Study on Characteristics of Dry Matter Accumulation and Partition of Six <i>Ipomoea batatas</i> (L.) Lam. Varieties

CHENG Peng; TIAN Huan; WANG Jiajia; LI Jing; HUANG Yu; WANG Lulu; CHEN Xiaoling; FU Yufan

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.005

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 9: 1700 - 1705

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.005

Crop Culture and Nutrition, Genetic Breeding

Study on Characteristics of Dry Matter Accumulation and Partition of Six Ipomoea batatas (L.) Lam. Varieties

CHENG Peng ¹ ,
TIAN Huan ¹ ,
WANG Jiajia ¹ ,
LI Jing ¹ ,
HUANG Yu ¹ ,
WANG Lulu ¹ ,
CHEN Xiaoling ^,² ,
FU Yufan ^,¹

Expand

1. School of Life Science, Southwest University / Chongqing Engineering Research Center for Sweetpotato, Southwest University, Chongqing 400715, China
2. Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

^* CHEN Xiaoling,E-mail：chenxiaoling@caas.cn;

^* FU Yufan, E-mail：fuyf@swu.edu.cn.

Received date: 2018-11-28

Request revised date: 2019-02-11

Online published: 2019-09-10

Copyright

Copyright reserved © 2019. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.

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Abstract

Based on Ipomoea batatas (L.) Lam. with higher (Yushu No.1, Yushu No.27), middle (Yusu No.303, Yusu No.8, Yushu No.99) and lower (Chaoshu No.1) dry matter (DM) content in storage roots, the characteristics of DM accumulation and partition and the correlations with major agronomic traits were studied at 15, 30, 60, 90, 120 d after transplanting. The results indicated varieties with higher DM content in storage roots, compared with the other two types, could accumulate much more DM during the earlier period (15-60 d) with higher increasing rates and ratios of DM partition in aerial parts. The maximum increasing rate of aerial parts was up to 2.31 g/(plant·d) during 60-90 d. The maximum net assimilation rate was up to 12.018 g/(m ²·d) during the earlier and middle periods. DM yield per plant revealed an extremely significant positive correlation with DM accumulation of blades while that revealed no significant correlation with ratios of DM partition in each part during all periods. DM yield of storage roots revealed a significantly or extremely significant positive correlation with ratios of DM partition in storage roots before 60 d. High DM content varieties had the characteristics contributed of DM partition early in storage roots, stable growth of aerial parts during the middle period, and non-decreasing leaf area and dry yield during the later period, which leading to higher yield. The research would lay a solid foundation for sweetpotato quality breeding and industrialization.

Key words： sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.]; dry matter; accumulation and partition; net assimilation rate; agronomic traits; correlation

Cite this article

CHENG Peng , TIAN Huan , WANG Jiajia , LI Jing , HUANG Yu , WANG Lulu , CHEN Xiaoling , FU Yufan . Study on Characteristics of Dry Matter Accumulation and Partition of Six Ipomoea batatas (L.) Lam. Varieties[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(9) : 1700 -1705 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.005

甘薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]各部位含有丰富的蛋白质、矿物质、胡萝卜素、花色苷、膳食纤维、维生素、酚酸、类黄酮等营养成分和功能物质,块根还含有大量淀粉和可溶性糖,是世界上重要的粮食、饲料和工业原料用作物和新兴能源作物^[1,2,3],产业化市场前景广阔^[4,5]。块根的干物质含量是甘薯重要的经济性状之一^[6,7],与其营养成分种类、食用口感、加工适应性与利用方向等密切相关,受栽培水平、地点、年份、土壤、病虫害与气候等因素的影响,但主要取决于品种的基因组成,鲜基可在13.6%~48.2%变化^[8]。依块根干物质含量的高低,甘薯有高干型（干物质含量≥32%）、中干型（28%≤干物质含量<32%）和低干型（干物质含量<28%）三类^[9]。

甘薯干物质积累与分配的研究现状较为乐观。Austin等^[10]研究了种植密度对3个甘薯品种3个时间点干物质积累与分配的影响。Bourke^[11]研究了4个甘薯品种栽后的生长情况及收获时性状之间的相关性。Mclaurin等^[12]研究了4个高产甘薯品种生长期间叶片对产量的影响。Walker等^[13]研究了2个甘薯品种施加不同氮肥后干物质积累与分配情况。傅玉凡等^[14]对9个甘薯品种栽后5个时期块根的淀粉含量进行了研究。Siqinbatu等^[15]研究了土壤湿度和CO₂浓度对甘薯干物质积累和分配的影响。黄咏梅等^[16]研究了淀粉型和非淀粉型甘薯品种干物质积累与分配的差异。柴沙沙等^[17]研究了高、低产甘薯干物质的积累动态。Zhang等^[18]研究了甘薯在水分胁迫下干物质积累与分配的动态。本文研究了高干、中干、低干共6个甘薯品种不同生长期干物质积累与分配的差异及其与主要农艺性状的相关性,以期为甘薯品种的选育和高产栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料如表1所示,参照周全卢等^[9]的分类依据,将其分为3类。

