全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(1): 131140 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31371577)和山东省薯类创新团队首席专家项目(SDAIT-10-011-01)资助。
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31371577) and the Potato Innovation Program for Chief
Expert of Shandong Province (SDAIT-10-011-01).
* 通讯作者(Corresponding author): 史春余, E-mail: scyu@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8246259
第一作者联系方式: E-mail: cuijuanwangwang@126.com
Received(收稿日期): 2015-04-20; Accepted(接受日期): 2015-09-06; Published online(网络出版日期): 2015-10-08.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151008.1403.034.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.00131
结薯数差异显著的甘薯品种生长前期根系特性及根叶糖组分比较
王翠娟 1 史春余 1,* 刘 娜 2 刘双荣 1 余新地 1
1 山东农业大学农学院 / 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2 山东农业大学园艺科学与工程学院 / 作物生物学国家重
点实验室, 山东泰安 271018
摘 要: 选用结薯数差异显著的甘薯品种商薯 19和济徐 23, 于 2013年和 2014年分别在大田和盆栽条件下调查生长
前期根系生长发育情况, 测定根叶糖组分, 分析其变化规律及其与单株有效薯块数形成的关系。结果表明, 与济徐 23
相比较, 商薯 19发根缓苗迅速, 整个生长前期均较为侧重吸收根系建成, 且秧苗栽后 15 d和 30 d地上部和整个根系
生物量比值(T/TR)相似; 而济徐 23较早完成不定根的发生(秧苗栽后 15 d)和不定根向块根的分化建成(秧苗栽后 30 d),
封垄期(秧苗栽后 45 d)具有较小的地上部和块根生物量比值(T/SR)。2个品种在生长前期根叶中蔗糖、己糖代谢和贮
藏糖类多聚物的形成具有显著差异, 其中商薯 19 整个生长前期比济徐 23 的根系蔗糖/己糖比率显著低, 在块根分化
建成过程中根叶间具有较高的蔗糖浓度梯度, 且根系中存在 2种低果聚糖(蔗果三糖和蔗果四糖), 秧苗栽后 30、45 d
叶片淀粉含量显著低; 而济徐 23 在块根分化建成过程中根系仅有蔗果四糖, 且与商薯 19 比, 封垄期根系蔗糖/可溶
性总糖比率相似而根系蔗糖/淀粉比率显著低。2013年和 2014年的大田试验均表明, 封垄期商薯 19具有显著多的单
株有效薯块数和显著高的单株有效薯块鲜重(F=10.71, P=0.0170; F=13.97, P=0.0212), 而收获时商薯 19具有显著多的
单株有效薯块数和显著高的块根产量(F=353.89, P<0.0001; F=88.94, P<0.0001), 济徐 23具有显著高的平均单薯鲜重
(F=10.32, P=0.0124)。
关键词: 甘薯; 单株有效薯块数; 根系特性; 糖组分; 产量
Comparison of Root Characteristics and Sugar Components in Root and Leaf
at Early Growth Phase of Sweet Potato Varieties with Significant Difference in
Valid Storage Root Number
WANG Cui-Juan1, SHI Chun-Yu1,, LIU Na2, LIU Shuang-Rong1, and YU Xin-Di1
1 College of Agronomic Sciences, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, China; 2 Resources of
Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, China
Abstract: Starch sweet potato varieties Shangshu 19 and Jixu 23 differing in valid storage root number per plant significantly
were used to investigate root characteristics, sugar components in root and leaf at early growth phase and their relationship with
the formation of storage root per plant at top cover stage. The results showed that, Shangshu 19 with higher valid storage root
number regrew quickly with more new roots after seedling transplanting, developed fiberous roots mainly in the whole early
growth phase, and formed a stable rate of top biomass/total root system biomass (T/TR) at 15 and 30 days after planting. Jixu 23
achieved the steady number of adventitious root and valid storage root at 15 and 30 days after planting, respectively. Meanwhile,
Jixu 23 showed the lower rate of top biomass/storage root biomass (T/SR) at top cover stage (45 days after planting). On the other
hand, in point of metabolism of sucrose and hexoses, and the formation of stored polysaccharide polymers, Shangshu 19 had sig-
nificantly lower rate of sucrose/hexoses in the whole early growth phase, formed the greater sucrose concentration gradient be-
tween leaves and roots, and had 1-kestose and nystose in roots at 15 and 30 days after planting. Its starch content in leaf was sig-
132 作 物 学 报 第 42卷


