覆膜與施肥對(duì)紫薯塊根花青素含量的影響

吳紅紅，黃文芳，史敏莉，何東強(qiáng)，賀立恒

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

甘薯（Ipomoea batatas（L.）Lam.）是重要的糧食、飼料作物，也是重要的工業(yè)原料和新型生物能源作物[1-4]。隨著人們生活水平的提高，特種甘薯如高糖型、藥用型、水果型和高花青素型等[5]，因其具備特殊價(jià)值受到人們的重視。作為特種甘薯的一種，紫色甘薯（1pomoea batatas.）的薯肉呈紫色，國內(nèi)也稱為紫心甘薯、紫肉甘薯[6]，除含有普通甘薯所含的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、多種維生素、氨基酸及鈣、磷、鐵等營養(yǎng)成分外，它的花青素含量尤為突出[7-11]。因花青素具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值，現(xiàn)已成為研究熱點(diǎn)[12]。目前，對(duì)紫薯花青素的研究多集中在地上組織[13-16]，而關(guān)于提高塊根花青素含量的報(bào)道較少。因此，本試驗(yàn)通過不同的外在因子處理對(duì)紫薯塊根花青素含量的影響進(jìn)行探索，具有重要意義。

紫色甘薯花青素是從紫薯塊根中提取的一種天然色素[12，17]，與其他天然色素相比，其不僅無色無味，還具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、抗突變性、抗氧化能力[18-19]。前人研究表明，花青素還可以修復(fù)肝損傷、抗癌、降低血壓[19-23]。由于紫色甘薯花青素具有特殊的生理功能，研究其合成與積累具有重要意義[24]?；ㄇ嗨氐暮铣膳c積累與植物發(fā)育過程密切相關(guān)，它由內(nèi)外因子共同調(diào)控完成[25-26]。內(nèi)在調(diào)控因子包括紫色甘薯花青素的合成和積累相關(guān)酶基因和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，外在調(diào)控因子有環(huán)境因子和外源物質(zhì)[27]，即物理因素（光質(zhì)、光強(qiáng)、溫度）和化學(xué)因素（糖類物質(zhì)、外源激素、礦物質(zhì)元素）等。研究發(fā)現(xiàn)，光照是影響花色苷生物合成重要的外在環(huán)境因子[28]。DONG[29]在研究光對(duì)蘋果花著色的影響中發(fā)現(xiàn)，阻斷光照后，蘋果花不能正常著色。光在果皮花色素苷形成中具有重要作用，完全不照光的蘋果果實(shí)能夠正常成熟，卻無花青素合成[28，32]。光通過光合作用為花青素的合成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也可以調(diào)節(jié)花青素苷生物合成途徑中關(guān)鍵酶的活性[30]。同時(shí)，花青素的合成與代謝過程需要鉀離子的激活和調(diào)節(jié)[31]。磷、鉀離子可通過活化代謝酶來促進(jìn)酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為類黃酮[32]。有研究表明，磷、鉀肥對(duì)彩色馬鈴薯花青素有重要影響[33]。增施鉀肥能提高馬鈴薯[34]塊莖和蘋果[35]、鳳梨[36]果實(shí)中的花青素含量，而有關(guān)鉀肥對(duì)紫薯的報(bào)道較少。

本試驗(yàn)以不同施肥、不同覆膜的處理，實(shí)現(xiàn)為紫薯提供不同光照、不同礦質(zhì)元素離子的栽培條件，來進(jìn)一步探究提高花青素含量的栽培因子，以期為提高紫薯塊根花青素含量提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用山西農(nóng)業(yè)大學(xué)甘薯課題組農(nóng)作物基因資源中心的脫毒苗繁殖的秦紫2 號(hào)和紫羅蘭2 個(gè)紫薯品種為試驗(yàn)材料。