表1 6个品种块根干物质含量测定结果

Tab. 1 Dry matter content in storage roots of 6 sweetpotato varieties g/plant

类型 Types	品种 Varieties	移栽后天数 Days after transplanting/d			平均值 Average
类型 Types	品种 Varieties	60	90	120	平均值 Average
高干型	渝薯1号	35.29	40.77	34.71	36.92
高干型	渝薯27	34.60	38.17	38.53	37.10
中干型	渝苏303	25.40	27.41	31.96	28.26
	渝苏8号	26.96	29.28	31.25	29.16
	渝薯99	28.64	31.53	27.79	29.32
低干型	潮薯1号	21.90	22.48	20.14	21.51

1.2 方法

1.2.1 田间设置 2016年5月20日在重庆市合川区渭沱镇西南大学农场移栽供试材料,垄作,垄长3.5 m,垄宽0.8 m,每垄栽插15株,株距0.2 m,每品种6垄,每6垄为一个小区,栽插密度53 600株/hm²,试验地光照、土壤肥力和管理措施条件保持一致。

1.2.2 测定大田栽插后15、30、60、90、120 d分期采样。采样时,舍弃边株^[19],紧邻的3株为1次重复,测定最长蔓长（The length of the longest stem, LS）、基部分枝数（Branch number of plant base, BN）、茎粗（The diameter of stem, DS）、叶面积（打孔称重法测定^[20]）、单株结薯数（The storage roots number per plant, RN）和各部位鲜重,重复3次。烘干法测定叶片、叶柄、茎、蒂、根的干物含量（Dry matter content in storage roots, RC）。

1.3 数据处理

干物质增长速度[g/(plant·d)]=$\frac{{{p}_{2}}-{{p}_{1}}}{d{}_{2}-{{d}_{1}}}$

净同化率[g/(m²·d)] =$\frac{{{w}_{2}}-{{w}_{1}}}{\frac{{{s}_{1}}+{{s}_{2}}}{2}\times d}$

式中,p₁、p₂分别表示某部位前后2次的干物质量,d₁、d₂分别表示前后2次的栽后时间;w₁、w₂分别表示前后2次的生物干产,s₁、s₂分别表示前后2次的叶面积。30 d的增长速度和净同化率均以15 d的数据为基准计算。所有数据均利用Excel 2013软件和SPSS 22.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干物质积累与分配的动态及其品种间差异

6个品种各生长期干物质积累与分配情况如图1所示,高干型品种各个时期生物干产的积累量比中、低干型品种都高,120 d收获时,高干型品种生物干产平均值为327.19 g/株,比中干型品种高出88.11%,比低干型品种高出28.35%。

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图1 6个甘薯品种栽后各部位干物质积累

A：低干型品种;B：中干型品种;C：高干型品种。

Fig. 1 Dry matter accumulation in different organs of six sweetpotato varieties after transplanting

A: A variety with lower dry matter content; B: Varieties with middle dry matter content; C: Varieties with higher dry matter content.

各品种干物质分配比例总体表现为茎叶分配由高到低,块根分配由低到高,薯蒂分配变化不大。高干型品种前期茎叶干物质分配比例最高,中、后期开始低于中干型品种,转向块根的分配加大。低干型品种前期块根分配比例低,中期仍然有60%以上分配给地上部分。120 d时,3类品种的干物质分配方式大致相当。整个生长期间,高干型品种的单株叶面积一直较高,而低干型在120 d才达到相对较高水平（表2）。

表2 6个甘薯品种栽后单株叶面积

Tab. 2 Leaf area per plant of six sweetpotato varieties after transplanting cm²/plant

