甘薯耐低钾基因型苗期筛选及综合评价

刘 明 范文静 赵 鹏 靳 容 张强强 朱晓亚 王 静 李 强,*

甘薯耐低钾基因型苗期筛选及综合评价

刘 明1,2范文静1,3赵 鹏1靳 容1张强强1朱晓亚1王 静1李 强1,2,*

1江苏徐淮地区徐州农业科学研究所 / 农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室, 江苏徐州 221131;2江苏师范大学, 江苏徐州 221116;3安徽农业大学农学院, 安徽合肥 230036

为建立甘薯苗期耐低钾能力评价体系, 筛选耐低钾和低钾敏感型甘薯材料, 通过水培试验设置了低钾胁迫(0 mmol L–1K2O)和正常钾处理(10 mmol L–1K2O), 对来自国内外不同薯区的214份甘薯品种(系)材料进行培养, 收集生物量、钾积累量、钾含量、钾利用效率等11个性状表征值, 计算各指标耐低钾胁迫指数。利用综合隶属函数法, 进行主成分分析、回归分析和聚类分析, 综合评价各甘薯材料耐低钾能力。结果表明, 不同甘薯材料在2个钾水平下的生物量和钾吸收利用特征均有明显差异; 低钾胁迫下地上部干重(SB)、地上部干物质增加量(SBI)、根系干物质增加量(RBI)、总干物质增加量(PBI)、地上部钾积累量(KAS)、根钾积累量(KAR)、总钾积累量(KAP)、地上部钾含量(KCS)和根系钾含量(KCR)等9个指标与正常钾处理相比均降低29%以上, 而根冠比(RSR)和钾生理利用效率(KUE)分别提高29.63%和120.56%。低钾胁迫下, 不同甘薯材料的SB、SBI、PBI、KAS、KAP、KCS、KCR和KUE等8个指标的变异系数均高于正常钾处理。对11个指标的耐低钾胁迫指数进行主成分分析, 选择了3个主成分, 累计方差贡献率达82.86%; 11个指标的耐低钾敏感指数均与耐低钾综合评价值()极显著相关。选择了SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标作为筛选评价指标, 根据聚类热图分析将214份甘薯材料划分为耐低钾型、中间型和不耐低钾型; 方差分析表明, 耐低钾型品种与其他类型品种相比具有较高的耐低钾胁迫指数,值也排列前位, 验证了聚类结果的准确性。综合本研究结果, SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标可作为甘薯苗期耐低钾能力筛选的首选指标; 筛选出甘薯苗期耐低钾能力最强的6个品种, 分别为济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号、龙薯9号。

甘薯; 耐低钾胁迫; 品种筛选; 评价指标

甘薯是重要的粮食、饲料和工业原料作物, 中国的甘薯种植面积和产量均居世界第1位[1]。甘薯是较典型“喜钾”作物, 钾素营养的高低对甘薯生长发育及产量品质形成具有显著的影响[2-3]。而我国主要甘薯种植区域内土壤钾缺乏程度相对严重, 成为制约甘薯产量提高和品质改善的主要因素之一[4-5]。因此, 选育耐低钾甘薯品种, 挖掘甘薯钾高效利用潜力, 提高甘薯钾利用效率, 对缓解钾资源缺乏困境、保护生态环境、促进农业可持续发展等具有重要意义。

