低钾条件下不同基因型甜瓜产量、品质及钾素吸收利用差异分析

康利允，李晓慧，高宁宁，梁 慎，李海伦，王慧颖，常高正，徐小利，赵卫星

（河南省农业科学院 园艺研究所，河南 郑州 450002）

甜瓜（Cucumis meloL.）是世界重要水果之一，根据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，2019 年我国甜瓜年播种面积3.876×105hm2，年总产量1.359 4×107t。随着我国种植结构的调整，甜瓜生产在促进农民增收及农村经济发展方面具有重要的现实意义。钾是作物必需的大量元素之一，参与植物体内酶活化、渗透调节、蛋白质合成及同化产物转运过程等[1]，作为“品质元素”的钾素是作物形成高产、品质改善的关键元素[2]。甜瓜是喜钾作物，对钾元素需求量超过氮、磷[3]。有研究表明，施用钾肥对作物产量贡献率达25.9%～81.0%[4]，对作物糖含量贡献率达7.15%～13.52%[5]。甜瓜生产过程中往往为追求高产而过量施用钾肥，造成养分比例失调、肥料利用率较低、产量和品质降低的现象[6-7]，导致生产成本过高、环境污染等问题。有研究认为，作物对钾素的吸收和利用能力存在明显的基因型差异，导致产量、品质、钾素积累量、钾素利用效率等亦存在显著差异，这在烟草[8]、大豆[9]、棉花[10]等作物上进行了较多研究。杜琪等[11]和张海鹏等[12]研究均发现，低钾胁迫会抑制作物根系生长，降低根系活力，破坏根系结构，降低根系对钾素的吸收和运移能力，导致减产，品质变劣，且不同基因型品种间存在明显差异。利用不同基因型的遗传特征，充分发掘作物自身高效利用钾素的遗传潜力，是实现钾肥高效利用、节肥增产的有效途径之一[13]。目前国内外关于低钾条件下不同基因型甜瓜产量、品质及钾素吸收利用差异分析的研究报道较少见，因此，采用大田试验，在前期工作基础上选用耐低钾品种（系）雪蜜和将军玉、低钾敏感型品种（系）T221 和T120 为试验材料，综合分析不同基因型甜瓜产量、品质、钾素积累及钾利用效率的差异，以期为甜瓜耐低钾品种筛选和培育及甜瓜优质高效生产提供科学依据。

1 材料和方法

试验于2019 年3—6 月在河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地连栋棚内进行。播前0～20 cm土层速效钾含量为148.9 mg/kg。

1.1 试验设计

供试甜瓜品种（系）为耐低钾型（雪蜜、将军玉）和低钾敏感型（T221、T120），设置2 个施钾（K2O）水平：0 kg/hm2低钾处理（LK）和300 kg/hm2适钾处理（CK），钾肥做基肥于播前瓜行条施。每处理重复3次。每重复种20 株，定植行株距为1.1 m×0.4 m。设于棚内中段，两头留有4 m长的缓冲带，以避免因棚口温度和湿度差异较大而引起的误差。

试验于2019年3月14日采用基质穴盘育苗，3～4叶1心时（4月24日）定植，7月6—12日收获，采用膜下滴灌方式进行灌溉，根据小区土壤含水率每次灌溉至田间持水率的80%左右，伸蔓期进行摆蔓、整枝、留瓜，其他管理措施同常规。每株在主蔓10～13节子蔓留瓜1个，主蔓25节打顶。各处理均基施纯N 60 kg/hm2和P2O5150 kg/hm2，伸蔓期、膨果期分别追施纯N 60 kg/hm2。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量和品质 果实成熟后，每重复采集生长整齐一致的10 株果实，称其质量，计算产量。每重复取有代表性果实5个，称其单瓜质量，然后用刀将果实纵向切开，测量果实纵径、横径，再用手持测糖仪测定果实中心、边部可溶性固形物含量。可滴定酸含量采用NaOH 滴定法测定[14]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定[14]，维生素C 含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定[14]。

