西瓜营养生长期钾素吸收效率的差异评价及钾高效基因型筛选

http://dx.doi.org/10.7685/j.issn.1000-2030.2015.04.012

文章信息

吴萍, 董亚, 王硕, 董彩霞, 任丽轩, 张勇, 沈其荣. 2015.

WU Ping, DONG Ya, WANG Shuo, DONG Caixia, REN Lixuan, ZHANG Yong, SHEN Qirong. 2015.

Evaluation of potassium absorption efficiency on watermelon in seedling stage and screening of efficient genotypes

南京农业大学学报, 38(4): 602-609

Journal of Nanjing Agricultural University, 38(4): 602-609.

http://dx.doi.org/10.7685/j.issn.1000-2030.2015.04.012

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收稿日期：2014-11-11

引用本文

吴萍, 董亚, 王硕, 董彩霞, 任丽轩, 张勇, 沈其荣. 2015. 西瓜营养生长期钾素吸收效率的差异评价及钾高效基因型筛选[J]. 南京农业大学学报, 38(4): 602-609. 复制到剪切板

WU Ping, DONG Ya, WANG Shuo, DONG Caixia, REN Lixuan, ZHANG Yong, SHEN Qirong. Evaluation of potassium absorption efficiency on watermelon in seedling stage and screening of efficient genotypes[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 38(4): 602-609. DOI: 10.7685/j.issn.1000-2030.2015.04.012 复制到剪切板

西瓜营养生长期钾素吸收效率的差异评价及钾高效基因型筛选

吴萍¹, 董亚¹, 王硕¹, 董彩霞¹, 任丽轩^1,2 , 张勇³, 沈其荣¹

1. 南京农业大学资源与环境科学学院/农业部长江中下游植物营养与肥料重点实验室/ 江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心, 江苏南京 210095;
2. 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏南京 210008;
3. 徐州市铜山区房村镇农业技术推广服务中心, 江苏徐州 221115

收稿日期：2014-11-11

基金项目：国家公益性行业(农业)科研专项(2012013007);土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放基金(Y412201438)

作者简介：吴萍,硕士研究生。

通信作者：任丽轩,副教授,主要从事植物根际营养与植物-土壤互作研究,E-mail:lxren@njau.edu.cn。

摘要：[目的]高效吸收和利用钾素是西瓜的优良特征,筛选钾高效西瓜基因型对于优质种质资源利用和研究其机制有重要意义。[方法]选取生产中常用的33个西瓜基因型,在2个供钾水平下进行盆栽筛选试验,比较不同基因型西瓜的钾效率差异,在小型瓜和大中型瓜中分别筛选出钾高效基因型和钾低效基因型。[结果]在高施钾量和低施钾量条件下,西瓜植株钾吸收量可以有效评价西瓜的钾素吸收效率。钾含量对钾吸收量的贡献较大。小型瓜中的‘小夏橙’‘新兰’‘早春红玉’和中大型瓜中的‘黑巨霸’‘特大台农八号’‘新黑龙王’基因型属于钾吸收效率的双高效基因型;小型瓜中的‘金童’‘黄小玉H’和中大型瓜中的‘平87-14’‘抗病地雷’西瓜基因型属于钾吸收效率的双低效基因型。低施钾量时,小型瓜中钾高效型‘小夏橙’的钾吸收量比钾低效的‘金童’高202.7%,高钾供应时比‘金童’高280.0%。低施钾量时,中大型瓜中钾高效型‘黑巨霸’的钾吸收量比钾低效型‘平87-14’钾吸收量高287.4%,高钾供应时‘黑巨霸’的钾吸收量比‘平87-14’高77.1%。聚类分析结果表明:在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率方面属于相同类型的分别有‘早春红玉’与‘新兰’,‘新黑龙王’与‘黑巨霸’,‘早佳84-24’‘平87-14’与‘抗病地雷’。[结论]西瓜植株钾吸收量和钾含量可以科学评价西瓜钾效率基因型。钾吸收量和聚类分析综合分析表明,小型瓜‘小夏橙’和中大型瓜‘黑巨霸’为钾高效基因型,小型瓜‘金童’和中大型瓜‘平87-14’为钾低效基因型。

