低鉀條件下不同基因型甜瓜產量、品質及鉀素吸收利用差異分析

康利允，李曉慧，高寧寧，梁 慎，李海倫，王慧穎，常高正，徐小利，趙衛星

（河南省農業科學院 園藝研究所，河南 鄭州 450002）

甜瓜（Cucumis meloL.）是世界重要水果之一，根據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計，2019 年我國甜瓜年播種面積3.876×105hm2，年總產量1.359 4×107t。隨著我國種植結構的調整，甜瓜生產在促進農民增收及農村經濟發展方面具有重要的現實意義。鉀是作物必需的大量元素之一，參與植物體內酶活化、滲透調節、蛋白質合成及同化產物轉運過程等[1]，作為“品質元素”的鉀素是作物形成高產、品質改善的關鍵元素[2]。甜瓜是喜鉀作物，對鉀元素需求量超過氮、磷[3]。有研究表明，施用鉀肥對作物產量貢獻率達25.9%～81.0%[4]，對作物糖含量貢獻率達7.15%～13.52%[5]。甜瓜生產過程中往往為追求高產而過量施用鉀肥，造成養分比例失調、肥料利用率較低、產量和品質降低的現象[6-7]，導致生產成本過高、環境污染等問題。有研究認為，作物對鉀素的吸收和利用能力存在明顯的基因型差異，導致產量、品質、鉀素積累量、鉀素利用效率等亦存在顯著差異，這在煙草[8]、大豆[9]、棉花[10]等作物上進行了較多研究。杜琪等[11]和張海鵬等[12]研究均發現，低鉀脅迫會抑制作物根系生長，降低根系活力，破壞根系結構，降低根系對鉀素的吸收和運移能力，導致減產，品質變劣，且不同基因型品種間存在明顯差異。利用不同基因型的遺傳特征，充分發掘作物自身高效利用鉀素的遺傳潛力，是實現鉀肥高效利用、節肥增產的有效途徑之一[13]。目前國內外關于低鉀條件下不同基因型甜瓜產量、品質及鉀素吸收利用差異分析的研究報道較少見，因此，采用大田試驗，在前期工作基礎上選用耐低鉀品種（系）雪蜜和將軍玉、低鉀敏感型品種（系）T221 和T120 為試驗材料，綜合分析不同基因型甜瓜產量、品質、鉀素積累及鉀利用效率的差異，以期為甜瓜耐低鉀品種篩選和培育及甜瓜優質高效生產提供科學依據。

1 材料和方法

試驗于2019 年3—6 月在河南省農業科學院現代農業科技試驗示范基地連棟棚內進行。播前0～20 cm土層速效鉀含量為148.9 mg/kg。

1.1 試驗設計

供試甜瓜品種（系）為耐低鉀型（雪蜜、將軍玉）和低鉀敏感型（T221、T120），設置2 個施鉀（K2O）水平：0 kg/hm2低鉀處理（LK）和300 kg/hm2適鉀處理（CK），鉀肥做基肥于播前瓜行條施。每處理重復3次。每重復種20 株，定植行株距為1.1 m×0.4 m。設于棚內中段，兩頭留有4 m長的緩沖帶，以避免因棚口溫度和濕度差異較大而引起的誤差。

試驗于2019年3月14日采用基質穴盤育苗，3～4葉1心時（4月24日）定植，7月6—12日收獲，采用膜下滴灌方式進行灌溉，根據小區土壤含水率每次灌溉至田間持水率的80%左右，伸蔓期進行擺蔓、整枝、留瓜，其他管理措施同常規。每株在主蔓10～13節子蔓留瓜1個，主蔓25節打頂。各處理均基施純N 60 kg/hm2和P2O5150 kg/hm2，伸蔓期、膨果期分別追施純N 60 kg/hm2。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產量和品質 果實成熟后，每重復采集生長整齊一致的10 株果實，稱其質量，計算產量。每重復取有代表性果實5個，稱其單瓜質量，然后用刀將果實縱向切開，測量果實縱徑、橫徑，再用手持測糖儀測定果實中心、邊部可溶性固形物含量?？傻味ㄋ岷坎捎肗aOH 滴定法測定[14]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定[14]，維生素C 含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定[14]。