耐低钾材料的筛选鉴定是提高钾利用效率的有效途径, 是耐低钾品种选育的重要基础。已有研究表明不同作物的不同基因型间存在钾吸收利用的显著差异[6-9], 这种差异包括根系对土壤钾的活化和吸收能力。如低钾胁迫下耐低钾型玉米品种通过增加根系的长度、体积和表面积来促进钾的吸收[10]; 在甘薯上, 块根干物质产量、总生物量、钾浓度、钾累积量及钾利用效率均存在品种间差异[11], 这种差异是挖掘甘薯钾高效利用基因、分析耐低钾分子机制的前提。陆潭等[12]依据生物量指标从25份大豆材料中筛选出耐低钾品种Lee 68。罗曦等[13]将159份遗传差异较大的不同水稻品种的6个性状(苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、苗长和根长)的相对指数之和的平均值作为综合指数, 根据综合指数筛选出18份耐低钾和10份低钾敏感的水稻品种。赵信林等[14]以产量性状为基础比较不同小麦品种对钾的吸收效率和利用效率, 从长江三角洲地区主要种植的小麦品种中筛选出钾吸收高效小麦品种3个和钾利用高效小麦品种3个。由此可见, 植株的地上部和地下部生物量、钾含量、钾积累量、钾利用效率等指标可作为耐低钾品种筛选的参考指标。此外, 仅采用单一指标和统计学方法如聚类分析、相关分析等难以全面反映作物的耐胁迫能力, 采用适宜的多指标综合评价方法才可能进行全面准确的筛选鉴定[15]。目前, 关于作物耐低钾品种的筛选鉴定研究主要集中在水稻、小麦、大豆等大作物上, 关于甘薯耐低钾品种的筛选及鉴定工作鲜有报道, 甘薯耐低钾品种筛选的指标和评价体系尚不完善。

因此, 本研究以江苏徐淮地区徐州农业科学研究所“国家甘薯品种资源库”收集和保存的国内外214份甘薯材料为研究对象, 采用水培试验的方式, 在低钾和正常钾条件下研究苗期不同甘薯品种(系)的生物量、钾含量、钾积累量和钾利用效率的差异, 基于各项指标的钾胁迫指数进行主成分分析和综合评价指标的回归分析, 建立甘薯苗期耐低钾胁迫的评价体系, 通过聚类热图筛选出耐低钾型甘薯材料, 为甘薯耐低钾品种的选育和钾高效利用基因挖掘提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的214份甘薯材料(表1)为江苏徐淮地区徐州农业科学研究所“国家甘薯品种资源库”收集和保存, 来源于国内各甘薯主产区的育成品种(系)和地方品种, 以及从国外引进的甘薯品种。

1.2 试验设计

试验于2021年7月份在江苏徐州甘薯研究中心温室大棚内(34°16'N, 117°17'E)进行, 采用水培法种植甘薯幼苗。试验开始前, 从同一苗床中剪取健壮且长势一致(三叶一心, 基部茎粗11～13 mm, 茎长15 cm±0.5 cm, 3个节间)的甘薯幼苗放置阴凉处, 逐一称重后栽插到36张泡沫板上。每张泡沫板长0.95 m, 宽0.60 m, 泡沫板上有均匀分布的小孔, 单株幼苗用定植棉包裹放入孔中。每张泡沫板可栽植6个品种, 每个品种3株作为3个重复。泡沫板漂浮在长10.80 m、宽1.90 m、高0.20 m的清水池中, 缓苗5 d后加入改良Hoagland营养液。营养液中以CaCl2替代Ca(NO3)2, 以NH4H2PO4替代KH2PO4, 通过添加硫酸钾设置2个钾水平: 低钾处理(0 mmol L–1K+, LK)和正常处理(10 mmol L–1K+, CK), 培养过程甘薯幼苗无病虫害症状。

表1 供试甘薯材料

(续表1)

(续表1)

第20天时2组处理的植株症状差异明显, 当日全部收获取样。

1.3 指标测定

1.3.1 生物量 试验开始前各品种另取3株在75℃烘箱内烘干72 h后测定干率, 初始干重=初始鲜重×干率。试验处理结束时将各植株地上部/地下部分别装进信封后, 在75℃烘箱内烘干72 h后, 称其干重。

