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紫甘薯产量和品质形成生理机制及对弱光、地膜覆盖响应研究

作　者: 王庆美
导　师: 王振林
学　校: 山东农业大学
专　业: 作物学
关键词: 甘薯 弱光胁迫 地膜覆盖 块根产量 块根品质 淀粉 花青素 生理活性 块根膨大 内源激素
分类号: S531
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


紫心甘薯富含花青素,具有极强的抗氧化、抑制癌肿及延缓衰老的能力,在食品、医药和化妆品行业有着巨大应用潜力,紫心甘薯产量及其品质的研究是目前最受关注的研究领域之一。但国内外有关紫心甘薯产量和品质形成机理及环境调控研究甚少。本研究选用产量潜力不同,淀粉和花青素含量差别较大的三个紫心甘薯品种济薯18、Ayamuraska (Aya.)和Yamagawamuraska(Yama.),于块根膨大期进行不同梯度遮荫处理(40%、70%),于薯苗栽插时进行地膜覆盖处理,系统研究了紫甘薯产量和品质形成的生理机制及对弱光胁迫和地膜覆盖的响应,以期为专用紫甘薯品种优质高产栽培提供理论依据。主要研究结果如下:1.不同基因型紫甘薯及不同处理产量和品质差异供试的三个品种块根产量以济薯18最高,是Aya.的1.91倍, Yama.的3.92倍。块根干物质含量、淀粉含量及花青素含量以Aya最高,Yama.次之,济薯18最低,品种间差异显著。块根可溶性糖含量和蛋白质含量品种间差异不显著。弱光胁迫导致块根严重减产,品质发生改变。40%和70%遮荫处理块根减产幅度为29.8%-69.3%,块根加工品质下降,总淀粉含量、花青素含量显著降低,淀粉组分变化因品种而异,可溶性糖和蛋白质含量随弱光胁迫强度不同程度增加。地膜覆盖显著提高块根产量,增产幅度为18.85%-26.96%。覆膜栽培对块根品质的影响因品种而异。济薯18块根的干物质含量、总淀粉含量、直链淀粉含量、可溶性糖含量、花青素含量显著增加,可溶性蛋白质含量降低,淀粉支/直比下降,RVA各项指标显著低于对照;Aya.块根的干物质含量、花青素含量、可溶性蛋白质含量显著高于对照,但总淀粉含量略低于对照,支链淀粉含量上升,直链淀粉含量下降,支链淀粉/直链淀粉比显著高于对照,可溶性糖含量显著下降,全粉的高峰粘度、低谷粘度和衰减值显著高于对照。2.不同基因型及不同处理叶片生理活性的差异整个生育期,济薯18叶片的可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、叶绿素含量、单叶净光合速率、RuBPCase羧化酶活性、清除活性氧毒害的能力等均显著高于Aya.,Yama叶片生理活性最低。济薯18叶片的IAA含量在生长发育的前、中期显著高于Aya.和Yama.,后期显著低于Aya.和Yama.。ABA含量全生育期一直显著高于Aya.和Yama, ZR含量变化动态与IAA基本一致,Aya.次之,Yama最低。弱光胁迫导致叶片生理活性显著下降。弱光胁迫下叶片叶绿素总含量, chla, chlb含量不同程度增加,chla/chlb、可溶性糖含量、RuBPCase活性、ATP含量和ATP酶活性等显著降低,导致光合速率、蒸腾速率显著降低,气孔导度显著减小,细胞间隙CO2浓度显著增加。短期弱光胁迫下叶片SOD、CAT活性下降,MDA积累量上升。长期弱光胁迫下叶片SOD、CAT等活性提高,MDA积累减少。短期弱光胁迫可降低叶片的IAA含量,叶片ABA含量成倍增加,抑制茎叶生长。但长期弱光胁迫下,叶片IAA含量迅速上升,显著超过对照,ABA含量却显著降低,GAs和ZR含量随胁迫进程和强度显著低于对照。品种间比较,济薯18对弱光胁迫更为敏感。覆膜栽培可显著提高叶片生理活性。覆膜栽培下,叶片可溶性糖含量及蛋白质含量显著增加,叶绿素含量济薯18全生育期均高于对照,Aya.前期高于对照,中后期下降。生长发育前、中期叶片RuBPCase活性,ATP含量和ATP酶活性,叶片光合速率,SOD、CAT、POD活性,IAA、GAs及ZR含量等均显著高于对照,MDA积累量显著降低,ABA含量显著低于对照。