1.2.2 钾素测定 成熟期每重复取3株植株，将茎、叶、果分开后置于烘箱内105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒质量称其干质量。植株干样粉碎后，采用浓硫酸-过氧化氢法消煮，火焰光度法测定钾含量[15]。

1.2.3 相关指标计算方法 果形指数=纵径/横径；钾素积累量=各器官干物质量×钾含量；固酸比=中心可溶性固形物含量/可滴定酸含量；钾素分配比例=各器官钾素积累量/植株钾素积累量；钾素利用效率=（施钾区产量-不施钾区产量）/（施钾区钾素积累量-不施钾区钾素积累量）；钾素生产效率=（施钾区产量-不施钾区产量）/施钾量；钾肥利用率=（施钾区钾素积累量-不施钾区钾素积累量）/施钾量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003 处理数据及制图，SPSS 13.0中邓肯法进行差异性多重比较。

2 结果与分析

2.1 低钾对甜瓜产量及产量构成因素的影响

由表1 可知，与CK 相比，低钾处理可使甜瓜果实纵径、横径、果形指数降低，但仅有T120纵径达到了5%显著水平。与CK 相比，低钾处理下T221 和T120产量分别下降了7.62%和10.22%，单瓜质量分别下降了9.66%和10.47%，差异均达5%显著水平；低钾处理下雪蜜和将军玉产量分别下降了5.22%和4.97%，单瓜质量分别下降了4.80%和6.80%，但差异均未达显著水平。说明施钾提高甜瓜产量主要是通过提高单瓜质量来实现的。与CK 相比，低钾处理雪蜜和将军玉产量和单瓜质量的降低幅度远低于T221 和T120，表明将军玉和雪蜜对钾肥反应较小，在低钾条件下亦能形成较高的产量，T221 和T120对钾肥反应敏感。

表1 不同施钾水平下不同基因型甜瓜产量及产量构成因素的差异Tab.1 Differences of yield and yield components of melon with different genotypes under different potassium application

2.2 低钾对甜瓜品质的影响

2.2.1 糖度和酸度 低钾处理可使甜瓜果实中心、边部可溶性固形物含量明显下降（表2），与CK 相比，低钾处理T221 和T120 中心可溶性固形物含量分别下降了15.85%和14.42%，边部可溶性固形物含量分别下降了16.54%和17.82%，降低幅度均达5%显著水平；低钾处理雪蜜和将军玉中心可溶性固形物含量分别下降了3.79%和5.02%，边部可溶性固形物含量分别下降了6.51%和8.60%。低钾条件下甜瓜可滴定酸含量的变化趋势与可溶性固形物含量的变化趋势相反，表现为低钾处理增加可滴定酸含量，与CK 相比，低钾处理下T221 和T120 可滴定酸含量分别增加了12.86%和14.00%，雪蜜和将军玉分别增加了6.77%和8.27%，其中T221 和T120差异均达5%显著水平。

表2 不同施钾水平下不同基因型甜瓜糖度和酸度的差异Tab.2 Differences of sugar and acidity of melon with different genotypes under different potassium application

果实固酸比越大表明果实品质越好。低钾处理对甜瓜固酸比的影响与可溶性固形物含量相似，低钾条件下可使甜瓜固酸比明显下降，与CK 相比，低钾处理下T221和T120固酸比分别下降了26.24%和24.99%，且差异均达到了5%显著水平，雪蜜和将军玉分别下降了9.80%和12.57%，但差异未达显著水平。与CK 相比，低钾条件下雪蜜和将军玉中心、边部可溶性固形物含量及固酸比减少量远低于T221和T120，可滴定酸含量的增加幅度亦远远低于T221 和T120，表明雪蜜和将军玉对钾肥反应较小，在低钾条件下亦能形成较高的可溶性固形物含量和固酸比，减少可滴定酸含量增加幅度，改善甜瓜口感，而T221和T120对钾肥反应敏感。