地上部干物质增加量=地上部干重–初始干重, 根系干物质增加量=结束时地下部干重, 总干物质增加量=地上干重+根系干重–初始干重。

1.3.2 钾含量和钾素利用效率 将烘干后植株用旋风磨粉碎后用H2SO4-H2O2法消煮, 采用火焰光度计分别测定地上部和地下部钾含量, 并计算相关指标。

钾积累量=钾含量×干物重, 钾素生理利用效率=总干物质增加量/钾素积累量, 根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.3.3 耐低钾胁迫指数和综合评价值 耐低钾胁迫指数[7]=低钾处理各性状测定值/正常钾处理各性状测定值。利用主成分分析(PCA)对11个指标的耐低钾胁迫指数进行降维处理, 计算综合评价值, 公式如下:

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理, 用SPSS 20.0进行方差分析、主成分分析和回归分析, Origin 2021绘制聚类热图和箱图。

2 结果与分析

2.1 甘薯苗期生物量和钾吸收利用特征变异分析

不同甘薯品种在2个钾水平下的生物量和钾素吸收利用有明显差异(表2)。与正常钾处理相比, 低钾胁迫下地上部干重、地上部干物质增加量、根系干物质增加量、总干物质增加量、地上部钾积累量、根钾积累量、总钾积累量、地上部钾含量和根系钾含量等9个指标均明显降低。其中, 除地上部干重(43.41%)和根系干物质增加量(29.09%)外, 其他指标降幅均达到70%以上, 说明低钾胁迫下甘薯苗期生长发育受到明显抑制, 生物量、钾含量、钾积累量等对低钾胁迫的响应较大。相比之下, 低钾胁迫下根冠比和钾生理利用效率分别比正常钾处理提高29.63%和120.56%, 这可能是甘薯响应低钾胁迫的适应性反应。

正常钾处理下各指标的变异系数范围为19.53%～49.49%, 而低钾处理下的变异系数范围为29.68%～246.61% (表2), 除根系干物质增加量、根冠比和根钾积累量外, 其余指标的变异系数均高于正常钾处理。表明低钾处理下甘薯幼苗的单项指标间离散程度变大, 品种间的差异显著增加, 这有利于更好地筛选耐低钾品种。11个指标的变异系数在2种钾水平处理下均很高, 说明对钾素水平响应敏感。

2.2 甘薯苗期耐低钾胁迫指数的主成分分析

对11个指标的耐低钾胁迫指数进行主成分分析, KMO和Bartlett检验值为0.634, sig值为0.000。各个成分特征值的大小代表各个主成分对总遗传方差的贡献(表3), 前3个主成分特征值均大于1, 方差贡献率分别为44.10%、22.08%和16.68%, 累积方差贡献率为82.86%; 这3个主成分代表11个钾敏感系数指标的主要信息, 可以解释原始值中的大部分变异。在第1主成分(PC1)中, 总钾积累量(加权系数为0.908, 下同)、总干物质增加量(0.893)、地上部钾积累量(0.821)、地上部干物质增加量(0.769)和根钾积累量(0.734)加权系数较高, 且各指标均对PC1有正向影响。第2主成分中, 根系干物质增加量、根冠比、钾素生理利用效率和地上部干重加权系数较高, 分别为0.730、0.549、0.445和0.400; 而地上部钾含量(–0.743)、根钾含量(–0.506)和地上部钾积累量(–0.456)对PC2的负向影响较大。第3主成分(PC3)中, 根冠比(0.682)、根钾积累量(0.546)和根钾含量(0.433)的加权系数远大于其他指标。3个主成分中PC1为钾水平响应的高度敏感主成分, PC2为中度敏感主成分, PC3为低度敏感主成分。

