第２３卷 第２期 Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．２ 草 地 学 报 ＡＣＴＡ ＡＧＲＥＳＴＩＡ ＳＩＮＩＣＡ ２Ｏ１５年 Ｍａｒ． ３月 ２Ｏ１５ 根系切割对菊芋块茎产量及物质分配的影响 鸟日娜，刘 辉，朱铁霞，高 凯 （内蒙古民族大学，内蒙古通辽０２８０４３） 摘要：以红皮菊芋（Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓ）为研究对象，通过对营养生长期和现蕾期菊芋根系进行垂直切割处理，探 讨根系切割对菊芋块茎生物产量和物质分配的影响。结果表明：根系切割显著提高了块茎产量（Ｐ＜Ｏ．０５），且２个 处理时间在２０ ｃｒｎ条件下均使块茎产量最高；根系切割提高了菊芋块茎比重和根冠比，降低了茎比重、花比重、叶 比重和根比重，有利于增加光合产物在块茎中的分配。 关键词：菊芋；根系切割；块茎；物质分配 中图分类号：Ｓ６３２．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—０４３５（２０１５）０２—０４２６－０３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｒｏｏｔ Ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｕｂｅｒ Ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ ＷＵ Ｒｉ—ｎａ，Ｉ ＩＵ ＨＵｉ，ＺＨＵ Ｔｉｅ—ｘｉａ，ＧＡＯ Ｋａｉ （Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｔｏｎｇｌｉａｏ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ０２８０４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ Ｏｆ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｔｕｂｅｒ ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ Ｉ ．ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｂｙ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｗｏ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ（ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｓｑｕａｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ）ａｎｄ ｆｉｖｅ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｕｂｅｒ ｂｉｏｍａｓｓ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｕｂｅｒ ｂｉｏｍａｓｓ ＷａＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ２０ ｃｍ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎ ｓｑｕａｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ．Ｔｕｂｅｒ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｓｈｏｏｔ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｅｒｅ— ａｓ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｆｌｏｗｅｒ，ｌｅａｆ，ｓｔｅｍ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｄｅｃｅａｓｅｄ ａｆｔｅｒ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ Ｌ．；Ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ；Ｔｕｂｅｒ；Ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 生物质能源对缓解能源危机和降低经济发展对 化石燃料的过度依赖具有重要意义 ］。