nificantly lower than that of Jixu 23 at 30 and 45 days after planting. Meanwhile, Jixu 23 only had Nystose in roots before storage
root formation, with significantly lowest rate of sucrose/starch when the rate of sucrose/total soluble sugar was similar to that of
Shangshu 19 at 45 days after planting. A two-year field trials (2013–2014) were performed to investigate yield-contributing traits
and the fresh storage root yield at top cover stage and harvest period, in which, Shangshu19 showed the more valid storage roots
per plant, higher valid storage root fresh weight per plant or storage root at top cover stage and harvest period, meanwhile, Jixu23
had significantly higher average fresh weight per storage root.
Keywords: Sweet potato; Valid storage root per plant; Root characteristics; Sugar components; Storage root yield
作物产量是生长发育、器官建成、物质生产积
累过程的最终结果 [1-2], 甘薯在生长中后期(封垄期
至收获期)茎叶生长过旺与块根膨大缓慢, 物质生产
分配的不平衡限制了块根产量的进一步提高。目前
针对该限制的研究主要集中于在甘薯生长中后期块
根膨大时促进物质生产积累, 并更大程度地向块根
运转的调控措施及产量形成机理, 例如增施钾肥、
喷施多效唑等[3-4]。但甘薯高产不仅要求较强的物质
生产积累、运转能力, 还应具有与其相适应的块根
库器官。有研究表明, 促进甘薯生长前期根系生长
发育和块根库器官分化建成, 在单株有效薯块数基
本稳定的封垄期形成较多的薯块, 可以提高块根库
的生长潜力, 促进块根产量提高, 如覆膜栽培等[5-7]。
但目前甘薯单株有效薯块数差异的生理原因及块根
分化建成的生理机制尚待进一步研究。
现有研究表明, 甘薯单株有效薯块数与最终的
块根产量呈显著正相关 [8], 且生长前期的根系特性
与块根的分化建成密切相关 [9-12]; 作物根叶器官糖
组分的规律性变化与植株生长速率、生长模式及目
标产量器官的竞争能力密切相关[13-15], 影响最终产
量[16]。本研究通过系统分析结薯数差异显著的 2 个
甘薯品种生长前期根系生长发育特性与根叶糖组分
变化规律, 进而研究甘薯块根分化建成的相关差异
机制, 并通过大田试验封垄期的单株有效薯块数、
收获期块根产量及产量构成因素进行验证, 旨在为
大田生产中通过促块根分化建成提高块根产量的栽
培技术途径提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与设计
试验于 2013 年和 2014 年在山东农业大学农学
实验站(山东泰安)进行。供试品种为单株结薯数差异
显著的淀粉型甘薯品种商薯 19和济徐 23, 其中, 商
薯 19薯块多而匀, 结薯数一般是 6~7个, 而济徐 23
大中薯率较高, 结薯数一般是 3~4 个。供试土壤质
地为沙壤土。2013 年 0~20 cm 土层土壤含有机质
1.44%、碱解氮 67.65 mg kg–1、速效磷 16.00 mg kg–1
和速效钾 77.83 mg kg–1; 2014年 0~20 cm土层土壤
含有机质 1.07%、碱解氮 42.11 mg kg–1、速效磷 20.44
mg kg–1和速效钾 125.33 mg kg–1。
本试验包括大田试验和盆栽辅助试验两部分。
其中, 大田试验分别于 2013年 5月 8日栽植、10月
18 日收获和 2014 年 5 月 15 日栽植、10 月 22 日收
获。小区面积 16 m2, 行距 0.80 m, 株距 0.25 m, 栽
植密度为 5株 m–2, 基施钾肥(K2O) 24 g m–2, 以甘
薯品种作为处理水平, 4 次重复, 随机排列; 盆栽试
验于 2014 年进行, 栽植时间与 2014 年大田试验一
致, 选用高 0.25 m, 上下内径分别是 0.23 m和 0.20
m 的硬塑料盆, 取大田耕层土壤, 每盆装土 10 kg,
栽植秧苗 1 株, 每个处理各栽 20 盆, 其余处理与大
田试验一致。
1.2 取样方法
大田试验中设置专门的取样区, 分别于封垄期
(秧苗栽后 45 d)和收获期取样。其中, 封垄期从每个
处理选择长势一致的代表性植株 5 株, 将所有根径
≥0.5 cm 的根系挖出, 计算单株有效薯块数和平均
单薯鲜重; 收获期计算单株有效薯块数和平均单薯
鲜重, 并测定各小区块根产量。
盆栽试验为研究甘薯生长前期根系特性及块根
分化建成的辅助试验, 分别于块根分化建成初期(秧
苗栽后 15 d)、块根分化建成后期(秧苗栽后 30 d)和
茎叶封垄期(秧苗栽后 45 d)冲根取样, 每个处理冲
根 4 盆、共取 4 株, 调查根系的根尖数目、不定根
数目、不定根根长、不定根根径范围, 并对吸收根
系、单株有效薯块和地上部鲜样称重, 计算生长前
期地上部和总根系鲜重比值(T/TR)和封垄期地上部
和块根的鲜重比值(T/SR)。同时, 将各取样时期样株
全部的叶片和块根分化建成前期全部根系、块根分
化建成后期和封垄期有效薯块切片装袋, 105℃杀青,
60℃烘干、磨碎, 干燥器内保存, 用于可溶性总糖、
淀粉和糖组分的测定。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 根系性状 以 DT-SCAN 软件分析发根缓
苗期和块根分化期的根系根尖数; 人工计数不定根
第 1期 王翠娟等: 结薯数差异显著的甘薯品种生长前期根系特性及根叶糖组分比较 133