1.2.2 鉀素測定 成熟期每重復取3株植株，將莖、葉、果分開后置于烘箱內105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒質量稱其干質量。植株干樣粉碎后，采用濃硫酸-過氧化氫法消煮，火焰光度法測定鉀含量[15]。

1.2.3 相關指標計算方法 果形指數=縱徑/橫徑；鉀素積累量=各器官干物質量×鉀含量；固酸比=中心可溶性固形物含量/可滴定酸含量；鉀素分配比例=各器官鉀素積累量/植株鉀素積累量；鉀素利用效率=（施鉀區產量-不施鉀區產量）/（施鉀區鉀素積累量-不施鉀區鉀素積累量）；鉀素生產效率=（施鉀區產量-不施鉀區產量）/施鉀量；鉀肥利用率=（施鉀區鉀素積累量-不施鉀區鉀素積累量）/施鉀量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2003 處理數據及制圖，SPSS 13.0中鄧肯法進行差異性多重比較。

2 結果與分析

2.1 低鉀對甜瓜產量及產量構成因素的影響

由表1 可知，與CK 相比，低鉀處理可使甜瓜果實縱徑、橫徑、果形指數降低，但僅有T120縱徑達到了5%顯著水平。與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120產量分別下降了7.62%和10.22%，單瓜質量分別下降了9.66%和10.47%，差異均達5%顯著水平；低鉀處理下雪蜜和將軍玉產量分別下降了5.22%和4.97%，單瓜質量分別下降了4.80%和6.80%，但差異均未達顯著水平。說明施鉀提高甜瓜產量主要是通過提高單瓜質量來實現的。與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉產量和單瓜質量的降低幅度遠低于T221 和T120，表明將軍玉和雪蜜對鉀肥反應較小，在低鉀條件下亦能形成較高的產量，T221 和T120對鉀肥反應敏感。

表1 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜產量及產量構成因素的差異Tab.1 Differences of yield and yield components of melon with different genotypes under different potassium application

2.2 低鉀對甜瓜品質的影響

2.2.1 糖度和酸度 低鉀處理可使甜瓜果實中心、邊部可溶性固形物含量明顯下降（表2），與CK 相比，低鉀處理T221 和T120 中心可溶性固形物含量分別下降了15.85%和14.42%，邊部可溶性固形物含量分別下降了16.54%和17.82%，降低幅度均達5%顯著水平；低鉀處理雪蜜和將軍玉中心可溶性固形物含量分別下降了3.79%和5.02%，邊部可溶性固形物含量分別下降了6.51%和8.60%。低鉀條件下甜瓜可滴定酸含量的變化趨勢與可溶性固形物含量的變化趨勢相反，表現為低鉀處理增加可滴定酸含量，與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120 可滴定酸含量分別增加了12.86%和14.00%，雪蜜和將軍玉分別增加了6.77%和8.27%，其中T221 和T120差異均達5%顯著水平。

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

果實固酸比越大表明果實品質越好。低鉀處理對甜瓜固酸比的影響與可溶性固形物含量相似，低鉀條件下可使甜瓜固酸比明顯下降，與CK 相比，低鉀處理下T221和T120固酸比分別下降了26.24%和24.99%，且差異均達到了5%顯著水平，雪蜜和將軍玉分別下降了9.80%和12.57%，但差異未達顯著水平。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉中心、邊部可溶性固形物含量及固酸比減少量遠低于T221和T120，可滴定酸含量的增加幅度亦遠遠低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對鉀肥反應較小，在低鉀條件下亦能形成較高的可溶性固形物含量和固酸比，減少可滴定酸含量增加幅度，改善甜瓜口感，而T221和T120對鉀肥反應敏感。