品种Varieties	栽后天数Days after transplanting/d
品种Varieties	15	30	60	90	120
渝薯1号	902.46±134.61	3684.60±101.52	4347.86±137.72	7074.50±205.48	7003.70±358.77
渝薯27	745.73±43.85	3382.17±77.65	2311.35±19.35	3583.26±128.19	5706.51±160.70
渝苏303	544.32±85.51	2539.22±84.49	3089.44±63.56	3747.89±153.91	2728.55±67.66
渝苏8号	425.81±41.91	2734.19±84.67	3017.33±94.23	2074.53±55.59	4465.48±61.11
渝薯99	559.75±45.86	3792.30±53.12	3002.40±120.10	2235.61±117.16	4849.77±195.92
潮薯1号	534.51±21.69	3057.24±20.43	3722.90±188.51	2981.44±80.09	6486.55±133.57

2.2 6个甘薯品种各部位干物质增长速度及净同化率

2.2.1 地上部干物质增长速度 6个甘薯品种地上部干物质增长速度见表3。高干型品种生长前、中期地上部干物质增长速度均最高,60~90 d最高达到2.31 g/(株·d),且保持不减趋势,中、低干型品种前期增速不如高干型品种,而且60~90 d干物质积累出现负增长。生长后期,高干型品种地上部干物质积累出现负增长,中干型品种又开始恢复性增加干物质。

表3 6个甘薯品种地上部干物质增长速度

Tab. 3 Dry matter accumulation rate of aerial parts of six sweetpotato varieties g/(plant·d)

部位 Parts	品种 Varieties	栽后时期Periods after transplanting/d
部位 Parts	品种 Varieties	15~30	30~60	60~90	90~120
地上部 Aerial parts	渝薯1号	1.53	1.81	2.31	-1.33
	渝薯27	1.53	1.57	0.18	0.75
	渝苏303	0.95	1.19	0.36	-0.02
	渝苏8号	1.23	1.59	-1.09	1.29
	渝薯99	1.27	0.87	-0.48	1.11
	潮薯1号	1.17	1.70	-0.48	1.65
叶片 Blade	渝薯1号	0.71	0.40	0.25	0.06
	渝薯27	0.65	0.12	-0.03	0.26
	渝苏303	0.50	0.22	-0.04	-0.03
	渝苏8号	0.61	0.31	-0.34	0.35
	渝薯99	0.65	0.04	-0.20	0.32
	潮薯1号	0.56	0.18	-0.10	0.72
叶柄 Petiole	渝薯1号	0.31	0.33	0.37	-0.33
	渝薯27	0.42	0.39	-0.06	-0.01
	渝苏303	0.22	0.36	0.01	-0.19
	渝苏8号	0.23	0.32	-0.29	0.11
	渝薯99	0.24	0.19	-0.19	0.07
	潮薯1号	0.29	0.50	-0.32	0.13
茎 Stem	渝薯1号	0.51	1.09	1.69	-1.06
	渝薯27	0.46	1.07	0.28	0.50
	渝苏303	0.23	0.61	0.40	0.19
	渝苏8号	0.38	0.97	-0.46	0.83
	渝薯99	0.37	0.64	-0.09	0.72
	潮薯1号	0.31	1.02	-0.06	0.79

2.2.2 地下部干物质增长速度 6个甘薯品种地下部干物质增长速度见表4。生长前期,干物质积累增速较低,品种间差异不明显。生长中期高干型品种块根干物质积累较早,增长速度较快,持续时间长,低干型品种后期增速虽然较大,但持续时间相对短,中干型品种没有显著的增速阶段。薯蒂的干物质积累较为稳定。

表4 6个甘薯品种地下部干物质增长速度

Tab. 4 Dry matter accumulation rate of underground parts of six sweetpotato varieties g/(plant·d)

部位 Parts	品种 Varieties	栽后时期Periods after transplanting/d
部位 Parts	品种 Varieties	15~30	30~60	60~90	90~120
薯蒂 Stalk of storage roots	渝薯1号	0.01	0.07	0.05	-0.02
	渝薯27	0.03	0.04	0.03	0.01
	渝苏303	0.01	0.04	0.04	-0.01
	渝苏8号	0.02	0.04	0.00	0.04
	渝薯99	0.02	0.01	0.01	0.02
	潮薯1号	0.03	0.03	-0.01	0.08
块根 Storage roots	渝薯1号	0.07	0.89	4.51	2.80
	渝薯27	0.07	0.21	2.69	3.16
	渝苏303	0.05	0.16	1.09	1.72
	渝苏8号	0.11	0.27	1.52	2.27
	渝薯99	0.05	0.16	0.78	2.00
	潮薯1号	0.07	0.17	1.29	3.28