数目, 人工直尺测量不定根根长; 分别参照 Noh 等[17]
和 Tanaka等[18]的标准, 利用游标卡尺测量粗根和单
株有效薯块的根径。
1.3.2 根叶可溶性总糖、淀粉和糖组分含量 采
用蒽酮比色法测定根叶组织的可溶性总糖和淀粉含
量; 采用高效液相色谱(HPLC)法测定根叶糖组分含
量。称取 0.1000 g 粉碎的根(叶)干样, 用 80%乙醇
80℃水浴浸提 30 min, 离心 3次, 收集所有上清液并
蒸干, 以蒸馏水溶解糖, 高速离心, 过 C18 柱去色
素后用 0.45 μm微孔滤膜过滤, 滤液用于HPLC的测
定。其中, 采用 Waters公司测糖专用的 Sugar-PAKI
型柱 , 流动相为双蒸馏水 (0.1 mmol L–1 EDTA
Na2-Ca), 流速 0.5 mL min–1, 柱温 90℃, Waters2414
示差折光检测器, 进样量为 10 μL。根据标样的色谱
峰面积计算葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、蔗糖
(sucrose)、蔗果三糖(1-kestose)、蔗果四糖(nystose)
和蔗果五糖(1F-fructofuranosylnystose)的含量。
1.4 统计分析
用 SigmaPlot 10.0软件制图, SAS 9.2软件分析
数据, 以单因素随机区组法分析收获期块根产量的
方差、单因素完全随机法分析其他项目的方差, 利
用 Duncan’s新复极差法检验处理间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 封垄期和收获期与产量有关的性状 (大田 ,
2013—2014年)
表 1 为 2013—2014 年大田统计数据, 其中, 封
垄期商薯 19的单株有效薯块数、单株有效薯块鲜重
均显著高于济徐 23 (F=10.71, P=0.0170; F=13.97,
P=0.0212); 收获时商薯19具有显著多的单株有效薯
块数和显著高的块根产量 (F=353.89, P<0.0001;
F=88.94, P<0.0001), 而济徐 23具有显著高的平均单
薯鲜重(F=10.32, P=0.0124)。
大田收获期产量性状与块根产量的偏相关分析
结果(表 2)显示, 单株有效薯块数、平均单薯鲜重与
块根产量均呈显著正相关, 其中商薯 19的单株有效
薯块数与块根产量的相关性要大于平均单薯鲜重与
块根产量的相关性。
2.2 生长前期根系生长发育和物质生产特性
2.2.1 不定根、侧根生长发育 表 3表明, 2个品
种随着根系的生长发育, 植株的根尖数、不定根条
数、不定根根长密度、粗根数和单株有效薯块数均
显著升高。其中, 秧苗栽后 15、30 d商薯 19均具有
较高的不定根条数、不定根根长密度和粗根数; 同

表 1 封垄期和收获期与产量有关的性状(大田, 2013–2014)
Table 1 Yield traits and fresh yield of storage root in field trials at top cover stage and harvest period in 2013–2014
年份
Year
生育时期
Growth stage
品种
Variety
单株有效薯块数
VSRNP
平均单薯鲜重
AFWP (g)
单株有效薯块鲜重
VSRFWP (g)
块根产量
FYSR (kg hm–2)
商薯 19 Shangshu 19 5.67 a 10.46 b 38.58 a — 45 d
济徐 23 Jixu 23 3.00 b 16.02 a 31.29 b —
商薯 19 Shangshu 19 5.00 a 168.13 b 840.63 a 42031.25 a
2013
收获 Harvest
济徐 23 Jixu 23 3.00 b 206.77 a 620.31 b 31015.63 b
商薯 19 Shangshu 19 7.33 a 3.20 b 23.46 a — 45 d
济徐 23 Jixu 23 5.00 b 3.97 a 19.83 b —
商薯 19 Shangshu 19 6.67 a 111.04 b 740.63 a 37031.25 a
2014
收获 Harvest
济徐 23 Jixu 23 4.33 b 127.02 a 550.00 b 27500.00 b
同一列中不同小写字母表示数值在 0.05的水平上差异显著。
Values in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. VSRNP: valid storage root
number per plant; AFWP: average fresh weight per tube; VSRFWP: valid storage root fresh weight per plant; FYSR: fresh yield of storage root.