2.2.2 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白是一種重要的滲透調節物質[16]，也是一種重要的營養物質[17]。低鉀處理可使甜瓜可溶性蛋白含量明顯下降（圖1）。與CK 相比，低鉀處理下T221 和T120 可溶性蛋白含量分別下降了14.39%和18.97%，且差異顯著（P＜0.05），雪蜜和將軍玉分別下降了4.11%和8.21%。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉可溶性蛋白減少量遠低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對鉀肥反應較小，在低鉀條件下亦能形成較高的可溶性蛋白含量，改善甜瓜營養品質，而T221 和T120對鉀肥反應敏感。

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

2.2.3 維生素C 含量 維生素C 作為一些酶、自由基的清除劑及一些物質生物合成的底物等[18-19]，在植物新陳代謝過程中具有重要作用，且是甜瓜的一個重要品質指標。低鉀水平下可使甜瓜維生素C含量明顯下降（圖2）。與CK 相比，低鉀處理下T221和T120 維生素C 含量分別下降了23.51% 和27.80%，且差異顯著（P＜0.05），雪蜜和將軍玉分別下降了12.41%和8.66%。與CK 相比，低鉀條件下雪蜜和將軍玉維生素C 含量的降低幅度遠低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉對鉀肥反應較小，在低鉀條件下亦能形成較高的維生素C 含量，改善甜瓜營養品質，而T221和T120對鉀肥反應敏感。

圖2 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜維生素C含量的差異Fig.2 Differences of vitamin C content of melon with different genotypes under different potassium application

2.3 低鉀對甜瓜鉀素積累與分配的影響

低鉀處理可使甜瓜成熟期莖、葉、果及植株鉀素積累量明顯下降（表3），與CK 相比，低鉀處理T221 和T120 莖、葉、果及植株鉀素積累量分別下降了17.94%、20.32%、24.02%、21.49%和20.58%、18.96%、23.26%、21.44%，差異均達5%顯著水平；低鉀處理雪蜜和將軍玉莖、葉、果及植株鉀素積累量分別下降了8.85%、9.48%、7.35%、8.16%和10.90%、9.84%、5.87%、8.29%，但降低幅度均未達5%顯著水平。與CK 處理相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉各器官鉀素積累量的降低幅度遠低于T221 和T120，表明將軍玉和雪蜜對鉀肥反應較小，在低鉀條件下亦能吸收利用更多的鉀素，T221 和T120 對鉀肥反應敏感。

表3 不同施鉀水平下不同基因型甜瓜各器官成熟期鉀素積累與分配的差異Tab.3 Differences of K accumulation and distribution of melon with different genotypes under different potassium application

由表3 還可知，不同器官鉀素分配比例為果最多，其分配比例達47.39%～55.33%，其次是莖，葉最少（除T120 莖＜葉外）。與CK 相比，低鉀處理T221和T120 果分配比例均減少，分別下降了3.23%和2.27%，雪蜜和將軍玉則相反，分別增加了0.89%和2.70%，但差異均未達顯著水平。與CK 相比，低鉀條件下T221 和T120 果鉀素分配比例較低，即T221和T120 鉀素轉運率較低，表明低鉀條件下可使T221 和T120 鉀素轉運率下降，T221 和T120 對鉀肥反應敏感，雪蜜和將軍玉在低鉀條件下有較高的果分配比例。

2.4 低鉀對甜瓜鉀效率的影響

由表4 可知，雪蜜、將軍玉較T221、T120 顯著增加了鉀素利用效率，平均增加了73.67%，且T120 與T221 間差異亦達顯著水平（P＜0.05）。鉀素生產效率和鉀肥利用率變化趨勢則相反，表現為雪蜜、將軍玉較T221、T120 顯著降低（P＜0.05），分別平均下降了21.76%和55.37%?？梢?，雪蜜和將軍玉能將吸收利用的鉀素更多地轉移到果實中，且低鉀條件下雪蜜和將軍玉鉀素吸收利用能力亦較強，對鉀肥反應不敏感。

