外源鈣對食用木薯產(chǎn)量及其品質(zhì)的影響研究

陳會鮮，朱涵鈺#，李恒銳*，何 文，梁振華，楊海霞，黎 萍，曹 升

（1．廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣西 龍州 532415；2．廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530007）

食用木薯是大戟科（Euphorbiaceae）木薯屬（Manihot）植物，俗稱面包木薯，因其富含淀粉和膳食纖維，近年來被加工成面條、餅干、蛋糕等產(chǎn)品［1］，越來越受百姓所喜愛，具有廣闊的發(fā)展前景。然而，食用木薯在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上存在產(chǎn)量和附加值低兩大亟須解決的難題。鈣作為植物生長所必需的中量元素，在植物生長、花芽分化、抗逆、延長貯藏等方面有著至關(guān)重要的作用［2-5］，適量的鈣素營養(yǎng)對作物的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生積極的作用［6-7］；鈣也是人體所必需的礦物質(zhì)，它對人體的生長發(fā)育和新陳代謝有著舉足輕重的作用，通過外源鈣的施入來提高農(nóng)產(chǎn)品的鈣含量，對于提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值具有重要的實際意義。

前人在研究外源鈣對木薯生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響時發(fā)現(xiàn)，外源鈣對木薯的生長、產(chǎn)量和淀粉積累具有促進作用。曾黎明［8］發(fā)現(xiàn)施用石灰對木薯產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量沒有顯著的影響，但在一定程度上提高了木薯的株高和莖徑；冀乙萌等［9］發(fā)現(xiàn)在低溫脅迫下，20 mmol/L 外源Ca2+使木薯的各項抗寒生理指標提高，有利于木薯的生長；陸小靜等［10］發(fā)現(xiàn)用1.0%的氯化鈣或是1.0%的石灰水浸泡木薯種莖，可顯著提高木薯的產(chǎn)量和淀粉含量。但是，前人的研究焦點主要集中在木薯株高、莖粗、產(chǎn)量、淀粉含量的影響，而對于外源鈣對食用木薯的粗纖維、鈣素營養(yǎng)、蛋白質(zhì)、耐貯藏能力等因子的影響效應(yīng)的研究很少。為了更為深入地研究外源鈣對食用木薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，本試驗采用當前廣西主推的3個食用木薯品種為試材，分析不同食用木薯品種在不同外源鈣施用量下的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子、鈣素含量、營養(yǎng)成分、耐貯藏力的綜合變化，探究外源鈣對食用木薯的作用效應(yīng)，并確定一個最佳的鈣肥施用量，以期為食用木薯高產(chǎn)高質(zhì)栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2018～2019年在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所的基地進行。試驗基地位于廣西壯族自治區(qū)崇左市龍州縣域內(nèi)，地處北回歸線以南，22°20′26″N，106°47′39″E，海拔330 m，屬南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫22.6 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫2.0 ℃，最熱月平均氣溫27.5 ℃，最冷月平均氣溫19.9 ℃，平均年降水量1392.7 mm，年平均相對濕度 86%，平均年蒸發(fā)量1113.9 mm，無霜期350 d以上。土壤類型為砂壤土，土壤有機質(zhì)29.6 g/kg，堿解氮63.2 mg/kg，有效磷80 mg/kg，速效鉀210 mg/kg，pH 7.23，可溶性鈣含量273.25 μg/g。

供試材料為木薯NK-10、SC12、SC9，均由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所提供。于3月25日種植，當年12月收獲，采用一壟雙行，種植規(guī)格為100 cm×80 cm。試驗設(shè)4個處理，施用的鈣肥為氯化鈣，施肥量換算成鈣含量施入，鈣含量分別是0、20、40、60 kg/hm2，分別記做CK、T1、T2、T3。本試驗采取裂區(qū)設(shè)計，整區(qū)處理為3個品種，裂區(qū)處理為4個外源鈣處理，設(shè)3個重復(fù)區(qū)組，每個試驗小區(qū)面積24 m2。外源鈣分別在塊莖形成期和塊莖膨大期配合第一、第二次追肥施入，每次施用量為總量的一半，施用方法為將氯化鈣溶液施入植株根部土壤。除外源鈣的施用方法不一樣外，其他的栽培措施均按韋本輝［11］的木薯常規(guī)栽培技術(shù)種植。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成的測定

在木薯的收獲期調(diào)查6株正常生長植株的薯長、薯粗、薯數(shù)。薯長用直尺測定，從薯柄與薯塊的連接處開始測定，直至塊根尾部；薯粗用游標卡尺測定，測定薯塊上中下3個部位的直徑，取3個直徑的平均值作為薯粗。每個小區(qū)連續(xù)取8株正常生長的植株，稱量每株植株塊根的鮮重，然后按每公頃1.2萬株換算成公頃產(chǎn)量。