2.2.2 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白是一种重要的渗透调节物质[16]，也是一种重要的营养物质[17]。低钾处理可使甜瓜可溶性蛋白含量明显下降（图1）。与CK 相比，低钾处理下T221 和T120 可溶性蛋白含量分别下降了14.39%和18.97%，且差异显著（P＜0.05），雪蜜和将军玉分别下降了4.11%和8.21%。与CK 相比，低钾条件下雪蜜和将军玉可溶性蛋白减少量远低于T221 和T120，表明雪蜜和将军玉对钾肥反应较小，在低钾条件下亦能形成较高的可溶性蛋白含量，改善甜瓜营养品质，而T221 和T120对钾肥反应敏感。

图1 不同施钾水平下不同基因型甜瓜可溶性蛋白含量的差异Fig.1 Differences of soluble protein content of melon with different genotypes under different potassium application

2.2.3 维生素C 含量 维生素C 作为一些酶、自由基的清除剂及一些物质生物合成的底物等[18-19]，在植物新陈代谢过程中具有重要作用，且是甜瓜的一个重要品质指标。低钾水平下可使甜瓜维生素C含量明显下降（图2）。与CK 相比，低钾处理下T221和T120 维生素C 含量分别下降了23.51% 和27.80%，且差异显著（P＜0.05），雪蜜和将军玉分别下降了12.41%和8.66%。与CK 相比，低钾条件下雪蜜和将军玉维生素C 含量的降低幅度远低于T221 和T120，表明雪蜜和将军玉对钾肥反应较小，在低钾条件下亦能形成较高的维生素C 含量，改善甜瓜营养品质，而T221和T120对钾肥反应敏感。

图2 不同施钾水平下不同基因型甜瓜维生素C含量的差异Fig.2 Differences of vitamin C content of melon with different genotypes under different potassium application

2.3 低钾对甜瓜钾素积累与分配的影响

低钾处理可使甜瓜成熟期茎、叶、果及植株钾素积累量明显下降（表3），与CK 相比，低钾处理T221 和T120 茎、叶、果及植株钾素积累量分别下降了17.94%、20.32%、24.02%、21.49%和20.58%、18.96%、23.26%、21.44%，差异均达5%显著水平；低钾处理雪蜜和将军玉茎、叶、果及植株钾素积累量分别下降了8.85%、9.48%、7.35%、8.16%和10.90%、9.84%、5.87%、8.29%，但降低幅度均未达5%显著水平。与CK 处理相比，低钾处理雪蜜和将军玉各器官钾素积累量的降低幅度远低于T221 和T120，表明将军玉和雪蜜对钾肥反应较小，在低钾条件下亦能吸收利用更多的钾素，T221 和T120 对钾肥反应敏感。

表3 不同施钾水平下不同基因型甜瓜各器官成熟期钾素积累与分配的差异Tab.3 Differences of K accumulation and distribution of melon with different genotypes under different potassium application

由表3 还可知，不同器官钾素分配比例为果最多，其分配比例达47.39%～55.33%，其次是茎，叶最少（除T120 茎＜叶外）。与CK 相比，低钾处理T221和T120 果分配比例均减少，分别下降了3.23%和2.27%，雪蜜和将军玉则相反，分别增加了0.89%和2.70%，但差异均未达显著水平。与CK 相比，低钾条件下T221 和T120 果钾素分配比例较低，即T221和T120 钾素转运率较低，表明低钾条件下可使T221 和T120 钾素转运率下降，T221 和T120 对钾肥反应敏感，雪蜜和将军玉在低钾条件下有较高的果分配比例。

