不同植物生長調節劑對甘薯分枝結薯期淹水的緩解效果

譚 誠， 張 輝， 袁 潔， 張永春， 朱國鵬， 汪吉東， 司成成

(1.海南大學園藝學院/海南省熱帶園藝作物品質調控重點實驗室，海南?？?570228；2.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所/農業農村部江蘇耕地保育科學觀測站，江蘇南京 210014)

近年來由于全球氣候不端惡化，極端降雨天氣頻繁出現，導致大量農田積水和淹水，抑制作物生長發育，嚴重影響作物生產[1]。據統計，全球大約有10%的農田受到澇漬脅迫的影響，造成農作物減產25%～30%[2]。甘薯在我國種植廣泛，而且具有高產、穩產、適應性廣、耐貧瘠和耐旱等特性，但甘薯卻極易受到淹水脅迫的影響[3]。分枝結薯期是甘薯干物質積累和塊根產量形成的關鍵生育期[4-5]。我國長江中下游是甘薯主要產區之一，該區域河流湖泊多、地勢低、降雨量較大，導致漬澇災害頻發，極易對甘薯分枝結薯期生育造成水分脅迫，抑制甘薯正常生長發育[6]。因此，研究分枝結薯期淹水脅迫對甘薯生長發育的影響以及調控措施，對甘薯品種選育、栽培管理具有重要參考意義。

植物為抵御淹水脅迫會通過提高自身超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶活性，使植物體內活性氧(ROS)產生和清除處于動態平衡狀態[7-8]。但是，隨著脅迫程度加深，過量的活性氧(ROS)無法及時被清除導致平衡被打破，丙二醛(MDA)積累量升高，細胞膜系統遭到破壞，抑制植物正常生長發育[9]。研究表明，淹水脅迫抑制苗期甘薯莖長、葉片以及根系生長，誘導葉片MDA迅速積累，引起葉片SPAD值快速下降[10]，葉片光合作用下降，光合積累產物減少，導致植株生長量減少，降低甘薯收獲期產量[11]。

研究表明，適宜濃度的植物生長調節劑可以調控淹水脅迫下作物的生理代謝，緩解淹水逆境損傷。6-芐基腺嘌呤(6-BA)是一種人工合成的細胞分裂素，可有效緩解澇漬災害并促進逆境后恢復。研究發現噴施6-BA可以緩解淹水后作物葉片光合功能衰退，誘導SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性的增加，降低葉片MDA的積累量，延緩葉片衰老，提高玉米[12-13]、小麥[14]等作物產量。γ-氨基丁酸(GABA)是一種可以改善植物體內生理代謝，保護抗氧化系統，增強抗逆性，促進植物生長發育的氨基酸[15]。研究發現GABA在逆境脅迫下可以通過激活植物體抗氧化系統、改善光合特性等方式參與逆境脅迫響應，促進黃瓜[16]、不結球白菜[17]等植物在淹水脅迫下的生長發育。淹水脅迫對作物發育影響的研究已有報道，但淹水對分枝結薯期甘薯生長及噴施6-BA、GABA對淹水脅迫的緩解效果尚未見報道。因此，本試驗以鮮食型甘薯蘇薯16、淀粉型甘薯蘇薯29為材料，研究分枝結薯期淹水脅迫對甘薯形態和生理的影響及噴施不同濃度 6-BA、GABA的緩解效果，以期篩選出適宜的植物生長調節劑及適宜濃度。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘薯品種為江蘇省主栽品種鮮食型甘薯蘇薯16，淀粉型甘薯蘇薯29，江蘇省農業科學院糧食作物研究所選育。供試植物生長調節劑為6-芐基腺嘌呤(6-BA)，γ-氨基丁酸(GABA)。供試土壤為江蘇濱海潮土，土壤理化性質為田間持水量為23.56%，有機質含量2.97%，堿解氮含量 34.23 mg/kg，有效磷含量2.48 mg/kg，速效鉀含量 92.00 mg/kg，pH值7.75。

1.2 試驗設計

試驗于2021年5月在江蘇省農業科學院試驗大棚內(119°13′21″E，31°44′03″N)進行，大棚頂覆塑料薄膜，兩邊門框通風。試驗采用盆栽方式，盆內徑34 cm，高25 cm，每盆裝自然風干土壤12 kg(土壤過10目篩混勻)，同時一次性施入氮磷鉀基肥：尿素(N≥46%)2.09 g，磷酸二氫鉀(P2O5≥52%)92 g，硫酸鉀(K2O≥50%)2.88 g。栽秧前7 d將土壤灌水沉實。剪取長勢一致的甘薯秧苗莖尖25 cm，保留頂部4片完全展開葉，于移栽后25 d進行淹水處理。試驗共設6個處理，每個處理設3次重復，具體設計見表1。淹水處理采取套盆方式，保持水面高于土壤表面2-3 cm，淹水持續時間為 5 d，淹水結束后次日18：00在植株葉片正反兩面均勻噴施6-BA、GABA溶液1次，噴施程度為葉面濕透無滴水，以適宜土壤含水量為對照(相對含水量為100%)[18]，在噴施結束后5 d取樣調查。

