钾肥种类对缓解马铃薯镉胁迫的影响

摘    要：为了探讨钾肥种类对缓解马铃薯镉胁迫的作用，明确钾肥种类影响马铃薯在镉胁迫下的生长生理机制，采用盆栽试验研究了硫酸钾（S）、氯化钾（Cl）及其等量配比处理（SCl）等钾肥处理和镉胁迫对马铃薯生长及生理的影响。结果表明，植株受到镉胁迫（25 mg·kg-1）时，S处理的株高、SPAD、生物量、块茎质量、根系活力等指标显著高于SCl处理和Cl处理，S处理的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等光合指标显著高于SCl处理和Cl处理。与未加镉相比，镉胁迫会显著提高马铃薯叶片中超氧化物歧化酶（SOD）活性、脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）含量。镉胁迫下S处理的马铃薯叶片中的 GSH、NPT、PCs、Pro含量和SOD活性均显著高于Cl处理，MDA含量显著低于Cl处理。S处理的根系镉含量显著低于Cl处理，镉转运系数显著高于Cl处理，但茎叶中的镉含量差异不显著。总体来说，与氯化钾相比，硫酸钾能促进马铃薯植株的生长，缓解镉胁迫对马铃薯的影响，抑制马铃薯对土壤中镉的吸收，促进镉从马铃薯根系中向地上部迁移。

关键词：马铃薯；钾肥种类；镉；生长；抗氧化系统

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）06-147-07

Effect of potassium fertilizer types on alleviating cadmium stress in potatoes

DING Ren1， ZENG Xiangfei1， GONG Danmin1， YANG Mingyu1， XIONG Xingyao2， HU Xinxi1

（1. Hunan Potato Engineering Technology Research Center/Key Laboratory for Vegetable Biology of Hunan Province/College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China; 2. Shenzhen Institute of Agricultural Genomics， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Shenzhen 440307， Guangdong， China）

Abstract： In order to explore the effect of potassium fertilizer types on alleviating cadmium stress in potatoes and clarify the physiological mechanism of potassium fertilizer types on potato growth under cadmium stress， a pot experiment was conducted to study the effects of potassium sulfate（S）， potassium chloride （Cl）， their equal ratio treatments（SCl） and cadmium stress on potato growth and physiology. The results showed that when plants were subjected to cadmium stress（25 mg·kg-1）， the plant height， SPAD， biomass， root vitality， and tuber mass were significantly higher than those of the SCL and Cl treatments， and the net photosynthetic rate， stomatal conductance and transpiration rate of the S treatment were significantly higher than those of the SCL and Cl treatments. Compared with the absence of cadmium， cadmium stress significantly increases the activity of superoxide dismutase（SOD）， proline（Pro）， and malondialdehyde（MDA） content of potato leaves， and the impacts on the content of reduced glutathione （GSH）， complex elements （PCs）， and non protein thiol （NPT） were significantly related to the type of potassium fertilizer. Under cadmium stress， the GSH， NPT， PCs， Pro content， and SOD activity in potato leaves S treatment were significantly higher than those of Cl treatment， while the MDA content was significantly lower than that of Cl treatment. The cadmium content in the roots of S treatment was significantly lower than that of Cl treatment， and the transport coefficient of cadmium in the stems and leaves of S treatment were significantly higher than that of Cl treatment， while the difference in cadmium content in the stems and leaves was not significant. Overall， compared to potassium chloride， potassium sulfate can promote the growth of potato plants， alleviate the impact of cadmium stress on potatoes， reduce the absorption of cadmium by potatoes in the soil， and promote the migration of cadmium from potato roots to above ground parts.

Key words：Potato; Type of potassium fertilizer; Cadmium; Growth; Antioxidant system

马铃薯为茄科茄属作物，原产于南美，在全球范围内广泛种植。马铃薯块茎富含碳水化合物、蛋白质、膳食纤维、维生素等，具有较高的营养价值，享有“地下苹果”的美誉，是我国主要的蔬菜和粮食作物[1-2]。马铃薯在我国的种植面积逐年增加，优化马铃薯栽培技术以确保增加产量和提高品质的措施越来越受到重视。马铃薯为喜钾作物。钾肥种类会影响植株的生长和品质，硫酸钾有助于促进植株对氮和磷的吸收[3]、增加块茎产量、提高块茎可溶性蛋白质和维生素C含量[4]，而氯化钾则有助于减少块茎褐变、提高商品薯率[5]。

