性糖和可溶性蛋白含量显著增大,叶片脯氨酸含量变化不显著。干旱胁迫下各时期功能叶片和块根ABA含量均显著高于正常灌水。施钾对两种水分条件下甘薯叶片ABA含量的影响效应存在差异是造成光合参数（Gs、Ci、Tr、WUE等）产生差异的主要原因,干旱胁迫下施钾使甘薯叶片ABA含量显著升高,ABA作为干旱胁迫下重要的信号调节物质,调节了气孔的关闭,使甘薯叶片气孔导度降低,蒸腾速率下降,水分利用效率升高,增强了甘薯的抗旱能力;正常灌水条件下,施钾促进了IAA、ZR和GA等激素的合成,抑制了ABA的产生,ABA含量降低,气孔开度增大,从外界吸收CO2增多,促进Pn的提高。本研究表明,干旱胁迫下施钾提高甘薯抗旱性的途径主要包括两个方面:一是干旱胁迫下施钾可以通过提高甘薯叶片的渗透调节物质含量,增强渗透调节能力;二是干旱胁迫下施钾可以通过提高甘薯叶片的ABA含量,降低气孔导度,减少蒸腾,提高水分利用效率,增强叶片的光合性能。4干旱胁迫下钾肥对甘薯叶片抗氧化保护能力的影响干旱胁迫使甘薯叶片MDA和H2O2含量显著增加,膜脂过氧化加剧。施钾显著降低MDA和H2O2含量,干旱胁迫下MDA和H2O2含量最低值出现在K2处理,K3处理MDA和H2O2含量又有所增加,而正常灌水条件下MDA和H2O2含量最低出现在K3处理。干旱胁迫条件下,功能叶片SOD、POD、CAT、APX、GR、MDHAR酶基因表达量及酶活性均显著高于正常灌水。施钾对两种水分条件下各抗氧化酶基因表达量和酶活性的影响存在显著差异,干旱胁迫下,施钾后各抗氧化酶基因表达量下降,酶活性降低,最低为K2处理,其原因可能是干旱胁迫下施钾通过改善植株生长性状,使H2O2含量减少,H2O2作为信号分子诱导了抗氧化酶基因表达量下调,酶活性降低。正常灌水条件下,施钾使各抗氧化酶活性升高,其中K2处理的抗氧化酶活性最高。