2.2.3 净同化率及其品种间差异净同化率的研究结果见表5。在生长前、中期,高干型品种的净同化率平均值就一直高于中、低干型品种,尤其在60~90 d期间,高干型品种最高净同化率达到12.018 g/(m²·d),表明高干型品种生长前、中期干物质同化能力较高。

表5 6个甘薯品种各生长期净同化率比较

Tab. 5 Comparison of net assimilation rate among six sweetpotato varieties at different periods g/(m²·d)

品种 Varieties	栽后时期Periods after transplanting/d
品种 Varieties	15~30	30~60	60~90	90~120
渝薯1号	7.020	6.896	12.018	2.059
渝薯27	7.917	6.379	9.843	8.502
渝苏303	6.620	4.951	4.350	5.208
渝苏8号	8.591	6.609	1.706	11.033
渝薯99	6.161	2.868	1.438	8.832
潮薯1号	7.038	5.617	2.385	10.558

2.3 干物质积累与分配同农艺性状的相关性

相关性分析结果见表6。30 d时生物总干产与茎干产和茎粗呈显著正相关,到90 d时与最长蔓长呈显著正相关,120 d与块根干物质含量呈显著正相关。每个时期的生物总干产均与叶片干产呈极显著正相关,中、后期与块根干产呈显著或极显著正相关,与各个部位的干物质分配比例没有显著相关性。

表6 6个甘薯品种不同生长期干物质积累与分配及其农艺性状的相关系数

Tab. 6 Correlation coefficients of dry matter accumulation and patition and agronomic traits at different periods of six sweetpotato varieties

性状 Traits	栽后时期Periods after transpla- nting/d	干物质积累（干产） Dry matter accumulation				干物质分配比例 Ratio of dry matter partition				农艺性状 Agronomic traits
性状 Traits	栽后时期Periods after transpla- nting/d	叶片 Blade	叶柄 Petiole	茎 Stem	块根Storage roots	叶片 Blade	叶柄 Petiole	茎 Stem	块根Storage roots	块根干物质含量RC	最长蔓长 LS	基部分枝数 BN	茎粗 DS	単株结薯数 RN
生物总干产 TDY	15	0.95^**	0.84^*	0.10	0.35	0.41	0.43	-0.37	0.07	0.20	0.34	/	-0.58	/
	30	0.95^**	0.80	0.94^**	-0.21	-0.59	0.29	0.65	-0.68	0.63	0.74	0.55	0.84^*	0.24
	60	0.89^*	0.44	0.87^*	0.87^*	-0.36	-0.42	-0.30	0.71	0.77	0.61	0.70	0.64	0.57
	90	0.98^**	0.92^**	0.99^**	0.99^**	-0.54	-0.01	-0.36	0.39	0.77	0.89^*	-0.05	0.23	0.53
	120	0.85^*	0.89^*	0.89^*	0.99^**	0.07	0.18	-0.68	0.33	0.90^*	-0.16	-0.79	-0.62	0.74
块根干物质积累 RDA	15	0.09	0.35	-0.35	1.00	-0.51	0.25	-0.47	0.96^**	-0.69	-0.46	/	-0.16	/
	30	-0.36	-0.08	-0.35	1.00	0.07	0.04	-0.38	0.85^*	0.31	-0.26	-0.40	0.15	-0.38
	60	0.93^**	0.02	0.57	1.00	-0.01	-0.68	-0.53	0.96^**	0.80	0.87^*	0.83^*	0.44	0.35
	90	0.94^**	0.86^*	0.96^**	1.00	-0.62	-0.14	-0.45	0.51	0.80	0.88^*	-0.17	0.24	0.52
	120	0.79	0.85^*	0.84^*	1.00	-0.06	0.15	-0.68	0.42	0.93^**	-0.04	-0.81^*	-0.57	0.70
块根干物质分配比例 RDP	15	-0.18	0.15	-0.46	0.96^**	-0.64	0.19	-0.45	1.00	-0.76	-0.62	/	0.07	/
	30	-0.76	-0.46	-0.76	0.85^*	-0.76	-0.10	-0.66	1.00	-0.17	-0.54	-0.66	-0.29	-0.39
	60	0.90^*	-0.22	0.35	0.96^**	0.25	-0.77	-0.63	1.00	0.69	0.91^*	0.72	0.37	0.26
	90	0.25	0.10	0.28	0.51	-0.78	-0.74	-0.87^*	1.00	0.69	0.46	-0.87^*	0.39	0.33
	120	-0.22	0.26	0.21	0.42	-0.62	0.40	0.05	1.00	0.57	0.79	-0.17	0.21	0.36
块根干物质含量RC	15	0.45	0.42	-0.05	-0.69	0.80	0.48	-0.16	-0.76	1.00	0.21	/	0.17	/
	30	0.48	0.54	0.54	0.31	-0.02	0.26	0.39	-0.17	1.00	0.13	0.59	0.43	-0.02
	60	0.49	-0.05	0.53	0.62	-0.39	-0.56	0.03	0.57	1.00	0.65	0.48	0.74	0.41
	90	0.64	0.64	0.73	0.80	-0.92^**	-0.29	-0.55	0.69	1.00	0.62	-0.33	0.46	0.86^*
	120	0.63	0.76	0.70	0.93^**	-0.23	0.17	-0.71	0.57	1.00	0.10	-0.85^*	-0.62	0.53

