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氮肥减施对青贮玉米豆科饲草间作系统水分利用特征的影响

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作物学报 2024年第11期50卷 2848-2859页

作者：桑会哲王超樊志龙殷文范虹何蔚胡发龙柴强干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题,本研究在减氮条件下,探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响,为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开展,... 详细信息

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题,本研究在减氮条件下,探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响,为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开展,设置3个种植模式(M:青贮玉米单作;MH:青贮玉米-秣食豆间作;ML:青贮玉米-拉巴豆间作)和4个施氮水平(N3:360 kg hm^(-2);N2:306 kg hm^(-2);N1:252 kg hm^(-2);N0:0 kg hm^(-2))。结果表明,2种混播模式下N1处理的青贮玉米和豆科饲草干物质积累量较N3显著提高,MH模式下分别提高10.0%和20.5%,ML模式下分别提高16.5%和28.8%。MH模式下N1处理饲草产量与N3差异不显著,但ML模式下较之提高22.4%,且ML模式饲草产量在N1水平下较MH模式提高12.3%。引入豆科饲草可降低间作系统棵间蒸发量,MH、ML模式的棵间蒸发量在N1水平下比M模式相同施氮水平分别降低23.5%、30.0%,但2种模式不同施氮处理间棵间蒸发量差异不显著。青贮玉米间作拉巴豆结合氮肥减施30%可降低蒸散比,较M模式相同施氮水平降低23.0%。间作豆科饲草提高了水分利用效率,MH、ML模式水分利用效率在N1、N2、N3水平下较M模式分别提高43.3%、29.5%、17.9%和51.9%、30.2%、21.2%。其中,以MLN1处理提升幅度最大,较MN3处理水分利用效率提高52.4%。因此,青贮玉米间作豆科饲草结合施氮量252 kg hm^(-2)可降低棵间蒸发量、提高饲草产量和水分生产力,是绿洲灌区青贮玉米生产适宜采用的种植模式和施氮量。

关键词：间作施氮水分利用效率青贮玉米豆科饲草

绿洲灌区绿肥还田对减量灌水小麦产量的补偿机制

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作物学报 2024年第11期50卷 2818-2830页

作者：毛守发韦金贵柴强樊志龙胡发龙殷文王琦明干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减... 详细信息

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减量灌水小麦的群体生长动态、光合产物累积、转运分配和产量特性。试验采用裂区设计,设420 mm(I3,地方常规灌水量)、370 mm(I2,减量50 mm)和320 mm(I1,减量100 mm)3个灌水水平,绿肥全量翻压还田(WG)、绿肥仅根茬还田(WGR)和不种绿肥(W)3种绿肥处理方式,组成9个处理。结果表明,减量灌水降低了小麦产量和收获指数,绿肥还田可补偿因减量灌水造成的产量负效应。与I3相比,I1处理小麦籽粒产量、生物产量和收获指数分别降低11.5%、3.8%和8.1%,I2籽粒产量降低了3.4%;与W相比,WG籽粒产量、生物产量和收获指数分别提高10.9%、3.7%和8.0%,WGR籽粒产量和收获指数提高了4.8%和3.4%;与WI3相比,WGI2籽粒产量和收获指数分别提高7.2%和5.3%,WGI1和WGRI2的籽粒产量、生物产量和收获指数差异不显著,即麦后复种绿肥并全量还田可补偿减量灌水100 mm产生的产量负效应,可超量补偿在减量灌水50 mm的负效应。绿肥还田补偿减量灌水对小麦产量负效应的主要原因是:(1)绿肥还田提高了小麦生育后期的群体生长率(CGR)和净同化率(NAR),增大了小麦穗数、穗粒数与千粒重。与WI3相比,WGI2拔节至孕穗、孕穗至开花、开花至灌浆期CGR分别提高10.4%、10.5%和7.9%,WGRI2拔节至孕穗、孕穗至灌浆期CGR分别提高6.7%和5.7%,WGI1无显著变化;WGI2较WI3孕穗至开花、开花至灌浆期NAR分别提高4.5%、4.8%,穗数和千粒重分别提高5.7%和6.9%,WGI1、WGRI2较WI3穗数、穗粒数与千粒重差异不显著。(2)绿肥还田提高了减量灌水小麦的花后干物质积累量和对籽粒的贡献率。I2、I1较I3花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别降低8.8%、5.3%和23.1%、13.7%;WG、WGR较W花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别提高19.6%、8.9%和14.0%、9.3%;与WI3相比,WGI2、WGRI2花后干物质积累量差异不显著。在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥是实现小麦生育期减量灌水的可行措施,绿肥可通过优化小麦光合产物的累积和分配补偿由于减量灌水造成的小麦减产,绿肥全量还田的节水潜力更高。