生长发育后期处理除ABA含量显著高于对照外,其他指标处理与对照间差异不显著,两品种表现一致。3.紫甘薯块根膨大与内源激素的关系及不同处理对其影响效应本研究表明,甘薯块根的形成和膨大是ZR、ABA和IAA等多种内源激素共同作用的结果,ZR和ABA含量的高低,在块根膨大的速率方面起着关键作用,与块根产量间存在显著正相关关系。在块根发育的不同阶段,地上部制造的光合产物向地下部输送储存的“库”重点不同。块根中各种内源激素的分布具有顶端优势,块根顶部、中部内源激素均高于尾部。次生形成层分裂旺盛与否可能与IAA、ZR等内源激素含量高低关系密切。长期弱光胁迫可使甘薯块根内源激素平衡发生很大改变,块根ABA、ZR、和IAA含量均显著低于对照,且下降幅度与胁迫强度、胁迫时间成正比,GAs含量则表现为相反的趋势。品种间比较,济薯18对弱光胁迫的敏感度大于Aya, 40%和70%遮荫处理的块根ABA、ZR、和IAA含量下降值远远高于Aya.但GAs含量的增加值则低于Aya.覆膜栽培下,块根IAA含量全生育期平均显著下降,两品种表现趋势不同,济薯18前、中期显著下降,后期上升,Aya.整个生育期均低于对照。济薯18前期和后期的GAs含量上升,其它阶段的含量下降。Aya.整个生育阶段GAs含量均低于对照。覆膜处理可显著增加块根ABA和ZR含量,尤其使块根膨大高峰期块根的ABA和ZR含量极显著高于对照,4.紫甘薯块根淀粉含量及组分与淀粉合成相关酶活性关系及对不同处理的响应紫甘薯块根淀粉含量和ADPG PPase活性、UDPG PPase活性间存在显著正相关关系, ADPG PPase活性强弱对块根淀粉含量影响可能大于UDPG PPase。GBSS活性增加,甘薯块根直链淀粉含量随之增加,但不表现显著的正相关关系。SSS活性与甘薯块根支链淀粉合成也呈不显著正相关关系。弱光胁迫使两个品种的ADPGase、UDPGase活性显著降低,济薯18下降的幅度大于Aya。济薯18块根SSS活性显著降低,降低幅度与弱光胁迫强度成正比,GBSS活性则不同程度高于对照。Aya.块根SSS活性和GBSS活性对弱光胁迫响应与济薯18相反。弱光胁迫下淀粉合成相关酶活性的改变导致淀粉积累速率的降低和最终淀粉积累量的显著下降,淀粉组分和加工品质随之发生改变。覆膜栽培不同程度提高块根的ADPGPPase和UDPGPPase活性,济薯18的提高幅度大于Aya.,块根膨大高峰期的提高幅度大于前期和后期。SSS和GBSS活性变化因品种而异,Aya.块根SSS活性提高,GBSS活性降低,济薯18块根SSS活性略低于对照,GBSS活性显著高于对照。淀粉合成相关酶活性的提高导致了淀粉积累速率的提高和最终淀粉积累量的改变,块根增产显著,品质改善。5.PAL活性与块根花青素含量的关系及对弱光胁迫的响应甘薯块根膨大初期(移栽后35-50d),花青素含量与PAL活性间呈密切的正相关关系,此后相关性显著降低,到块根膨大的高峰期和后期,则几乎没有相关性。弱光胁迫对块根PAL活性影响较小,遮荫初期,不同处理的PAL活性略低于对照,但差异不显著,遮荫后期,不同处理的PAL活性略高于对照,表明PAL参与甘薯块根花青素的合成,在花青素合成的初期阶段,可能发挥关键作用,其他阶段PAL则可能不是花青素合成的关键酶。

全文目录


中文摘要  11-14
ABSTRACT  14-20
前言  20-37
  1 研究意义  20-21
  2 国内外研究现状  21-35
    2.1 甘薯块根产量形成  21-24
      2.1.1 甘薯块根形成及膨大的解剖学机理  21-22
      2.1.2 甘薯块根形成和膨大的激素生理  22-23
      2.1.3 叶片生理活性与产量关系研究  23-24
      2.1.4 源、库、流关系对产量的影响  24
    2.2 甘薯花青素研究进展  24-29
      2.2.1 甘薯花青素的结构、组分、性质  24-25
      2.2.2 甘薯花青素生理功能研究  25-26
      2.2.3 花青素与紫甘薯品质之间的关系  26