	Note: ^* and ^** indicate significant difference or extremely significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively; / indicates no result.
	注：^和^*分别表示0.05和0.01水平差异显著或极显著;/表示无结果。

生长前期块根干产与块根干物质分配比例呈显著或极显著正相关。中、后期与茎叶干产呈显著或极显著正相关。块根干产与茎叶干物质分配比例没有显著相关性。

块根干物质含量与分配比例在中、后期主要与叶片干产和农艺性状有较高相关性。

3 讨论

植物的生产过程实际上是光合作用制造有机物的过程,作物目标产量的高低还取决于干物质向目标器官分配的多少^[21,22,23]。干物质积累及其分配是甘薯品质育种与栽培的重要研究内容,源流库学说是干物质积累与分配研究的理论基石^[24]。光合产物的多少和分配不仅受外部环境因素影响,还受自身遗传特性、生长发育等因素制约^[25]。

3.1 甘薯“源”“库”的构建及其干物质积累

“源”在甘薯作物中主要是指地上部叶片,叶柄和茎也能进行部分光合作用。“库”则主要是地下部块根,是甘薯干物质积累和贮存的主要场所,是经济产量形成的器官,茎叶也可以临时贮藏光合产物,叶柄和茎是源库联系和光合产物向下转运的通道。潘瑞炽等^[26]认为作物产量既取决于“源”的光合物质生产能力又取决于“库”的大小和“库”的强度,较大的“库”容和“库”强度可促进光合物质“源”的生产与运转,进而实现高产。因此6个品种移栽后,在同等环境条件下,高干型品种净同化率高,茎叶早生快发,块根形成较早、较多,源库的建立优于中、低干型品种。

3.2 甘薯“源”“库”的演变及其干物质分配

本研究的高干型品种单株叶面积始终处于较高水平,在生长前、中期,地上部的干产持续增加,有益于光合面积的保持,而中、低干型品种单株叶面积相对较小,且在中期时地上部特别是叶片的干重出现负增长,不利于光合机能的保持。甘薯块根干物质分配比例在60 d时高于同期其他品种,较早地实现光合产物的卸载和转运^[27],完成薯蔓并长期,进入块根膨大期。因此6个品种移栽后,相比而言,高干型品种更快地完成了早期茎叶生长中心,中期薯蔓生长中心,争取了较长的块根膨大生长期,这不仅利于源库之间协调,还提高了经济产量。

3.3 甘薯干物质积累、分配、农艺性状的相关性

甘薯块根干物质含量^[8]显著影响到甘薯收获时的生物总干产和块根干产。生物总干产与地上各部位干物质分配比例的相关性随着生长进程而逐渐减弱,总体呈现负相关趋势,在中、后期开始则与块根干产有越来越强的影响,总体呈现正相关趋势,这是因为甘薯的生长中心由地上部逐渐转移到地下部块根。块根干产是甘薯淀粉产业关注的最重要的经济性状,它与生长中、后期地上部干产均有显著相关性,与地上各部位干物质分配比例总体表现为非显著负相关,这表明积累的干物质较早向块根转移是高干型品种选育和干物质高产的重要生理特性。

块根干物质分配比例在前期与块根干产显著正相关,后期不显著,总体上与地上各部位的分配比例呈负相关。6个品种生长动态分析表明,前期叶片和茎的生长可以促进积累的干物质较早向地下部转移。生物总干产、块根干物质积累与农艺性状的显著相关性主要存在于中、后期,变化趋势也是由于生长中心转移的缘由。

综上所述,高干型品种生长前期茎叶早生快发,中期稳健生长,干物质向快根转移时间早,同时具备较高的块根干物质含量、叶面积和净同化率,这些特性决定了高干型品种的干物质高产。

References

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