表2 不同钾水平下甘薯苗期各性状变异分析

表3 11 个指标的前3个主成分加权系数、特征值、方差贡献率及累积贡献率

2.3 甘薯苗期耐低钾性鉴定指标的筛选

相关性分析表明, 耐低钾综合评价值()与11个指标的相关性均达极显著差异水平(表4), 其中根钾积累量、总干物质增加量、根系干物质增加量、总钾积累量和地上部干重与值的相关性较高, 相关系数分别为0.883、0.840、0.809、0.779和0.696。以值作为因变量, 以相关系数最高的7个耐低钾胁迫指数指标作为自变量进行逐步回归分析, 排除地上部干重对模型的多重共线性影响, 得到因变量值和其余6个自变量的回归方程:= –1.993+ 0.4121+0.8772+0.6763+1.2584+3.5235+1.6726。其中,为耐低钾综合评价的预测值,1代表地上部干物质增加量,2代表根系干物质增加量,3代表总干物质增加量,4代表地上部钾积累量,5代表根系钾积累量,6代表总钾积累量, 各指标的系数代表各指标对耐低钾综合评价值()的影响权重, 回归方程的决定系数为2=0.994 (<0.001)。

表4 11个耐低钾胁迫指数与耐低钾综合评价值(Y)的相关系数

**表示在0.01概率水平显著相关。

**means significant correlation at the0.01 probability level.

综合比较相关性分析和回归分析的结果, 地上部干物质增加量、根系干物质增加量、总干物质增加量、地上部钾积累量、根钾积累量、总钾积累量等6个指标可作为甘薯苗期耐低钾能力评价的首选指标。地上部干重、根冠比、地上部钾含量、根钾含量和钾生理利用效率这5个性状可作为甘薯苗期耐低钾能力评价的次选指标。

2.4 甘薯苗期耐低钾基因型的筛选

以6个耐低钾胁迫指数作为指标, 采用平均欧式距离(Euclidean)法进行聚类热图分析, 颜色变化梯度可以直观地反映数据的大小及差异(图1)。根据聚类结果, 可将不同甘薯基因型划分为3类。第I类有6个品种(系), 分别为济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号和龙薯9号, 其地上部干重、地上部干物质增加量、根系干物质增加量和总干物质增加量均较大, 综合评价值的平均值为4.34, 变幅范围为2.85～5.61。第II类有广薯146、防紫9号、广紫薯9号、渝紫7号、桂经薯9号、万薯7号、1375-11、渝薯6号、广薯98、渝薯153等10个品种(系), 表现为地上部干物质增加量和根系干物质增加量较大, 但小于第I类, 其耐低钾综合评价值的平均值为1.59, 变幅范围为0.83～2.64。其余198个品种划分到第III类, 表现为大部分品种的地上部干重、地上部干物质增加量和根系干物质增加量明显均低于第I类和第II类, 31个品种的总干物质增加量最低, 汝城小紫、烟台红、黔紫薯1号、南紫015、济黑、商徐紫1号、福薯26、鲁薯18、红尾薯、徐紫薯5号、农岩7-3、泉薯10号等品种的地上部钾积累量、根系钾积累量和总钾积累量均最小。第III类的耐低钾综合评价值的平均值为–0.21, 显著低于中间型和耐低钾型品种。综合分析聚类结果, 第I类为耐低钾型, 第II类为中间型, 第III类为不耐低钾型。

2.5 不同耐低钾型甘薯农艺性状比较

对不同耐低钾型甘薯的分类进行进一步验证, 将3种类型甘薯各农艺性状的耐低钾胁迫指数进行方差分析(图2)发现, 除根冠比外, 耐低钾型品种(系)的其他10个指标的耐低钾胁迫指数均高于中间型和不耐低钾型; 其中, 地上部干重、地上部干物质增加量、根系干物质增加量、总干物质增加量、地上部钾积累量、根钾积累量、总钾积累量和钾生理利用效率等8个指标显著高于中间型和不耐低钾型(<0.05)。中间型品种(系)的地上部干重、根系干物质增加量、总干物质增加量、根冠比、根钾积累量、总钾积累量和钾生理利用效率7个指标耐低钾胁迫指数均高于不耐低钾型; 其中, 地上部干重、根系干物质增加量、根冠比和根钾积累量在中间型和不耐低钾型之间达到显著差异水平。这说明耐低钾型品种的耐低钾胁迫能力高于中间型和不耐低钾型, 不耐低钾型表现最差, 进一步验证了聚类结果的准确性。就耐低钾型和不耐低钾型2个类型而言, 地上部干物质增加量的均值降幅最大, 其次为根系干物质增加量、总干物质增加量和根系钾积累量, 降幅最小的是地上部钾含量和根钾含量, 说明干物质增加量和根系钾积累量是衡量甘薯耐低钾能力的重要指标。