鉀肥為中農(nóng)舜天生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的硫酸鉀（含K2O 50%），磷肥為中國農(nóng)資集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的高鈣磷肥（含P2O518%）。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前取預(yù)種植區(qū)土壤測(cè)定其肥力，保證試驗(yàn)在低磷、鉀肥狀態(tài)下進(jìn)行，以減少土壤本身養(yǎng)分對(duì)試驗(yàn)的影響。土質(zhì)為黃色沙壤土，試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分為：有效磷含量15.87 mg/kg，速效鉀含量144.07 mg/kg，全氮含量1.40 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量16.71 g/kg，pH 值8.35。

試驗(yàn)于2019 年5 月在山西省太谷縣北六門村甘薯種植基地進(jìn)行。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以施肥種類為主、覆膜方式為輔。施肥設(shè)單施磷肥、單施鉀肥、磷鉀配施3 種。以不施任何肥料為對(duì)照（CK），單施磷肥用量分別為60（P1）、80（P2）、100 kg/hm2（P3）；單施鉀肥用量分別為10（K1）、15（K2）、20 kg/hm2（K3）；磷鉀肥配施分別為7∶1（PK1，磷鉀肥分別為116.67、16.67 kg/hm2）、5∶1（PK2，磷鉀肥分別為83.34、16.67 kg/hm2）、3∶1（PK3，磷鉀肥分別為50、16.67 kg/hm2）。覆膜方式為覆0.008 mm 白膜（W）、0.01 mm 黑膜（B），以不覆膜（N）為對(duì)照。每處理小區(qū)面積為6 m2，施肥區(qū)寬2 m，行距1 m，株距20 cm，種植密度約為50 250 株/hm2。磷鉀肥單施、配施均作為基肥施用，后續(xù)不再追肥。

1.3 花青素的測(cè)定

采用檸檬酸- 磷酸氫二鈉法[37]。稱取新鮮甘薯0.50 g，在研缽中加入pH 值3.0 檸檬酸- 磷酸氫二鈉緩沖液研磨，然后置于50 mL 容量瓶中定容，并靜置0.5 h 以上，取3 次重復(fù)分別進(jìn)行離心，在525 nm處比色后取平均值。

式中，C為花青素含量（mg/100 g）；958 為ABS轉(zhuǎn)化為質(zhì)量體積比的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；V是定容體積；m是稱取樣品質(zhì)量；ABS為吸光光度計(jì)上讀取讀數(shù)；100 000 是單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 軟件進(jìn)行方差分析，并用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（α＝0.05），采用Excel 2010 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥對(duì)紫薯花青素含量的影響

從圖1 可以看出，在不覆膜條件下的3 種施肥對(duì)比，秦紫2 號(hào)對(duì)照組（CKN） 花青素含量2.75 mg/100 g，單施P 肥處理（P2N）花青素含量最高，為4.04 mg/100 g，比對(duì)照提高46.8%；單施K肥處理（K2N） 秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為5.39 mg/100 g，比對(duì)照提高96.2%；PK 肥配施處理（PK1N）秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為7.79 mg/100 g，比對(duì)照提高183.5%。從圖2 可以看出，紫羅蘭對(duì)照組（CKN）花青素含量為5.78 mg/100 g，單施P 肥處理（P2N）紫羅蘭花青素含量最高，為11.2 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了94.0%；單施K 肥處理（K2N）紫羅蘭花青素含量最高，為12.25 mg/100 g，比對(duì)照提高112.0%；PK 肥配施處理（PK1N）紫羅蘭花青素含量最高，為15.17 mg/100 g，比對(duì)照提高162.7%。

從圖1 可以看出，在覆黑膜條件下的3 種施肥對(duì)比，單施P 肥處理（P2B）秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為6.44 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了65.2%；單施K 肥處理（K2B）秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為9.05 mg/100 g，較對(duì)照提高了132.1%；PK 肥配施處理（PK1B）秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為9.81 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了151.8%。由圖2 可知，單施P 肥處理（P2B）紫羅蘭花青素含量最高，為19.17 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了98.9%；單施K 肥處理（K2B）紫羅蘭花青素含量最高，為17.68 mg/100 g，比對(duì)照提高83.4%；PK 肥配施處理（PK1B）紫羅蘭花青素含量最高，為24.01 mg/100 g，比對(duì)照提高149.1%。

