低鉀條件下不同基因型甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及鉀素吸收利用差異分析

康利允，李曉慧，高寧寧，梁 慎，李海倫，王慧穎，常高正，徐小利，趙衛(wèi)星

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，河南 鄭州 450002）

甜瓜（Cucumis meloL.）是世界重要水果之一，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2019 年我國(guó)甜瓜年播種面積3.876×105hm2，年總產(chǎn)量1.359 4×107t。隨著我國(guó)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，甜瓜生產(chǎn)在促進(jìn)農(nóng)民增收及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鉀是作物必需的大量元素之一，參與植物體內(nèi)酶活化、滲透調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成及同化產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)過程等[1]，作為“品質(zhì)元素”的鉀素是作物形成高產(chǎn)、品質(zhì)改善的關(guān)鍵元素[2]。甜瓜是喜鉀作物，對(duì)鉀元素需求量超過氮、磷[3]。有研究表明，施用鉀肥對(duì)作物產(chǎn)量貢獻(xiàn)率達(dá)25.9%～81.0%[4]，對(duì)作物糖含量貢獻(xiàn)率達(dá)7.15%～13.52%[5]。甜瓜生產(chǎn)過程中往往為追求高產(chǎn)而過量施用鉀肥，造成養(yǎng)分比例失調(diào)、肥料利用率較低、產(chǎn)量和品質(zhì)降低的現(xiàn)象[6-7]，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高、環(huán)境污染等問題。有研究認(rèn)為，作物對(duì)鉀素的吸收和利用能力存在明顯的基因型差異，導(dǎo)致產(chǎn)量、品質(zhì)、鉀素積累量、鉀素利用效率等亦存在顯著差異，這在煙草[8]、大豆[9]、棉花[10]等作物上進(jìn)行了較多研究。杜琪等[11]和張海鵬等[12]研究均發(fā)現(xiàn)，低鉀脅迫會(huì)抑制作物根系生長(zhǎng)，降低根系活力，破壞根系結(jié)構(gòu)，降低根系對(duì)鉀素的吸收和運(yùn)移能力，導(dǎo)致減產(chǎn)，品質(zhì)變劣，且不同基因型品種間存在明顯差異。利用不同基因型的遺傳特征，充分發(fā)掘作物自身高效利用鉀素的遺傳潛力，是實(shí)現(xiàn)鉀肥高效利用、節(jié)肥增產(chǎn)的有效途徑之一[13]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于低鉀條件下不同基因型甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及鉀素吸收利用差異分析的研究報(bào)道較少見，因此，采用大田試驗(yàn)，在前期工作基礎(chǔ)上選用耐低鉀品種（系）雪蜜和將軍玉、低鉀敏感型品種（系）T221 和T120 為試驗(yàn)材料，綜合分析不同基因型甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、鉀素積累及鉀利用效率的差異，以期為甜瓜耐低鉀品種篩選和培育及甜瓜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

試驗(yàn)于2019 年3—6 月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地連棟棚內(nèi)進(jìn)行。播前0～20 cm土層速效鉀含量為148.9 mg/kg。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試甜瓜品種（系）為耐低鉀型（雪蜜、將軍玉）和低鉀敏感型（T221、T120），設(shè)置2 個(gè)施鉀（K2O）水平：0 kg/hm2低鉀處理（LK）和300 kg/hm2適鉀處理（CK），鉀肥做基肥于播前瓜行條施。每處理重復(fù)3次。每重復(fù)種20 株，定植行株距為1.1 m×0.4 m。設(shè)于棚內(nèi)中段，兩頭留有4 m長(zhǎng)的緩沖帶，以避免因棚口溫度和濕度差異較大而引起的誤差。

試驗(yàn)于2019年3月14日采用基質(zhì)穴盤育苗，3～4葉1心時(shí)（4月24日）定植，7月6—12日收獲，采用膜下滴灌方式進(jìn)行灌溉，根據(jù)小區(qū)土壤含水率每次灌溉至田間持水率的80%左右，伸蔓期進(jìn)行擺蔓、整枝、留瓜，其他管理措施同常規(guī)。每株在主蔓10～13節(jié)子蔓留瓜1個(gè)，主蔓25節(jié)打頂。各處理均基施純N 60 kg/hm2和P2O5150 kg/hm2，伸蔓期、膨果期分別追施純N 60 kg/hm2。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 產(chǎn)量和品質(zhì) 果實(shí)成熟后，每重復(fù)采集生長(zhǎng)整齊一致的10 株果實(shí)，稱其質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。每重復(fù)取有代表性果實(shí)5個(gè)，稱其單瓜質(zhì)量，然后用刀將果實(shí)縱向切開，測(cè)量果實(shí)縱徑、橫徑，再用手持測(cè)糖儀測(cè)定果實(shí)中心、邊部可溶性固形物含量。可滴定酸含量采用NaOH 滴定法測(cè)定[14]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測(cè)定[14]，維生素C 含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定[14]。