目前，我国镉污染耕地范围涉及25个省份，严重威胁农业生产[6]。养分管理措施会影响植物对重金属的吸收与分配，通过养分运筹降低土壤镉有效性和减少作物镉积累。有研究表明，土壤对钾有很强的选择吸附性，土壤溶液中钾离子可以与镉竞争吸附位点和提高土壤溶液中的离子强度，抑制土壤对镉的吸附，进而使土壤溶液中的镉含量增加[7]。王小晶[8]研究表明，在镉污染土壤中施加氯化钾、硫酸钾2种钾肥可以提高白菜产量，其中，氯化钾比硫酸钾效果更好，但施用硫酸钾抑制白菜叶片重金属镉积累效果最优。用硫酸钾能使可溶性镉和可交换镉含量显著下降，减轻土壤镉污染程度[9]；低浓度硫酸钾可以降低土壤中生物有效态镉含量，可以较好地抑制岗梅植株内的镉从根、茎向叶片转运，也可以较好地减少镉在岗梅根和茎中的积累[10]。Wang等[11]研究了氯化钾、硫酸钾和硝酸钾等不同钾肥对水稻、小麦和小白菜中的Cd积累特点，结果表明，氯化钾、硝酸钾处理增强了作物的Cd含量，其中Cl- 比SO42-或 NO3- 更有效地增强了作物对 Cd 的吸收。但是，王吉秀等[12]研究表明，在一定浓度范围内的Cl-（0～200 mg·kg-1）与镉配合作用，可以抑制玉米对镉的吸收。另外，Cl-对不同土壤Cd2+的吸附解吸的影响也会有较大的差异[13]。镉胁迫下的灯盏花施用硫肥后能显著提高其光合速率、蒸腾速率、细胞间CO2浓度、叶绿素含量和叶片宽度[14]，硫肥能提高植物的可溶性蛋白质含量和抗氧化酶活性，从而减轻镉的毒害；外源硫可以有效提高甜高粱幼苗的抗氧化酶活性和抗氧化物含量，缓解镉胁迫对甜高粱幼苗生长的抑制作用[15]。笔者所在的湖南省马铃薯工程技术研究中心前期研究表明，硫酸钾肥能促进镉污染稻田中马铃薯的生长，减少镉的吸收[4]，但是，有关钾肥种类对镉胁迫下马铃薯的生长、镉积累及其生理机制的研究较少。

笔者研究了不同种类钾肥对镉胁迫下马铃薯生长和生理的影响，初步明确钾肥种类影响马铃薯在镉胁迫下的生长生理机制，以期为镉污染耕地的马铃薯安全生产提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以鄂薯10号（镉低积累型品种）为试验材料，种薯由湖南省马铃薯工程技术研究中心提供。供试肥料硫酸钾[K2O含量（w，后同）≥52.0%、硫含量≥17%]由湖北省华强化工集团股份有限公司生产；氯化钾（K2O含量≥40.0%）由深圳德钾盐贸易有限公司生产；含腐殖酸尿素（总氮含量≥45.0%）由新疆心连心能源化工有限公司生产；钙镁磷肥[总磷含量≥16%，pH值7～9，（CaO+MgO+SiO2+S）含量≥26%]，盆栽试验的营养钵规格为35 L。

1.2 试验地概况

试验在湖南省长沙市湖南农业大学金山试验基地进行，所用基质为无肥力基质土，前茬作物为南瓜。

1.3 试验设计

参照Ye等[16]的方法，采用完全随机试验设计，栽培基质镉含量（w，后同）设0和25 mg·kg-1 Cd含量水平（以CdCl2溶液形式处理土壤，在栽种前2个月施入），钾肥种类设硫酸钾（S）、氯化钾（Cl）及2种钾肥的等量配比（SCl）处理 3个水平，具体施肥量见表1，每个处理16盆，每盆栽2株马铃薯。2022年2月16日播种马铃薯，2022年3月14日移栽至营养钵，2022年5月16日收获。

1.4 测定项目与方法

生长指标：在播种后65 d马铃薯块茎形成期每个处理随机选取10株，使用直尺测定株高，使用手持式叶绿素测定仪测定第4片完全展开叶片顶小叶SPAD值；将植株分为块茎和茎叶两部分，测定块茎质量，分别于105 ℃杀青30 min后，65 ℃烘干，测定总生物量。

光合参数：在播种后60 d马铃薯块茎形成期每个处理随机选取15株使用LI-6400XT便携式光合作用仪测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）。

生理指标：在播种后60 d每个处理随机选取3株，采用O2-还原氮蓝四唑法测定马铃薯叶片中超氧化物歧化酶（SOD）活性、TBA法测定丙二醛（MDA）含量、磺基水杨酸法测定脯氨酸（Pro）含量、DTNB法测定还原型谷胱甘肽（GSH）含量和非蛋白巯基（NPT）、HPLC法测定植物螯合素（PCs）含量，采用TTC法测定马铃薯根系活力。

镉含量与转运系数：在播种后60 d每个处理随机选取3株，采用干灰化法消解测定马铃薯根系和茎叶中的镉含量，Cd转运系数（TF）=植物茎叶Cd含量/植物根系Cd含量。

1.5 数据处理

采用SPSS 23.0软件进行ANOVA单因素方差分析，采用Duncan’s检验法进行多重比较分析，相关性分析为一般线性分析。

2 结果与分析

2.1 钾肥种类对镉胁迫下马铃薯植株生长的影响

由图1可知，播种后65 d，2个镉含量水平下，S处理植株的株高、生物量、叶片SPAD值、块茎质量均显著高于Cl处理，且均为S处理>SCl处理>Cl处理；在植株的株高、总生物量、块茎质量上，S处理与SCl处理在未加镉时差异不显著，在25 mg·kg-1镉胁迫时差异显著。