2.4 低钾对甜瓜钾效率的影响

由表4 可知，雪蜜、将军玉较T221、T120 显著增加了钾素利用效率，平均增加了73.67%，且T120 与T221 间差异亦达显著水平（P＜0.05）。钾素生产效率和钾肥利用率变化趋势则相反，表现为雪蜜、将军玉较T221、T120 显著降低（P＜0.05），分别平均下降了21.76%和55.37%。可见，雪蜜和将军玉能将吸收利用的钾素更多地转移到果实中，且低钾条件下雪蜜和将军玉钾素吸收利用能力亦较强，对钾肥反应不敏感。

表4 不同基因型甜瓜钾效率的差异Tab.4 Differences of potassium efficiency of melon with different genotypes

3 结论与讨论

钾素是影响作物获得优质高产的重要可控因素之一，在作物生长发育过程中起着重要作用[20]。甜瓜是喜钾作物，土壤中钾素供应不足直接影响甜瓜对钾素的吸收，钾素积累量减少，影响产量和品质的提高[21]。本研究中，与CK 相比，低钾处理甜瓜产量和品质均明显下降，这与前人在甜瓜或其他作物上的研究结果基本一致[2，4]。有研究表明，不同种类作物[22]及同一作物不同品种间[23]对钾素的吸收利用能力存在明显差异，耐低钾能力强的基因型作物对低钾胁迫具有更好的适应能力[8]，土壤钾素供应不足可使产量、品质等指标下降幅度小于低钾敏感基因型[10]。前期研究表明，雪蜜和将军玉是耐低钾基因型，在低钾和正常供钾2 种水平下钾积累量接近[24]。本试验结果显示，与CK 相比，低钾处理雪蜜和将军玉的产量、中心和边部可溶性固形物、固酸比、可溶性蛋白及维生素C 含量的降低幅度均远低于T221 和T120，而可滴定酸含量的增加幅度远低于T221 和T120，表明雪蜜和将军玉产量和品质对低钾的敏感程度均低于T221 和T120，耐低钾型品种（系）在低钾条件下亦能形成较高的产量和品质。这与许杰等[25]研究结果一致，在低钾和正常供钾2种水平下，产量和品质越接近，该基因型对施用钾肥越不敏感，为耐低钾基因型，选育低钾胁迫条件下钾高效吸收品种，可实现在低钾条件下亦能获得优质高产的目的。

钾素是作物生长发育的必需营养元素之一，其积累量是作物优质高产形成的基础[26]。提高作物的钾素吸收利用效率，是实现作物高效高产栽培的有效途径[27]。大量研究表明，同一作物不同钾效率基因型间在钾素吸收方面存在较大差异，钾高效基因型在低钾水平下具有较强的钾素吸收利用能力，有较高的钾素积累量[28-29]。本试验发现，与CK 相比，低钾处理雪蜜和将军玉的茎、叶、果及植株钾素积累量的降低幅度远低于T221 和T120，表明在低钾条件下雪蜜和将军玉较T221 和T120 具有更强的钾素吸收能力，能积累更多的钾素，这与杨铁钊等[30]在烤烟上的研究结果一致，且都认为作物钾素积累量可作为耐低钾甜瓜品种筛选的重要指标。本试验还发现，与CK 相比，低钾处理可提高雪蜜和将军玉钾素的果分配比例，而T221 和T120 则相反，表现为下降的趋势，表明土壤钾素供应不足时，耐低钾型品种（系）可促进植株吸收利用的钾素更多地转移到果实中，在保证高产的同时亦改善了果实品质[31]。本研究结果还认为，雪蜜和将军玉较T221 和T120显著增加了钾素利用效率，显著降低了钾素生产效率和钾肥利用率，表明低钾条件下雪蜜和将军玉能将吸收利用的钾素更多地转移到果实中，且低钾条件下雪蜜和将军玉钾素吸收利用能力亦较强，对钾肥反应不敏感，适合低钾条件下种植。针对耐低钾型品种（系）可适当减少钾肥投入，节约成本，减少污染，从而实现甜瓜高产高效栽培，其适合广泛种植，而针对低钾敏感型品种（系）可适当增加钾肥投入，其适合在土壤钾素供应充足条件下种植。