甜菜不同生育期植株中锰含量变化及其吸收性能的研究

邵科，李满红，邵世勤，李国龙，张少英*（.内蒙古农业大学甜菜生理研究所，呼和浩特0008；.内蒙古生物技术研究院，呼和浩特0000）

甜菜不同生育期植株中锰含量变化及其吸收性能的研究

邵科1，2，李满红2，邵世勤1，李国龙1，张少英1*
（1.内蒙古农业大学甜菜生理研究所，呼和浩特010018；2.内蒙古生物技术研究院，呼和浩特010020）

以6个甜菜品种为材料，研究了生育期植株中锰含量变化与吸收性能的特点及其需求量。结果表明：1）甜菜植株中锰含量在不同生育期有所变化和差异，其中在叶丛快速生长期（7月5日）含量最高，分别为植株中66.64 mg/kg、叶丛中90.44 mg/kg、块根中39.51 mg/kg，到收获期其含量分别降为38.75 mg/kg、52.04 mg/kg和37.37 mg/kg；2）锰在植株中积累量，随生育进程由少到多，到收获期甜菜积累量平均为16.159 mg/株；3）甜菜对锰吸收性能最强的时期在叶丛快速生长期，每株甜菜吸收锰0.300 mg/d，其次在块根及糖分增长期（0.139 mg/株·d），这两个时期占生育期总吸收性能的75.43%；4）每生产1t甜菜需锰量14.424g（品种间为12.934～14.992g），每生产1kg糖需锰量0.0843g（品种间为0.0778～0.0881g）。

甜菜；锰含量；积累量；吸收性能；需求量

锰的缺乏已经成了一个严重威胁全球农作物的营养问题［1］。锰是一个非常重要的微量元素，它是叶绿体的结构部分，是维持叶绿体结构所必需的微量元素，而且在光合电子传递系统中，锰参与氧化还原过程，是光系统Ⅱ（PSⅡ）中的氧化剂，直接参与PSⅡ的电子传递反应［2-4］。锰也是许多酶的组成成分，而且对许多酶构活性特别是糖酵解和三羧酸循环中的各种酶起重要的调节作用，如锰离子特异性的激活脱羧酶和脱氢酶［5-6］。锰也是许多辅酶的活化离子，锰可促进氨基酸合成肽键，有利于蛋白质的合成［7］。锰缺乏会直接影响植物光合产物的形成和干物质的积累，对植物地上和地下部生长均会产生明显的抑制，并使根冠比降低［8］。在各器官中缺锰也会使可溶性碳水化合物的含量显著降低，这主要是由于光合作用受抑制引起的，而且也会使叶绿体膜成分如糖脂、多聚不饱和脂肪酸含量都降低［9-10］。锰对植物的氮素代谢有着显著的影响，缺锰的叶片中游离氨基酸有所累积，这种累积与蛋白质的减少有关，可能是由于缺锰影响到蛋白质的合成所致［11］；缺锰的植株侧根的形成会完全停止，细胞分裂和伸长都同时受到抑制，而且对细胞伸长的抑制程度明显高于细胞分裂［12］。如果甜菜缺锰，首先在幼嫩叶片上失绿发黄，但叶脉和叶脉附近仍保持绿色，但随着程度的增加，叶面出现黑褐色细小斑点，并逐渐扩大，散布于整个叶片，最终使叶片卷曲凋零，而且甜菜植株瘦小，根系发育不良，含糖率明显下降［13］。基于锰在甜菜生育期代谢变化特点的研究较少，本文从揭示甜菜锰变化规律及其需求量角度出发，研究了甜菜生长阶段植株中锰含量变化与吸收性能特点及其需求量，为甜菜合理栽培提供一定的理论基础。

1　材料与方法

1.1供试品种

国内品种：农大甜研4号（由内蒙古农业大学甜菜生理研究所提供），包育302（由包头华资实业股份有限公司甜菜研究所提供），内甜抗201（由内蒙古农牧科学院甜菜研究所提供）。

国外品种：KWS9412（德国），ADV0420（荷兰），ZD204（中德合育）（皆由包头华资实业股份有限公司甜菜研究所提供）。

1.2试验设置

本试验在内蒙古甜菜生产基地试验区进行。栽培土层0～30 cm，土壤pH=7.59，土壤有机质含量为18.0 g/kg，全氮量1030.00 mg/kg，速效磷含量23.09 mg/kg，速效钾含量145.00 mg/kg，有效锰2.303 mg/kg。将试验地划分为36个小区，小区面积10.0 m×6.0 m，6个品种随机排列，6次重复，分取样区和计产区。4月13日机械覆膜、人工点播，行距采取宽行60 cm，窄行40cm，株距27cm，各品种保苗株数70245～70650株/hm2，田间管理一致，10月3日收获并测产检糖。