关键词：西瓜基因型钾吸收量钾含量生物量钾利用指数钾转运率

Evaluation of potassium absorption efficiency on watermelon in seedling stage and screening of efficient genotypes

WU Ping¹, DONG Ya¹, WANG Shuo¹, DONG Caixia¹, REN Lixuan^1,2 , ZHANG Yong³, SHEN Qirong¹

1. College of Resources and Environmental Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilization in Low-Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;
2. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. Agricultural Technology Center on Popularization and Service in Fangcun Town Tongshan District Xuzhou City, Xuzhou 221115, China

Abstract: [Objectives]Potassium efficient absorption is beneficial to yield and quality of watermelon. It is significant on screening potassium efficient genotypes of watermelon for resource utilization and efficient potassium mechanism research. [Methods]Thirty three popular watermelon cultivars in practice were selected to screen efficient potassium genotypes. Pot experiment was carried out to screen potassium efficiency genotype and inefficiency genotype on both low and high potassium application. Small type and big-mid type watermelons were selected respectively. [Results]Potassium efficiency could be estimated by potassium absorption of watermelon seedling on the condition of low and high potassium supply. Potassium content made great contributions to potassium absorbing capacity. ‘Xiaoxiacheng’‘Xinlan’‘Zaochunhongyu’of small type genotypes and‘Heijuba’‘Tedatainongbahao’and‘Xinheilongwang’of big-mid type genotypes were dual efficient potassium genotype. ‘Jintong’‘Huangxiaoyu-H’of small type genotypes and‘Ping87-14’and‘Kangbingdilei’of big-mid type genotypes were dual inefficient potassium genotypes. Potassium acquisition of high efficient‘Xiaoxiacheng’was higher by 202.7% and 280.0% than that in inefficient‘Jintong’at low and high potassium application,respectively. Potassium acquisition of high efficient‘Heijuba’was higher by 287.4% and 77.1% than that in inefficient‘Ping 87-14’at low and high potassium application,respectively. Cluster analysis by potassium absorption,potassium utilization index and potassium transfer ratio showed that‘Zaochunhongyu’and‘Xinlan’,‘Xinheilongwang’and‘Heijuba’,‘Zaojia84-24’‘Ping87-14’and‘Kangbingdilei’were similar,respectively. [Conclusions]Potassium absorption efficiency of watermelon could be estimated by potassium acquisition and potassium content. Both potassium absorption efficiency and cluster analysis showed that‘Xiaoxiacheng’of small type watermelon and‘Heijuba’of big-mid type watermelon were efficient genotypes,while‘Jintong’of small type watermelon and‘Ping 87-14’of big-mid type watermelon were inefficient genotypes.

Keywords: watermelon genotype potassium absorption potassium content biomass potassium utilization index potassium transfer ratio

西瓜(Citrullus lanatus)是葫芦科西瓜属,是一种重要的经济作物和优良水果。钾是作物必需的大量营养元素之一,钾在酶的激活、蛋白质合成、物质运输和渗透调节等方面起着重要的作用^{[1, 2]}。增施钾肥可促进西瓜的营养生长,显著提高单果质量和产量以及增加可溶性糖含量和维生素C含量,并降低西瓜硝酸盐含量^{[3, 4, 5]}。而缺钾会使植物生长速率降低或者停止^[6]。西瓜对钾的需求较多,甚至高于对氮的需求^{[7, 8]}。我国耕地土壤普遍缺钾,严重缺钾的土壤(速效钾含量小于50 mg · kg^-1)和一般性缺钾的土壤(速效钾含量为50~70 mg · kg^-1)面积共约23万hm²,约占全国耕地面积的23%,南方严重缺钾的土壤约为9万hm^{2^[9]。我国的钾矿资源短缺,主要依赖国外进口钾肥^[9]。因此,如何使植物更有效地利用土壤中的钾资源是遗传学家的重要研究目标^{[10, 11]}。}

通过作物不同基因型间钾吸收和钾利用效率的差异以及作物自身耐低钾营养遗传特性,进行作物品种改良,提高作物的钾营养效率,是实现钾肥高效利用的重要途径^{[12, 13]}。具有高效吸收或者高效利用钾素的作物基因型,通常是钾素的吸收效率或者利用效率较高的基因型。本研究通过西瓜各基因型对钾的吸收能力筛选出耐低钾和吸钾能力强的西瓜基因型,为进一步研究钾素高效吸收机制和改良西瓜优势品种提供依据。