表 2 收获期产量性状与块根产量间的偏相关系数(大田, 2013–2014)
Table 2 Partial correlated coefficients among yield traits in field trials at harvest period in 2013–2014

品种
Variety
单株有效薯块数
Valid storage root number per plant
平均单薯鲜重
Average fresh weight per tube
商薯 19 Shangshu 19 0.9163** 0.8471* 块根产量
Fresh yield of storage root 济徐 23 Jixu 23 0.9665** 0.9807**
*表示数值在 0.05的水平上相关显著, **表示数值在 0.01的水平上相关显著。
*Significant at P ≤ 0.05; **Significant at P < 0.01.
134 作 物 学 报 第 42卷


时, 商薯 19秧苗栽后 15 d具有较高根尖数, 形成的
不定根数占 30 d不定根数的 76.91%, 在秧苗栽后 30
d 所形成的有效薯块数占 45 d 有效薯块数的
52.22%。而济徐 23秧苗栽后 15 d与 30 d不定根数
目、30 d 和 45 d 的单株有效薯块数均无显著差异
(F=3.375, P=0.1401; F=0.2500, P=0.6433), 说明商
薯 19在秧苗栽后 30~45 d间, 依然有块根的分化建
成, 而济徐 23在秧苗栽后 15 d基本完成了不定根的
发生, 秧苗栽后 30 d基本完成不定根向块根的分化
建成。
2.2.2 有效薯块的形成 从表 3 还可以看出, 秧
苗栽后 30 d, 商薯 19具有较多根径介于 0.5~1.0 cm
的幼薯(YSR, 0.5 cm≤Φ<1.0 cm), 而济徐 23具有较
多根径介于 1~5 cm 的幼薯(YSR, 1 cm≤Φ<5 cm);
秧苗栽后 45 d, 商薯 19具有更多的单株有效薯块数
(F=27.00, P=0.0065), 其粗根数和根径介于 0.5~1.0
cm的幼薯(YSR, 0.5 cm≤Φ<1.0 cm )数目均显著高
于济徐 23, 而根径大于 5 cm的单株有效薯块(MSR,
Φ>5 cm )显著少于济徐 23。说明在甘薯生长前期, 商
薯 19 更为侧重于块根的分化建成, 而济徐 23 更为
侧重于块根分化建成后的生长发育。
由表 4可见, 秧苗栽后 15 d商薯 19具有较高地
上部、根系鲜重 , 较低的地上部与根系鲜重比值
(T/TR), 更侧重根系生物量的积累 ; 而在秧苗栽后
30 d, 2个品种间具有相似的地上部、根系鲜重和T/TR
值, 其中商薯 19的 T/TR值与其 15 d时相似, 且相较
于济徐 23具有较大的吸收根系鲜重; 秧苗栽后 45 d,
2个品种具有相似的有效薯块鲜重和 T/TR值, 其中
商薯 19 具有较大的地上部、根系和吸收根鲜重, 而
济徐 23具有较低的地上部与块根鲜重比值(T/SR)。
2.3 生长前期根叶蔗糖、葡萄糖和果糖含量比较
2.3.1 蔗糖含量 由图 1可知, 2个品种各取样时
期根系蔗糖含量随着根系的生长发育而升高, 秧苗
栽后 45 d根系的蔗糖含量显著(F=698.31, P<0.0001)
高于栽后 30 d, 而秧苗栽后 30 d显著(F=19.61, P=
0.0013)高于 15 d。其中, 商薯 19在整个生长前期(秧
苗栽后 15、30 和 45 d)根系的蔗糖含量均显著低于
济徐 23。

表 3 单株的根系特性(盆栽, 2014)
Table 3 Root characteristics at early growth stage in pot trials in 2014
单株有效薯块数 VSRP 生育时期
Growth
stage
品种
Variety
根尖数目
RNT
不定根
数目
ARN
不定根根长密度
ARLD
(×10–3 cm cm–3)
粗根数目 TRN
0.2 cm≤Φ<0.5 cm
0.5 cm≤Φ<1 cm 1 cm≤Φ<5 cm Φ≥5 cm
商薯 19 Shangshu 19 578.7 a 42.3 a 66.54 a 5.00 a — — — 15 d
济徐 23 Jixu 23 454.5 b 26.0 b 46.25 b 3.67 b — — —
商薯 19 Shangshu 19 915.0 b 55.0 a 85.32 a 8.67 a 2.33 a 1.67 b 0 a 30 d
济徐 23 Jixu 23 982.0 a 29.0 b 63.16 b 5.00 b 1.33 b 3.00 a 0 a
商薯 19 Shangshu 19 — — — 9.00 a 2.33 a 3.33 a 1.00 b 45 d
济徐 23 Jixu 23 — — — 4.50 b 0.33 b 1.00 b 3.00 a
为不定根局部膨大处最大直径。
: local maximum diameter of the adventitious root enlargement; RTN: root tip number; ARN: adventitious root number; ARLD: Ad-
ventitious root length density; TRN: thick root number.

表 4 单株的物质生产特性(盆栽, 2014)
Table 4 Material production characteristics at early growth phase in pot trials in 2014
生育时期
Growth
stage
品种
Variety
地上部鲜重
TFW
(g plant–1)
根系鲜重
TRFW
(g plant–1)
地上部/根系
鲜重比值
TFW/TRFW
吸收根鲜重
FRFW
(g plant–1)
有效薯块鲜重
SRFW
(g plant–1)
地上部/块根
鲜重比值
TFW/SRFW
商薯 19 Shangshu 19 9.69 a 4.72 a 2.05 b — — — 15 d
济徐 23 Jixu 23 5.90 b 2.14 b 2.76 a — — —
商薯 19 Shangshu 19 40.31 a 19.77 a 2.04 a 10.65 a 10.12 b — 30 d
济徐 23 Jixu 23 44.34 a 22.76 a 1.95 a 8.99 b 13.77 a —
商薯 19 Shangshu 19 94.95 a 132.50 a 0.70 a 48.96 a 85.85 a 1.11 a 45 d
济徐 23 Jixu 23 77.04 b 108.85 b 0.71 a 27.00 b 81.85 a 0.94 b
TFW: top fresh weight; TRFW: total root fresh weight; FRFW: fibrous root fresh weight; SRFW: storage root fresh weight.

