甘薯钾素利用效率的基因型差异研究
植物营养与肥料学报2001,7(3):357～360
Plant Nutrition and Fertilizer Science
甘薯钾素利用效率的基因型差异研究
陆国权,丁守仁
(浙江大学农学系,浙江杭州310029)
V ariation of potassium utilization eff iciency among
sw eet potato genotypes
LU Guo2quan,DIN G Shou2ren
(Dept1of A gronomy,Zhejiang U niv1,Hangz hou310029,Chi na)
中图分类号:S531;Q945112 文献标识码:A 文章编号:10082505X(2001)0320357204
选用高养分效率品种,是当今作物育种的主要目标之一。长期以来,增施化肥使作物产量大幅度提高,但也带来了一系列生态和环境问题,如化肥流失加重,环境恶化和投入效率下降。如何保持作物持续高产,提高投入效率和减少生态环境恶化,是当前农业生产迫切需要研究解决的新课题。而筛选和利用养分高效作物基因型则是解决这些问题的有效途径[1,2]。
特定作物种内不同基因型养分效率的鉴定和评价是开展高养分效率育种的基础。有关作物养分利用效率的研究已得到广泛的重视,并在水稻、小麦、大豆等许多作物养分利用效率和高养分基因型筛选方面研究取得进展[2～4]。在水稻上的研究甚至已深入到对高养分利用效率的基因定位[3]。甘薯是我国重要旱粮,也是一种喜钾作物。因其主要分布在一些缺钾严重的贫瘠山地和红黄壤地区,研究提高甘薯钾利用效率具有重要的现实意义。但目前对甘薯的钾利用效率及其高养分基因型差异的研究未见报道。为此,开展了相同钾水平下不同甘薯品种对钾的反应程度和利用效率的差异以及对产量的影响研究,为筛选和培育耐低钾或钾利用效率高的品种,合理施用钾肥,提高产量提供依据。
材料与方法
111 试验设计
选取70个有代表性甘薯品种(系),包括我国各薯产区的主栽品种、推广品种和新选品系等。这些品种的生育期相近,农艺性状差异较大。
试验于5月中旬采用改良水平扦插法扦插。试验地属低钾土壤,有效钾(K)含量为35mg/kg。扦插时,控制苗长25～30cm,有7～8节,6～7叶,种植密度为51000株/hm2。每品种10株,顺序排列,无重复。常规栽培管理。
收稿日期:2000204217
基金项目:国家“九五”攻关项目(9620017202217);国家自然科学基金项目(39700089)资助1
作者简介:陆国权(1963—),男,浙江金华人,副教授,主要从事甘薯品质育种和栽培利用研究。
112 分析测定方法
收获时测定产量,每品种随机选取5株,按块根、茎、叶和叶柄4部分分别制样。茎叶90℃杀青30min,60℃烘干;块根切丝后,40℃烘干,测定干率(块根干物质百分含量)。烘干样品经粉碎,过0105mm 筛。钾采用015mol/L盐酸浸提法提取,火焰光度法测定[5];并参照文献[4]方法,依各器官干重与含钾量计算:钾积累量为特定器官干重×含钾量;钾利用效率(KU E)为植株体内每单位钾所产生的生物量;钾效率比(KER)为植株体内每单位钾所产生的块根量。
2 结果与分析
211 农艺性状和器官干物质积累
表1表明,70个基因型最长蔓长变幅为60～485cm;单株地上部生物量变幅达20152～199188g;单株块根干重最大的达594107g,最小的仅50101g;块根干率变动于1013%和4112%之间。各项指标变异系数(CV)变幅为2512%～5417%。说明各性状基因型间差异显著,各器官干物质重的基因型差异也极为显著,CV都高达40%以上。各器官干重以叶柄为最小,平均只有8111g;以块根干物质重为最大,平均高达238106g,大约占总重的75%。
表1 甘薯农艺性状和器官干物质积累的基因型差异
T able1 V ariation of agronomic characters and dry matter w eight among sw eet potato genotypes
器官Organ
最小值
Minimum
最大值
Maximum
平均
Mean
变异系数
CV%
最长蔓长Vine length(cm)6010048510022810040180
茎叶干产Vine yield(g/plant)201521991887715851100
块根干产Dry root(g/plant)5010159410723810654170
块根干率Dry root rate(%)10130411202711025120
干物质重:叶Leaf3179351891715541190
Dry matter叶柄Petiole116826130811152180 (g/plant)茎蔓Vine141051371695119251120 块根Root5010159410723810654170 总干物Total7816973216931619449130
212 各器官钾浓度和钾积累量
各器官钾浓度以叶柄为最大,平均为2176%,变幅为1112%～6140%;块根钾浓度最低,平均只有0187%(表2)。经统计分析,各基因型间器官钾浓度差异显著。对照表1可以看出,器官干物质重越大,则钾浓度越低。两者呈显著的负相关(r=20175033)。
表2还看出,器官钾积累量以叶柄为最小,每株平均只有0123g;以块根为最大,平均高达1194g,变幅为0135～6191g。各器官钾积累量基因型间变异系数高达60%以上,差异极为显著。
213 钾利用效率和钾效率比
70个基因型的钾利用效率平均为110163g/g,最大值达198178g/g,其中有8个基因型的达150g/g以上,最小值仅52128g/g,变异系数达3015%,基因型间差异显著。钾效率比853植物营养与肥料学报7卷
平均为82154g/g ,变幅为16127～166158g/g ,其中大于130g/g 的有7个品种如浙8123、北京553、唐3、浙杂6号、浙7518等;小于50g/g 的有10个品种。变异系数为3718%,基因型间差异显著。可见,每生产100克块根干物质植物吸收的钾量基因型间差异很大。