1 材料与方法 1.1 供试材料

收集我国常用的33个西瓜品种,其中包含20个小型瓜和13个中大型瓜。

20个小型瓜分别是:‘抗病苏蜜’,江苏省农业科学院蔬菜研究所培育,抗枯萎病,早熟,生育期90~95 d; ‘玲珑’,抗逆抗病性中强,极早熟,座果22 d成熟,单果质量1.5~2 kg;‘黄金冠’,抗病耐湿,早中熟,生育期85 d左右;‘黄皮地雷’,高抗枯萎病,早熟;‘玻璃球’,极早熟;‘翠玉小礼品’,早熟一代杂交种,生育期约88 d,单果质量2 kg左右;‘早春红玉’,日本引进,特早熟,单果质量2~2.5 kg;‘礼品一号’,四川种业繁育,极早熟,开花后20~22 d成熟;‘雪梨’,抗病力强,开花后26 d成熟,单果质量4~5 kg;‘小夏橙’,极早熟,单果质量3~4 kg;‘金福’,湖南省瓜类研究所培育,一代杂交种,抗炭疽病、枯萎病,单果质量2 kg左右,雌花开放20 d左右成熟;‘雪峰橙玉’,湖南省瓜类研究所培育,抗病,早熟,生育期66~86 d,单果质量2 kg;‘黄小玉H’,日本南都种苗株式会社引进,极早熟,单果质量2 kg左右;‘朝阳’,早熟,生育期85~90 d,单果质量1~2 kg;‘新兰’,潍坊创科种苗公司培育,早熟品种,生育期85 d;‘黄瓤地雷’,早熟,单果质量4~5 kg;‘金玲珑’,日本福田会社引进,早熟,单果质量2 kg左右;‘金童’,日本引进,极早熟,单果质量2 kg左右;‘小兰’,台湾引进,极早熟,单果质量1.5 kg左右;‘黄皮京欣一号’,国家蔬菜工程技术研究中心培育,高抗枯萎病,中早熟,生育期90 d左右,单果质量4 kg左右。

13个中大型瓜分别是:‘爱花一号’,早熟,单果质量8 kg左右;‘京欣一号’,北京市蔬菜研究中心与日本合作选育,早熟;‘苏星058’,江苏中江和南京利华联合选育,抗枯萎病,单果质量5~6 kg;‘特大台农八号’,江西省赣新种子有限公司选育,单果质量10 kg左右;‘新黑龙王’,生育期100 d左右,单果质量8~10 kg;‘抗病地雷’,早熟,抗病,单果质量4~7 kg;‘黑巨霸’,河南省大江公司繁育,中熟,生育期100 d,单果质量8~10 kg;‘绿巨霸’,超强抗病,单果质量15~20 kg;‘兰贵人’,日韩品种杂交选育,早熟,平均单果质量5~8 kg;‘早佳84-24’,上海培育,早熟,单果质量5~8 kg;‘平87-14’,早熟,花后29 d左右成熟,平均单果质量5~6 kg;‘新西农八号’,西北农林科技大学西甜瓜研究室培育,抗病,中熟,花后33 d成熟,单果质量10 kg左右;‘早熟麒麟王’,美国引进原种,抗病,早熟,座果后22 d左右成熟,单果质量8~15 kg。

1.2 试验地点

试验在南京农业大学温室进行。培养基质为未种过西瓜的水稻土和河砂(质量比为2 ∶ 1)的混和基质,每盆装基质5 kg。土壤的基本理化性状为:有机质含量2.73 g · kg^-1,全氮含量2.51 g · kg^-1,速效氮含量35.62 mg · kg^-1,速效磷含量18.4 mg · kg^-1,速效钾含量50 mg · kg^-1,pH 7.28(水和土质量比为1 ∶ 1)。施肥配方为:氮肥(尿素)200 mg · kg^-1,磷肥(KH₂PO₄)150 mg · kg^-1,钾肥(K₂SO₄)200 mg · kg^-1,镁(MgSO₄ · 7H₂O)50 mg · kg^-1,锌肥(ZnSO₄ · 7H₂O)5 mg · kg^-1,铁(EDTA-Fe)5 mg · kg^-1,肥料作基肥一次性施入。

