覆膜與施肥對紫薯塊根花青素含量的影響

吳紅紅，黃文芳，史敏莉，何東強，賀立恒

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，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)濟價值、營養(yǎng)價值，現(xiàn)已成為研究熱點[12]。目前，對紫薯花青素的研究多集中在地上組織[13-16]，而關于提高塊根花青素含量的報道較少。因此，本試驗通過不同的外在因子處理對紫薯塊根花青素含量的影響進行探索，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]。花青素的合成與積累與植物發(fā)育過程密切相關，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酶基因和轉(zhuǎn)錄因子的表達，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、溫度）和化學因素（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，也可以調(diào)節(jié)花青素苷生物合成途徑中關鍵酶的活性[30]。同時，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酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為類黃酮[32]。有研究表明，磷、鉀肥對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]果實中的花青素含量，而有關鉀肥對紫薯的報道較少。

本試驗以不同施肥、不同覆膜的處理，實現(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。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選用山西農(nóng)業(yè)大學甘薯課題組農(nóng)作物基因資源中心的脫毒苗繁殖的秦紫2 號和紫羅蘭2 個紫薯品種為試驗材料。

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)資集團有限公司生產(chǎn)的高鈣磷肥（含P2O518%）。

1.2 試驗方法

試驗前取預種植區(qū)土壤測定其肥力，保證試驗在低磷、鉀肥狀態(tài)下進行，以減少土壤本身養(yǎng)分對試驗的影響。土質(zhì)為黃色沙壤土，試驗地土壤養(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，有機質(zhì)含量16.71 g/kg，pH 值8.35。

試驗于2019 年5 月在山西省太谷縣北六門村甘薯種植基地進行。試驗采用裂區(qū)設計，以施肥種類為主、覆膜方式為輔。施肥設單施磷肥、單施鉀肥、磷鉀配施3 種。以不施任何肥料為對照（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 次重復分別進行離心，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 軟件進行方差分析，并用鄧肯新復極差法進行多重比較（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 種施肥對比，秦紫2 號對照組（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，比對照提高46.8%；單施K肥處理（K2N） 秦紫2 號花青素含量最高，為5.39 mg/100 g，比對照提高96.2%；PK 肥配施處理（PK1N）秦紫2 號花青素含量最高，為7.79 mg/100 g，比對照提高183.5%。從圖2 可以看出，紫羅蘭對照組（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 種施肥對比，單施P 肥處理（P2B）秦紫2 號花青素含量最高，為6.44 mg/100 g，與對照相比提高了65.2%；單施K 肥處理（K2B）秦紫2 號花青素含量最高，為9.05 mg/100 g，較對照提高了132.1%；PK 肥配施處理（PK1B）秦紫2 號花青素含量最高，為9.81 mg/100 g，與對照相比提高了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 種施肥對比，單施P 肥處理（P2W）秦紫2 號花青素含量最高，為5.50 mg/100 g，與對照相比提高了62.9%；單施K 肥處理（K2W）秦紫2 號的花青素含量最高，達到7.86 mg/100 g，與對照相比提高了133.0%；PK 肥配施處理（PK1W）秦紫2 號的花青素含量最高，為8.87 mg/100 g，與對照相比提高了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，較對照提高了116.8%。

2.2 不同肥料梯度對紫薯花青素含量的影響

2.2.1 單施磷肥對紫薯花青素含量的影響 由圖3 可知，單施P 肥，與對照相比，60、80、100 kg/hm2這3 個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、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 肥水平不是簡單的遞增關系。

2.2.2 單施鉀肥對紫薯花青素含量的影響 從圖4可以看出，單施鉀肥，與對照相比，10、15、20 kg/hm2等3 個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 號花青素含量比對照分別提高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 配施對紫薯花青素含量的影響 從圖5可以看出，PK 肥配施，與對照相比，磷鉀配比為7∶1、5∶1、3∶1 等3 個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 肥不同覆膜影響對比，覆黑膜處理（BP2）秦紫2 號花青素含量最大，為6.44 mg/100 g，與對照相比提高了59.5%；覆白膜處理（WP2）秦紫2 號花青素含量最大，為5.50 mg/100 g，與對照相比提高了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，與對照相比提高了21.7%。單施K 肥不同覆膜影響對比，覆黑膜處理（BP2）秦紫2 號花青素含量最大，為9.05 mg/100 g，與對照相比提高了67.7%，覆白膜處理（WK2）秦紫2 號花青素含量最大，為7.86 mg/100 g，與對照相比提高了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，與對照相比提高了31.8%。配施PK肥不同覆膜影響對比，覆黑膜處理（BPK1）秦紫2 號花青素含量最大，為9.81 mg/100 g，與對照相比提高了25.9%，覆白膜處理（WPK1）秦紫2 號花青素含量最大，為8.87 mg/100 g，與對照相比提高了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]。與對照相比，試驗中花青素含量在各個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系，不會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，秦紫2 號、紫羅蘭在單施磷、鉀肥時表現(xiàn)不同。與單施磷肥相比，在單施鉀肥時，秦紫2 號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，說明不同品種對肥料的利用效果存在差異。不同的覆膜方式也會對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。