1.3生育期取样

生育期划分依据《甜菜生理学》［14］。生育期6次取样，分别于苗期（5月22日、6月5日），叶丛快速生长期（7月5日），块根及糖分增长期（8月4日），糖分积累期（9月3日）和最后收获（10月3日）进行。

取样株数与处理：每个品种第一次取样150株，以后各时期取样50株，求出各品种单株重，并分叶丛和块根两部分，从中分别取样、处理、切碎、烘干、磨碎、备用。

1.4测定方法及数据处理

试区土壤养分分析据《土壤农化分析》［15］；植株中锰含量测定采用原子吸收法（GB/T 13885-2003）［16］；块根重测定采用重量法、块根含糖率采用旋光仪法。所有数据均采用Excel 2010和SAS6.0软件进行处理。

2　结果与分析

2.1甜菜生育期植株中锰含量变化特点

甜菜植株（全株）、叶丛和块根中的锰含量变化情况分别列入表1、表2和表3，均以6个品种的平均值计算。从全株的锰含量变化特点看出，其含量最多的时期在叶丛快速生长期（7月5日），干物质中含有锰66.64 mg/kg；其次在苗期的早期（5月22日），含量为60.67 mg/ kg；随着生育进程，锰代谢逐渐减弱，到收获期降为38.75 mg/kg。品种间在不同生育阶段有所变化和差异，尤以苗期差异最为显著，例如，5月22日，农大甜研4号含量为69.22 mg/kg，而ADV0420为48.85 mg/kg；6月5日，内甜抗201含量为61.32 mg/kg，而ZD204却为33.14 mg/kg。

叶丛中锰含量变化特点同植株中一样，只是每个生育阶段的含量皆高于植株，从苗期到收获期的6次测定结果分别为：66.55 mg/kg、57.36 mg/kg、90.44 mg/kg、79.59 mg/kg、62.07 mg/kg和52.04 mg/kg。品种间以叶丛快速生长期（7月5日）农大甜研4号和ADV0420的差异最为显著，前者含量为105.83 mg/kg，后者却为61.71 mg/kg。块根中锰含量变化特点仍同植株中一样，不同的是各品种在不同生育阶段的含量皆低于植株，更低于叶丛，从5月22日到10月3日的含量分别为34.22、23.52、39.51、39.02、36.61和37.37 mg/kg。

表1　甜菜生育期植株中锰素含量（mg/kg DW）

表2　甜菜生育期叶丛中锰素含量（mg/kg DW）

表3　甜菜生育期块根中锰素含量（mg/kg DW）

2.2甜菜生育期植株中锰积累量及其分配特点

表4　甜菜生育期植株中锰素积累量（mg/株）

甜菜生育期植株（全株）、叶丛和块根中的锰积累量变化情况分别列入表4、表5和表6。从6个品种植株中锰积累量看出，苗期（5月22日）积累量最少（0.0683～0.0983 mg/株），随着生育进程，积累量增多，到收获期每株甜菜积累量平均达16.159 mg/株。积累量最多的品种为KWS9412和内甜抗201，分别为17.038 mg/株和16.587 mg/株。

叶丛中锰积累量变化特点是：由苗期到块根及糖分增长期，积累量由少到多（0.0788～7.251 mg/株），从糖分积累期积累量逐渐减少，到收获期降为4.419 mg/株。

块根中锰积累量在整个生育期，从苗期到收获期积累量分别为0.00520、0.109、2.755、6.134、9.229和11.740 mg/株；但与叶丛比较，块根及糖分增长期以前，其积累量低于叶丛，但从糖分积累期到收获期，积累量分别是叶丛的1.75倍和2.65倍，这表明甜菜生育后期，植株中的大部分锰积累在块根中。

图1　甜菜生育期植株中锰在叶丛中和块根中的分配

表5　甜菜生育期叶丛中锰素积累量（mg/株）

表6　甜菜生育期块根中锰素积累量（mg/株）

表7　甜菜生育期植株吸收锰素性能（mg/株·d）

表8　甜菜产质量与锰素积累总量

甜菜生育期植株中锰积累量分配在叶丛和块根中的比例（图1）可知，由苗期到收获期，分配在叶丛中的由多到少，依次占93.80%、86.56%、72.00%、54.17%、36.26%和27.35%；分配在块根中的由少到多，依次占6.20%、13.44%、28.00%、45.83%、63.74%和72.65%。在块根及糖分增长期以前，叶丛中的分配量多于块根，尤以苗期最为显著，糖分积累期到收获期块根中的分配量多于叶丛。

2.3甜菜生育期植株吸收锰性能的特点

根据甜菜生育期植株中锰积累量（表4），以每天每株甜菜吸收锰量作为吸收锰性能的指标。从6个品种的吸收性能（表7）看出，叶丛快速生长期（6月5日至7月5日），是吸收锰性能最强的时期，每天每株甜菜吸收锰平均为0.300 mg，占生育期总吸收性能的51.55%，其次在块根及糖分增长期［0.139 mg/（株·d）］（7月5日至8月4日），占总吸收性能的23.88%，这两个时期占总吸收性能的75.43%；吸收性能较弱的时期在糖分积累期［0.036 mg/（株·d）］（8月4日至9月3日）。品种间的显著差异在块根及糖分增长期（7月5日至8月4日），例如ADV0420吸收性能为0.214 mg/（株·d），而农大甜研4号却为0.050 mg/（株·d）。