1.3 试验设计及方案

本试验采用盆栽方法,设置2个钾水平:低施钾量,即不施钾;高施钾量,施用200 mg · kg^-1钾肥(KH₂PO₄)。3次重复。钾肥和基肥一起与土壤混和均匀施用。

西瓜种子消毒,催芽,将露白的西瓜种子直播于盆钵,当第1片真叶完全展开时间苗,每盆定苗3株,观察记录出苗情况,各处理统一用量浇水,在进入伸蔓期时支架。第1个雌花开放时收获并分析。

1.4 测定与分析方法

西瓜根、茎、叶的钾含量,采用常规方法^[14]测定。采用平均联接聚类分析法分别对小型瓜和中大型瓜聚类分析,研究西瓜在钾吸收量、钾利用指数和钾转运效率方面各基因型之间的相似性。

钾素吸收效率是指单位面积植株对钾素的积累量与介质中钾供应量的比值。钾素生理利用效率是指作物产量与成熟期地上部植株钾含量之比。钾素转运效率是指植株地上部的钾素吸收量占植株钾素吸收总量的比例^[12]。钾利用指数(KUI),即植株体内单位钾含量(钾浓度)所形成的生物产量,计算公式为:钾利用指数(g² · g^-1)=地上部干物质量(g)/钾含量(mg · g^-1)×1 000,其中钾含量指整株植株钾含量。钾转运率是指西瓜地上部吸钾量占总吸钾量的比例。

在两个供钾水平下,根据各基因型西瓜植株的钾吸收量与所有基因型钾吸收量的平均值之间的关系,将各基因型西瓜品种分为4个类型:1)双高效型(efficient-efficient),即在低钾和高钾水平下,西瓜植株的钾吸收量均高于各基因型平均值的基因型;2)高钾高效型(inefficient-efficient),即高钾水平下的钾吸收量高于各基因型钾吸收量的平均值,而在低钾水平下的钾吸收量低于各基因型钾吸收量的平均值;3)低钾高效型(efficient-inefficient),即在低钾供应水平下的钾吸收量高于各基因型钾吸收量的平均值,而在高钾水平下的钾吸收量低于各基因型钾吸收量的平均值;4)双低效型(inefficient-inefficient),即在低钾和高钾水平下的钾吸收量均低于各基因型钾吸收量的平均值。

各基因型的钾吸收量用K表示,生物量用B表示,钾含量用K/B表示,它们的对数值分别为Y、X、Z。Y=lgK,X=lgB,Z=lg(K/B)。不同基因型西瓜生物量和钾含量对钾吸收量的贡献率通过其对数值计算,公式如下:
生物量的贡献率:

钾含量的贡献率:

式中:K_i为西瓜植株对钾的吸收量,B_i为西瓜植株生物量;K_i/B_i为西瓜植株钾含量。

1.5 数据计算及分析处理

数据统计分析采用SPSS 16.0软件。

2 结果与分析 2.1 不同基因型西瓜植株对钾吸收和利用效率的差异

从表 1可知:不同品种西瓜植株的生物量、钾积累量、钾利用指数和钾转运率与西瓜品种和施肥水平均有显著关系。在同一供钾水平下,不同基因型西瓜的生物量,钾积累量,根、茎、叶的钾含量和吸钾量有明显差异。随着钾肥的施用,西瓜的生物量和吸钾量以及根、茎、叶的钾含量和吸钾量均增加,而钾利用指数和钾转运率降低。

表 1 西瓜钾吸收与钾转运的基因型差异 Table 1 Variation of K uptake and utilization of watermelon with genotype