第 1期 王翠娟等: 结薯数差异显著的甘薯品种生长前期根系特性及根叶糖组分比较 135


叶片的蔗糖含量在秧苗栽后 45 d最高(F=361.38,
P<0.0001), 秧苗栽后 30 d最低(F=19.36, P=0.0013)。
其中, 商薯 19秧苗栽后 15 d、30 d叶片的蔗糖含量
显著高于济徐 23, 使得商薯 19在根叶间形成了更大
的蔗糖浓度梯度。
2.3.2 葡萄糖含量 在甘薯生长前期根系的葡萄
糖含量随着根系的生长发育而逐渐降低, 秧苗栽后
45 d 根系的葡萄糖含量显著(F=16.61, P=0.0022)低
于栽后 30 d, 秧苗栽后 30 d显著(F=8.16, P=0.0170)
低于栽后 15 d。其中, 商薯 19整个生长前期根系的
葡萄糖含量均显著高于济徐 23。
叶片的葡萄糖含量在秧苗栽后 15 d 最低(F=
20.45, P<0.0001), 而秧苗栽后 30 d、45 d间无显著
差异(F=0.79, P=0.3936)。其中, 商薯 19秧苗栽后 15
d、45 d叶片的葡萄糖含量显著低于济徐 23, 而秧苗
栽后 30 d显著高于济徐 23。
2.3.3 果糖含量 根系的果糖含量在秧苗栽后
30 d最低(F=9.42, P=0.0022), 秧苗栽后 15 d、45 d
间无显著差异(F=0.02, P=0.8980)。其中, 商薯 19秧
苗栽后 15 d根系果糖含量显著高于济徐 23, 而秧苗
栽后 30 d、45 d, 2个品种间无显著差异。
叶片的果糖含量与叶片葡萄糖含量具有相同变
化规律, 在秧苗栽后 15 d最低(F=28.38, P<0.0001),
而秧苗栽后 30、 45 d 间无显著差异 (F=0.03,
P=0.8679)。其中, 2个品种秧苗栽后 15 d叶片的果
糖含量无显著差异, 而商薯 19秧苗栽后 30 d显著高
于济徐 23, 秧苗栽后 45 d显著低于济徐 23。
2.4 生长前期根叶淀粉和可溶性总糖含量比较
2.4.1 淀粉含量 由图 2可知, 2个品种根系、叶
片淀粉含量具有相同的变化规律, 秧苗栽后 30 d淀
粉含量高于 15 d (根系 F=129.59, P<0.0001; 叶片
F=16.72, P=0.0022), 秧苗栽后 45 d高于 30 d (根系
F=216.59, P<0.0001; 叶片 F=265.75, P<0.0001)。商
薯 19 秧苗栽后 15、45 d 根系的淀粉含量均显著的
低于济徐 23, 栽后 30 d无显著差异; 商薯 19秧苗栽
后 15 d叶片的淀粉含量显著高于济徐 23, 而栽后 30
d、45 d均显著的低于济徐 23。
2.4.2 可溶性总糖含量 根系、叶片可溶性总糖
含量具有相同的变化规律, 秧苗栽后 15 d、30 d间可
溶性总糖含量没有显著差异(根系 F=0.45, P=0.5182;
叶片 F=3.71, P=0.0830), 而秧苗栽后 45 d可溶性总
糖含量显著升高(根系 F=344.46, P<0.0001; 叶片
F=344.46, P<0.0001)。其中, 商薯 19整个生长前期
根系、叶片的可溶性总糖含量均不低于济徐 23。
2.5 生长前期根糖组分比率比较
随着根系的生长发育(表 5), 2 个品种根系的蔗
糖/己糖比率逐渐升高, 秧苗栽后 30 d 根系的蔗糖/
己糖比率显著(F=29.24, P=0.0003)高于栽后 15 d, 栽

图 1 秧苗栽后 15、30和 45 d甘薯根系和叶片蔗糖、葡萄糖、果糖的含量变化(盆栽, 2014)
Fig. 1 Changes of contents of sucrose, glucose and fructose at 15, 30, and 45 days after planting in root and leaf in pot trials in 2014
S19: 商薯 19; J23: 济徐 23。图柱上标以不同小写字母表示糖含量在 0.05水平上差异显著。
S19: Shangshu 19; J23: Jixu 23. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among sugar
contents.
136 作 物 学 报 第 42卷



图 2 秧苗栽后 15、30和 45 d甘薯根系、叶片淀粉和可溶性总糖的含量变化(盆栽, 2014)
Fig. 2 Changes of contents of starch and total soluble sugar in roots and leaves at 15, 30, and 45 days after planting in pot trials in
2014
S19: 商薯 19; J23: 济徐 23。图柱上标以不同小写字母表示糖含量在 0.05水平上差异显著。
S19: Shangshu 19; J23: Jixu 23. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among sugar contents.