2.4甜菜产质量对锰的需求量

本试验条件下，6个品种平均公顷产量为78.97t、含糖率17.12%、产糖量13.51t，并根据总株数（70500株/hm2）的锰积累总量1139.19 g（表8）推算，每生产1t甜菜需锰14.425 g（品种间为12.934～14.992 g），每形成1 kg糖需锰0.0843 g（品种间为0.0788～0.0881 g）。

3　结论

3.1甜菜植株中锰含量在不同生育期有所变化和差异，其含量最多的时期在叶丛快速生长期（7月5日），其含量为植株中66.64 mg/kg、叶丛中90.44 mg/kg、块根中39.51 mg/kg，随着生育进程，到收获期其含量分别降为38.75 mg/kg、52.04 mg/kg、37.37 mg/kg，品种间差异最显著的时期在苗期和叶丛快速生长期，例如，6月5日，内甜抗201含量为61.32 mg/kg、ZD204为33.14 mg/kg；7月5日，包育302含量为75.62mg/kg、ADV0420为47.20 mg/kg。

3.2锰在植株中积累量随生育进程逐渐由少到多，到收获期每株甜菜积累量平均达到16.159mg，其中，叶丛中的积累量从苗期至块根及糖分增长期，由少到多（0.0788～7.251mg/株），从糖分积累期逐渐减少，到收获期降为4.419 mg/株；块根中的积累规律同植株，但积累量低于植株，其次，块根及糖分增长期之前，积累量低于叶丛，而糖分积累期到收获期积累量分别是叶丛的1.75倍和2.65倍；其分配特点是，块根及糖分增长期之前，叶丛中的分配量多于块根，尤以苗期最为显著，糖分积累期到收获期块根中的分配量多于叶丛。

3.3甜菜对锰吸收性能最强的时期在叶丛快速增长期（6月5日至7月5日），每天每株甜菜吸收锰0.300mg，占生育期总吸收性能的51.55%，其次在块根及糖分增长期（0.139mg/株·d），占总吸收性能的23.88%。这两个时期占总吸收性能的75.43%。

3.4每生产1t甜菜需锰14.424g（品种间为12.934～14.992g），每形成1kg糖需锰0.0843g（品种间为0.0788～0.0881g）。上述结果对甜菜生产上合理施用锰具有重要的理论和实践意义。

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Contents and Uptake Capacities of Manganese in Sugar Beet at Different Growth Stages

SHAO Ke1，2，LI Man-hong2，SHAO Shi-qin1，LI Guo-long1，ZHANG Shao-ying1*
（1.Institute of Sugarbeet Physiology，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018；2.Biotechnology Research Institute of Inner Mongolia，Hohhot 010020）

Manganese element content change，accumulation and distribution，uptake capacity and demanded quantity of six cultivars of sugar beet（Beta vulgaris L.）at different growth stages were studied in a field experiment.The results showed that:1）Manganese content in sugar beet whole plant changed during different growth period.The metabolism of manganese element reached the most active status at the foliage rapid growth stage in different cultivars，its content was 66.64 mg/kg in the whole plant，90.44 mg/kg in foliage and 39.51 mg/ kg in root，respectively，whereas its content were reduced to 38.75 mg/kg，52.04 mg/kg and 37.37 mg/kg at the harvest stage，respectively.2）The accumulation of manganese in the whole plant with the development process increased gradually，and reached average 16.159 mg per plant at the harvest stage.3）Manganese element uptake capacities reached the highest at the foliage rapid growth stage，was 0.300 mg/plant/d；the root and sugar growth stage took the second higher，was 0.139 mg/plant/d.Manganese accumulation in these two stages accounted for 75.43%of the total manganese uptake capacities.4）For production of 1 ton of sugar beet，totally 14.424 g of manganese was required（range from 12.934 to 14.992 g among the six cultivars），and for production of 1 kg of sugar，totally 0.0843 g of manganese needed to be consumed（range from 0.0778 to 0.0881g among the six cultivars）.

sugar beet；manganese content；accumulation；uptake capacity；demanded quantity

S566.3

A

1007－2624（2016）05－0009－04

10.13570/j.cnki.scc.2016.05.004

2016-04-27

国家自然科学基金（31260347）；国家现代农业产业技术体系（CARS-210304）。

邵科（1986-），男，博士，内蒙古生物技术研究院，从事甜菜生理与分子生物学研究，E-mail：shaoke141@sina.com

张少英，教授，博导，E-mail:syzh36@aliyun.com