西瓜类型 Types of watemelon	参数 Parameter	范围 Range		平均数 Average		变异系数/% CV		方差分析 ANOVA
西瓜类型 Types of watemelon	参数 Parameter	LK	HK	LK	HK	LK	HK	基因型 Genotype	钾肥 K rate
小型瓜 Small melon	生物量/g Biomass	1.24~5.23	1.78~5.94	3.05	3.79	40.87	33.49	*	*
	钾积累量/mg K acquisition	26.86~83.34	74.76~265.66	54.38	143.56	34.56	34.78	*	*
	钾利用指数/(g²·g^-1) K utilization index	42.97~339.40	36.29~172.71	161.23	94.51	49.79	40.00	*	*
	钾转运率/% K transport rate	91.43~99.84	79.56~99.30	98.03	92.49	1.88	6.22	*	*
	根中钾含量/(mg·g^-1) K content in root	1.25~11.89	2.77~23.05	7.47	13.37	42.38	52.00	*	*
	茎中钾含量/(mg·g^-1) K content in stem	12.70~36.48	26.32~68.56	23.04	45.69	26.69	26.59	*	*
	叶中钾含量/(mg·g^-1) K content in leaf	5.69~15.13	9.27~32.65	9.72	19.12	29.60	35.58	*	*
	根中钾吸收量/mg K uptake in root	0.03~1.19	0.46~17.28	0.60	8.01	56.27	84.66	*	*
	茎中钾吸收量/mg K uptake in stem	11.06~39.39	25.27~140.66	23.13	63.35	35.63	46.08	*	*
	叶中钾吸收量/mg K uptake in leaf	6.52~28.79	16.91~51.13	14.08	33.26	40.83	31.75	*	*
中大型瓜 Medium and large melon	生物量/g Biomass	1.86~7.83	2.45~7.16	3.73	4.32	46.27	40.21	*	*
	钾积累量/mg K acquisition	35.74~138.46	65.12~224.28	69.47	131.09	42.25	37.40	*	*
	钾利用指数/(g²·g^-1) K utilization index	93.63~531.64	59.06~279.21	197.71	131.10	58.64	51.72	*	*
	钾转运率/% K transport rate	58.16~65.96	54.70~67.45	61.61	61.00	4.74	7.05	*	*
	根中钾含量/(mg·g^-1) K content in root	5.59~12.69	8.32~20.34	9.96	13.91	20.96	22.80	*	*
	茎中钾含量/(mg·g^-1) K content in stem	19.02~33.98	41.39~53.81	28.87	46.14	17.15	6.47	*	*
	叶中钾含量/(mg·g^-1) K content in leaf	7.07~14.96	14.21~26.49	12.32	19.27	14.61	21.13	*	*
	根中钾吸收量/mg K uptake in root	0.61~4.49	1.89~27.10	1.93	7.82	51.50	124.08	*	*
	茎中钾吸收量/mg K uptake in stem	25.39~60.15	42.56~135.16	43.77	89.21	27.19	35.61	*	*
	叶中钾吸收量/mg K uptake in leaf	14.48~57.07	24.55~81.68	29.83	55.14	38.43	39.68	*	*
注: 1)LK:低施钾量Low K application;HK:高施钾量High K application.2)表示在5%水平差异显著。 indicate significant difference at 5% level.The same as follows.

表选项

2.2 不同基因型西瓜的钾吸收利用效率评价

从图 1可知:双高效基因型位于Ⅰ区,该区的小型瓜基因型有‘早春红玉’‘小夏橙’等,中大型瓜有‘新黑龙王’‘黑巨霸’等。高钾高效基因型位于Ⅱ区,该区的小型瓜基因型有‘礼品一号’和‘雪梨’等,中大型瓜有‘苏星058’等。双低效基因型位于Ⅲ区,该区的小型瓜基因型有‘翠玉小礼品’‘黄小玉H’和‘金童’,中大型瓜有‘抗病地雷’‘早佳84-24’等。低钾高效型位于Ⅳ区,该区的小型瓜有‘朝阳’‘黄皮地雷’等,中大型瓜有‘兰贵人’‘新西农八号’和‘早熟麒麟王’。

	图 1 不同基因型西瓜的钾吸收特征 Fig. 1 The K acquisition character of different watermelon genotypes
图选项