菊芋（Ｈｅｌｉ— ａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ Ｌ．）是菊科向日葵属多年生植物， 系的研究较少，仅少数学者针对去花条件下菊芋干物 质和糖分积累与分配进行了探讨 。针对上述情况， 本文通过对菊芋水平根系进行切割处理，探讨切割半 具有喜温耐寒，喜湿耐旱，喜肥耐贫瘠，耐盐碱等优 点［２］。同时菊芋块茎具有较高的菊粉含量，约占干 物质的７Ｏ ～９Ｏ％口］，其可经发酵作用转化为乙 醇，其转化率高达８３ ～９９ ＿４］。因此，菊芋成为 能源植物研究的重点作物，如何提高菊芋块茎产量 和品质成为菊芋研究的重点内容。 针对这种情况，国内外学者分别从收获时间ｌ５］、种 植密度¨６］、水肥管理＿５ 等角度就如何提高菊芋块茎产 径和切割时间对菊芋块茎产量和物质分配的影响，为 菊芋高产栽培管理提供理论指导。 １材料与方法 １．１试验地概况 研究地点位于西辽河平原内蒙古民族大学 农学院试验农场。Ｎ ４３。３６ ，Ｅ １２２。２２ ，海拔 １ ７８ ｍ，试验地土壤为灰色草甸土，是当地主要土 壤类型，土壤有机质含量１８．２３ ｇ・ｋｇ一、碱解氮 ６２．４１ ｍｇ・ｋｇ一、速效磷３８．６１ ｍｇ・ｋｇ＿。、速效 钾１８４．５８ ｍｇ・ｋｇ～、ｐＨ值８．２。试验地具有井 量进行了大量研究，并取得了丰硕的成果，但也出现一 些新的问题，如在氮肥研究过程中，发现氮肥虽然能够 提高菊芋块茎产量，同时氮肥也促进了茎、叶的快速生 长，从而影响了地下块茎产量［５］。同时，对菊芋源一库关 收稿日期：２０１４－０８ ０４；修回日期：２０１４－１２－０９ 基金项目：国家自然科学基金（３１２０１８４４）；内蒙古民族大学博士科研启动基金（ＢＳ２６８）资助 作者简介：乌日娜（１９８９），女，蒙古族，内蒙古锡林浩特人，硕士研究生，主要从事草地资源与利用研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｏｋｕｎｄｅｙｏｕｘｉａｎｇ＠１ｚ６ ｃｏｒｎ；＊通信作者Ａｕｔｈｏｒ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｇａｏｋａｉ５５５＠１２６．ｃｏｒｎ 第２期 乌日娜等：根系切割对菊芋块茎产量及物质分配的影响 ４２７ 灌条件。 １．２试验材料 ２０１３年５月种植菊芋，以重３０￣４０ ｇ无病无伤 的红皮菊芋（Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ‘Ｒｅｄ ｓｋｉｎ’）块茎 做种。种植密度２５０ ｃｍ×２５０ ｃｍ，播种深度１５ ｃｍ。 出苗后进行定株，进行除草、灌水等管理措施，收获 时间为２０１３年１０月５ Ｅｌ。 １．３根系切割处理 采用“垂直切割法”对菊芋水平根系进行处 理。处理时间选择在营养生长旺盛期（２０ｌ３年７ 月２０日）和现蕾期（２０１ ３年８月１０日，以１０ ９／６ 的花蕾出现为准）。根系切割时以菊芋植株为中 心，分别以２０，４０，６０和８Ｏ ｃｍ为半径画圆，沿圆 的外周进行垂直切割菊芋水平根系，每个处理重 复２０株，深度为５０ ｃｍ，以不进行根系切割处理 为对照。 １．４测定指标及方法 对每个处理的２Ｏ个重复，齐地面刈割，测定单 株重，同时进行茎、叶分离，在１０５℃条件下杀青３Ｏ ａｒｉｎ，后在７５℃条件下烘干，叶片和花烘干２４ ｈ，茎、 根和块茎烘干４８ ｈ，测定干重。对根及块茎取样时 尽量将单株块茎和根全部挖出。 １．５数据分析 根比重（ｒｏｏｔ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ，ＲＭＲ，Ｖ０）一根生物量／ 总生物量×１００ ；茎比重（ｓｔｅｍ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ，ＳＭＲ， ） 一茎生物量／总生物量×１００ ；叶比重（１ｅａｆ ｍａｓｓ ｒａ— ｔｉｏ，ＬＭＲ， ）一叶生物量／总生物量×１００ ；块茎比 重（ｔｕｂｅｒ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ，ＴＭＲ， ）＝＝＝块茎生物量／总生物 量×１００ ；花比重（ｆｌｏｗｅｒ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ，ＦＭＲ， ）一花 生物量／总生物量×１００％；根冠比（ｒｏｏｔ／ｓｈｏｏｔ ｒａｔｉｏ， Ｒ／Ｓ）一地下（根）生物量／地上生物量。 