后 45 d显著(F=215.68, P<0.0001)高于栽后 30 d, 其
中秧苗栽后 15、30和 45 d商薯 19根系的蔗糖/己糖
比率均显著低于济徐 23。说明在整个生长前期, 商
薯 19更为侧重己糖的代谢。
2 个品种根系的蔗糖/可溶性总糖比率也随着根
系的生长发育逐渐升高, 秧苗栽后 30 d根系的己糖/
可溶性总糖比率显著(F=24.93, P=0.0003)高于 15 d,
栽后 45 d显著(F=120.00, P<0.0001)高于栽后 30 d。
其中, 秧苗栽后 15 d、30 d济徐 23根系的蔗糖/可溶
性总糖比率均显著高于商薯 19, 而栽后 45 d品种间
无显著差异。说明在根系可溶性总糖的代谢中, 蔗
糖代谢比例随着根系的生长发育而不断升高, 其中
秧苗栽后 15 d、30 d时, 济徐 23在可溶性总糖的代
谢中具有更高的蔗糖代谢比例。
2个品种根系的蔗糖和淀粉含量均随着根系的生
长发育显著升高(表 3和表 4), 但栽后 15 d和 30 d间
根系的蔗糖/淀粉比率没有显著差异(F=0.92, P=0.3573),
栽后 45 d 时根系的蔗糖/淀粉比率才显著升高(F=
215.68, P<0.0001)。说明在秧苗栽后 15 d、30 d, 根系
的蔗糖、淀粉含量只在绝对含量上有差异, 二者含量
的相对变化比率相似; 而秧苗栽后 45 d, 根系蔗糖、
淀粉含量显著升高的同时, 蔗糖/淀粉比率也显著升
高, 说明蔗糖代谢的变化大于淀粉代谢的变化。其中,
秧苗栽后 45 d济徐 23更为侧重于淀粉的转化积累。

表 5 秧苗栽后 15、30和 45 d根系的糖组分比率(盆栽, 2014)
Table 5 Changes of content ratio of carbohydrate composition in root at 15, 30, and 45 days after planting in pot trials (2014)
生育时期
Growth stage
品种
Variety
蔗糖/己糖
Sucrose/hexoses
蔗糖/可溶性总糖
Sucrose/total soluble sugar
蔗糖/淀粉
Sucrose/starch
商薯 19 Shangshu 19 0.488±0.036 b 0.205±0.033 b 0.201±0.031 b 15 d
济徐 23 Jixu 23 1.190±0.064 a 0.355±0.024 a 0.249±0.006 a
商薯 19 Shangshu 19 1.516±0.104 b 0.434±0.028 b 0.194±0.015 b 30 d
济徐 23 Jixu 23 2.030±0.066 a 0.527±0.029 a 0.241±0.031 a
商薯 19 Shangshu 19 4.539±0.355 b 0.767±0.042 a 0.322±0.016 a 45 d
济徐 23 Jixu 23 5.231±0.175 a 0.827±0.005 a 0.270±0.009 b
己糖=葡萄糖+果糖。Hexose = glucose +fructose.
第 1期 王翠娟等: 结薯数差异显著的甘薯品种生长前期根系特性及根叶糖组分比较 137


2.6 生长前期根叶果聚糖含量变化
2.6.1 根系果聚糖含量变化 由表 6 可知, 整个生
长前期在 2 个品种的根系中均未检测出蔗果五糖, 秧
苗栽后 15 d、30 d根系的蔗果四糖含量间没有显著差
异(F=0.01, P=0.9358), 栽后 45 d蔗果四糖含量显著降
低(F=24.23, P<0.0001)。其中, 秧苗栽后 15 d、30 d商
薯19根系的蔗果四糖含量均显著低于济徐23, 但商薯
19 根系低果聚糖总含量(蔗果三糖+蔗果四糖)与济徐
23根系中低果聚糖总含量(仅蔗果四糖)相似。此外, 45
d 可能因蔗果四糖的解聚, 或因蔗果四糖合成反应的
弱化, 促使济徐 23根系蔗果三糖合成。在秧苗栽后 15
d、30 d, 商薯 19根系的蔗果三糖含量间没有显著变化
差异(F=0.43, P=0.5263), 栽后 45 d 显著降低(F=5.33,
P=0.0178), 且与济徐 23的蔗果三糖含量无显著差异。
2.6.2 叶片果聚糖含量变化 由表 7 可知, 整个
生长前期在 2个品种的叶片中均未检测出蔗果三糖,
且随着植株的生长, 叶片蔗果四糖、蔗果五糖含量
先升高(F=20.89, P=0.01; F=936.52, P=0.0001)后又
下降(F=35.96, P=0.004; F=2307.35, P=0.0001), 且栽
后 15 d时 2个品种叶片的蔗果四糖、蔗果五糖含量
间均无显著差异(F=2.78, P=0.24; F=0.83, P=0.06),
栽后 30 d济徐 23的蔗果四糖含量显著最高, 而商薯
19 的蔗果五糖含量显著最高, 栽后 45 d 商薯 19 的
蔗果四糖和蔗果五糖均显著最低。

