营养因素对马铃薯块茎发育生理特性影响的研究

摘要

马铃薯是世界第四大粮食作物，也是是新世纪最有发展前景的高产经济作物之一，在我国粮食、蔬菜、饲料和加工业生产上占有重要的地位。但是目前我国马铃薯整体生产水平较低，单位产量不高，先进的实用栽培技术和基础栽培理论比较欠缺。为此开展马铃薯高产栽培技术及高产栽培理论研究，充分发挥马铃薯的生产潜力，节约生产资源，降低生产成本，对推动我国马铃薯再上台阶，提升市场竞争力，对保证我国粮食安全，有效提高农业综合经济效益和增加农民收入，具有重要的意义。本研究选用鲜食品种、高淀粉和低淀粉加工型品种为研究材料，立足于改善促进块茎发育的营养条件，从块茎发育中的激素行为和酶行为的动态变化入手，探讨营养条件对马铃薯块茎发育过程影响的机理，阐明营养条件影响马铃薯产量和品质的内在机制，并从光合作用以及叶绿素荧光特性方面探讨营养条件对马铃薯光能利用的影响机制。同时研究春、秋马铃薯对氮肥的需求特性，为马铃薯的高产栽培，合理的营养运筹，充分发挥马铃薯品种的遗传潜力提供理论依据和参考。研究结果表明： 1.过低、过高的营养供给，降低了块茎发育前期细胞分裂素(ZT)的含量，中期细胞生长素(IAA)的含量以及促进块茎发育的脱落酸(ABA)、茉莉酸(JAs)含量，增加了各时期促进匍匐茎发生的赤霉素(GA3)含量，导致在块茎形成和膨大的关键时期，GA3/ABA和GA3/JAs比值失衡，抑制了块茎的正常发育。而合理营养水平供给，保持了前期较高水平的ZT含量，中期较高的ABA、IAA、JAs含量和较低的GA3含量，保证了块茎发育各时期对重要激素的需要，GA3/ABA和GA3/JAs在块茎发育各时期也保持在合理的水平。 2.马铃薯块茎中的多胺(polyamines)以腐胺(put)含量最多，亚精胺(spd)次之，精胺(spm)最少，三种多胺在块茎发育初期、中期含量高，呈降低—升高—降低的变化趋势，但对不同肥力水平的响应有差异，中等肥力水平处理在块茎发育中期高于低肥力和高肥力水平，高肥力水平使put含量降低，峰值出现时间提前，而使spd和spm峰值出现时间延后。put/spd呈现随肥力水平的提高，峰值不断降低，峰值出现时间提前的趋势。茉莉酸(JAs)与多胺(polyamines)的相关性较大，其中与腐胺(put)为正相关，与精胺(spm)、亚精胺(spd)显著负相关，spm与spd极显著正相关，GA3与三种多胺均为负相关，但均未达显著水平，JAs与GA3的相关性也很小。 3.马铃薯的重要光合参数净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)均随着施氮量的增加出现先增长后降低的单峰变化趋势。在对光量子通量密度(PFD)以及CO2的响应中，马铃薯净光合速率(Pn)也随着施氮量的增加出现先增加后降低的趋势。从氮营养对马铃薯需光特性、CO2需求特性以及叶绿素荧光特性的影响看，最大净光合速率(Am)、表观量子效率(ψ)、CO2饱和点(CSP)等参数也随着施氮量的增加呈现先升高后下降的变化趋势，光化学猝灭系数(qP)、实际光化学效率(ФPSII)、电子传递速率(ETR)也存在同样的变化规律。 4.不同类型的马铃薯品种在光能利用上表现出一定的差异。高淀粉品种QS2的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Trmmol)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)、在同样施氮条件下高于低淀粉品种C117，且光能利用率(LUE)和净光合速率(Pn)比低淀粉品种C117更具优势。但是低淀粉品种C117在各施氮条件下的水分利用率(WUE)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、潜在光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ФPSII)比高淀粉品种QS2高，且C117在同水平施氮条件，不同浓度CO2下的最大净光合速率(Am)、CO2补偿点(CCP)高于QS2。 5.不同施氮量下块茎总淀粉、支链淀粉和直链淀粉的含量呈“S”曲线变化，符合Logistic方程Y=K/(1+ae-bT)，但是不同施氮量对各淀粉积累强度，达到最大积累强度的时间存在差异，品种之间的影响也不尽一致。对于低淀粉品种C117，随着施氮量的增加，直链淀粉的最大积累强度呈逐渐下降，支链淀粉呈不断上升，总淀粉呈先上升后又下降的变化趋势。对于高淀粉品种QS2，直链淀粉的最大积累强度在中间施肥水平较低，而在低、高施肥水平时较高，支链淀粉、总淀粉随着施氮量的增加呈先升后降的变化趋势。 6.随着生育期的推进，各马铃薯块茎中不同施氮水平下的ADPGPPase、SSS、GBSS、SBE呈现先逐渐增加，达到最大值后又开始下降的单峰曲线变化趋势，各施氮水平均在出苗后54-61d左右达到最大值。随着施氮量的增加，ADPGPPase、SSS也出现先升后降的单峰曲线变化趋势，而对于GBSS和SBE的影响，品种间表现差异。低淀粉品种C117的ADPG-PPase、SSS的含量在各施氮水平下均高于高淀粉品种QS2，具有较高的ADPG-PPase、SSS活性。在氮营养影响条件下，SSS活性与淀粉总含量和支链淀粉的含量极显著正相关(r总淀粉＝0.86**，r支链淀粉=0.83**)，而与直链淀粉含量相关不大。 7.氮肥运筹结果说明，底肥和追肥对春马铃薯产量影响很大，合理追肥的增产作用明显，对于秋马铃薯，底肥的增产作用显著，追肥的增产作用不明显。因此春马铃薯的氮肥运筹应在重视底肥的基础上，特别重视追肥的使用，而对秋马铃薯的氮肥运筹则要特别重视底肥的使用，追肥要视具体情况慎重使用，做到少量、早施，以取得最大的追肥效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：中英文缩略词

