覆膜与施肥对紫薯块根花青素含量的影响

吴红红，黄文芳，史敏莉，何东强，贺立恒

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

甘薯（Ipomoea batatas（L.）Lam.）是重要的粮食、饲料作物，也是重要的工业原料和新型生物能源作物[1-4]。随着人们生活水平的提高，特种甘薯如高糖型、药用型、水果型和高花青素型等[5]，因其具备特殊价值受到人们的重视。作为特种甘薯的一种，紫色甘薯（1pomoea batatas.）的薯肉呈紫色，国内也称为紫心甘薯、紫肉甘薯[6]，除含有普通甘薯所含的淀粉、蛋白质、脂肪、多种维生素、氨基酸及钙、磷、铁等营养成分外，它的花青素含量尤为突出[7-11]。因花青素具有较高的经济价值、营养价值，现已成为研究热点[12]。目前，对紫薯花青素的研究多集中在地上组织[13-16]，而关于提高块根花青素含量的报道较少。因此，本试验通过不同的外在因子处理对紫薯块根花青素含量的影响进行探索，具有重要意义。

紫色甘薯花青素是从紫薯块根中提取的一种天然色素[12，17]，与其他天然色素相比，其不仅无色无味，还具有较强的稳定性、抗突变性、抗氧化能力[18-19]。前人研究表明，花青素还可以修复肝损伤、抗癌、降低血压[19-23]。由于紫色甘薯花青素具有特殊的生理功能，研究其合成与积累具有重要意义[24]。花青素的合成与积累与植物发育过程密切相关，它由内外因子共同调控完成[25-26]。内在调控因子包括紫色甘薯花青素的合成和积累相关酶基因和转录因子的表达，外在调控因子有环境因子和外源物质[27]，即物理因素（光质、光强、温度）和化学因素（糖类物质、外源激素、矿物质元素）等。研究发现，光照是影响花色苷生物合成重要的外在环境因子[28]。DONG[29]在研究光对苹果花着色的影响中发现，阻断光照后，苹果花不能正常着色。光在果皮花色素苷形成中具有重要作用，完全不照光的苹果果实能够正常成熟，却无花青素合成[28，32]。光通过光合作用为花青素的合成提供物质基础，也可以调节花青素苷生物合成途径中关键酶的活性[30]。同时，花青素的合成与代谢过程需要钾离子的激活和调节[31]。磷、钾离子可通过活化代谢酶来促进酚类物质转化为类黄酮[32]。有研究表明，磷、钾肥对彩色马铃薯花青素有重要影响[33]。增施钾肥能提高马铃薯[34]块茎和苹果[35]、凤梨[36]果实中的花青素含量，而有关钾肥对紫薯的报道较少。

本试验以不同施肥、不同覆膜的处理，实现为紫薯提供不同光照、不同矿质元素离子的栽培条件，来进一步探究提高花青素含量的栽培因子，以期为提高紫薯块根花青素含量提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验选用山西农业大学甘薯课题组农作物基因资源中心的脱毒苗繁殖的秦紫2 号和紫罗兰2 个紫薯品种为试验材料。

钾肥为中农舜天生态肥业有限公司生产的硫酸钾（含K2O 50%），磷肥为中国农资集团有限公司生产的高钙磷肥（含P2O518%）。

1.2 试验方法

试验前取预种植区土壤测定其肥力，保证试验在低磷、钾肥状态下进行，以减少土壤本身养分对试验的影响。土质为黄色沙壤土，试验地土壤养分为：有效磷含量15.87 mg/kg，速效钾含量144.07 mg/kg，全氮含量1.40 g/kg，有机质含量16.71 g/kg，pH 值8.35。

试验于2019 年5 月在山西省太谷县北六门村甘薯种植基地进行。试验采用裂区设计，以施肥种类为主、覆膜方式为辅。施肥设单施磷肥、单施钾肥、磷钾配施3 种。以不施任何肥料为对照（CK），单施磷肥用量分别为60（P1）、80（P2）、100 kg/hm2（P3）；单施钾肥用量分别为10（K1）、15（K2）、20 kg/hm2（K3）；磷钾肥配施分别为7∶1（PK1，磷钾肥分别为116.67、16.67 kg/hm2）、5∶1（PK2，磷钾肥分别为83.34、16.67 kg/hm2）、3∶1（PK3，磷钾肥分别为50、16.67 kg/hm2）。覆膜方式为覆0.008 mm 白膜（W）、0.01 mm 黑膜（B），以不覆膜（N）为对照。每处理小区面积为6 m2，施肥区宽2 m，行距1 m，株距20 cm，种植密度约为50 250 株/hm2。磷钾肥单施、配施均作为基肥施用，后续不再追肥。

