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水培甘薯连续生产系统构建及根系功能分离机理研究

程瑞锋  
【摘要】: 甘薯淀粉含量高,增产潜力大,是重要的粮食、饲料和能源作物,对解决粮食安全和能源危机具有重要意义。本研究基于甘薯茎蔓易生不定根,并在适当条件诱导下可膨大成块根,而根系在水培营养液中只能形成营养吸收根的生物学特性,针对常规土壤栽培甘薯不能连续采收块根的实际问题,以突破甘薯栽培模式的创新为出发点,在国际上首次提出并构建了甘薯营养吸收根-块根根系功能分离新型水培生产体系,并筛选出适宜的栽培品种,实现甘薯块根的周年生产和单株连续采收,充分发挥其栽培生产潜力。在此基础上,从根系生长环境、源库关系协调、块根形成和膨大的激素信息调控等方面深入探讨了甘薯营养吸收根与块根根系功能分离的内在机制。本研究主要内容与成果如下: 1.基于甘薯根系在营养液中只形成细根,茎上不定根可诱发成块根的生物学特性,首次提出了甘薯营养吸收根-块根根系功能分离栽培模式。利用水耕栽培技术形成甘薯的营养吸收根,利用固体基质埋压茎蔓方式诱导茎上不定根形成并发育成块根,实现了甘薯根系在功能和位置上的分离。 2.为满足甘薯单株高产潜力研究和普及应用新型栽培技术的需求,论文设计了三种甘薯根系功能分离栽培系统:甘薯单株树式栽培系统、槽式吊蔓栽培系统和槽式茎蔓匍匐栽培系统。树式栽培系统大大提高甘薯单株块根产量;槽式栽培系统采用简易化的水耕栽培装置,降低了栽培系统成本。结合应用营养液在线监测控制系统,对甘薯水耕栽培营养液的温度、EC、pH和溶解氧进行自动检测和控制,保证了甘薯水耕栽培营养液的稳定。 3.通过应用水培甘薯根系分离连续生产模式与根系不分离的常规土壤栽培和基质栽培对比试验,结果表明,甘薯根系功能分离栽培模式具有显著的优势。水培条件下的根系形态各指标均比土壤和基质栽培显著增高,根系活力为土壤栽培的1.7倍,叶面积提高35%。定值40d时,地上生物量比土壤栽培提高67.73%;定植120d时,块根产量比土壤栽培提高65.96%,具有良好的增产潜力。另外,块根品质也有所改善,其中Vc和β-胡萝卜素的含量均显著提高,分别提高了34.87%和61.33% 4.通过对六种不同类型的甘薯品种比较试验,筛选出适宜新型栽培模式的两个品种徐薯18和徐薯22。两者的水培茎段发根数和根长方面均比其它供试品种显著提高,压蔓后所得块根产量也显著高于其它品种。徐薯22的块根产量最高,比对照(徐薯18)高21.55%。研究表明,长蔓型甘薯品种利于在新型栽培模式中应用。 5.通过对甘薯根系生长环境、新型源-库关系、植物生长调节剂的应用和内源激素等多个要素的分析研究,阐述了根系分离的内在机制,为根系功能分离栽培提供了理论基础。


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