1.2.2 鉀素測(cè)定 成熟期每重復(fù)取3株植株，將莖、葉、果分開后置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量稱其干質(zhì)量。植株干樣粉碎后，采用濃硫酸-過氧化氫法消煮，火焰光度法測(cè)定鉀含量[15]。

1.2.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法 果形指數(shù)=縱徑/橫徑；鉀素積累量=各器官干物質(zhì)量×鉀含量；固酸比=中心可溶性固形物含量/可滴定酸含量；鉀素分配比例=各器官鉀素積累量/植株鉀素積累量；鉀素利用效率=（施鉀區(qū)產(chǎn)量-不施鉀區(qū)產(chǎn)量）/（施鉀區(qū)鉀素積累量-不施鉀區(qū)鉀素積累量）；鉀素生產(chǎn)效率=（施鉀區(qū)產(chǎn)量-不施鉀區(qū)產(chǎn)量）/施鉀量；鉀肥利用率=（施鉀區(qū)鉀素積累量-不施鉀區(qū)鉀素積累量）/施鉀量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003 處理數(shù)據(jù)及制圖，SPSS 13.0中鄧肯法進(jìn)行差異性多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 低鉀對(duì)甜瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1 可知，與CK 相比，低鉀處理可使甜瓜果實(shí)縱徑、橫徑、果形指數(shù)降低，但僅有T120縱徑達(dá)到了5%顯著水平。與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120產(chǎn)量分別下降了7.62%和10.22%，單瓜質(zhì)量分別下降了9.66%和10.47%，差異均達(dá)5%顯著水平；低鉀處理下雪蜜和將軍玉產(chǎn)量分別下降了5.22%和4.97%，單瓜質(zhì)量分別下降了4.80%和6.80%，但差異均未達(dá)顯著水平。說明施鉀提高甜瓜產(chǎn)量主要是通過提高單瓜質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)的。與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉產(chǎn)量和單瓜質(zhì)量的降低幅度遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明將軍玉和雪蜜對(duì)鉀肥反應(yīng)較小，在低鉀條件下亦能形成較高的產(chǎn)量，T221 和T120對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感。

表1 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異Tab.1 Differences of yield and yield components of melon with different genotypes under different potassium application

2.2 低鉀對(duì)甜瓜品質(zhì)的影響

2.2.1 糖度和酸度 低鉀處理可使甜瓜果實(shí)中心、邊部可溶性固形物含量明顯下降（表2），與CK 相比，低鉀處理T221 和T120 中心可溶性固形物含量分別下降了15.85%和14.42%，邊部可溶性固形物含量分別下降了16.54%和17.82%，降低幅度均達(dá)5%顯著水平；低鉀處理雪蜜和將軍玉中心可溶性固形物含量分別下降了3.79%和5.02%，邊部可溶性固形物含量分別下降了6.51%和8.60%。低鉀條件下甜瓜可滴定酸含量的變化趨勢(shì)與可溶性固形物含量的變化趨勢(shì)相反，表現(xiàn)為低鉀處理增加可滴定酸含量，與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120 可滴定酸含量分別增加了12.86%和14.00%，雪蜜和將軍玉分別增加了6.77%和8.27%，其中T221 和T120差異均達(dá)5%顯著水平。

表2 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜糖度和酸度的差異Tab.2 Differences of sugar and acidity of melon with different genotypes under different potassium application