從圖1 可以看出，在覆白膜條件下的3 種施肥對(duì)比，單施P 肥處理（P2W）秦紫2 號(hào)花青素含量最高，為5.50 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了62.9%；單施K 肥處理（K2W）秦紫2 號(hào)的花青素含量最高，達(dá)到7.86 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了133.0%；PK 肥配施處理（PK1W）秦紫2 號(hào)的花青素含量最高，為8.87 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了162.9%。由圖2可知，單施P 肥處理（P2W）紫羅蘭花青素含量最高，為13.64 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了100.0%；單施K 肥處理（K2W）紫羅蘭花青素含量最高，為16.14 mg/100 g，較對(duì)照提高了136.7%；PK 肥配施處理（PK3W）紫羅蘭花青素含量最高，為14.79mg/100g，較對(duì)照提高了116.8%。

2.2 不同肥料梯度對(duì)紫薯花青素含量的影響

2.2.1 單施磷肥對(duì)紫薯花青素含量的影響 由圖3 可知，單施P 肥，與對(duì)照相比，60、80、100 kg/hm2這3 個(gè)施肥水平花青素含量均有提高。60 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高5.1%、17.9%、18.6%；不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高13.9%、64.7%、14.3%。80 kg/hm2施肥水平下，秦紫2 號(hào)、紫羅蘭花青素含量均顯著提高，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量提高46.8%、65.2%、62.9%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高94.0%、92.7%、100.0%。100 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高8.7%、41.1%、0，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高68.1%、68.5%、59.7%。3 個(gè)梯度水平相比，P2 花青素含量顯著高于P1 和P3，說明花青素含量與單施P 肥水平不是簡(jiǎn)單的遞增關(guān)系。

2.2.2 單施鉀肥對(duì)紫薯花青素含量的影響 從圖4可以看出，單施鉀肥，與對(duì)照相比，10、15、20 kg/hm2等3 個(gè)施肥水平花青素含量也均有提高。10 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高16.5%、89.3%、69.1%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高28.9%、112.0%、29.1%。15 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量比對(duì)照分別提高96.2%、132.1%、133.0%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量比對(duì)照分別提高112.0%、77.6%、136.7%。20 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高50.6%、111.6%、97.9%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量比對(duì)照分別提高78.3%、20.3%、63.3%。3 種梯度水平花青素含量相比，15 kg/hm2整體花青素含量較高。

2.2.3 PK 配施對(duì)紫薯花青素含量的影響 從圖5可以看出，PK 肥配施，與對(duì)照相比，磷鉀配比為7∶1、5∶1、3∶1 等3 個(gè)配比花青素含量均有不同程度的提高。7∶1 配比下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高了183.5%、151.8%、162.8%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高了162.7%、141.3%、116.9%。5∶1 配比下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高了127.7%、110.7%、101.0%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高12.7%、60.8%、28.1%。3∶1 配比下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下秦紫2 號(hào)花青素含量分別提高了169.6%、137.5%、121.6%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜條件下紫羅蘭花青素含量分別提高了138.6%、131.1%、90.8%。3 個(gè)施肥配比中，5∶1配比花青素含量最低，3∶1 配比花青素含量次之，7∶1 施肥配比花青素含量最高。

