鉀肥對(duì)紫甘薯花青素的影響

郭亮虎，逯臘虎，王 鎮(zhèn)，陳永杰，許玉娟，高 煒，連 晉

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾041000）

我國(guó)是全球甘薯產(chǎn)量最大的國(guó)家，曾一度占世界總產(chǎn)量的80%[1]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)飲食和健康的重視，甘薯消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸由飼用向鮮食用轉(zhuǎn)變，紫甘薯品種開(kāi)始顯現(xiàn)出廣闊的消費(fèi)前景。紫甘薯塊根因富含花青素（Anthocyanin）而呈紫色，該類(lèi)花青素通常為類(lèi)黃酮結(jié)構(gòu)，可將體內(nèi)代謝產(chǎn)生的超氧自由基還原后清除，從而延緩機(jī)體衰老[2-3]，此外，其還具有抑菌殺菌[4]和防癌抗癌[5-6]的功效。因此，提升紫甘薯中花青素的含量將增加其食用和保健價(jià)值。

在花青素生物合成途徑中，鉀離子可通過(guò)活化某些代謝酶來(lái)促進(jìn)酚類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為類(lèi)黃酮[7]，或加快三磷酸腺苷（ATP）的生成進(jìn)而為合成反應(yīng)提供能量[8]，最終促進(jìn)花青素的生成。在馬鈴薯[9]、蘋(píng)果[10-11]和鳳梨[12]等物種中，增施鉀肥均能提高塊莖或果實(shí)中的花青素含量，而有關(guān)紫甘薯的報(bào)道較少，僅在萬(wàn)紫56品種中被證實(shí)，鉀肥與薯塊花青素含量呈正相關(guān)[13]。

本研究旨在系統(tǒng)分析鉀肥對(duì)紫甘薯花青素的影響，通過(guò)對(duì)6個(gè)紫甘薯品種設(shè)置不同的鉀肥施用時(shí)期和施用量，以期獲得能促進(jìn)花青素合成的最適施用方法。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試紫甘薯品種為紫羅蘭、濟(jì)黑1號(hào)、濟(jì)黑2號(hào)、濟(jì)薯18號(hào)、徐紫1號(hào)和寧紫4號(hào)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省臨汾市堯都區(qū)韓村試驗(yàn)田，該地土壤含有機(jī)質(zhì)10.2 g/kg、堿解氮48.4 mg/kg、速效磷13.9 mg/kg、速效鉀133.0 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間小區(qū)試驗(yàn)于2016年5—10月進(jìn)行。將6個(gè)供試紫甘薯品種育苗后分別移栽至試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)面積為3 m×4 m，栽60株，折合密度5萬(wàn)株/hm2。

試驗(yàn)以碳酸氫銨（N 17%，60 kg/hm2）和過(guò)磷酸鈣（P2O512%，20 kg/hm2）作為基肥，并設(shè)置不同施鉀量（硫酸鉀K2O）的6個(gè)處理：K0為不施鉀肥（CK），K1，K2，K3以基肥施入，K4以追肥施入，K5以基肥和追肥先后施入。施鉀量處理如表1所示。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 花青素的提取及測(cè)定

收獲后測(cè)薯塊小區(qū)產(chǎn)量。之后，每個(gè)品種每個(gè)處理取代表性薯塊去皮稱(chēng)質(zhì)量（m0），為減小試驗(yàn)誤差，先將薯塊研磨置40℃烘干72 h，獲得干粉，再次稱(chēng)質(zhì)量（m1），計(jì)算烘干率；參考王關(guān)林等[4]的方法，將干粉按四分法取樣，每份準(zhǔn)確稱(chēng)取1.0 g，用0.8 mol/L的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖液（pH＝3）定容至200 mL，搖勻后置60℃水浴2 h；晾至室溫，用分光光度計(jì)測(cè)定上清液在525 nm處的吸光度值OD525。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Fold-change法作圖，相差1.5倍～2.0倍為顯著差異，相差2倍以上為極顯著差異[14]。

其中，958為OD525轉(zhuǎn)換為質(zhì)量體積比的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，1 000為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫薯品種間花青素含量和鉀敏感性差異

由圖1可知，供試紫甘薯品種間的塊根花青素含量存在差異，其中，紫羅蘭的花青素含量最高，在6個(gè)處理下的含量范圍為1 100～1 500 mg/kg；其次為濟(jì)黑1號(hào)、濟(jì)黑2號(hào)、濟(jì)薯18號(hào)和徐紫1號(hào)，花青素含量均在700～900 mg/kg；而寧紫4號(hào)含量最低，在400 mg/kg左右。此外，濟(jì)薯18號(hào)和徐紫1號(hào)花青素含量的變幅較小，表明這2個(gè)品種對(duì)鉀的敏感性較弱。