1.2.2 營養(yǎng)成分的測定

淀粉含量測定采用GB 5009.9-2016第二法，酸水解法；蛋白質(zhì)含量測定采用GB 5009.5-2016第一法，凱氏定氮法；粗纖維素含量測定采用GB/T 5009.10-2003，植物類食品中粗纖維的測定方法；鈣含量測定采用火焰分光光度法。

1.2.3 食用木薯耐貯藏力測定

采用國際熱帶作物研究中心（The International Center for Tropical Agriculture，CIAT）建立的目測法［12］測定采后生理性變質(zhì)（PPD）。

1.3 試驗數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0和Excel 2016進行裂區(qū)試驗的方差分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣對食用木薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

不同外源鈣處理下食用木薯產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化如表1所示，產(chǎn)量、薯長、薯粗均呈先增大后減小的變化趨勢，薯數(shù)呈逐漸增大的變化趨勢，其中產(chǎn)量和薯粗在T1和T2處理下顯著大于CK，薯長在T1處理下顯著大于CK，薯數(shù)在各處理下的變化不顯著。以上結(jié)果表明：外源鈣在一定范圍內(nèi)可以提高食用木薯的薯長和薯粗，從而增加木薯的產(chǎn)量，但超出一定范圍就會對食用木薯產(chǎn)量及塊根的生長產(chǎn)生消極的影響。

表1 不同外源鈣處理下食用木薯的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

2.2 外源鈣對食用木薯塊根鈣素營養(yǎng)的影響

從圖1可知，隨著外源鈣施用量的不斷增加，食用木薯塊根的鈣含量呈逐漸升高的趨勢，且T1、T2、T3處理的塊根鈣含量均大于CK，其中T2和T3處理下食用木薯塊根的鈣素含量均顯著高于CK。這說明食用木薯施用外源鈣后，塊根的鈣素含量提高了。

圖1 不同外源鈣處理下食用木薯塊根鈣素含量的變化

2.3 外源鈣對食用木薯塊根淀粉含量的影響

淀粉是食用木薯的主要營養(yǎng)物質(zhì)，它的含量大小對食用木薯的品質(zhì)評價具有舉足輕重的作用。從圖2可知，隨著外源鈣使用量的增加，各外源鈣處理下的淀粉積累量呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，但各外源鈣處理下的塊根淀粉含量均顯著高于CK。這表明外源鈣的施用有利于食用木薯淀粉的積累。

圖2 不同外源鈣處理下食用木薯塊根淀粉含量的變化

2.4 外源鈣對食用木薯塊根蛋白質(zhì)含量的影響

食用木薯的蛋白質(zhì)含量較低，這是制約其營養(yǎng)價值的主要因素。從圖3可知，隨著外源鈣施用量的增加，食用木薯塊根的蛋白質(zhì)含量逐漸增加，其中在T2和T3處理下顯著高于CK，這說明外源鈣可促進食用木薯蛋白質(zhì)的積累。

2.5 外源鈣對食用木薯塊根粗纖維含量的影響

從圖4可知，食用木薯塊根的粗纖維含量隨著施鈣量的增加而增加，但是增加的幅度很小，T1、T2、T3處理與CK的差異不顯著。這說明外源鈣可以增加食用木薯塊根的粗纖維含量，但作用效果很小。

圖4 不同外源鈣處理下食用木薯塊根粗纖維含量的變化

2.6 外源鈣對食用木薯塊根貯藏能力的影響

木薯采后容易產(chǎn)生生理性變質(zhì)（PPD），影響木薯的貯藏能力。本研究采用CIAT建立的目測法測定PPD，以薯塊產(chǎn)生PPD所占的面積計量。把食用木薯采收回來放置陰涼干燥處20 d，觀察PPD的發(fā)生情況。如圖5所示，隨著外源鈣施用量的增加，食用木薯塊根產(chǎn)生PPD的面積占比呈逐漸下降的趨勢，且T1、T2、T3產(chǎn)生PPD均顯著小于CK，這說明施用外源鈣可抑制食用木薯品種PPD的產(chǎn)生。

圖5 不同外源鈣處理下食用木薯PPD的產(chǎn)生情況

2.7 食用木薯最佳外源鈣施用量的確定

為了找到一個具有普遍指導(dǎo)意義的外源鈣使用量，以產(chǎn)量作為研究對象，利用SPSS 17.0對不同外源鈣處理下食用木薯的產(chǎn)量進行回歸分析。通過觀察發(fā)現(xiàn)，食用木薯的產(chǎn)量呈先增大后減小的變化趨勢，這說明外源鈣的施用量與食用木薯產(chǎn)量之間的關(guān)系呈曲線相關(guān)。通過曲線回歸分析（表2），發(fā)現(xiàn)外源鈣的施用量與食用木薯產(chǎn)量之間的關(guān)系呈現(xiàn)二次項關(guān)系，建立的回歸方程的Sig都小于0.01，R2也比較接近1，這說明食用木薯產(chǎn)量與外源鈣施用量之間的回歸關(guān)系極顯著，且回歸方程能很好地描述外源鈣施用量與產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系。擬以回歸方程作為施鈣效應(yīng)函數(shù)，通過計算發(fā)現(xiàn)在外源鈣