1.3 花青素的测定

采用柠檬酸- 磷酸氢二钠法[37]。称取新鲜甘薯0.50 g，在研钵中加入pH 值3.0 柠檬酸- 磷酸氢二钠缓冲液研磨，然后置于50 mL 容量瓶中定容，并静置0.5 h 以上，取3 次重复分别进行离心，在525 nm处比色后取平均值。

式中，C为花青素含量（mg/100 g）；958 为ABS转化为质量体积比的经验系数；V是定容体积；m是称取样品质量；ABS为吸光光度计上读取读数；100 000 是单位转换系数。

1.4 数据分析

数据采用SPSS 软件进行方差分析，并用邓肯新复极差法进行多重比较（α＝0.05），采用Excel 2010 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对紫薯花青素含量的影响

从图1 可以看出，在不覆膜条件下的3 种施肥对比，秦紫2 号对照组（CKN） 花青素含量2.75 mg/100 g，单施P 肥处理（P2N）花青素含量最高，为4.04 mg/100 g，比对照提高46.8%；单施K肥处理（K2N） 秦紫2 号花青素含量最高，为5.39 mg/100 g，比对照提高96.2%；PK 肥配施处理（PK1N）秦紫2 号花青素含量最高，为7.79 mg/100 g，比对照提高183.5%。从图2 可以看出，紫罗兰对照组（CKN）花青素含量为5.78 mg/100 g，单施P 肥处理（P2N）紫罗兰花青素含量最高，为11.2 mg/100 g，与对照相比提高了94.0%；单施K 肥处理（K2N）紫罗兰花青素含量最高，为12.25 mg/100 g，比对照提高112.0%；PK 肥配施处理（PK1N）紫罗兰花青素含量最高，为15.17 mg/100 g，比对照提高162.7%。

从图1 可以看出，在覆黑膜条件下的3 种施肥对比，单施P 肥处理（P2B）秦紫2 号花青素含量最高，为6.44 mg/100 g，与对照相比提高了65.2%；单施K 肥处理（K2B）秦紫2 号花青素含量最高，为9.05 mg/100 g，较对照提高了132.1%；PK 肥配施处理（PK1B）秦紫2 号花青素含量最高，为9.81 mg/100 g，与对照相比提高了151.8%。由图2 可知，单施P 肥处理（P2B）紫罗兰花青素含量最高，为19.17 mg/100 g，与对照相比提高了98.9%；单施K 肥处理（K2B）紫罗兰花青素含量最高，为17.68 mg/100 g，比对照提高83.4%；PK 肥配施处理（PK1B）紫罗兰花青素含量最高，为24.01 mg/100 g，比对照提高149.1%。

从图1 可以看出，在覆白膜条件下的3 种施肥对比，单施P 肥处理（P2W）秦紫2 号花青素含量最高，为5.50 mg/100 g，与对照相比提高了62.9%；单施K 肥处理（K2W）秦紫2 号的花青素含量最高，达到7.86 mg/100 g，与对照相比提高了133.0%；PK 肥配施处理（PK1W）秦紫2 号的花青素含量最高，为8.87 mg/100 g，与对照相比提高了162.9%。由图2可知，单施P 肥处理（P2W）紫罗兰花青素含量最高，为13.64 mg/100 g，与对照相比提高了100.0%；单施K 肥处理（K2W）紫罗兰花青素含量最高，为16.14 mg/100 g，较对照提高了136.7%；PK 肥配施处理（PK3W）紫罗兰花青素含量最高，为14.79mg/100g，较对照提高了116.8%。

2.2 不同肥料梯度对紫薯花青素含量的影响

2.2.1 单施磷肥对紫薯花青素含量的影响 由图3 可知，单施P 肥，与对照相比，60、80、100 kg/hm2这3 个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、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高5.1%、17.9%、18.6%；不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高13.9%、64.7%、14.3%。80 kg/hm2施肥水平下，秦紫2 号、紫罗兰花青素含量均显著提高，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量提高46.8%、65.2%、62.9%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高94.0%、92.7%、100.0%。100 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高8.7%、41.1%、0，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高68.1%、68.5%、59.7%。3 个梯度水平相比，P2 花青素含量显著高于P1 和P3，说明花青素含量与单施P 肥水平不是简单的递增关系。

2.2.2 单施钾肥对紫薯花青素含量的影响 从图4可以看出，单施钾肥，与对照相比，10、15、20 kg/hm2等3 个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、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高16.5%、89.3%、69.1%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高28.9%、112.0%、29.1%。15 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量比对照分别提高96.2%、132.1%、133.0%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量比对照分别提高112.0%、77.6%、136.7%。20 kg/hm2施肥水平下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高50.6%、111.6%、97.9%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量比对照分别提高78.3%、20.3%、63.3%。3 种梯度水平花青素含量相比，15 kg/hm2整体花青素含量较高。