3 讨论

中国钾肥资源较短缺, 农作物生产中钾素的大量使用也是一种普遍现象, 因此, 提高农作物的钾利用效率是解决此问题最有效的方法之一。甘薯作为喜钾作物, 适量供钾可促进块根膨大和干物质积累, 但不同品种对土壤中钾营养利用能力不同[2,16]。因此, 筛选甘薯耐低钾基因型, 解析不同耐低钾基因型的遗传差异基础, 进一步培育耐低钾甘薯品种(系), 是提高甘薯钾利用效率的重要策略。

3.1 甘薯苗期不同钾水平下生物量及钾效率相关性状的差异

本研究发现, 与正常钾处理相比, 低钾胁迫下甘薯的地上部干重和地上部干物质增加量降幅较大(分别为43.69%和87.97%), 而根系干物质增加量降幅较小(30.36%), 根冠比增大(表2), 表明低钾胁迫对苗期甘薯根部的抑制比地上部弱, 这与水稻上的研究结果类似[17]。其原因可能是在低钾胁迫下耐低钾或较耐低钾基因型的根长普遍大于对照根长, 因而总体上根干重降幅较小[13]。在本试验的2个施钾水平下, 不同甘薯品种(系)根系的钾含量变化均较小, 而地上部的钾含量差异都很大; 地上部的钾积累量均明显高于根系, 这在一定程度上说明甘薯地上部在苗期起到一个钾库的作用, 当外界环境缺钾时, 植株中的钾会较多地转移到地上部中, 以保证生长的进行。变异系数反映了各农艺性状对胁迫的敏感程度, 变异系数越大, 说明品种间受胁迫影响的差异越大[18]。本研究结果表明, 除根系干物质增加量、根冠比和根钾积累量外, 其余指标在低钾下的变异系数均高于正常钾处理。表明低钾处理加大了品种间的差异, 单项指标间离散程度变大, 这有利于更好地筛选耐低钾品种。

图1 不同甘薯基因型耐低钾能力的系统聚类图

SBI: 地上部干物质增加量; RBI: 根系干物质增加量; PBI: 总干物质增加量; KAS: 地上部钾积累量; KAR: 根系钾积累量; KAP: 总钾积累量。

SBI: shoot biomass increase; RBI: root biomass increase; PBI: plant biomass increase; KAS: K accumulation in shoot; KAR: K accumulation in root; KAP: K accumulation in plant.

图2 不同耐低钾型甘薯农艺性状综合评价

SB: 地上部干重; RSR: 根冠比; KCS: 地上部钾含量; KCR: 根系钾含量; KUE: 钾生理利用效率; SBI: 地上部干物质增加量; RBI: 根系干物质增加量; PBI: 总干物质增加量; KAS: 地上部钾积累量; KAR: 根系钾积累量; KAP: 总钾积累量。

SB: shoot biomass; RSR: root-shoot ratio; KCS: K concentration in shoot; KCR: K concentration in root; KUE: K physiological utilization efficiency; SBI: shoot biomass increase; RBI: root biomass increase; PBI: plant biomass increase; KAS: K accumulation in shoot; KAR: K accumulation in root; KAP: K accumulation in plant.