利用Ｅｘｃｅｌ ２００３进行数据计算，利用ＳＡＳ ９．２ 进行单因素方差分析。 ２结果与分析 ２．１ 根系切割对菊芋块茎生物量的影响 由图１可知，营养生长期处理，与ＣＫ相比，除 ４０ ｃｍ外，其它各处理均显著高于ＣＫ且块茎生物 量在２０ ｃｍ条件下显著高于其他处理（Ｐ＜０．０５）， 而４０ ｃｍ显著低于２０，６Ｏ和８０ ｅｒａ（Ｐ＜０．０５）；现蕾 期处理，块茎生物量在各处理半径条件下均显著高 于ＣＫ且２０ ｃｍ显著高于４０，６Ｏ，８０ ｃｍ（Ｐ＜０．０５）， 而４ｏ，６Ｏ，８０ ｃｍ三者间无显著差异。在相同处理半 径不同处理时间条件下，６０ ｃｍ处理条件下营养生 长期和现蕾期处理问无显著差异，８０ ｃｍ条件下营 养生长期处理显著高于现蕾期处理，２０，４０ ｃｍ条件 下营养生长期处理显著低于现蕾期处理（Ｐ＜ ０．０５）。２Ｏ ｃｍ条件在２个处理时期均能显著的提 高块茎生物量。 营养生长期 目现蕾期 誊５００ 耋４００ 皇３００ ２０Ｏ １００ ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ＣＫ 处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ／ｃｍ 图１ 根系切割对块茎生物量的影响 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｏｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｎ ｔｕｂｅｒ ｂｉｏｍａｓｓ 注：不同大写字母表示相同处理时间不同处理半径之间 在０．０５水平上差异显著；不同小写字母表示相同处理半径 不同处理时间之间在０．０５水平上差异显著； ＊表现各处理与对照之间在０．０５水平上差异显著。下同 Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ０．０５ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｗｅｒｃａｓｅ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ０．０５ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ，＊ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ０．０５ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ＣＫ．Ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｂｅｌｏｗ ２．２根系切割对菊芋物质分配规律的影响 由表１可知，在２个处理时期进行２０ｃｍ切割均 使根冠比显著高于其他４个处理（Ｐ＜ｏ，０５），其他４ 个处理间无显著差异。同时，与ＣＫ相比，根系切割 处理显著的降低了根比重（Ｐ＜０．０５），而４个切割处 理间差异不显著。根系切割处理降低了茎比重但只 有２０ ｃｍ条件下显著低于其他各处理（Ｐ＜０．０５），其 余无显著差异。根系切割处理降低了叶比重，营养生 长期处理，２Ｏ，４Ｏ，８０ ｃｍ显著低于ＣＫ（Ｐ＜０．０５）；现 蕾期各处理半径均显著低于ＣＫ（Ｐ＜Ｏ．０５），且均在 ２０ ｃｍ条件下达到最小值。花比重，营养生长期处 理，其大小顺序为ＣＫ＞６０＞４０＞８Ｏ＞２０ ｃｍ，但处理 问差异不显著；现蕾期处理，其大小顺序为ＣＫ＞４０＞ ４２８ 草 地 学 报 第２３卷 ８０＞６０＞２０ ｃｍ，其中ＣＫ，４０和８Ｏ ｃｍ显著高于６Ｏ和 块茎比重显著高于ＣＫ（Ｐ＜０．０５）。在２Ｏ ｃｍ条件下， ２０ ｃｍ（Ｐ＜０．０５＞，其余差异不显著。根系切割处理使 茎、叶、花的比重均最低，根冠比及块茎比重均最高。 表１ 切根处理对菊芋物质分配规律的影响 Ｔａｂｌｅ １ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒｏｏｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ３讨论与结论 菊芋块茎产量的形成主要依靠同化物和各种矿 菊芋块茎产量的提高最有利。 参考文献 质营养向地下运输积累来实现ｌ＿８］。本试验借鉴烟草 （Ｎｉｃａｔｉａｎａ ｔａｂａｃｕｍ）顶端优势去除技术，通过抑制 ［１］石元春．发展生物质产业［Ｊ］．发明与创新，２００５（５）：４－６ ［２］马玉明，龙锋．我国东部沙地菊芋生长的调查研究［Ｊ］．