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氮素是马铃薯生长最重要的营养物质之一,氮肥对马铃薯的块茎产量和品质均有重要影响。为了探讨氮肥施用量对马铃薯块茎淀粉积累影响的生理及分子调节机制,本研究采用二因素裂区设计,选用生育期相近但淀粉含量不同的两个马铃薯品种(高淀粉品种克新22号和低淀粉品种克新19号,安排在主区)为试验材料,探讨了施氮量(0、75、150、225和300kg/hm~2,安排在副区)对不同淀粉型马铃薯的农艺性状、淀粉积累量、淀粉积累速率、淀粉合成关键酶活性及相关基因表达量的影响以及它们之间的相互关系,并通过扫描电镜和透射电镜的观察,研究了氮肥施用量对不同淀粉型马铃薯块茎淀粉微观结构和数量的影响。研究结果表明:(1)克新22号品种直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累量在生育前期和中期均表现为N75>N150>N225>N300>N0,在生育后期均表现为N150>N225>N300>N75>N0。克新19号品种直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累量在生育前期均表现为N75>N0>N150>N225>N300,在生育中期均表现为N75>N150>N225>N300>N0,在生育后期直链淀粉积累量表现为300>N225>N150>N75>N0,而支链淀粉和总淀粉积累量均表现为N225>N300>N150>N75>N0。与克新22号品种相比,克新19号品种对氮肥非常敏感,是一个比较喜肥的品种。两个品种相比,在整个生育期,克新22号品种的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累量均显著大于克新19号品种。(2)克新22号品种直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率,在生育前期均表现为N75>N150>N225>N300>N0,在生育中期均表现为N150>N225>N300>N75>N0,在生育后期均表现为N300>N225>N150>N75>N0。在不同施氮水平下,直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率峰值出现的时间不变,均发生在苗后的第65天。克新19号品种在生育前期直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率表现为N75>N0>N150>N225>N300,在生育中期直链淀粉积累速率表现为N150>N225>N300>N75>N0,支链淀粉积累速率表现为N150>N75>N225>N300>N0,总淀粉积累速率表现为N150>N225>N75>N300>N0,在生育后期,直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率均表现为N300>N225>N150>N75>N0。克新19号品种在低氮水平下直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率峰值出现的时间明显提前;在高氮水平下,直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率峰值出现的时间明显延后。两个品种相比,在生育前期克新22号和克新19号品种的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率相差不大,在生育中期克新22号品种的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率显著大于克新19号品种,在生育后期克新22号品种的支链淀粉和总淀粉积累速率显著高于克新19号品种。(3)克新22号品种AGPP、GBSS、SSS和SBE酶活性在生育前期均表现为N75>N150>N225>N300>N0,在生育中期均表现为N150>N225>N300>N75>N0,在生育后期均表现为N300>N225>N150>N75>N0。在不同的施氮水平下,这四种酶的活性峰值均出现在苗后的第65天。克新19号品种AGPP、GBSS、SSS和SBE酶活性在生育前期均表现为N75>N0>N150>N225>N300,在生育中期均表现为N225>N300>N150>N75>N0;在生育后期均表现为N300>N225>N150>N75>N0。在低氮水平下,AGPP、GBSS、SSS和SBE酶活性峰值出现的时间明显提前;在高氮水平下,这些酶活性峰值出现的时间明显延后。两个品种相比,克新22号品种的AGPP、GBSS、SSS和SBE酶活性显著高于克新19号品种。在不同施氮水平下,直链淀粉积累速率与AGPP和GBSS酶活性呈正相关,支链淀粉积累速率与AGPP、SSS和SBE酶活性呈正相关,总淀粉积累速率与AGPP、GBSS、SSS和SBE酶活性均呈正相关。淀粉积累速率随施氮量的变化趋势与相应淀粉合成酶活性的变化趋势大体相同。(4)与克新19号品种相比,克新22号品种的AGPP-L、GBSSI、SBEI和SSIII基因的表达量出现明显上调,而两个品种间的AGPP-S和SSII基因的表达量差异不大。不同施氮量对克新22品种的AGPP-L、GBSSI、SBEI和SSIII基因的表达量均有显著影响,而对这些基因表达量峰值出现的时间影响不大。克新22号品种AGPP-L、GBSSI、SBEI和SSIII基因的表达量在生育前期大都表现为N75>N150>N225>N300>N0;在生育中期大都表现为N150>N225>N300>N75>N0,在生育后期均表现为N300>N225>N150>N75>N0。在不同施氮水平下,这些基因表达量的峰值大都出现在苗后的第65天。不同施氮量对克新19号品种的AGPP-L、GBSSI、SBEI和SSIII基因表达量和表达量峰值出现的时间均有显著影响。这些基因的表达量在生育前期均表现为N75>N0>N150>N225>N300,生育中期大都表现为N150>N225>N300>N75>N0,生育后期大都表现为N300>N225>N150>N75>N0。克新19号品种,在低氮水平下,这些基因的表达量峰值出现的时间明显提前;而在高氮水平下,这些基因表达量峰值出现的时间则明显延后。淀粉合成关键酶基因的表达量随施氮量的变化趋势与相应淀粉合成酶活性的变化趋势相同。(5)克新22号和克新19号品种在结薯初期,随着施氮水平的增加,块茎薄壁细胞的体积明显变小,大型淀粉粒的数量明显减少,小型淀粉粒的数量明显增多。克新22号品种在块茎成熟期施氮量在0-225 kg/hm~2时,随着施氮量的增加,块茎薄壁细胞的体积明显增大、大型淀粉粒的数量和小型淀粉粒的数量明显增多;施氮量在225-300 kg/hm~2时,块茎薄壁细胞的体积明显变小,大型淀粉粒和淀粉粒的总数明显减少。克新19号品种在块茎成熟期,施氮量在0-225kg/hm~2时,随着施氮量的增加,块茎薄壁细胞的体积明显增大,大型淀粉粒的数量明显增多,小型淀粉粒的数量明显减少。施氮量在225-300 kg/hm~2时,随着施氮量增加,块茎薄壁细胞的体积变化不大,大型淀粉粒的数量明显减少,小型淀粉粒的数量明显增多。不同生育期相比,从结薯初期至块茎成熟期,两个品种的块茎薄壁细胞和淀粉粒的体积均明显变大。两个品种相比,克新22号块茎薄壁细胞的体积和淀粉粒的体积均明显大于克新19号,克新22号块茎的大型淀粉粒的数量也明显多于克新19号品种。(6)克新22号和克新19号品种块茎的淀粉质体都存在多核增殖、缢缩增殖和出芽增殖三种增殖方式。在结薯初期随着施氮量的增加,两个品种的淀粉质体增殖发生率均呈先增加后降低的趋势,施氮量在75 kg/hm~2时,淀粉质体增殖发生率最高。在块茎成熟期,随着施氮量的增加,两个品种的块茎淀粉质体增殖发生率也呈先增加后降低的趋势,施氮量在150 kg/hm~2时,克新22号品种的淀粉质体增殖发生率最高;施氮量在225 kg/hm~2时,克新19号品种的淀粉质体增殖发生率最高。两个品种相比,克新22号品种的淀粉质体增殖发生率明显高于克新19号。不同生育时期相比,结薯初期的淀粉质体增殖发生率明显高于块茎成熟期。