关键词：绿肥还田减量灌水春小麦干物质积累产量补偿效应

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绿洲灌区绿肥还田利用方式对玉米干物质积累、分配及产量的影响

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作物学报 2024年第3期50卷 686-694页

作者：尚永盼于爱忠王玉珑王鹏飞李悦柴健吕汉强杨学慧王凤甘肃农业大学农学院/干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

研究绿肥还田利用方式对玉米干物质积累分配规律及产量的影响,对优化区域玉米种植制度具有重要意义。2020—2021年在甘肃内陆河绿洲灌区进行田间试验,研究了绿肥全量翻压(tillage with full quantity of green manure incorporated in t... 详细信息

研究绿肥还田利用方式对玉米干物质积累分配规律及产量的影响,对优化区域玉米种植制度具有重要意义。2020—2021年在甘肃内陆河绿洲灌区进行田间试验,研究了绿肥全量翻压(tillage with full quantity of green manure incorporated in the soil,TG)、绿肥地表覆盖免耕(no-tillage with full quantity of green manure mulched on soil surface,NTG)、绿肥地上部移除根茬翻压(tillage with root incorporated in the soil and above ground green manure removed,T)、绿肥地上部移除免耕(no-tillage with above ground manure removed,NT)和传统翻耕、休闲(conventional tillage and leisure,CT)5个处理对玉米干物质积累、分配及产量的影响。结果表明,NTG和TG处理具有明显的干物质积累优势,在完熟期二者地上部干物质积累量分别较CT处理显著提高20.2%和17.7%,较T处理显著提高20.2%和7.3%,较NT处理显著提高15.7%和13.0%;同时NTG和TG处理促进了干物质向穗部的分配,分别较CT处理显著提高10.3%和9.0%;通过Logistic方程拟合发现,NTG、TG处理的玉米干物质最大增长速率(Vmax)和平均增长速率(Vmean)分别较CT处理显著提高36.6%、24.8%和20.2%、17.7%;且NTG和TG处理增产效果显著,分别较CT处理增产24.9%和25.7%,增产主要归因于穗粒数的提高。因此,绿肥地表覆盖免耕和绿肥全量翻压处理有利于促进玉米干物质积累与分配,提高产量,其中绿肥地表覆盖免耕处理效果突出,可作为该区推荐的绿肥还田利用方式。

关键词：绿肥干物质积累干物质分配产量

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西北灌区复种绿肥及减氮条件下春小麦产量及水分利用特征

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2189-2201页

作者：张殿凯李盼范虹何蔚樊志龙胡发龙孙亚丽谭向念殷文陈桂平甘肃农业大学农学院/干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题，探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响，以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计，主区设麦后复种绿肥毛叶苕子... 详细信息

【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题，探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响，以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计，主区设麦后复种绿肥毛叶苕子（W-G）和麦后休闲（W）两种种植模式，副区设传统施氮(N3,180 kg·hm-2)、减施氮肥15%(N2,153 kg·hm-2)和减施氮肥30%(N1,126 kg·hm-2)3个施氮水平，于2020—2021年研究复种绿肥及减氮对春小麦产量、耗水量及水分利用效率的影响。【结果】麦后复种绿肥结合适量减施氮肥可提高春小麦播前土壤贮水量，W-G较W模式春小麦播前土壤贮水量增加11.5%—13.5%，麦后复种绿肥结合氮肥减施15%（W-GN2）与麦后复种绿肥结合减氮30%（W-GN1）较对照麦后休闲结合传统施氮量（W-N3）春小麦播前土壤贮水量分别提高12.1%—20.2%与15.2%—16.6%,W-GN2与W-GN1处理间无显著差异。W-G较W春小麦耗水量降低12.6%—13.7%，复种绿肥模式中以W-GN2降低春小麦耗水量幅度最大，较麦后休闲结合减氮15%（W-N2）、W-N3分别降低21.8%—25.8%、21.3%—26.3%;W-G通过降低春小麦拔节期至灌浆初期的耗水模系数，增大播种前期至拔节期与灌浆初期至成熟期的耗水模系数（两阶段耗水量占全生育期总耗水量的比例为60.5%—64.1%），有效协调春小麦前后生育时期的水分需求特征，增强了春小麦生长发育过程中水分供需同步性。相比W-GN1、W-GN3,W-GN2处理的调控效应更突出。W-G具有增产优势，较W增产13.5%—14.1%;W-GN2较W-N2与W-N3分别增产16.7%—18.4%与13.6%—14.6%。因而，W-G较W模式提高水分利用效率为29.4%—31.0%，麦后复种绿肥模式中，以W-GN2提高水分利用效率的幅度较大，较W-N2、W-N3分别提高44.2%—46.8%、39.1%—43.5%，较W-GN1、W-GN3分别提高36.2%—50.7%、9.1%—17.0%。【结论】麦后复种绿肥结合减施氮肥15%(即施氮153 kg·hm-2)较传统水氮管理提高春小麦产量及水分利用效率，可推荐为西北灌区春小麦水分高效利用的生产模式。