果實(shí)固酸比越大表明果實(shí)品質(zhì)越好。低鉀處理對(duì)甜瓜固酸比的影響與可溶性固形物含量相似，低鉀條件下可使甜瓜固酸比明顯下降，與CK 相比，低鉀處理下T221和T120固酸比分別下降了26.24%和24.99%，且差異均達(dá)到了5%顯著水平，雪蜜和將軍玉分別下降了9.80%和12.57%，但差異未達(dá)顯著水平。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉中心、邊部可溶性固形物含量及固酸比減少量遠(yuǎn)低于T221和T120，可滴定酸含量的增加幅度亦遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對(duì)鉀肥反應(yīng)較小，在低鉀條件下亦能形成較高的可溶性固形物含量和固酸比，減少可滴定酸含量增加幅度，改善甜瓜口感，而T221和T120對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感。

2.2.2 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[16]，也是一種重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[17]。低鉀處理可使甜瓜可溶性蛋白含量明顯下降（圖1）。與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120 可溶性蛋白含量分別下降了14.39%和18.97%，且差異顯著（P＜0.05），雪蜜和將軍玉分別下降了4.11%和8.21%。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉可溶性蛋白減少量遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對(duì)鉀肥反應(yīng)較小，在低鉀條件下亦能形成較高的可溶性蛋白含量，改善甜瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，而T221 和T120對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感。

圖1 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜可溶性蛋白含量的差異Fig.1 Differences of soluble protein content of melon with different genotypes under different potassium application

2.2.3 維生素C 含量 維生素C 作為一些酶、自由基的清除劑及一些物質(zhì)生物合成的底物等[18-19]，在植物新陳代謝過程中具有重要作用，且是甜瓜的一個(gè)重要品質(zhì)指標(biāo)。低鉀水平下可使甜瓜維生素C含量明顯下降（圖2）。與CK 相比，低鉀處理下T221和T120 維生素C 含量分別下降了23.51% 和27.80%，且差異顯著（P＜0.05），雪蜜和將軍玉分別下降了12.41%和8.66%。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉維生素C 含量的降低幅度遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對(duì)鉀肥反應(yīng)較小，在低鉀條件下亦能形成較高的維生素C 含量，改善甜瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，而T221和T120對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感。

圖2 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜維生素C含量的差異Fig.2 Differences of vitamin C content of melon with different genotypes under different potassium application

2.3 低鉀對(duì)甜瓜鉀素積累與分配的影響

低鉀處理可使甜瓜成熟期莖、葉、果及植株鉀素積累量明顯下降（表3），與CK 相比，低鉀處理T221 和T120 莖、葉、果及植株鉀素積累量分別下降了17.94%、20.32%、24.02%、21.49%和20.58%、18.96%、23.26%、21.44%，差異均達(dá)5%顯著水平；低鉀處理雪蜜和將軍玉莖、葉、果及植株鉀素積累量分別下降了8.85%、9.48%、7.35%、8.16%和10.90%、9.84%、5.87%、8.29%，但降低幅度均未達(dá)5%顯著水平。與CK 處理相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉各器官鉀素積累量的降低幅度遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明將軍玉和雪蜜對(duì)鉀肥反應(yīng)較小，在低鉀條件下亦能吸收利用更多的鉀素，T221 和T120 對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感。

表3 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜各器官成熟期鉀素積累與分配的差異Tab.3 Differences of K accumulation and distribution of melon with different genotypes under different potassium application

由表3 還可知，不同器官鉀素分配比例為果最多，其分配比例達(dá)47.39%～55.33%，其次是莖，葉最少（除T120 莖＜葉外）。與CK 相比，低鉀處理T221和T120 果分配比例均減少，分別下降了3.23%和2.27%，雪蜜和將軍玉則相反，分別增加了0.89%和2.70%，但差異均未達(dá)顯著水平。與CK 相比，低鉀條件下T221 和T120 果鉀素分配比例較低，即T221和T120 鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)率較低，表明低鉀條件下可使T221 和T120 鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)率下降，T221 和T120 對(duì)鉀肥反應(yīng)敏感，雪蜜和將軍玉在低鉀條件下有較高的果分配比例。

2.4 低鉀對(duì)甜瓜鉀效率的影響

由表4 可知，雪蜜、將軍玉較T221、T120 顯著增加了鉀素利用效率，平均增加了73.67%，且T120 與T221 間差異亦達(dá)顯著水平（P＜0.05）。鉀素生產(chǎn)效率和鉀肥利用率變化趨勢(shì)則相反，表現(xiàn)為雪蜜、將軍玉較T221、T120 顯著降低（P＜0.05），分別平均下降了21.76%和55.37%?？梢?，雪蜜和將軍玉能將吸收利用的鉀素更多地轉(zhuǎn)移到果實(shí)中，且低鉀條件下雪蜜和將軍玉鉀素吸收利用能力亦較強(qiáng)，對(duì)鉀肥反應(yīng)不敏感。