2.3 各基因型西瓜钾吸收利用效率的影响因素 2.3.1 不同西瓜基因型的钾吸收利用效率差异

从表 2可知:各基因型西瓜的生物量和钾吸收量,无论在高施钾量条件还是低施钾量条件下,钾高效型基因型都高于钾低效型;无论钾高效型还是钾低效型,高施钾量处理均高于低施钾量处理。因此,西瓜生物量和钾吸收量可以综合反映西瓜在高施钾量条件下的转运能力,以及在低施钾量条件下的吸收能力。各基因型西瓜的钾利用指数,钾高效型高于钾低效型,而高施钾量处理低于低施钾量处理,说明钾利用指数高是西瓜钾高效的原因之一,但是高钾供应时,钾利用指数降低,降低的程度可能与基因型的钾效率有关,因此钾利用指数难以全面反映西瓜基因型吸收利用钾的能力。各西瓜基因型的钾转运率,在低施钾量时,钾高效基因型和钾低效基因型差异不大;在高施钾量条件下,钾高效型高于钾低效型,这说明在高施钾量条件下的钾转运率是西瓜高效利用钾的原因之一。因此,钾转运率可以作为高施钾量条件下的筛选指标,而不适用于低施钾量条件;植株生物量和钾吸收量可以作为钾高效和钾低效基因型筛选的指标。

表 2 西瓜不同钾效率基因型对钾吸收和生理利用效率的差异 Table 2 Difference of K absorption and K utilization efficiency(UE) among watermelon genotypes

参数 Parameter	钾供应量 K supply	小型瓜Small melon		中大型瓜Medium and large melon
参数 Parameter	钾供应量 K supply	钾高效型 High K UE	钾低效型 Low K UE	钾高效型 High K UE	钾低效型 Low K UE
生物量/g Biomass	LK	4.50	1.90	5.14	2.24
	HK	5.16	2.76	5.89	3.01
钾吸收量/mg K acquisition	LK	72.76	31.29	94.98	42.78
	HK	180.90	113.72	184.98	102.99
钾利用指数/(g²·g^-1)K utilization index	LK	246.06	91.26	312.47	116.24
	HK	136.30	69.05	207.60	80.85
钾转运率/% K transport rate	LK	99.05	96.98	63.46	59.31
	HK	97.44	87.97	67.36	57.10

表选项

2.3.2 钾吸收量性状构成的主要因素

不同基因型西瓜钾吸收量的差异是由生物量和钾含量形成的。表 3表明:不论中大型瓜还是小型瓜,钾含量对西瓜钾吸收量的贡献率远大于生物量的贡献率。与低钾供应相比,高钾供应时中大型瓜钾含量的贡献率提高,而小型瓜钾含量的贡献率降低。高钾条件下,中大型瓜和小型瓜生物量的贡献率均降低。

表 3 不同基因型西瓜生物量和钾含量对钾吸收量的贡献率 Table 3 Contribution rate of biomass and K content to K absorption in different genotype watermelon

西瓜类型
Types of watermelon

构成性状
Component trait

贡献率Contribution rate

小型瓜Small melon	生物量Biomass	0.267	0.260
	钾含量K content	0.724	0.716
中大型瓜Medium and large melon	生物量Biomass	0.300	0.292
	钾含量K content	0.691	0.704

表选项

2.3.3 钾高效和钾低效基因型西瓜对钾的吸收

各基因型西瓜在高施钾量和低施钾量条件下对钾吸收利用能力不同,钾高效基因型在高施钾量和低施钾量条件下,钾的吸收量都高,而且钾含量和生物量对钾吸收量都有贡献,且钾含量的贡献率较高。典型的钾高效和钾低效基因型西瓜的钾吸收量、钾含量和生物量见表 4。小型瓜中钾高效基因型有‘小夏橙’和‘新兰’,钾低效基因型有‘金童’和‘黄小玉H’。在低施钾量条件下,‘小夏橙’的钾吸收量比钾低效的‘金童’高202.7%,而在高施钾量条件下‘小夏橙’的钾吸收量比‘金童’高280.0%。中大型瓜钾高效基因型有‘黑巨霸’和‘特大台农八号’,钾低效基因型有‘平87-14’ 和‘抗病地雷’。在低钾条件下‘黑巨霸’的钾吸收量比钾低效的‘平87-14’高287.4%,在高钾条件下‘黑巨霸’的钾吸收量比‘平87-14’高77.1%。

表 4 典型的钾高效和钾低效基因型西瓜的钾吸收量、钾含量和生物量 Table 4 K uptake,K content of plant and biomass of typical genotypes high and low in K utilization efficiency(UE)