3.2 苗期甘薯耐低钾指标的筛选

不同作物的形态、生理和生化指标性状多而杂, 环境胁迫对不同作物生长发育的影响也不尽相同, 因此不同研究者评价和鉴定作物耐低钾能力的指标缺乏统一的标准。徐顺莉等[19]对切花菊群体进行耐低钾评价时, 选择了相对生物量、钾含量和钾累积量作为耐低钾特性的评价指标。在对棉花群体进行钾高效基因型筛选时, 田晓莉等[20]以棉花五叶期生物量、吸钾量和钾利用指数为主要筛选指标, 并结合了根长、根表面积进行了评价。但目前对甘薯耐低钾基因型进行筛选的研究相对较少, 唐忠厚等[21]曾在2013年结合了长期肥料定位试验, 将甘薯块根钾利用效率与钾敏感性作为耐低钾甘薯基因型筛选的主要指标。在本研究中, 钾利用效率与综合评价值也呈极显著相关关系(表4), 但与其他指标相比相关系数较小, 可能是由于甘薯是块根作物, 但苗期尚未有块根形成, 与大田试验中以块根产量计算的钾生理利用效率有所差异。因此, 本研究参照前人的研究方法, 基于11个性状的主成分分析(表3)和回归分析, 建立了甘薯耐低钾能力综合评价值的回归方程, 根据相关系数(表4)和回归系数选择了地上部干物质增加量、根系干物质增加量、总干物质增加量、地上部钾积累量、根钾积累量、总钾积累量6个指标作为甘薯苗期耐低钾能力评价的首选指标, 根冠比、地上部钾含量、根钾含量和钾生理利用效率等4个指标可作为次选指标。

3.3 甘薯耐低钾类型划分和综合评价

在以往的品种筛选研究中大多只是通过简单的聚类分析开展[22-23], 指标反应不全面, 评价体系较为单一。近年来越来越多的品种筛选研究采用主成分分析、隶属函数和聚类分析相结合的方式, 如筛选耐低钾玉米[24]和棉花[25]品种等, 得到的结果更加可靠。本研究在主成分分析基础上获得耐低钾综合值, 采用相关性分析和回归分析筛选耐低钾能力评价指标, 结合聚类热图分析, 将214份甘薯材料划分为耐低钾型、中间型和不耐低钾型3种类型(图1)。其中, 济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号、龙薯9号为耐低钾型品种。进一步分析发现, 低钾胁迫下6个耐低钾型品种与其他类型品种相比具有较高的耐低钾胁迫指数(图2), 综合评价值也排列前位, 验证了聚类结果的准确性。

本试验采用的方法为营养液培养, 与大田试验和盆栽试验等常用方法相比, 该方法的优点是培养过程更容易控制单一元素的变量, 简单有效[26]。在棉花[27]上的研究表明耐低钾品种苗期与全生育期对低钾胁迫的响应基本一致, 罗曦等[13]在水稻苗期进行耐低钾品种筛选, 并利用筛选得到的耐低钾和低钾敏感品种构建重组自交系定位到与耐低钾相关性状的QTL位点, 这些研究为甘薯苗期进行耐低钾品种快速筛选提供了重要的参考。但甘薯作为块根作物, 其大田生长特性和苗期有一定差别, 尤其块根膨大后钾的吸收和利用可能有所不同。因此, 本研究结果筛选出来的不同耐低钾型品种尚需进一步在大田环境中验证, 甘薯耐低钾生理机制和钾高效利用基因挖掘还需进一步深入研究。

4 结论

低钾胁迫下, 苗期甘薯的生物量、钾含量、钾积累量等指标比正常处理下明显下降, 但根冠比和钾生理利用效率提高。根据主成分分析和相关性分析选择了地上部干物质增加量、根系干物质增加量、总干物质增加量、地上部钾积累量、根钾积累量、总钾积累量等6个指标作为甘薯耐低钾评价的指标。214份甘薯材料划分为耐低钾型、中间型和不耐低钾型3种类型。济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号、龙薯9号等6个品种被筛选为苗期耐低钾型品种, 各性状耐低钾胁迫指数高于与其他类型品种, 其薯块的耐低钾能力将在大田试验中进行进一步验证。

