钾肥对紫甘薯花青素的影响

郭亮虎，逯腊虎，王 镇，陈永杰，许玉娟，高 炜，连 晋

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

我国是全球甘薯产量最大的国家，曾一度占世界总产量的80%[1]。近年来，随着人们对饮食和健康的重视，甘薯消费结构逐渐由饲用向鲜食用转变，紫甘薯品种开始显现出广阔的消费前景。紫甘薯块根因富含花青素（Anthocyanin）而呈紫色，该类花青素通常为类黄酮结构，可将体内代谢产生的超氧自由基还原后清除，从而延缓机体衰老[2-3]，此外，其还具有抑菌杀菌[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将增加其食用和保健价值。

在花青素生物合成途径中，钾离子可通过活化某些代谢酶来促进酚类物质转化为类黄酮[7]，或加快三磷酸腺苷（ATP）的生成进而为合成反应提供能量[8]，最终促进花青素的生成。在马铃薯[9]、苹果[10-11]和凤梨[12]等物种中，增施钾肥均能提高块茎或果实中的花青素含量，而有关紫甘薯的报道较少，仅在万紫56品种中被证实，钾肥与薯块花青素含量呈正相关[13]。

本研究旨在系统分析钾肥对紫甘薯花青素的影响，通过对6个紫甘薯品种设置不同的钾肥施用时期和施用量，以期获得能促进花青素合成的最适施用方法。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试紫甘薯品种为紫罗兰、济黑1号、济黑2号、济薯18号、徐紫1号和宁紫4号。

1.2 试验地概况

试验地位于山西省临汾市尧都区韩村试验田，该地土壤含有机质10.2 g/kg、碱解氮48.4 mg/kg、速效磷13.9 mg/kg、速效钾133.0 mg/kg。

1.3 试验设计

田间小区试验于2016年5—10月进行。将6个供试紫甘薯品种育苗后分别移栽至试验小区，每小区面积为3 m×4 m，栽60株，折合密度5万株/hm2。

试验以碳酸氢铵（N 17%，60 kg/hm2）和过磷酸钙（P2O512%，20 kg/hm2）作为基肥，并设置不同施钾量（硫酸钾K2O）的6个处理：K0为不施钾肥（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。施钾量处理如表1所示。每个处理重复3次，随机区组排列。

表1 试验设计

1.4 花青素的提取及测定

收获后测薯块小区产量。之后，每个品种每个处理取代表性薯块去皮称质量（m0），为减小试验误差，先将薯块研磨置40℃烘干72 h，获得干粉，再次称质量（m1），计算烘干率；参考王关林等[4]的方法，将干粉按四分法取样，每份准确称取1.0 g，用0.8 mol/L的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液（pH＝3）定容至200 mL，摇匀后置60℃水浴2 h；晾至室温，用分光光度计测定上清液在525 nm处的吸光度值OD525。

1.5 数据处理

使用Fold-change法作图，相差1.5倍～2.0倍为显著差异，相差2倍以上为极显著差异[14]。

其中，958为OD525转换为质量体积比的经验系数，1 000为单位转换系数。

2 结果与分析

2.1 不同紫薯品种间花青素含量和钾敏感性差异

由图1可知，供试紫甘薯品种间的块根花青素含量存在差异，其中，紫罗兰的花青素含量最高，在6个处理下的含量范围为1 100～1 500 mg/kg；其次为济黑1号、济黑2号、济薯18号和徐紫1号，花青素含量均在700～900 mg/kg；而宁紫4号含量最低，在400 mg/kg左右。此外，济薯18号和徐紫1号花青素含量的变幅较小，表明这2个品种对钾的敏感性较弱。

2.2 钾肥对紫甘薯花青素含量的影响

由图2可知，与对照处理K0相比，所有供试紫薯品种在施加钾肥后的花青素含量均有提升。其中，紫罗兰、济黑2号和宁紫4号的花青素含量在K2处理下达到最高值，济薯18号、济黑1号和徐紫1号则分别在K1，K3和K5处理下达到最高值。在相同的施钾量处理下，基肥（K1）比追肥（K4）（紫罗兰除外）、施足基肥（K2）比分施（K5）（徐紫 1号除外）更能提高薯块花青素含量。而在施用等量钾肥基肥的前提下（K1，K5），增加追肥并不能显著提高供试品种的花青素含量。

2.3 钾肥对紫甘薯花青素单位面积总含量的影响

钾肥还能通过提高每个供试紫薯品种的小区产量（图3），进而提高花青素的单位面积总含量（图4）。其中，分施钾肥（K5）比单独施用等量的基肥（K2）可以获得更高的紫薯产量。

除济薯18号以外，其余5个供试品种在施钾肥基肥后均能显著提高花青素单位面积总含量。其中，在K2处理下，紫罗兰、济黑1号、济黑2号和徐紫1号的花青素单位面积总含量极显著提高；而分施等量钾肥处理下（K5），济黑1号、徐紫无1号和宁紫4号均表现出比在K2处理下具有更多的花青素单位面积总含量。

3 结论与讨论

紫甘薯花青素具有极高的理化稳定性[16]和抗氧化活性[17]，而且与蓝莓、葡萄、桑椹等富含花青素的浆果植物相比，紫甘薯成本低廉，能高产稳产，易于种植、收获和运输[18]，具有更为广泛的应用前景。因此，探讨合适的施肥措施以提高块根中花青素含量显得尤为必要。

与空白对照处理相比，施用氮肥、磷肥、钾肥均能提高紫甘薯的花青素含量[19]，其中，氮肥主要作用于茎叶等营养器官的生长中，为后期块根中花青素的合成奠定物质基础，万紫薯56[13]和济黑1号[20]等品种的薯块花青素含量均与施氮量成正比；磷参与部分磷酸化反应，但对其需求量较低，过量的磷肥会降低GA-DELLA信号途径中花青素的合成[21]，在万紫薯56中，低磷处理下的花青素含量极显著高于高磷处理[13]；而钾肥在块根膨大和物质积累过程中起重要作用，钾元素参与了紫甘薯花青素生物合成，可激活或促进某些合成酶的活性[7-8]。

本研究对6个紫甘薯品种进行钾肥试验分析，结果表明，一次性施足钾肥基肥可满足紫甘薯中花青素合成所需，但不同品种对钾的需求量不完全一致，紫罗兰、济黑2号和宁紫4号的基肥最适施钾量为24 g/m2，而济薯18号和徐紫1号对施钾量的敏感性不强，济黑1号对钾的需求量则适中。在施用钾肥基肥后，追施钾肥并不能显著提高供试品种的花青素含量，但是追肥促进了源库运输和块根生长，增加了薯块大小和质量，从而使花青素的单位面积总含量得到提升。因此，对于不同紫甘薯品种，根据其对钾肥的敏感性施足相应量的基肥，并在块根膨大期前适量追肥，可最大程度地提高其花青素含量，增加其经济价值。