表选项

2.4 各基因型西瓜在钾的吸收、利用和转运效率方面的差异

从图 2可知:根据西瓜各基因型在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率方面的不同,小型瓜的基因型聚类为5组,分组结果见表 5。从表 5可知:‘小夏橙’和‘新兰’分别位于第5组和第1组,它们在吸收量上属于钾高效基因型,‘金童’和‘黄小玉H’分别属于第3组和第2组,它们在钾吸收能力上属于钾低效基因型,两种分析方法的分类结果基本一致。

图 2 根据钾吸收量、钾利用指数和钾转运率得到的20个小型西瓜基因型的遗传聚类分析 Fig. 2 The genetic clustering of 20 small watermelons′ genotypes based on K uptake,K utilization index and the transport rate of K 1.抗病苏蜜Kangbingsumi;2.玲珑Linglong;3.黄金冠Huangjinguan;4.黄皮地雷Huangpidilei;5.玻璃球Boliqiu;6.翠玉小礼品Cuiyuxiaolipin; 7.早春红玉Zaochunhongyu;8.礼品一号Lipinyihao;9.雪梨Xueli;10.小夏橙Xiaoxiacheng;11.金福Jinfu;12.雪峰橙玉Xuefengchengyu;13.黄小玉H Huangxiaoyu H;14.朝阳Zhaoyang;15.新兰Xinlan;16.黄瓤地雷Huangrangdilei;17.金玲珑Jinlinglong;18.金童Jintong;19.小兰Xiaolan;20.黄皮京欣一号Huangpijingxinyihao

图选项

表 5 不同基因型小型西瓜的分类 Table 5 Classification of different genotypes of small watermelon

类别Groups

基因型Genotypes

第1组 Group 1	早春红玉 Zaochunhongyu	礼品一号 Lipinyihao	金福 Jinfu	新兰 Xinlan	雪峰橙玉 Xuefengchengyu
第2组 Group 2	翠玉小礼品 Cuiyuxiaolipin	黄小玉H Huangxiaoyu H	小兰 Xiaolan
第3组 Group 3	抗病苏蜜 Kangbingsumi	玲珑 Linglong	黄金冠 Huangjinguan	黄皮地雷 Huangpidilei	黄皮京欣一号 Huangpijingxinyihao	金童 Jintong
第4组 Group 4	玻璃球 Boliqiu	朝阳 Zhaoyang	黄瓤地雷 Huangrangdilei	雪梨 Xueli	金玲珑 Jinlinglong
第5组 Group 5	小夏橙 Xiaoxiacheng

表选项

从图 3可知:根据西瓜各基因型在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率方面的不同,中大型瓜聚类为4组,分组结果见表 6。从表 6可知:钾高效型大中型瓜‘黑巨霸’和‘特大台农八号’分别属于第3组和第2组,他们的钾吸收能力具有相似性;钾低效型中大型瓜‘早佳84-24’‘平87-14’和‘抗病地雷’的钾吸收能力具有相似性,属于第4组(表 6)。

图 3 根据钾吸收量、钾利用指数和钾转运率得到的13个中大型西瓜基因型的遗传聚类分析 Fig. 3 The genetic clustering of 13 medium and large watermelons′ genotypes based on K uptake, K utilization index and the transport rate of K 21.爱花一号Aihuayihao;22.京欣一号Jingxinyihao;23.苏星058 Suxing 058;24.特大台农八号Tedatainongbahao;25.新黑龙王Xinheilongwang;26.抗病地雷Kangbingdilei;27.黑巨霸Heijuba;28.绿巨霸Lüjuba;29.兰贵人Languiren;30.早佳84-24 Zaojia 84-24;31.平87-14 Ping 87-14;32.新西农八号Xinxinongbahao;33.早熟麒麟王Zaoshuqilinwang

图选项

表 6 不同基因型中大型西瓜的分类 Table 6 Classification of different genotypes of medium and large watermelon

类别Groups	基因型Genotypes
第1组 Group 1	爱花一号 Aihuayihao	京欣一号 Jingxinyihao	苏星058 Suxing 058
第2组 Group 2	特大台农八号 Tedatainongbahao
第3组 Group 3	新黑龙王 Xinheilongwang	黑巨霸 Heijuba	绿巨霸 Lüjuba
第4组 Group 4	抗病地雷 Kangbingdilei	兰贵人 Languiren	早佳84-24 Zaojia 84-24	平87-14 Ping 87-14	新西农八号 Xinxinongbahao	早熟麒麟王 Zaoshuqilinwang