      2.2.4 花青素代谢  26-27
      2.2.5 花青素发育影响因素  27-29
      2.2.6 高花青素含量甘薯新品种选育  29
    2.3 甘薯块根淀粉研究进展  29-35
      2.3.1 甘薯淀粉的主要成分及淀粉的基本结构  29
      2.3.2 甘薯淀粉的特征  29-30
      2.3.3 紫甘薯淀粉与甘薯品质之间的关系  30-31
      2.3.4 淀粉的特性与食品加工品质的关系  31-32
      2.3.5 甘薯淀粉的合成与降解  32-33
      2.3.6 弱光对作物生长发育的影响  33-34
      2.3.7 温度对甘薯块根品质的影响  34-35
      2.3.8 激素对作物品质的影响  35
      2.3.9 水分和土壤通气性对甘薯块根品质的影响  35
  3 研究目的  35-37
第一章 不同基因型紫甘薯块根产量与品质形成的生理基础及差异  37-67
  1 材料与方法  37-41
    1.1 供试材料  37
    1.2 试验设计  37
    1.3 取样方法  37-38
    1.4 测定项目与方法  38-41
      1.4.1 产量的测定  38
      1.4.2 干物重的测定  38
      1.4.3 鲜重的测定  38
      1.4.4 光合速率的测定  38
      1.4.5 可溶性糖含量的测定  38
      1.4.6 块根中直、支淀粉及总淀粉含量的测定  38
      1.4.7 蛋白质含量的测定  38
      1.4.8 叶绿素含量含量的测定  38
      1.4.9 叶片RUBPCASE 活性的测定  38-39
      1.4.10 块根PAL、ADPGPPASE、UDPGPPASE、SSS、GBSS 活性的测定  39
      1.4.11 叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、和过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）的测定  39-40
      1.4.12 粘度仪指标的测定  40
      1.4.13 块根花青素含量的测定  40-41
    1.5 数据处理与分析  41
  2 结果与分析  41-67
    2.1 不同基因型紫甘薯主要形态指标  41-42
    2.2 不同基因型紫甘薯产量水平及干物质分配  42-43
    2.3 不同基因型甘薯地上部生长变化动态  43-51
      2.3.1 地上部产量的变化动态  43-44
      2.3.2 叶面积指数变化动态  44
      2.3.3 叶片叶绿素含量的变化动态  44-45
      2.3.4 叶片光合特性的变化动态  45-46
      2.3.5 叶片可溶性糖含量变化动态  46-47
      2.3.6 叶片可溶性蛋白质含量变化动态  47-48
      2.3.7 叶片SOD、POD、CAT 活性及MDA 含量变化动态  48-50
      2.3.8 叶片内源生长素（IAA）、赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、玉米素（ZR）含量变化动态  50-51
    2.4 不同基因型甘薯块根生长变化动态  51-67
      2.4.1 不同基因型甘薯块根鲜重和干重变化动态  51-52
      2.4.2 不同基因型甘薯块根T/R 值变化动态  52
      2.4.3 不同基因型甘薯块根品质指标变化动态  52-55
      2.4.4 紫甘薯块根发育过程中花青素含量及PAL 酶活性变化动态  55-58
      2.4.5 块根可溶性总糖含量变化动态  58-59
      2.4.6 块根可溶性蛋白总量变化动态  59