2.2.3 PK 配施对紫薯花青素含量的影响 从图5可以看出，PK 肥配施，与对照相比，磷钾配比为7∶1、5∶1、3∶1 等3 个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、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高了183.5%、151.8%、162.8%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高了162.7%、141.3%、116.9%。5∶1 配比下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高了127.7%、110.7%、101.0%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高12.7%、60.8%、28.1%。3∶1 配比下，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下秦紫2 号花青素含量分别提高了169.6%、137.5%、121.6%，不覆膜、覆黑膜、覆白膜条件下紫罗兰花青素含量分别提高了138.6%、131.1%、90.8%。3 个施肥配比中，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 不同覆膜方式对紫薯花青素含量的影响

从图6 可以看出，单施P 肥不同覆膜影响对比，覆黑膜处理（BP2）秦紫2 号花青素含量最大，为6.44 mg/100 g，与对照相比提高了59.5%；覆白膜处理（WP2）秦紫2 号花青素含量最大，为5.50 mg/100 g，与对照相比提高了36.2%。由图7 可知，覆黑膜处理（BP2）紫罗兰花青素含量最大，为19.17 mg/100 g，与对照相比提高了71.1%；覆白膜处理（WP2）紫罗兰花青素含量最大，为13.64 mg/100 g，与对照相比提高了21.7%。单施K 肥不同覆膜影响对比，覆黑膜处理（BP2）秦紫2 号花青素含量最大，为9.05 mg/100 g，与对照相比提高了67.7%，覆白膜处理（WK2）秦紫2 号花青素含量最大，为7.86 mg/100 g，与对照相比提高了45.8%；覆黑膜处理（BK2）紫罗兰花青素含量最大，为17.68 mg/100 g，与对照相比提高了44.3%，覆白膜处理（WK2） 紫罗兰花青素含量最大，为16.14 mg/100 g，与对照相比提高了31.8%。配施PK肥不同覆膜影响对比，覆黑膜处理（BPK1）秦紫2 号花青素含量最大，为9.81 mg/100 g，与对照相比提高了25.9%，覆白膜处理（WPK1）秦紫2 号花青素含量最大，为8.87 mg/100 g，与对照相比提高了13.8%；覆黑膜处理（BPK1） 紫罗兰花青素含量最大，为24.01 mg/100 g，与对照相比提高了84.5%，覆白膜处理（WPK1）紫罗兰花青素含量最大，为15.17mg/100g，与对照相比提高了16.6%。不同的覆膜处理下花青素含量不同，与对照相比，花青素含量提高表现为覆黑膜最高，覆白膜次之。

3 结论与讨论

花青素的合成受许多因子的影响,如磷、钾和光照等环境因子[39]。施用磷肥、钾肥均能提高紫甘薯的花青素含量[25]。与对照相比，试验中花青素含量在各个施肥条件下均有不同程度的提高，整体上显示，单施磷肥在60、100 kg/hm2水平下，花青素含量的提高程度较低，在80 kg/hm2水平下花青素含量的提高程度最高。单施钾肥在10、20 kg/hm2水平下，花青素含量的提高程度较低，在15 kg/hm2水平下花青素含量的提高程度最高。磷钾肥配施在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较多，5∶1 配比下花青素含量提高最少。这与李霞[33]、史春余[40]的研究结论一致，说明适宜的施肥量、施肥配比有利于花青素的累积，花青素含量与施肥量不是单一的关系，不会随着施肥量的提高而升高。

单施磷肥、钾肥处理的花青素含量均比配施磷钾肥的花青素含量低，说明适宜的配施可以较大程度提高花青素含量。同时，秦紫2 号、紫罗兰在单施磷、钾肥时表现不同。与单施磷肥相比，在单施钾肥时，秦紫2 号花青素含量整体较高；紫罗兰表现恰好相反，单施磷肥花青素含量整体较高。说明不同品种的紫薯对不同肥料敏感性不同。

与不覆膜相比，覆黑膜和覆白膜均可以促进花青素含量累积，不同覆膜方式花青素的提高程度不同。与覆白膜相比，覆黑膜花青素含量整体表现更高。有研究表明，遮阴条件下，紫心甘薯块根的淀粉含量和淀粉积累速率显著降低，而可溶性糖含量却显著增加[41]。而糖原（包括可溶性糖）是紫薯种薯花青素合成的前体物质之一，因此，覆黑膜处理有助于花青素含量的提高。

本研究结果表明，不同的外界因子对紫薯种薯花青素含量影响不同，合理的施肥量和配比可以显著提高花青素含量，磷钾肥配施与单施磷肥、单施钾肥相比，花青素含量更高；单施磷肥与单施钾肥相比，秦紫2 号单施钾肥花青素含量较高，紫罗兰单施磷肥花青素含量较高，说明不同品种对肥料的利用效果存在差异。不同的覆膜方式也会对花青素含量的提高产生影响，覆黑膜整体花青素含量比覆白膜和不覆膜高。