2.3 不同覆膜方式對(duì)紫薯花青素含量的影響

從圖6 可以看出，單施P 肥不同覆膜影響對(duì)比，覆黑膜處理（BP2）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為6.44 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了59.5%；覆白膜處理（WP2）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為5.50 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了36.2%。由圖7 可知，覆黑膜處理（BP2）紫羅蘭花青素含量最大，為19.17 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了71.1%；覆白膜處理（WP2）紫羅蘭花青素含量最大，為13.64 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了21.7%。單施K 肥不同覆膜影響對(duì)比，覆黑膜處理（BP2）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為9.05 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了67.7%，覆白膜處理（WK2）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為7.86 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了45.8%；覆黑膜處理（BK2）紫羅蘭花青素含量最大，為17.68 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了44.3%，覆白膜處理（WK2） 紫羅蘭花青素含量最大，為16.14 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了31.8%。配施PK肥不同覆膜影響對(duì)比，覆黑膜處理（BPK1）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為9.81 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了25.9%，覆白膜處理（WPK1）秦紫2 號(hào)花青素含量最大，為8.87 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了13.8%；覆黑膜處理（BPK1） 紫羅蘭花青素含量最大，為24.01 mg/100 g，與對(duì)照相比提高了84.5%，覆白膜處理（WPK1）紫羅蘭花青素含量最大，為15.17mg/100g，與對(duì)照相比提高了16.6%。不同的覆膜處理下花青素含量不同，與對(duì)照相比，花青素含量提高表現(xiàn)為覆黑膜最高，覆白膜次之。

3 結(jié)論與討論

花青素的合成受許多因子的影響,如磷、鉀和光照等環(huán)境因子[39]。施用磷肥、鉀肥均能提高紫甘薯的花青素含量[25]。與對(duì)照相比，試驗(yàn)中花青素含量在各個(gè)施肥條件下均有不同程度的提高，整體上顯示，單施磷肥在60、100 kg/hm2水平下，花青素含量的提高程度較低，在80 kg/hm2水平下花青素含量的提高程度最高。單施鉀肥在10、20 kg/hm2水平下，花青素含量的提高程度較低，在15 kg/hm2水平下花青素含量的提高程度最高。磷鉀肥配施在7∶1 配比下花青素含量提高最高，3∶1 配比下花青素含量提高較多，5∶1 配比下花青素含量提高最少。這與李霞[33]、史春余[40]的研究結(jié)論一致，說明適宜的施肥量、施肥配比有利于花青素的累積，花青素含量與施肥量不是單一的關(guān)系，不會(huì)隨著施肥量的提高而升高。

單施磷肥、鉀肥處理的花青素含量均比配施磷鉀肥的花青素含量低，說明適宜的配施可以較大程度提高花青素含量。同時(shí)，秦紫2 號(hào)、紫羅蘭在單施磷、鉀肥時(shí)表現(xiàn)不同。與單施磷肥相比，在單施鉀肥時(shí)，秦紫2 號(hào)花青素含量整體較高；紫羅蘭表現(xiàn)恰好相反，單施磷肥花青素含量整體較高。說明不同品種的紫薯對(duì)不同肥料敏感性不同。

與不覆膜相比，覆黑膜和覆白膜均可以促進(jìn)花青素含量累積，不同覆膜方式花青素的提高程度不同。與覆白膜相比，覆黑膜花青素含量整體表現(xiàn)更高。有研究表明，遮陰條件下，紫心甘薯塊根的淀粉含量和淀粉積累速率顯著降低，而可溶性糖含量卻顯著增加[41]。而糖原（包括可溶性糖）是紫薯種薯花青素合成的前體物質(zhì)之一，因此，覆黑膜處理有助于花青素含量的提高。

本研究結(jié)果表明，不同的外界因子對(duì)紫薯種薯花青素含量影響不同，合理的施肥量和配比可以顯著提高花青素含量，磷鉀肥配施與單施磷肥、單施鉀肥相比，花青素含量更高；單施磷肥與單施鉀肥相比，秦紫2 號(hào)單施鉀肥花青素含量較高，紫羅蘭單施磷肥花青素含量較高，說明不同品種對(duì)肥料的利用效果存在差異。不同的覆膜方式也會(huì)對(duì)花青素含量的提高產(chǎn)生影響，覆黑膜整體花青素含量比覆白膜和不覆膜高。