关键词：毛叶苕子减量施氮春小麦产量水分利用效率西北灌区

间作及减量灌溉对农田土壤温室气体排放的互作效应

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干旱地区农业研究 2024年第1期42卷 214-225页

作者：殷民兴赵财葛丽丽程宝钰甘肃农业大学农学院省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

基于2014年在甘肃省武威市设置的不同灌水水平与种植模式定位试验,设置两种灌水水平,即减量灌水(495 mm, I1)和传统灌水(540 mm, I2);3种种植模式,即玉米‖豌豆(M‖P)、单作豌豆(P)、单作玉米(M),测定土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率,并... 详细信息

基于2014年在甘肃省武威市设置的不同灌水水平与种植模式定位试验,设置两种灌水水平,即减量灌水(495 mm, I1)和传统灌水(540 mm, I2);3种种植模式,即玉米‖豌豆(M‖P)、单作豌豆(P)、单作玉米(M),测定土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率,并计算农田温室气体排放总量、全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。2021—2022两年结果表明:(1)I1和M‖P处理均可显著降低土壤呼吸速率、N_(2)O排放速率、CO_(2)排放总量和N_(2)O排放总量(P M‖P> P;相关性分析表明,土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸速率和N_(2)O排放速率呈显著正相关关系。(3)灌水水平对作物产量无显著影响(P>0.05),种植模式对作物产量影响显著(P作物产量并减少温室气体排放,可作为河西灌区推广应用的种植模式。

关键词：间作减量灌水土壤温室气体排放玉米豌豆

不同灌水量下玉米的产量可持续性对间作绿肥的响应

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作物学报 2024年第10期50卷 2562-2574页

作者：王昀杰樊志龙张刁亮毛守发胡发龙殷文柴强省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习... 详细信息

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习惯灌水量(I3:4000 m^(3)hm^(-2))、减量15%(I2:3400 m^(3)hm^(-2))、减量30%(I1:2800 m^(3)hm^(-2))3种灌水水平。研究了间作绿肥对不同灌水量下玉米产量及产量构成因素、相对多作物抗性指数、产量可持续性指数、关键土壤养分指标和经济效益的影响。结果表明,间作绿肥可在减量15%灌水条件下较单作玉米提高玉米穗粒数和千粒重,从而提高玉米籽粒产量,2019—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的穗粒数和千粒重分别提高8.7%~16.4%和7.1%~13.4%,籽粒产量提高9.3%~23.6%,同时与间作玉米地方习惯灌水量处理的籽粒产量无显著差异。间作绿肥使玉米在减量灌水条件下的相对多作物抗性指数均大于0,且随种植年限的增加而提高,进而降低了减灌条件下产量的变异系数、提高了产量可持续性指数,间作玉米产量变异系数较同一灌水量单作玉米降低77.9%~82.8%、产量可持续性指数提高12.2%~19.9%。玉米间作绿肥可以增加土壤养分,与单作玉米相比土壤有机质、速效氮含量分别增加6.4%~15.8%、12.1%~35.6%,土壤速效磷含量在减量15%和减量30%灌水水平下分别增加了19.4%、11.3%,玉米间作绿肥在减量15%灌水水平下的土壤有机质、速效氮和速效磷含量与地方习惯灌水量处理无显著差异,均显著大于其他处理。在2020—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的纯收益提高了10.5%~34.2%;在2021—2022年产投比提高了7.8%~10.4%,与间作玉米地方习惯灌水量处理无显著差异。间作绿肥主要通过增加土壤有机质,改善土壤氮、磷养分条件而增强玉米产量可持续性。总之,间作绿肥能够缓减因灌水量减少造成的产量损失,增强减量灌水下玉米产量稳定性和可持续性指数。本研究中玉米间作箭筈豌豆灌水量3400 m^(3)hm^(-2),可作为试区玉米可持续生产模式及其适宜灌水量的参考。

