甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam]属块根类淀粉作物,同时也是较典型"喜钾"作物,土壤钾供应状况对甘薯生长发育及产量品质形成等过程均存在密切联系。在我国甘薯种植区,尤其长江中下游薯区与南方薯区,土壤钾缺乏(即低钾)现象十分普遍,已成为制约甘薯高产优质生产的一个主要限制因素,加之我国钾肥资源较短缺,农作物上钾素的大量使用也是一种普遍现象,因此,提高甘薯耐低钾能力与钾利用效率,加强对低钾胁迫下甘薯块根的淀粉变异特性及生理特征影响的研究,对甘薯高产优质、品种选育和栽培调控等具有重要理论与现实意义。为此,本研究以不同甘薯基因型为供试材料,利用大田长期定位肥料试验实施低钾处理,对不同基因型甘薯的钾利用效率、对钾敏感性、营养品质等指标差别进行了较系统地比较分析,探讨了耐低钾与钾高效型甘薯材料的筛选与评价指标;在此基础上,结合室内盆栽砂培试验模拟无钾处理,以徐薯32(耐低钾与钾高效型)、徐薯18(中等)与宁紫薯1号(不耐低钾与钾低效型)为材料,研究甘薯在低钾胁迫下植株叶片光合功能、抗氧化防御体系、中间代谢产物及相关酶活性等生理反应特性,以及甘薯块根淀粉理化特征与淀粉精细结构的变化及其基因型差异。主要研究结果如下:1.大田定位施肥试验表明,不同基因型甘薯块根产量、钾利用效率与整株钾利用效率均存在显著差异,且变异系数较大。块根营养品质性状存在基因型差异,低钾胁迫降低不同基因型间的差异幅度和变异系数;31个基因型对钾敏感性指数范围在0.40-0.98之间,可依其对钾敏感性,分为钾钝感型、钾轻度敏感型、钾中度敏感型与钾高度敏感型4类,且4类材料间对钾敏感性差异显著。块根钾利用效率达200g g-1以上可被认为钾高效利用型甘薯材料,对钾敏感性指数0.8以上可被认为是耐低钾甘薯材料;钾利用效率和钾敏感性可作为耐低钾与钾高效甘薯材料筛选的两个主要指标;31份供试材料中徐薯32、心香等为耐低钾与钾高效利用型甘薯材料,且营养品质性状稳定性较好,徐薯18、商薯19等次之,宁紫薯1号、徐薯22-5等为不耐低钾与钾低效型材料。2.与正常钾供应相比,低钾或无钾胁迫下,甘薯块根与地上部产量均不同程度下降,且耐低钾与钾高效型材料的降幅低于不耐低钾与钾低效型;减弱光强与CO2浓度对甘薯叶片光合作用的影响,降低甘薯叶片光合性能;严重损伤叶片叶绿体超微结构,叶绿体内形成淀粉颗粒;诱导甘薯叶片的过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性增强,以及丙二醛、脯氨酸与蔗糖含量增加,上述指标的变化在不同钾效率基因型间存在显著差异。低钾胁迫下甘薯叶片蔗糖合成酶与蔗糖磷酸转化酶活性、块根中蔗糖磷酸转化酶、可溶性淀粉合成酶、颗粒状淀粉合成酶以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶等活性均不同程度下降,其中宁紫薯1号均降幅最大,其蔗糖降解利用与转化能力低,徐薯32在库源两端蔗糖转化与淀粉合成能力均高于宁紫薯1号。研究表明,低钾胁迫下不同类型甘薯生理反应与耐低钾能力及KUE密切相关,直接影响植株生长与块根淀粉合成。3.甘薯块根淀粉的体积与表面积粒径分布呈三峰状,数目粒径分布呈单峰状,根据峰值,淀粉粒径大小划分3个级别:≤2.50μm、2.50-5.00μm和5.00-30.00μm。低钾胁迫对甘薯块根的淀粉组分及其品质理化特性产生较明显影响。与正常钾供应相比,低钾胁迫降低淀粉平均粒径与淀粉吸湿性,降低淀粉糊化过程中的起始温度(To)、峰值温度(Tp)和热焓值(⊿H),淀粉最高粘度值、崩解值也均明显下降,淀粉膨胀力则不同程度上升。同时,不同类型甘薯淀粉理化特性对低钾响应不同,宁紫薯1号在不同处理间的To、Tp和⊿H差异幅度大于徐薯32,且前者的最低粘度值、最终粘度值受低钾胁迫影响显著性上升,而徐薯32的表现则相反。4.与正常钾供应相比,低钾胁迫引起徐薯18与宁紫薯1号重均分子量、数均分子量与平均旋转半径上升,多分散指数下降,而徐薯32则相反。低钾胁迫下3个材料块根淀粉A链比例与平均链长均有增幅,显著降低24<DP≤36链比例,不同链区比例变化幅度不一。支链淀粉外部短链A链比例对淀粉分子量影响大于B链,中短链长淀粉主要决定淀粉理化特性;支链淀粉中链长与淀粉颗粒粒径及其分布密切相关。