鉀肥對紫甘薯花青素的影響

郭亮虎，逯臘虎，王 鎮，陳永杰，許玉娟，高 煒，連 晉

（山西省農業科學院小麥研究所，山西臨汾041000）

我國是全球甘薯產量最大的國家，曾一度占世界總產量的80%[1]。近年來，隨著人們對飲食和健康的重視，甘薯消費結構逐漸由飼用向鮮食用轉變，紫甘薯品種開始顯現出廣闊的消費前景。紫甘薯塊根因富含花青素（Anthocyanin）而呈紫色，該類花青素通常為類黃酮結構，可將體內代謝產生的超氧自由基還原后清除，從而延緩機體衰老[2-3]，此外，其還具有抑菌殺菌[4]和防癌抗癌[5-6]的功效。因此，提升紫甘薯中花青素的含量將增加其食用和保健價值。

在花青素生物合成途徑中，鉀離子可通過活化某些代謝酶來促進酚類物質轉化為類黃酮[7]，或加快三磷酸腺苷（ATP）的生成進而為合成反應提供能量[8]，最終促進花青素的生成。在馬鈴薯[9]、蘋果[10-11]和鳳梨[12]等物種中，增施鉀肥均能提高塊莖或果實中的花青素含量，而有關紫甘薯的報道較少，僅在萬紫56品種中被證實，鉀肥與薯塊花青素含量呈正相關[13]。

本研究旨在系統分析鉀肥對紫甘薯花青素的影響，通過對6個紫甘薯品種設置不同的鉀肥施用時期和施用量，以期獲得能促進花青素合成的最適施用方法。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試紫甘薯品種為紫羅蘭、濟黑1號、濟黑2號、濟薯18號、徐紫1號和寧紫4號。

1.2 試驗地概況

試驗地位于山西省臨汾市堯都區韓村試驗田，該地土壤含有機質10.2 g/kg、堿解氮48.4 mg/kg、速效磷13.9 mg/kg、速效鉀133.0 mg/kg。

1.3 試驗設計

田間小區試驗于2016年5—10月進行。將6個供試紫甘薯品種育苗后分別移栽至試驗小區，每小區面積為3 m×4 m，栽60株，折合密度5萬株/hm2。

試驗以碳酸氫銨（N 17%，60 kg/hm2）和過磷酸鈣（P2O512%，20 kg/hm2）作為基肥，并設置不同施鉀量（硫酸鉀K2O）的6個處理：K0為不施鉀肥（CK），K1，K2，K3以基肥施入，K4以追肥施入，K5以基肥和追肥先后施入。施鉀量處理如表1所示。每個處理重復3次，隨機區組排列。

表1 試驗設計

1.4 花青素的提取及測定

收獲后測薯塊小區產量。之后，每個品種每個處理取代表性薯塊去皮稱質量（m0），為減小試驗誤差，先將薯塊研磨置40℃烘干72 h，獲得干粉，再次稱質量（m1），計算烘干率；參考王關林等[4]的方法，將干粉按四分法取樣，每份準確稱取1.0 g，用0.8 mol/L的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖液（pH＝3）定容至200 mL，搖勻后置60℃水浴2 h；晾至室溫，用分光光度計測定上清液在525 nm處的吸光度值OD525。

1.5 數據處理

使用Fold-change法作圖，相差1.5倍～2.0倍為顯著差異，相差2倍以上為極顯著差異[14]。

其中，958為OD525轉換為質量體積比的經驗系數，1 000為單位轉換系數。

2 結果與分析

2.1 不同紫薯品種間花青素含量和鉀敏感性差異

由圖1可知，供試紫甘薯品種間的塊根花青素含量存在差異，其中，紫羅蘭的花青素含量最高，在6個處理下的含量范圍為1 100～1 500 mg/kg；其次為濟黑1號、濟黑2號、濟薯18號和徐紫1號，花青素含量均在700～900 mg/kg；而寧紫4號含量最低，在400 mg/kg左右。此外，濟薯18號和徐紫1號花青素含量的變幅較小，表明這2個品種對鉀的敏感性較弱。

2.2 鉀肥對紫甘薯花青素含量的影響

由圖2可知，與對照處理K0相比，所有供試紫薯品種在施加鉀肥后的花青素含量均有提升。其中，紫羅蘭、濟黑2號和寧紫4號的花青素含量在K2處理下達到最高值，濟薯18號、濟黑1號和徐紫1號則分別在K1，K3和K5處理下達到最高值。在相同的施鉀量處理下，基肥（K1）比追肥（K4）（紫羅蘭除外）、施足基肥（K2）比分施（K5）（徐紫 1號除外）更能提高薯塊花青素含量。而在施用等量鉀肥基肥的前提下（K1，K5），增加追肥并不能顯著提高供試品種的花青素含量。

2.3 鉀肥對紫甘薯花青素單位面積總含量的影響

鉀肥還能通過提高每個供試紫薯品種的小區產量（圖3），進而提高花青素的單位面積總含量（圖4）。其中，分施鉀肥（K5）比單獨施用等量的基肥（K2）可以獲得更高的紫薯產量。

除濟薯18號以外，其余5個供試品種在施鉀肥基肥后均能顯著提高花青素單位面積總含量。其中，在K2處理下，紫羅蘭、濟黑1號、濟黑2號和徐紫1號的花青素單位面積總含量極顯著提高；而分施等量鉀肥處理下（K5），濟黑1號、徐紫無1號和寧紫4號均表現出比在K2處理下具有更多的花青素單位面積總含量。

3 結論與討論

紫甘薯花青素具有極高的理化穩定性[16]和抗氧化活性[17]，而且與藍莓、葡萄、桑椹等富含花青素的漿果植物相比，紫甘薯成本低廉，能高產穩產，易于種植、收獲和運輸[18]，具有更為廣泛的應用前景。因此，探討合適的施肥措施以提高塊根中花青素含量顯得尤為必要。

與空白對照處理相比，施用氮肥、磷肥、鉀肥均能提高紫甘薯的花青素含量[19]，其中，氮肥主要作用于莖葉等營養器官的生長中，為后期塊根中花青素的合成奠定物質基礎，萬紫薯56[13]和濟黑1號[20]等品種的薯塊花青素含量均與施氮量成正比；磷參與部分磷酸化反應，但對其需求量較低，過量的磷肥會降低GA-DELLA信號途徑中花青素的合成[21]，在萬紫薯56中，低磷處理下的花青素含量極顯著高于高磷處理[13]；而鉀肥在塊根膨大和物質積累過程中起重要作用，鉀元素參與了紫甘薯花青素生物合成，可激活或促進某些合成酶的活性[7-8]。

本研究對6個紫甘薯品種進行鉀肥試驗分析，結果表明，一次性施足鉀肥基肥可滿足紫甘薯中花青素合成所需，但不同品種對鉀的需求量不完全一致，紫羅蘭、濟黑2號和寧紫4號的基肥最適施鉀量為24 g/m2，而濟薯18號和徐紫1號對施鉀量的敏感性不強，濟黑1號對鉀的需求量則適中。在施用鉀肥基肥后，追施鉀肥并不能顯著提高供試品種的花青素含量，但是追肥促進了源庫運輸和塊根生長，增加了薯塊大小和質量，從而使花青素的單位面積總含量得到提升。因此，對于不同紫甘薯品種，根據其對鉀肥的敏感性施足相應量的基肥，并在塊根膨大期前適量追肥，可最大程度地提高其花青素含量，增加其經濟價值。