关键词：产量稳定性产量可持续性间作绿肥减量灌水玉米

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独活挥发油低共熔溶剂辅助微波水蒸气蒸馏法提取及质量标志物(Q-Marker)研究

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中草药 2024年第4期55卷 1167-1177页

作者：李欠尹转霖丁小琴姜侃甘肃农业大学农学院省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

目的建立独活Angelicae Pubescentis Radix挥发油的高效提取方法,并预测其质量标志物(quality markers,QMarker)。方法采用水蒸气蒸馏法(steam distillation,SD)、微波辅助水蒸气蒸馏法(microwave assisted steam distillation,MASD)和低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DESs)辅助微波水蒸气蒸馏法(DESs assisted microwave steam distillation,DES-A-MSD)提取独活挥发油,并通过网络药理学和分子对接分析预测独活挥发油的Q-Marker。结果通过对不同体系DESs和提取方法的比较,发现氯化胆碱与乳酸物质的量比为1∶2的DESs体系更有利于提取独活挥发油。通过对SD法和MASD法的比较,发现DES-A-MSD法的挥发油得率最高,约为SD法的2倍。采用单因素法对其提取条件进行优化,得到最佳提取条件为氯化胆碱与乳酸物质的量比1∶2,微波功率500 W,含水量10%。采用气相色谱-质谱法对其挥发油的化学成分进行分析,并将β-瑟林烯、α-蛇床烯、红没药醇、蛇床子素和2-羟基环十五酮5种主要成分作为Q-Marker候选物进行网络药理学分析。搭建了组分-靶点网络、蛋白-蛋白相互作用网络、组分-靶点-通路网络和靶点组织分布网络,从而预测挥发油的Q-Marker可能是红没药醇和α-蛇床烯。经过分子对接分析,从理论上验证了预测的Q-Marker的生物活性。结论建立的DES-A-MSD法能够提高独活挥发油的得率,预测的Q-Marker能够用于独活挥发油的质量评价。

关键词：独活挥发油低共熔溶剂微波水蒸气蒸馏法质量标志物网络药理学分子对接气相色谱-质谱法红没药醇 α-蛇床烯 β-瑟林烯蛇床子素 2-羟基环十五酮

减量灌水及有机无机肥配施对西北灌区玉米光合生理、籽粒产量及品质的影响

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作物学报 2024年第4期50卷 1065-1079页

作者：吴霞玉李盼韦金贵范虹何蔚樊志龙胡发龙柴强殷文甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070

针对绿洲灌区玉米生产中普遍水肥投入大、利用效率低等问题,通过研究不同灌水量和有机无机肥等氮配施对玉米光合生理、籽粒产量和品质的影响,以期获得最佳的灌水水平和有机无机肥等氮配施比例。2021—2022年,在绿洲灌区采用两因素裂区... 详细信息