表 6 秧苗栽后 15、30和 45 d根系果聚糖含量(2014)
Table 6 Changes of fructosan content in root at 15, 30, and 45 days after planting in pot trials in 2014 (mg g–1 DW)
生育时期
Growth stage
品种
Variety
蔗果三糖
1-kestose
蔗果四糖
Nystose
蔗果五糖
1F-fructofuranosylnystose
商薯 19 Shangshu 19 2.909±0.890 4.934±0.389 b — 15 d
济徐 23 Jixu 23 — 7.354±0.285 a —
商薯 19 Shangshu 19 2.803±0.667 4.672±0.203 b — 30 d
济徐 23 Jixu 23 — 7.772±0.303 a —
商薯 19 Shangshu 19 2.133±0.161 a 1.303±0.157 a — 45 d
济徐 23 Jixu 23 2.654±0.064 a 1.698±0.022 a —

表 7 秧苗栽后 15、30和 45 d叶片果聚糖含量(2014)
Table 7 Changes of fructosan content in leaf at 15, 30, and 45 days after planting in pot trials in 2014 (mg g –1 DW)
秧苗栽天数
Days after planting
品种
Variety
蔗果三糖
1-kestose
蔗果四糖
Nystose
蔗果五糖
1F-fructofuranosylnystose
商薯 19 Shangshu19 — 1.401±0.035 a 2.297±0.023 a 15 d
济徐 23 Jixu 23 — 1.438±0.350 a 2.242±0.037 a
商薯 19 Shangshu 19 — 1.942±0.514 b 6.812±0.250 a 30 d
济徐 23 Jixu 23 — 3.840±1.127 a 3.044±0.421 b
商薯 19 Shangshu 19 — 0.628±0.087 b 0.853±0.323 b 45 d
济徐 23 Jixu 23 — 1.312±0.384 a 2.225±0.397 a

3 讨论
3.1 甘薯生长前期根系生长发育和物质积累特
性与块根分化建成关系
甘薯茎叶封垄期的单株有效薯块数基本稳定[6,19-21],
在本研究中单株有效薯块数较多的商薯19 在收获期
具有更高的块根产量, 且单株有效薯块数与块根产
量的正相关性大于平均单薯鲜重与块根产量, 说明
促进甘薯块根的分化建成, 形成多的单株有效薯块
数, 对于最终块根产量的提高具有重要的意义。大
量研究表明, 甘薯生长前期根系特性与块根的分化
建成密切相关[9-12]: 长度大于 20 cm的不定根更容易
分化建成块根[9,11], 同时不断发生的侧根, 会扩大吸
收根系 , 促进土壤水分和营养元素的吸收利用 [22],
并提高根系获取碳同化物的能力[23]和其着生不定根
向块根分化的能力[11-12], 且甘薯形成早的根原基多
发育成粗根, 易分化为块根[9,24]。此外, 地上部生物
量与总根系生物量比值(T/TR)说明甘薯茎叶和根系
生长的动态变化, 地上部与块根生物量比值(T/SR)
是判别甘薯茎叶源与块根库关系是否协调的直观指
标[] [6]。在本研究中, 商薯 19发根缓苗迅速, 在块根
分化建成前期具有较高的地上部、根系生物量和较
低的 T/TR 值, 且块根分化建成过程中 T/TR 值较为
稳定 , 整个生长前期均较为侧重吸收根系的建成 ,
138 作 物 学 报 第 42卷