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Genotypes screening and comprehensive evaluation of sweetpotato tolerant to low potassium stress at seedling stage

LIU Ming1,2, FAN Wen-Jing1,3, ZHAO Peng1, JIN Rong1, ZHANG Qiang-Qiang1, ZHU Xiao-Ya1, WANG Jing1, and LI Qiang1,2,*

1Xuzhou Institute of Agricultural Sciences in Jiangsu Xuhuai District / Key Laboratory of Sweetpotato Biology and Genetic Breeding, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xuzhou 221131, Jiangsu, China;2Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, Jiangsu, China;3College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China

The purpose of this study was to establish a lowpotassium (K) tolerant evaluation system for sweetpotato at seed ling stageand to screen sweetpotato materials with low-K-tolerant and low-K-sensitive. 214 sweetpotato varieties (lines) from domestic and abroad were cultured under low-K-stress (0 mmol L–1K2O, LK) and normal K treatment (10 mmol L–1K2O, CK) through a hydroponic experiment. 11 traits, such as biomass, K accumulation, K content, and K utilization efficiency were collected to calculate the low-K-stress tolerance index of each index. The low-K-tolerant ability of each sweetpotato material was comprehensively evaluated by principal component analysis (PCA), regression analysis, and cluster analysis. The results showed that the biomass and K uptake and utilization characteristics of different sweetpotato materials were different under two K levels. Under LK treatment, shoot biomass (SB), shoot biomass increase (SBI), root biomass increase (RBI), total biomass increase (PBI), K accumulation in shoot (KAS), K accumulation in root (KAR), K accumulation in plant (KAP), K concentration in shoot (KCS), and K concentration in root (KCR) decreased by more than 29% compared with CK, while root shoot ratio (RSR) and K physiological utilization efficiency (KUE) increased by 29.63% and 120.56%, respectively. Under LK treatment, the variation coefficients of SB, SBI, PBI, KAS, KAP, KCS, KCR, and KUE of different sweetpotato materials were higher than those of CK treatment. Principal component analysis was carried out on the low-K-stress tolerant index of 11 indexes. Three principal components (PC) were selected and the cumulative variance contribution rate was 82.86%. The low-K-tolerant index of 11 indicators was significantly correlated with the comprehensive evaluation value () of low-K-tolerant. Selected SBI, RBI, PBI, KAS, KAR, KAP as screening evaluation indicators, 214 sweetpotato materials were divided into low-K-tolerant type, intermediate type and low-K-sensitive type according to cluster heat map analysis. The variance analysis showed that the low-K-tolerant varieties had higher low-K-stress tolerance index than other types of varieties, and the-value was also in the top, which verified the accuracy of the clustering results. Based on the results of this study, SBI, RBI, PBI, KAS, KAR, and KAP can be used as the first selection indexes for the screening of sweetpotato with different low-K-tolerance ability at seedling stage. Six genotypes with the strongest tolerance to low K at seedling stage were selected, which were Jizishu 18, Guangzishu 2, Longshu 710, Taizhong 6, Shenglibaihao, and Longshu 9.

sweetpotato; low-K-tolerant; variety screening; evaluation indicators

10.3724/SP.J.1006.2023.24080

本研究由财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-10), 国家重点研发计划项目(2018YFD1000704)和江苏省重点研发计划项目(BE2021311)资助。

This study was supported by the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-10), the National Key Research and Development Program of China (2018YFD1000704), and the Key Research and Development Program of Jiangsu Province (BE2021311).

李强, E-mail: instrong@163.com

E-mail: liuming0506@163.com

2022-04-02;

2022-07-21;

2022-08-18.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220817.1618.004.html

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