针对绿洲灌区玉米生产中普遍水肥投入大、利用效率低等问题,通过研究不同灌水量和有机无机肥等氮配施对玉米光合生理、籽粒产量和品质的影响,以期获得最佳的灌水水平和有机无机肥等氮配施比例。2021—2022年,在绿洲灌区采用两因素裂区试验设计,主区为2个灌水水平(传统灌水和减量20%灌水),副区为5个有机无机肥等氮配施比例(全施无机氮肥、75%无机氮肥+25%有机肥、50%无机氮肥+50%有机肥、25%无机氮肥+75%有机肥和全施有机肥),探究玉米光合生理、籽粒产量和品质对不同水氮管理模式的响应特征。结果表明,与传统灌水(I2)相比,减量20%灌水(I1)降低了玉米叶面积指数(leaf area index,LAI)、光合势(photosynthetic potential,LAD)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),提高了胞间CO_(2)浓度(Ci)、籽粒蛋白质含量和籽粒苏氨酸含量;有机无机肥配施对玉米光合生理指标、籽粒产量和品质都有显著影响,随有机肥比例增加,有机无机肥配施对玉米的影响会逐渐从正效应变为负效应;与传统灌水结合全施无机氮肥(I2F1)相比,减量20%灌水结合75%无机氮肥+25%有机肥(I1F2)玉米平均叶面积指数(mean leaf area index,MLAI)提高了6.9%~7.1%,总光合势(total photosynthetic potential,TLAD)无显著变化;玉米吐丝期-蜡熟期LAI提高了5.0%~11.4%,吐丝期-蜡熟期LAD提高了7.5%~9.1%。I1F2较I2F1提高了玉米抽雄期-蜡熟期叶绿素含量(chlorophyll content,SPAD)、Pn、Tr和Gs,降低了Ci。2年内I1F2较I2F1玉米增产12.0%~12.5%,籽粒中蛋白含量提高了6.9%~18.9%,籽粒中苯丙氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸含量分别提高了29.6%~43.3%、77.7%~93.3%、49.7%~51.5%、18.4%~28.6%、39.5%~46.0%、57.4%~78.1%和35.1%~41.3%。其他处理对玉米光合生理、籽粒产量及品质指标也有一定影响,但综合2年结果,I1F2影响更显著。因此,减量20%灌水(3240 m^(3)hm^(–2))结合75%无机化学氮肥(270 kg hm^(–2))配施25%有机肥(90 kg hm^(–2))是实现西北灌区玉米高产优质生产目标的适宜水氮管理模式。

关键词：减量灌水有机无机肥配施光合生理籽粒产量品质

茉莉酸调控马铃薯离体块茎发育的主要代谢物变化

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2525-2538页

作者：梁丽娟程李香袁剑龙撒刚张峰甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】茉莉酸（jasmonic acid,JA）是马铃薯块茎发育过程中重要调控激素之一，研究JA调控块茎发育机理将为块茎产量及品质性状形成提供重要理论基础。【方法】采用马铃薯离体匍匐茎作为供试材料，外源添加JA(0、0.5、5和50μmol·L-1... 详细信息

【目的】茉莉酸（jasmonic acid,JA）是马铃薯块茎发育过程中重要调控激素之一，研究JA调控块茎发育机理将为块茎产量及品质性状形成提供重要理论基础。【方法】采用马铃薯离体匍匐茎作为供试材料，外源添加JA(0、0.5、5和50μmol·L-1)处理，分析JA诱导离体块茎表型形态、组织显微结构、碳水化合物积累及蛋白质组变化。【结果】随JA处理浓度升高，单个匍匐茎形成块茎数目、块茎直径及干鲜重、环髓区细胞面积、淀粉及可溶性糖含量在0.5和5μmol·L-1JA处理后逐渐增加（P<0.05），而50μmol·L-1JA处理后块茎直径及干鲜重、淀粉含量显著减少（P<0.05）；脂氧合酶活性随JA浓度升高逐渐降低（P<0.05）。采用双向凝胶电泳（2-DE）和MALDI-TOF/TOF-MS质谱技术鉴定到JA调控块茎发育密切相关的35个差异表达蛋白质（P<0.05且差异表达倍数≥2.5倍），主要涉及生物能量与代谢（28.6%）、细胞防御（28.6%）、蛋白质生物合成与贮藏（11.4%）、信号转导（8.6%）、转录（8.6%）、未知功能（8.6%）和混杂（5.6%）。通过聚类分析将这些蛋白质差异表达模式聚为三类：第一类包括17个蛋白质，在0.5μmol·L-1JA处理后下调表达，而在5μmol·L-1JA处理后上调表达，主要参与生物能量与代谢、蛋白质生物合成与贮藏、信号转导、转录；第二类包括10个蛋白质，随JA浓度升高上调表达，主要参与细胞防御、生物能量与代谢、转录；第三类包括8个蛋白质，JA处理后均下调表达，主要参与生物能量与代谢、细胞防御、蛋白质生物合成与贮藏。【结论】低浓度JA(0.5和5μmol·L-1)主要通过诱导块茎环髓区细胞膨大、细胞内蔗糖及多糖积累、细胞防御能力来促进块茎形态建成，而高浓度JA(50μmol·L-1)则表现为抑制作用。

关键词：马铃薯茉莉酸蛋白质组块茎发育脂氧合酶质谱