      2.4.7 块根粘度仪参数（RVA）变化动态  59-61
      2.4.8 不同基因型甘薯块根淀粉合成酶活性变化动态  61-62
      2.4.9 不同基因型甘薯块根内源激素含量变化动态及其与块根膨大的关系  62-67
第二章 遮荫影响紫甘薯块根产量和品质形成的生理基础和酶学机制  67-98
  1 材料与方法  67-68
    1.1 供试材料  67
    1.2 试验设计  67
    1.3 取样方法  67-68
    1.4 测定项目及方法  68
    1.5 数据处理与分析  68
  2 结果与分析  68-98
    2.1 遮荫对局部环境的影响  68-70
      2.1.1 对光照强度的影响  68-69
      2.1.2 对气温和相对湿度的影响  69
      2.1.3 对土壤温度及土壤含水量的影响  69-70
    2.2 遮荫对甘薯营养生长的影响  70-72
      2.2.1 主茎长度、叶片数目、分枝数  70-71
      2.2.2 地上部茎叶鲜重和干重  71-72
    2.3 遮荫对甘薯块根产量指标的影响  72-73
      2.3.1 产量及其构成因素  72
      2.3.2 T/R 值  72-73
    2.4 遮荫对块根品质指标的影响  73-81
      2.4.1 块根干物质含量  73-74
      2.4.2 块根粘度仪参数  74-75
      2.4.3 块根可溶性总糖含量  75-76
      2.4.4 遮荫对块根淀粉含量、积累过程的影响  76-79
      2.4.5 块根可溶性蛋白质总量  79
      2.4.6 遮荫对块根花青素含量、积累过程的影响  79-81
    2.5 遮荫影响甘薯块根产量和品质形成的生理基础  81-92
      2.5.1 功能叶光合特性  81-84
      2.5.2 叶片可溶性糖  84-85
      2.5.3 叶片活性氧代谢和膜脂过氧化作用  85-88
      2.5.4 叶片内源激素含量  88-90
      2.5.5 块根内源激素含量  90-92
    2.6 遮荫影响甘薯块根产量和品质形成的酶学机制  92-98
      2.6.1 对叶片 RuBPCase 活性的影响  92-93
      2.6.2 对叶片ATP 含量和酶活性的影响  93-94
      2.6.3 对块根ATP 含量和酶活性的影响  94-95
      2.6.4 对块根 ADPGase、UDPGase 活性的影响  95-96
      2.6.5 对块根SSS、GBSS 活性的影响  96-97
      2.6.6 对块根PAL 酶活性的影响  97-98
第三章 夏季地膜覆盖对紫甘薯产量及品质形成的影响  98-120
  1 材料与方法  98-99
    1.1 供试材料  98
    1.2 试验设计  98
    1.3 取样方法  98-99
    1.4 测定项目及方法  99
    1.5 数据处理与分析  99
  2 结果与分析  99-120
    2.1 覆膜对土壤理化性状的影响  99-103
      2.1.1 对5～20cm（结薯集中区域）耕层地温的影响  99-101
      2.1.2 对土壤容重和孔隙度的影响  101
      2.1.3 对土壤含水量的影响  101-102
      2.1.4 对土壤速效养分含量的影响  102-103
    2.2 覆膜栽培对甘薯叶片生理特性的影响  103-109
      2.2.1 对甘薯叶面积指数变化规律的影响  103
      2.2.2 对甘薯叶片可溶性糖、蛋白质含量的影响  103-104
      2.2.3 对叶片光合特性的影响  104-106
      2.2.4 对叶片内源激素含量的影响  106-107
      2.2.5 对叶片活性氧代谢和膜脂过氧化的调节  107-109