表4 不同基因型甜瓜鉀效率的差異Tab.4 Differences of potassium efficiency of melon with different genotypes

3 結論與討論

鉀素是影響作物獲得優質高產的重要可控因素之一，在作物生長發育過程中起著重要作用[20]。甜瓜是喜鉀作物，土壤中鉀素供應不足直接影響甜瓜對鉀素的吸收，鉀素積累量減少，影響產量和品質的提高[21]。本研究中，與CK 相比，低鉀處理甜瓜產量和品質均明顯下降，這與前人在甜瓜或其他作物上的研究結果基本一致[2，4]。有研究表明，不同種類作物[22]及同一作物不同品種間[23]對鉀素的吸收利用能力存在明顯差異，耐低鉀能力強的基因型作物對低鉀脅迫具有更好的適應能力[8]，土壤鉀素供應不足可使產量、品質等指標下降幅度小于低鉀敏感基因型[10]。前期研究表明，雪蜜和將軍玉是耐低鉀基因型，在低鉀和正常供鉀2 種水平下鉀積累量接近[24]。本試驗結果顯示，與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉的產量、中心和邊部可溶性固形物、固酸比、可溶性蛋白及維生素C 含量的降低幅度均遠低于T221 和T120，而可滴定酸含量的增加幅度遠低于T221 和T120，表明雪蜜和將軍玉產量和品質對低鉀的敏感程度均低于T221 和T120，耐低鉀型品種（系）在低鉀條件下亦能形成較高的產量和品質。這與許杰等[25]研究結果一致，在低鉀和正常供鉀2種水平下，產量和品質越接近，該基因型對施用鉀肥越不敏感，為耐低鉀基因型，選育低鉀脅迫條件下鉀高效吸收品種，可實現在低鉀條件下亦能獲得優質高產的目的。

鉀素是作物生長發育的必需營養元素之一，其積累量是作物優質高產形成的基礎[26]。提高作物的鉀素吸收利用效率，是實現作物高效高產栽培的有效途徑[27]。大量研究表明，同一作物不同鉀效率基因型間在鉀素吸收方面存在較大差異，鉀高效基因型在低鉀水平下具有較強的鉀素吸收利用能力，有較高的鉀素積累量[28-29]。本試驗發現，與CK 相比，低鉀處理雪蜜和將軍玉的莖、葉、果及植株鉀素積累量的降低幅度遠低于T221 和T120，表明在低鉀條件下雪蜜和將軍玉較T221 和T120 具有更強的鉀素吸收能力，能積累更多的鉀素，這與楊鐵釗等[30]在烤煙上的研究結果一致，且都認為作物鉀素積累量可作為耐低鉀甜瓜品種篩選的重要指標。本試驗還發現，與CK 相比，低鉀處理可提高雪蜜和將軍玉鉀素的果分配比例，而T221 和T120 則相反，表現為下降的趨勢，表明土壤鉀素供應不足時，耐低鉀型品種（系）可促進植株吸收利用的鉀素更多地轉移到果實中，在保證高產的同時亦改善了果實品質[31]。本研究結果還認為，雪蜜和將軍玉較T221 和T120顯著增加了鉀素利用效率，顯著降低了鉀素生產效率和鉀肥利用率，表明低鉀條件下雪蜜和將軍玉能將吸收利用的鉀素更多地轉移到果實中，且低鉀條件下雪蜜和將軍玉鉀素吸收利用能力亦較強，對鉀肥反應不敏感，適合低鉀條件下種植。針對耐低鉀型品種（系）可適當減少鉀肥投入，節約成本，減少污染，從而實現甜瓜高產高效栽培，其適合廣泛種植，而針對低鉀敏感型品種（系）可適當增加鉀肥投入，其適合在土壤鉀素供應充足條件下種植。