声明

第1章文献综述及立题背景

1.1马铃薯生产现状及发展趋势

1.2马铃薯块茎块茎发育过程

1.3马铃薯块茎发育中的影响因子概述

1.3.1内源激素对马铃薯块茎发育的影响

1.3.2碳源及矿质营养对马铃薯块茎发育的影响

1.4淀粉生物合成系列酶及栽培因子对其的影响

1.4.1淀粉生物合成途径

1.4.2淀粉生物合成的几个关键酶

1.4.3栽培因子对作物淀粉合成酶的影响

1.5马铃薯光合特性及其与氮营养的关系

1.5.1马铃薯的光合特性

1.5.2氮素对马铃薯叶片光合特性的影响

1.6研究背景及研究目的和意义

1.6.1研究背景

1.6.2研究内容和目的

第2章 肥力因素对马铃薯块茎发育中内源激素的影响

2.1材料与方法

2.2.1材料与试验设计

2.2.2取样测定及数据处理

2.2结果与分析

2.2.1营养水平对马铃薯块茎鲜重产量的影响

2.2.2营养水平对块茎品质形成的影响

2.2.3不同营养水平对马铃薯农艺性状及块茎产量因素的影响

2.2.4营养水平对块茎发育中的激素动态变化及平衡的影响

2.2.5肥力因素对块茎发育中多胺及平衡的影响

2.3结论与讨论

2.3.1从激素行为看块茎发育关键期的营养需求

2.3.2营养水平对品质影响的激素行为解释

2.3.3马铃薯块茎发育中多胺及GA3、JAs动态变化对肥力因素的响应

2.3.4块茎发育中多胺与JAs存在相互关系

第3章氮营养对马铃薯光合作用及叶绿素荧光特性的影响

3.1试验材料及设计

3.1.1试验地及试验材料

3.1.2试验设计

3.1.3取样测定

3.2结果与分析

3.2.1氮营养对光合参数的影响

3.2.2氮营养对光合响应曲线及二氧化碳响应曲线的影响

3.2.3氮营养对马铃薯叶绿素荧光特性的影响

3.3结论与讨论

3.3.1马铃薯的一些光合参数和荧光参数对氮营养的要求

3.3.2不同类型马铃薯品种的光合特性存在差异

3.3.3寡日照条件下提高马铃薯光合产物的途径

第4章氮营养对马铃薯块茎发育中淀粉积累及其关键酶的影响

4.1材料及方法

4.1.1试验地及试验材料

4.1.2试验设计

4.1.3取样测定

4.1.4测定方法

4.2结果与分析

4.2.1氮营养对块茎淀粉含量的影响

4.2.2氮营养对块茎淀粉合成关键酶活性的影响

4.2.3氮营养对块茎关键酶活性影响的相关性分析

4.2.4氮营养对核酸、蛋白质含量的影响

4.3结论与讨论

4.3.1蛋白质与淀粉积累和核酸代谢的关系

4.3.2氮营养对马铃薯块茎发育中淀粉积累的影响

4.3.3氮营养对块茎中淀粉合成酶的影响

第5章马铃薯高产栽培的氮肥运筹

5.1材料与试验设计

5.1.1材料及试验地

5.1.2试验设计

5.2结果与分析

5.2.1春马铃薯氮肥利用特点及氮肥运筹

5.2.2秋马铃薯的氮肥利用特点及氮肥运筹

5.3结论与讨论

参考文献

致谢

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