促进了粗根的形成及其向块根的分化建成, 在块根
分化建成后期至茎叶封垄仍持续分化建成有效薯块,
是商薯 19 形成较多单株有效薯块数的基础性条件;
而济徐 23较早完成不定根的发生(秧苗栽后 15 d)和
有效薯块的分化建成(秧苗栽后 30 d), 封垄期时具有
较低的 T/SR值, 侧重已形成有效薯块的生长发育。
3.2 蔗糖和己糖的代谢
蔗糖是光合作用的主要产物[25], 同化物运输的
主要形式和库器官代谢的主要基质 [26-27], 而源库
器官间的蔗糖浓度梯度是蔗糖由源向库的运输驱
动力 [28-29], 叶片较高的蔗糖浓度利于蔗糖的向下运
输[30-31], 库器官对蔗糖的利用促进蔗糖浓度梯度的
形成[32]。同时, 己糖和蔗糖代谢分别对应库器官不
同的生长发育阶段: 高水平的己糖对应于发育器官
的细胞分裂分化, 而高浓度蔗糖会触发贮藏物质的
积聚[32-34]。萝卜肉质根较高的蔗糖浓度, 抑制蔗糖
卸载阻碍肉质根的膨大, 而较低的蔗糖浓度, 较高的
葡萄糖、果糖浓度, 利于肉质根的形成和发育[35-36]。
对蚕豆籽粒、杨梅果实发育的研究表明[37-38], 当蔗
糖/己糖比率较低时, 籽粒或果实具有较高的细胞分
裂活性; 蔗糖/己糖比率增大, 籽粒或果实便从细胞
分裂阶段过渡到贮藏阶段。本研究发现, 商薯19生
长前期具有较低的根系蔗糖含量, 较高的根系可溶
性总糖、己糖含量和较大的根叶蔗糖浓度梯度; 同
时, 根系的蔗糖/己糖比率随着甘薯根系的生长发育
逐渐升高, 而整个生长前期商薯19根系的蔗糖/己糖
比率均显著低于济徐23。初步分析认为, 在甘薯生
长前期己糖、蔗糖代谢亦会通过影响不同的生理活
动, 调控根系的生长发育、块根库器官的分化建成。
其中, 商薯19在整个生长前期根叶间具有更强的蔗
糖运输驱动力 , 且根系具有更为活跃的己糖代谢 ,
具有较高的块根分化建成潜力。
3.3 贮藏糖类多聚物的形成
一般源器官运输到库器官的蔗糖 , 或作为碳
源、能源分解成己糖等供新生组织的生长发育, 或
转变成用于贮藏的糖类多聚物[39]。其中, 淀粉是葡
萄糖多聚物, 而果聚糖是在蔗糖的基础上, 链接上
一个或多个果糖残基聚合而成。有研究表明, 源叶
淀粉的积累会抑制马铃薯块茎的形成[40]; 大麦等作
物库器官淀粉的积累要早于其蔗糖 /己糖比率的变
化[41-42]; Wang等[43]研究发现, 甘薯根系淀粉、蔗糖
含量与薯块大小高度相关。同时, 果聚糖的合成、
降解与植物碳素分配, 源库关系调节有密切关系[44],
其对器官的启动生长及最终产量具有重要作用[45-48]。
果聚糖的合成可以提高韧皮部至新生细胞间蔗糖的
浓度梯度[49]; 在小麦、大麦籽粒和蒲公英幼根生长
早期阶段果聚糖会迅速而相对大量地合成[46-47,50]。
同时 , 淀粉生物合成对蔗糖的竞争作用 [51-52]使小
麦、大麦的籽粒淀粉快速积累时[45-46]与牧草快速生长
前蔗糖快速积累时[48,53]均伴随果聚糖的迅速降解。
本研究中2个甘薯品种的根叶器官在生长前期
的不同阶段侧重于不同贮藏糖类的积累, 块根分化
建成初期根系低聚合度果聚糖的合成相对旺盛, 2个
品种根系低果聚糖总含量相似; 而块根分化建成后,
分化根主要进行蔗果四糖的降解和淀粉的合成积累,
同时茎叶封垄期2个甘薯品种根系的蔗糖/淀粉比率
均显著升高, 要晚于蔗糖/己糖比率的变化, 说明甘
薯块根分化建成中淀粉积聚的发生要晚于细胞的分
裂分化; 在整个生长前期, 叶片淀粉含量持续稳定
增长, 而叶片低聚合度果聚糖在块根分化建成后期
开始相对大量合成。其中, 蔗果三糖、四糖、五糖
的合成在积聚利用等量蔗糖的前提下, 实现了己糖
果糖的不同利用。所以在甘薯块根分化建成初期, 2
个品种在具有相似根系低果聚糖总量的前提下, 商
薯19根系通过蔗果三糖的存在, 相对减少了对己糖
果糖的利用, 更利于根系己糖的代谢; 在块根分化
建成后期 , 商薯19叶片通过合成更多的蔗果五糖 ,
实现对己糖果糖更多的贮藏积累, 而较低的叶片淀
粉含量利于其根系向块根的分化建成 ; 在2个甘薯
品种具有相似根系蔗糖/可溶性总糖比率前提下, 济
徐23根系的蔗糖/淀粉比率显著更低, 说明茎叶封垄
时济徐23更为侧重块根分化建成后淀粉的转化积累
和已形成薯块的生长发育。
4 结论
商薯19生长前期具有较高的生物量积累且侧重
吸收根系的生长, 不定根、侧根的形成发育时间早
且持续期长, 利于粗根的形成及其向有效薯块的分
化建成; 在根叶蔗糖、己糖代谢和贮藏糖类多聚物
的形成中, 糖的组成及其代谢流向影响了甘薯块根
库器官早期的发育: 商薯19整个生长前期旺盛的己
糖代谢促进不定根、侧根的形成和生长发育, 利于
粗根的形成及其向块根的分化建成; 济徐23块根分
化建成过程中显著高的根系蔗糖/己糖比率, 使其较
早完成不定根的发生和有效薯块的分化建成, 而块
根分化建成后显著低的蔗糖/淀粉比率, 利于已形成
第 1期 王翠娟等: 结薯数差异显著的甘薯品种生长前期根系特性及根叶糖组分比较 139


有效薯块的生长发育。
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