表选项

3 结论和讨论

不同种类植物对钾的吸收能力不同,同种植物的不同基因型对钾的吸收能力也存在差异^[15]。植物的钾吸收能力可以用生物量、钾利用效率、钾利用指数、钾吸收动力学参数、吸钾量和钾吸收效率等指标衡量^[16]。在大量的群体中,钾吸收能力不同的基因型在一定时间内吸收钾的量不同,吸收能力强的基因型吸收量高,吸收能力弱的基因型吸收量低。大样本量的钾吸收量的平均值接近于总体平均值,本研究代表性选取33个常用的西瓜基因型,这些基因型在高钾和低钾条件下对钾的吸收量可以指示植物对钾的吸收能力,这些基因型对钾吸收量符合正态分布,而且不同基因型西瓜植株钾吸收量的平均值接近总体平均值,因此各基因型的钾吸收量高于平均值时,其钾吸收能力较高,相反,钾吸收量低的基因型对钾的吸收能力较低。

植物钾营养效率是可遗传的性状,虽然钾肥的供应水平可以在一定程度上影响植株钾效率,但由基因型决定的品种特性具有一定的保守性^{[17, 18]}。相对生物量、相对根长、芽中的钾浓度和钾素累积量以及收获指数是钾高效基因型的特征^[19]。不同植物在钾营养效率方面已有不少报道^{[18, 19, 20, 21]}。同种植物的不同基因型在钾吸收量、钾利用效率和钾收获指数方面的不同决定其对钾素吸收的效率^[18],也决定不同基因型对钾肥的利用效率^[20],高钾利用效率的基因型同时具有较高的苗期钾素吸收能力和较强的生殖器官钾积累能力。西瓜不同基因型对钾的吸收能力有很大的差异^{[22, 23]},西瓜抗缺钾能力强的基因型YS与抗缺钾能力弱的基因型早佳84-28相比,在根长、根干质量和根表面积方面具有显著的优势,并且AKT1钾离子通道基因Cla 008761和Cla018725 的表达量较高^[21]。

根据西瓜的钾吸收量,不同基因型西瓜的钾效率分为双高效型、高钾高效型、低钾高效型和双低效型。本研究表明,不同西瓜基因型的钾效率之间存在差异,钾高效型西瓜的钾吸收量、钾利用指数、干物质量和钾转运率均高于钾低效品种。利用西瓜钾营养效率在不同基因型之间的差异,钾高效的小型瓜基因型有‘小夏橙’和‘新兰’,钾高效的中大型瓜有‘黑巨霸’和‘特大台农八号’;钾低效的小型瓜有‘金童’和‘黄小玉H’,钾低效的中大型瓜有‘平87-14’和‘抗病地雷’。

同时,采用聚类分析的方法对各基因型西瓜进行分类的结果表明:小型瓜中‘小夏橙’的钾吸收量、钾利用指数和钾转运率具有独立特性,‘早春红玉’和‘新兰’在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率特性相似,‘金童’和‘黄小玉H’在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率特性相似;大型瓜中‘特大台农八号’在钾吸收量、钾利用指数和钾转运率具有独立特性,‘新黑龙王’和‘黑巨霸’特性相似,‘抗病地雷’‘平87-14’和‘早佳84-24’特性相似。聚类结果与各基因型的西瓜在钾含量、钾吸收量、钾利用指数和转运效率方面钾高效和钾低效基因型的分类趋势基本一致。西瓜在营养生长阶段的钾吸收效率与整个生育期的钾素吸收能力密切相关,而生殖生长阶段,西瓜植株体内对钾的再分配也直接影响西瓜果实对钾的再利用以及果实的品质,因此,西瓜营养生长期的钾高效和钾低效基因型在生殖生长阶段对钾的再利用能力尚需进一步的研究。

综上所述,相同瓜型的不同基因型西瓜,钾含量和钾吸收量高的基因型为钾高效基因型。钾吸收能力和聚类分析两种分析方法均表明:在供试的33个西瓜品种中,小型瓜中的‘小夏橙’和大中型瓜中的‘黑巨霸’为钾高效品种,小型瓜中的‘金童’和大中型瓜中的‘平87-14’为钾低效品种。

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