中国草 地，２００１，２３（６）：４２—４４ 菊芋根系生长，来改变菊芋源库关系，进而改变同化 物和营养物质在菊芋体内分配，以提高目标器官的 产量。 ［３］汪伦记，董应．以菊芋粉为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇 ＿Ｊ］．农业工程学报，２００９，２５（１１）：２６３～２６９ ［４］Ｐａｎｃｈｅｖ Ｉ，Ｄｅｌｃｈｅｖ Ｎ，Ｋｏｖａｃｈｅｖａ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｕｌｉｎｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ】ｅｒｕｓａｌｅｍ ａｒｔｉｃｈｏｋｅ 切根处理提高了菊芋块茎产量，其原理与烟草 去除顶端优势一致，均通过改变植株生长中心和物 （Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ Ｌ．）［Ｊ］． Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｆｏｏｄ Ｒｅａ— ｓｅａｒｃｈ８ＬＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２３３（５）：８８９—８９６ 质交换中心，使源库关系改变，促进植物体内营养物 质向块茎的运输、分配和积累 ］。在２Ｏ ｃｍ条件下， ［５］Ｓｏｊａ Ｇ，Ｄｅｒｓｃｈ Ｇ，Ｐｒａｚｎｉｋ Ｗ．Ｈａｒｖｅｓｔ ｄａｔｅ，ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｖａ— ｒｉｅｔａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｕｃｔａｎ ｉｎ Ｊｅｒｕｓａｌｅｍ Ａｒｔｉｅｈｏｋｅ（Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ Ｌ．） 块茎产量最高且营养生长期切割使块茎产量高于现 蕾期切割。这一结论与Ｂｅｎｎｅｔｔ等＿ｌ叩的研究结果 一［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ８Ｌ Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９０，１６５（２／３）： １８１—１８９ 致，即：现蕾期源库关系改变对产量的影响大于营 本试验通过对菊芋根系进行切割处理，使各处 ［６３杨君，姜吉禹．海水灌溉条件下菊芋种植密度对土壤无机盐及 产量的影响［Ｊ］．吉林师范大学学报：自然科学版，２００９，２９ （４）：１４０—１４３ 养生长期源库关系改变。 理的根冠比和块茎比重均高于对照，这也表明了切 割可以促使营养物质向地下的运输和积累。同时， 在块茎比重增加的情况下，花比重、叶比重、茎比重 ［７］李辉，许欢欢，赵耕毛，等．去花对菊芋干物质和糖分积累与分 配的影响［Ｊ］．草业学报，２０１４，２３（１）：１４９—１５７ ［８］ Ｓｃｈｕｂｅｒｔ Ｓ，Ｆｅｕｅｒｌｅ Ｒ．Ｆｒｕｃｔａｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｕｂｅｒｓ ｏｆ Ｊｅｒｕｓａｌｅｍ ａｒｔｉｃｈｏｋｅ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ［Ｊ］．Ｎｅｗ ｐｈｙｔｏｌ— ｏｇｉｓｔ，１９９７，１３６（１）：１１５—１２２ 和根系比重均表现为不同程度的下降，这表明块茎 生物量提高是建立在其他各器官生物量降低的基础 之上的。并且，本试验所设计的根系切割时间和半 ［９］郭丽琢，张福锁，李春俭．打顶对烟草生长、钾素吸收及其分配 的影响［Ｊ］．应用生态学报，２００２，１３（７）：８１９－８２２ 径对菊芋源库关系和光合产物的运输、积累、分配的 影响表现出一致性，即均促进了光合产物和营养物 质向菊芋块茎的运输和积累而减少了营养物质在其 他器官的分配。 ［１ｏ］Ｂｅｎｎｅｔｔ Ａ Ｂ，Ｓｗｅｇｅｒ Ｂ Ｌ，Ｓｐａｎｓｗｉｃｋ Ｒ Ｍ．Ｓｉｎｋ ｔＯ ｓｏｕｒｃｅ ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｙｂｅａｎ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，１９８４，７４（２）： ４３４—４３６ 菊芋根系切割处理后能够显著提高其块茎产 （责任编辑 吴雅娜） 量。与其他处理相比，在现蕾期进行２Ｏ ｃｍ切割对