表2 不同外源鈣處理下產(chǎn)量的回歸分析

的施用量為33 kg/hm2時產(chǎn)量最大，是最適宜的外源鈣施用量。

3 討論

3.1 外源鈣可提高食用木薯的產(chǎn)量

本試驗結(jié)果表明，適量的施入外源鈣可以提高食用木薯的產(chǎn)量，并對塊根的增長和增粗具有促進作用，但對薯數(shù)的作用不大。陸小靜等［10］發(fā)現(xiàn)用1.0%的氯化鈣或是1.0%的石灰水浸泡木薯種莖，可顯著提高木薯的產(chǎn)量；袁偉玲等［13］發(fā)現(xiàn)通過葉面噴施外源鈣，白菜的生物量增加了，進而提高了產(chǎn)量；Ozgen等［14］研究結(jié)果表明，給馬鈴薯補充鈣素養(yǎng)分，可以提高塊莖的數(shù)量和大小，提高產(chǎn)量；Escalante等［15］發(fā)現(xiàn)馬鈴薯施用糖醇鈣肥后單株結(jié)薯數(shù)、單薯重量、單株產(chǎn)量均有不同程度的增加。劉運平［16］研究在盆栽條件下氯化鈣對不同甘薯品種的薯數(shù)、單薯重、產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)不同品種的單薯重和產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢，但不同甘薯品種的薯數(shù)變化趨勢不同。通過對比前人的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，外源鈣對產(chǎn)量和塊根有伸長、增粗的促進作用，在很多作物上都得到了驗證，但外源鈣對薯數(shù)的作用卻難以統(tǒng)一，這說明外源鈣促進薯數(shù)增加的作用效應(yīng)可能會因品種而異。

3.2 外源鈣可改善食用木薯的品質(zhì)

通過施入適量的外源鈣，食用木薯塊根的鈣素營養(yǎng)、蛋白質(zhì)、淀粉含量有所增加，這一結(jié)論與其他研究在馬鈴薯［17］、菠菜［18］、窩筍［19］上得出的結(jié)論一致。這是因為給作物補充外源鈣后，土壤中的Ca2+濃度上升，更有利于植物吸收鈣元素；而且鈣能提高作物的光合作用、提高磷酸蔗糖合成酶（SPS）的活性，降低轉(zhuǎn)化酶活性［16］，激發(fā)植株磷酸戊糖途徑和三羧酸循環(huán)［20］，促進碳水化合物和氨基酸的合成與分配，為淀粉和蛋白質(zhì)的積累奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，適量施入外源鈣能提高作物的蛋白質(zhì)和淀粉含量。

3.3 外源鈣可抑制食用木薯PPD的形成

采后生理性變質(zhì)是食用木薯采后不耐貯藏的主要原因。目前，已經(jīng)明確了木薯采后生理性變質(zhì)產(chǎn)生的重要途徑是活性氧（ROS），而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）是清除ROS的相關(guān)酶，提高其酶活性更有利于抑制PPD的產(chǎn)生［21］。冀乙萌等［9］研究發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下，外源鈣可以提高木薯的SOD和POD活性；李賀［22］發(fā)現(xiàn)給大蒜施鈣可以提高其體內(nèi)的抗氧化酶活性；王芳等［23］在研究鈣對花生幼苗生長的影響時發(fā)現(xiàn)，鈣可以提高花生葉片中SOD、CAT的活性，從而抑制了ROS的積累?？梢?，外源鈣可以提高作物的抗氧化性，這可能是外源鈣抑制食用木薯產(chǎn)生PPD的重要原因。

3.4 食用木薯施用外源鈣的最佳施用量

外源鈣的施用量并不是越多越好。通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，外源鈣的施用量與食用木薯產(chǎn)量的關(guān)系呈現(xiàn)二次項關(guān)系，最佳外源鈣施用量為33 kg/hm2，超過這個施用量，產(chǎn)量會降低。這可能是因為過量的鈣施入會對植物產(chǎn)生毒害作用，不利于作物的生長［24-26］。前人在研究作物最適施肥量時得到的數(shù)值往往不同［27-29］，這可能是因為不同作物的生長特性不一樣，從而導(dǎo)致對鈣的耐受能力不一樣，因此，每種作物對外源鈣吸收利用均存在一個特定的閾值，確定這個特定閾值對其生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

通過開展外源鈣對食用木薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究，得出結(jié)論：一定范圍內(nèi)的外源鈣可以提高食用木薯的根長、根粗、產(chǎn)量、淀粉、蛋白質(zhì)，對提高木薯的耐貯藏能力也有重要作用，但是對薯數(shù)和粗纖維的影響較小；食用木薯的外源鈣施用量在33 kg/hm2左右為宜。