表2 植株各器官钾浓度和钾积累量的基因型差异
T able 2 V ariation of K concentration in various organs among sw eet potato
genotypes
器官Organ 最小值Minimum 最大值Maximum
平均Mean 变异系数CV %
钾含量K content (g/kg DW )叶Leaf 13123716
23122117叶柄Petiole
1112641027164114茎蔓Vine 3152510
10113819块根Root 411
16128173618钾积累量K accumulation (g/plant )叶Leaf 0107112901456215叶柄Petiole 0101113301236411茎蔓Vine 0110212001558112块根Root 0135619111947114总量Total
0153
11173
3117
5016
表3 钾效率比和钾利用效率的基因型差异
T able 3 V ariation of K eff iciency ratio and utilization eff iciency among sw eet potato genotypes
项目Item
最小值Minimum
最大值Maximum
平均Mean 变异系数CV %钾利用效率KU E (g/g )521281981781101633015钾效率比KER (g/g )16127166158821543718
KER 和KU E 与植株一些性状及钾水平之间的相关分析结果表明,KER 和KU E 与各
器官的钾浓度呈显著或极显著的负相关(r =2012413～20183633),因而在不影响植株正常
生长的条件下,选择钾浓度低的基因型能提高KER 和KU E 。KER 和KU E 与块根鲜重产量之间不存在相关性,与钾的总积累量呈显著的负相关(r =2012593;20144133)。块根干率与KER 有极显著的正相关(r =0137333),而与KU E 不存在相关性。
3 讨论
本研究所选基因型来自全国各地,具有广泛的代表性,基本反映了我国现有基因型的多样性,这对于当前和今后甘薯钾利用效率研究和耐低钾新品种选育具有重要理论和实践意义,其所选的高钾利用效率材料可望成为耐低钾甘薯品种育种的重要基础材料。
对硫酸2过氧化氢消化,火焰光度法测定和015mol/L 盐酸浸提,火焰光度法测定作对比研究表明,后者无论在测定速度,还是在测定精度上都不亚于前者,两者相关系数达0198233(n =20)。由于所测样品量大,本研究选用015mol/L 盐酸浸提这种快速简易的测钾方法是可行的。
9
533期 陆国权,等:甘薯钾素利用效率的基因型差异研究
063植物营养与肥料学报7卷
研究表明,甘薯不同基因型的最长蔓长、地上部干重、块根干率、各器官干物质重量有很大的差异,不同基因型的钾效率比、钾利用效率、各器官的钾浓度和钾积累量也存在很大差异。钾浓度以叶柄最高,块根最低,叶柄平均比块根高出3倍多。各器官的钾浓度与其干物质重量没有相关性,与总生物量也不存在着相关性,说明甘薯进行正常的生长和代谢活动要求的钾浓度,基因型间存在着很大的差异。
以总生物量来考察钾效率比,供试70个基因型的变化范围为52128～198178,这与张国平等对小麦的研究相一致[4]。以块根产量考察钾效率比的变幅为16127～166158,每生产100kg薯块所需的钾素为0160～6114kg。其中有7个基因型每生产100kg薯块所需的钾素小于017kg,明显低于通常报道的值。这些基因型在钾高效育种上具有一定的应用价值。
根据KER和KU E与植株性状及钾水平的相关分析,甘薯块根鲜重与KER KU E没有明显的相关性。选择地上部生物量小、块根干率大的基因型可望提高钾效率。在不影响植株正常生长和发育的条件下,选择钾浓度低,特别是茎、块根浓度低的基因型也可提高钾效率。
甘薯是一种喜钾作物,重施钾肥往往是其主要的增产措施之一。研究甘薯对钾利用效率的基因型差异,筛选耐低钾甘薯新品种,对于减少甘薯钾肥的施用量,提高种植效益,具有重要意义。根据钾效率的高低和块根产量,在70个供试基因型中以浙杂6号、北京553和浙8123等品种(系)为高钾利用效率基因型。
参考文献:
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[2]崔国贤,李宗道1植物钾营养基因型的差异及其机理研究进展[J]1作物研究,1997,1:432471
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[4]Zhang Guoping et al1G enotypic variation for potassium uptake and utilization efficiency in wheat[J]1Nutrient Cycling in
Agroecosystem,1998,9:1281
[5]温永煌,涂枕梅1盐酸浸提法测定几种作物植株中八种元素的初步研究[J]1江西农业科技,1981,(5):272291
《植物遗传资源科学》简介
《植物遗传资源科学》是中国农业科学院作物品种资源研究所和中国农学会遗传资源分会联合主办的专业性学术期刊,由中国工程院院士董玉琛研究员担任主编,2000年创刊。主要发表植物遗传资源研究报告,介绍研究成果和学科进展,进行学术交流,提供可供遗传育种和农业生产利用的优异资源以及国外有关研究信息。
读者对象:从事植物遗传资源科学研究工作的人员,各有关大专院校的师生,农业行政和推广人员。季刊。16开本,64页。准印证号:京内资准字99-L0722。每期收工本邮寄费5元,全年20元。本刊编辑部常年办理订阅手续,如需邮挂每期另加2元。
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