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耐低钾马铃薯品种的筛选与评价

刘寅笃, 脱军康, 李成举, 张锋, 张春利, 张莹, 王云姣, 范又方, 姚攀锋, 孙超, 刘玉汇, 刘震, 毕真真, 白江平

植物学报 2024, 59 (1): 75-88. DOI: 10.11983/CBB23016

摘要（194）

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土壤缺钾严重降低了我国马铃薯(Solanum tuberosum)的产量。而不同品种马铃薯对低钾的响应差异较大。因此, 采用耐低钾马铃薯品种可通过提高钾素利用效率减少钾肥施用量, 成为我国农业可持续发展和绿色发展的重要途径。该研究对30个马铃薯品种在正常钾处理(202.5 kg∙hm^-2 K₂O)和低钾处理(0 kg∙hm^-2 K₂O)下的17个指标进行测定, 并对9个代表性指标, 包括叶面积指数、根冠比、茎叶干质量、根干质量、单株产量、单株大薯产量、单株小薯产量、块茎干质量和块茎钾积累量进行后续分析。结果表明, 在低钾条件下, 各项指标均有不同程度的下降。主成分分析表明, 这9个指标可转换为4个独立的综合指标, 累计贡献率达87.1%。根据综合评价值(D值)和聚类分析, 将30个品种分为6类, 其中第1类为高度耐低钾品种, 包括Lucinda、Favorita、Kexin1、Xisen6、Xingjia2、Helan15和Chuanyin2, 第2类为中度耐低钾品种, 包括Longshu20、Dingshu3、Jizhang12(W)、Jiuen1、Longshu19和Jizhang12(Y)。此外还建立了耐低钾性评价回归模型Y= -0.595+0.247X₅+0.155X₄+0.138X₃+0.167X₈+0.088X₁+0.081X₆+0.097X₉+0.053X₂(R²=0.999, P=0.000), 利用回归方程对30个品种的估计精度均在90%以上。在低钾条件下, 可利用单株产量、根干质量、茎叶干质量、块茎干质量、叶面积指数、单株大薯产量、块茎钾积累量和根冠比快速鉴定耐低钾马铃薯品种。

Cluster	Average of low potassium tolerance coefficient
Cluster	X₅	X₄	X₃	X₈	X₁	X₆	X₉	X₂
First cluster	1.20±0.02 a	1.40±0.08 a	1.48±0.13 a	1.16±0.04 a	1.42±0.13 a	1.13±0.07 a	1.13±0.02 a	0.93±0.10 a
Second cluster	1.08±0.06 a	1.30±0.13 a	1.36±0.12 a	1.05±0.05 ab	1.36±0.07 a	1.06±0.10 ab	1.07±0.07 ab	0.95±0.10 a
Third cluster	0.89±0.08 b	1.10±0.12 ab	1.52±0.08 a	0.87±0.04 bc	1.41±0.23 a	0.82±0.08 bc	1.09±0.20 a	0.86±0.01 a
Fourth cluster	0.80±0.04 bc	1.10±0.12 ab	1.20±0.09 ab	0.86±0.06 c	1.36±0.08 a	0.82±0.06 bc	0.85±0.09 abc	0.92±0.08 a
Fifth cluster	0.70±0.05 bc	1.00±0.16 ab	1.14±0.10 ab	0.76±0.03 c	1.31±0.14 a	0.66±0.07 c	0.79±0.08 bc	0.86±0.07 a
Sixth cluster	0.68±0.07 c	0.74±0.11 b	0.91±0.06 b	0.70±0.06 c	1.07±0.19 a	0.55±0.09 c	0.72±0.06 c	1.09±0.14 a

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表9 聚类结果中各类别的特征描述

正文中引用本图/表的段落

摘要：土壤缺钾严重降低了我国马铃薯(Solanum tuberosum)的产量。而不同品种马铃薯对低钾的响应差异较大。因此, 采用耐低钾马铃薯品种可通过提高钾素利用效率减少钾肥施用量, 成为我国农业可持续发展和绿色发展的重要途径。该研究对30个马铃薯品种在正常钾处理(202.5 kg?hm-2 K₂O)和低钾处理(0 kg?hm-2 K₂O)下的17个指标进行测定, 并对9个代表性指标, 包括叶面积指数、根冠比、茎叶干质量、根干质量、单株产量、单株大薯产量、单株小薯产量、块茎干质量和块茎钾积累量进行后续分析。结果表明, 在低钾条件下, 各项指标均有不同程度的下降。主成分分析表明, 这9个指标可转换为4个独立的综合指标, 累计贡献率达87.1%。根据综合评价值(D值)和聚类分析, 将30个品种分为6类, 其中第1类为高度耐低钾品种, 包括Lucinda、Favorita、Kexin1、Xisen6、Xingjia2、Helan15和Chuanyin2, 第2类为中度耐低钾品种, 包括Longshu20、Dingshu3、Jizhang12(W)、Jiuen1、Longshu19和Jizhang12(Y)。此外还建立了耐低钾性评价回归模型Y= -0.595+0.247X₅+0.155X₄+0.138X₃+0.167X₈+0.088X₁+0.081X₆+0.097X₉+0.053X₂(R2=0.999, P=0.000), 利用回归方程对30个品种的估计精度均在90%以上。在低钾条件下, 可利用单株产量、根干质量、茎叶干质量、块茎干质量、叶面积指数、单株大薯产量、块茎钾积累量和根冠比快速鉴定耐低钾马铃薯品种。

依据聚类分析及逐步回归分析结果, 我们对筛选到的8个鉴定指标与各耐低钾性类别之间的关系进行分析,以揭示不同品种的耐低钾性差异机理(表9)。

选择种植耐低钾马铃薯品种可不施用钾肥, 在保证产量的同时减少钾肥施用量(以硝酸钾为例, 减少量为440.2 kg·hm-2)。2020年初硝酸钾市场价格为每吨4 350元(熊增华等, 2021), 此举可节约生产成本1 914.87元·hm-2。2020年我国马铃薯总播种面积为4.65×106 hm2 (国家统计局, 2021), 如果将1/2种植面积根据区域适应性替换为耐低钾马铃薯品种, 可在保证产量的同时减少钾肥(以硝酸钾为例)施用量1.02× 109 kg, 降低生产成本4.44×109元。且高度耐低钾品种与中度耐低钾品种的单株产量、块茎干质量、单株大薯产量、根干质量、茎叶干质量和块茎钾积累量的耐低钾系数均显著高于低钾高度敏感品种(表9), 说明高度和中度耐低钾品种对于低钾环境的适应性较强, 在我国适宜区域种植这2类品种可大幅降低农业生产成本, 促进农业绿色发展。

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