表4 不同基因型甜瓜鉀效率的差異Tab.4 Differences of potassium efficiency of melon with different genotypes

3 結(jié)論與討論

鉀素是影響作物獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要可控因素之一，在作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要作用[20]。甜瓜是喜鉀作物，土壤中鉀素供應(yīng)不足直接影響甜瓜對(duì)鉀素的吸收，鉀素積累量減少，影響產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[21]。本研究中，與CK 相比，低鉀處理甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)均明顯下降，這與前人在甜瓜或其他作物上的研究結(jié)果基本一致[2，4]。有研究表明，不同種類作物[22]及同一作物不同品種間[23]對(duì)鉀素的吸收利用能力存在明顯差異，耐低鉀能力強(qiáng)的基因型作物對(duì)低鉀脅迫具有更好的適應(yīng)能力[8]，土壤鉀素供應(yīng)不足可使產(chǎn)量、品質(zhì)等指標(biāo)下降幅度小于低鉀敏感基因型[10]。前期研究表明，雪蜜和將軍玉是耐低鉀基因型，在低鉀和正常供鉀2 種水平下鉀積累量接近[24]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉的產(chǎn)量、中心和邊部可溶性固形物、固酸比、可溶性蛋白及維生素C 含量的降低幅度均遠(yuǎn)低于T221 和T120，而可滴定酸含量的增加幅度遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)低鉀的敏感程度均低于T221 和T120，耐低鉀型品種（系）在低鉀條件下亦能形成較高的產(chǎn)量和品質(zhì)。這與許杰等[25]研究結(jié)果一致，在低鉀和正常供鉀2種水平下，產(chǎn)量和品質(zhì)越接近，該基因型對(duì)施用鉀肥越不敏感，為耐低鉀基因型，選育低鉀脅迫條件下鉀高效吸收品種，可實(shí)現(xiàn)在低鉀條件下亦能獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。

鉀素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，其積累量是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)形成的基礎(chǔ)[26]。提高作物的鉀素吸收利用效率，是實(shí)現(xiàn)作物高效高產(chǎn)栽培的有效途徑[27]。大量研究表明，同一作物不同鉀效率基因型間在鉀素吸收方面存在較大差異，鉀高效基因型在低鉀水平下具有較強(qiáng)的鉀素吸收利用能力，有較高的鉀素積累量[28-29]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉的莖、葉、果及植株鉀素積累量的降低幅度遠(yuǎn)低于T221 和T120，表明在低鉀條件下雪蜜和將軍玉較T221 和T120 具有更強(qiáng)的鉀素吸收能力，能積累更多的鉀素，這與楊鐵釗等[30]在烤煙上的研究結(jié)果一致，且都認(rèn)為作物鉀素積累量可作為耐低鉀甜瓜品種篩選的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，低鉀處理可提高雪蜜和將軍玉鉀素的果分配比例，而T221 和T120 則相反，表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，表明土壤鉀素供應(yīng)不足時(shí)，耐低鉀型品種（系）可促進(jìn)植株吸收利用的鉀素更多地轉(zhuǎn)移到果實(shí)中，在保證高產(chǎn)的同時(shí)亦改善了果實(shí)品質(zhì)[31]。本研究結(jié)果還認(rèn)為，雪蜜和將軍玉較T221 和T120顯著增加了鉀素利用效率，顯著降低了鉀素生產(chǎn)效率和鉀肥利用率，表明低鉀條件下雪蜜和將軍玉能將吸收利用的鉀素更多地轉(zhuǎn)移到果實(shí)中，且低鉀條件下雪蜜和將軍玉鉀素吸收利用能力亦較強(qiáng)，對(duì)鉀肥反應(yīng)不敏感，適合低鉀條件下種植。針對(duì)耐低鉀型品種（系）可適當(dāng)減少鉀肥投入，節(jié)約成本，減少污染，從而實(shí)現(xiàn)甜瓜高產(chǎn)高效栽培，其適合廣泛種植，而針對(duì)低鉀敏感型品種（系）可適當(dāng)增加鉀肥投入，其適合在土壤鉀素供應(yīng)充足條件下種植。