2.2 鉀肥對(duì)紫甘薯花青素含量的影響

由圖2可知，與對(duì)照處理K0相比，所有供試紫薯品種在施加鉀肥后的花青素含量均有提升。其中，紫羅蘭、濟(jì)黑2號(hào)和寧紫4號(hào)的花青素含量在K2處理下達(dá)到最高值，濟(jì)薯18號(hào)、濟(jì)黑1號(hào)和徐紫1號(hào)則分別在K1，K3和K5處理下達(dá)到最高值。在相同的施鉀量處理下，基肥（K1）比追肥（K4）（紫羅蘭除外）、施足基肥（K2）比分施（K5）（徐紫 1號(hào)除外）更能提高薯塊花青素含量。而在施用等量鉀肥基肥的前提下（K1，K5），增加追肥并不能顯著提高供試品種的花青素含量。

2.3 鉀肥對(duì)紫甘薯花青素單位面積總含量的影響

鉀肥還能通過(guò)提高每個(gè)供試紫薯品種的小區(qū)產(chǎn)量（圖3），進(jìn)而提高花青素的單位面積總含量（圖4）。其中，分施鉀肥（K5）比單獨(dú)施用等量的基肥（K2）可以獲得更高的紫薯產(chǎn)量。

除濟(jì)薯18號(hào)以外，其余5個(gè)供試品種在施鉀肥基肥后均能顯著提高花青素單位面積總含量。其中，在K2處理下，紫羅蘭、濟(jì)黑1號(hào)、濟(jì)黑2號(hào)和徐紫1號(hào)的花青素單位面積總含量極顯著提高；而分施等量鉀肥處理下（K5），濟(jì)黑1號(hào)、徐紫無(wú)1號(hào)和寧紫4號(hào)均表現(xiàn)出比在K2處理下具有更多的花青素單位面積總含量。

3 結(jié)論與討論

紫甘薯花青素具有極高的理化穩(wěn)定性[16]和抗氧化活性[17]，而且與藍(lán)莓、葡萄、桑椹等富含花青素的漿果植物相比，紫甘薯成本低廉，能高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，易于種植、收獲和運(yùn)輸[18]，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。因此，探討合適的施肥措施以提高塊根中花青素含量顯得尤為必要。

與空白對(duì)照處理相比，施用氮肥、磷肥、鉀肥均能提高紫甘薯的花青素含量[19]，其中，氮肥主要作用于莖葉等營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)中，為后期塊根中花青素的合成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，萬(wàn)紫薯56[13]和濟(jì)黑1號(hào)[20]等品種的薯塊花青素含量均與施氮量成正比；磷參與部分磷酸化反應(yīng)，但對(duì)其需求量較低，過(guò)量的磷肥會(huì)降低GA-DELLA信號(hào)途徑中花青素的合成[21]，在萬(wàn)紫薯56中，低磷處理下的花青素含量極顯著高于高磷處理[13]；而鉀肥在塊根膨大和物質(zhì)積累過(guò)程中起重要作用，鉀元素參與了紫甘薯花青素生物合成，可激活或促進(jìn)某些合成酶的活性[7-8]。

本研究對(duì)6個(gè)紫甘薯品種進(jìn)行鉀肥試驗(yàn)分析，結(jié)果表明，一次性施足鉀肥基肥可滿(mǎn)足紫甘薯中花青素合成所需，但不同品種對(duì)鉀的需求量不完全一致，紫羅蘭、濟(jì)黑2號(hào)和寧紫4號(hào)的基肥最適施鉀量為24 g/m2，而濟(jì)薯18號(hào)和徐紫1號(hào)對(duì)施鉀量的敏感性不強(qiáng)，濟(jì)黑1號(hào)對(duì)鉀的需求量則適中。在施用鉀肥基肥后，追施鉀肥并不能顯著提高供試品種的花青素含量，但是追肥促進(jìn)了源庫(kù)運(yùn)輸和塊根生長(zhǎng)，增加了薯塊大小和質(zhì)量，從而使花青素的單位面積總含量得到提升。因此，對(duì)于不同紫甘薯品種，根據(jù)其對(duì)鉀肥的敏感性施足相應(yīng)量的基肥，并在塊根膨大期前適量追肥，可最大程度地提高其花青素含量，增加其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。