    2.3 覆膜栽培对甘薯产量和产量构成因素的影响  109
    2.4 覆膜处理对T/R 值和块根日鲜重增长量的影响  109-110
    2.5 覆膜处理对块根品质性状的影响  110-113
      2.5.1 对块根干物质含量、总淀粉含量变化的影响  110-111
      2.5.2 对块根可溶性糖和蛋白质含量变化的影响  111
      2.5.3 对块根直链淀粉、支链淀粉及支链淀粉/直链淀粉的影响  111-113
      2.5.4 覆膜对块根花青素含量的影响  113
      2.5.5 覆膜对块根粘度仪参数的影响  113
    2.6 覆膜处理对块根淀粉积累动态的影响  113-114
    2.7 覆膜处理对块根相关代谢酶活性的影响  114-117
      2.7.1 对ATP 含量及ATP 酶活性的影响  114-115
      2.7.2 对ADPGPPase、UDPGPPase 活性的影响  115-116
      2.7.3 对SSS、GBSS 活性的影响  116-117
    2.8 覆膜处理对块根内源激素含量的影响  117-120
      2.8.1 对IAA 含量的影响  117
      2.8.2 对GAs 含量的影响  117-118
      2.8.3 对ABA 含量的影响  118
      2.8.4 对ZR 含量的影响  118-120
第四章 讨论与结论  120-136
  1. 紫甘薯块根产量和品质形成的生理机制及基因型差异  120-125
    1.1 叶片生理活性强是紫甘薯块根获得高产的前提  120-121
    1.2 “库”的强度及源库关系协调性显著影响块根产量  121-122
    1.3 甘薯块根分化和膨大与内源激素密切相关  122-123
      1.3.1 ZR 和ABA 在甘薯块根膨大中发挥关键作用  122
      1.3.2 不同发育阶段光合产物输送中心受块根内源激素含量控制  122-123
      1.3.3 块根中各种内源激素的分布具有顶端优势  123
      1.3.4 次生形成层的旺盛活动可能与IAA、ZR 等内源激素含量关系密切  123
    1.4 块根淀粉含量与淀粉合成相关酶活性密切相关  123-124
    1.5 淀粉组分与紫甘薯块根品质的关系  124
    1.6 PAL 活性与紫甘薯块根花青素的积累的关系  124-125
  2 弱光胁迫对甘薯块根产量和品质形成的影响  125-127
    2.1 对产量的影响  125
    2.2 弱光胁迫对甘薯块根品质形成的影响  125-127
  3 夏薯地膜覆盖对块根产量和品质的影响  127
  4 弱光胁迫及地膜覆盖影响甘薯块根产量和品质的生理基础  127-132
    4.1 对叶片光合特性的影响  127-129
      4.1.1 弱光胁迫对叶片光合特性的影响  127-128
      4.1.2 地膜覆盖对叶片光合特性的影响  128-129
    4.2 对叶片活性氧代谢和膜脂过氧化作用的影响  129
    4.3 对叶片内源激素的影响  129-131
    4.4 对块根内源激素水平的影响  131-132
  5 弱光胁迫和地膜覆盖影响甘薯块根产量与品质的酶学机制  132-136
    5.1 对 RuBPCase 活性的影响  132-133
    5.2 对叶片和块根ATP 含量和ATP 酶活性的影响  133-134
    5.3 对块根 ADPGppase、UDPGppase、SSS、GBSS 活性的影响  134-136
参考文献  136-148
致谢  148-149
攻读学位期间发表的论文  149

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 薯类作物 > 甘薯（红薯）
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