表1 試驗設計方案

1.3 測定項目及方法

1.3.1 取樣方法 于取樣當天09：00—11：00測定葉片SPAD值、主莖長、分枝數、莖粗、葉片數；各處理分別進行取樣，將植株用自來水和去離子水清洗，并用吸水紙吸干，將甘薯主莖第4張展開葉迅速剪下用錫箔紙包好，編號后放置液氮中，將液氮速凍樣品放入-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于酶活力測定[19]。將植株根、莖、葉分別放入信封，供測植株各部位干質量。

1.3.2 測定方法 主莖長：使用卷尺測定主莖基部到生長點頂端的長度；分枝數：統計長度超過5 cm的分枝；莖粗：使用游標卡尺測量莖基部最粗處；干質量：將植株根、莖和葉在105 ℃中殺青30 min，80 ℃ 烘箱中烘干48 h至恒質量后使用天平稱量。

SPAD值使用SPAD-02型手持式葉綠素儀于取樣當天09：00—11：00測定各處理第4張健康的完全展開葉的SPAD值，每片葉測量6個點，取平均值作為該葉片SPAD值；SOD活性采用氮藍四唑(NBT)法測定；POD活性采用愈創木酚法測定；CAT活性采用分解過氧化氫含量速率法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定；SOD、POD、CAT活性和MDA含量測定具體操作規程按照李合生等的方法[20]，使用蘇州科銘生物技術有限公司生產的試劑盒進行測定。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2020和SPSS 25軟件對數據進行整理分析。

2 結果與分析

2.1 不同植物生長調節劑對淹水甘薯農藝性狀的影響

由圖1可見，與CK相比，淹水脅迫T1處理顯著抑制了甘薯幼苗的生長，其中蘇薯16主莖長、分枝數、莖粗和葉片數分別降低了44.63%、66.67%、20.72%和67.14%，蘇薯29主莖長、分枝數、莖粗和葉片數分別降低了37.23%、66.67%、22.85%和59.65%，其中蘇薯16的主莖長、葉片數下降幅度高于蘇薯29。與T1處理相比，T2處理后蘇薯16、蘇薯29主莖長均顯著增加，分別增加了44.85%、24.51%，其余處理主莖長增加不顯著。與T1處理相比，T2、T3、T4、T5處理蘇薯16莖粗增加不顯著，而蘇薯29各處理下莖粗均顯著增加。與T1處理相比，T2、T3、T4、T5處理后，蘇薯16、蘇薯29葉片數均增加，僅有T2處理差異顯著，分別增加了52.21%、41.34%。噴施6-BA、GABA對淹水脅迫下蘇薯16、蘇薯29的分枝數影響較小。與T1處理相比，T2處理顯著提高了甘薯主莖長和葉片數，并且T2處理對蘇薯16主莖長和葉片的緩解效果優于蘇薯29，而T3處理2個甘薯品種主莖長、莖粗、葉片數均表現出下降的趨勢。噴施不同濃度GABA對2個甘薯品種主莖長、莖粗、葉片數的緩解效果相似，緩解效果均低于T2處理。

2.2 不同植物生長調節劑對淹水甘薯干物質含量的影響

由表2可見，與CK相比，淹水脅迫T1處理顯著降低了甘薯干物質的積累，其中蘇薯16葉干質量、莖干質量、根干質量、整株干質量分別降低了71.05%、65.06%、66.5%、67.81%，蘇薯29葉干質量、莖干質量、根干質量、整株干質量分別降低了58.11%、58.15%、51.23%、56.67%，蘇薯16各部位干質量下降程度均高于蘇薯29。與T1處理相比，T2、T3、T4和T5處理蘇薯16、蘇薯29的葉干質量、莖干質量、根干質量、整株干質量均增加，其中，T2處理2個甘薯品種葉干質量、根干質量、整株干質量均顯著增加，莖干質量增加不顯著，蘇薯16葉干質量、根干質量、整株干質量分別增加了61.46%、53.38%、57.14%，蘇薯29葉干質量、根干質量、整株干質量分別增加了66.31%、66.46%、54.94%。隨著6-BA、GABA濃度的增加，2個甘薯品種葉干質量、莖干質量、根干質量、整株干質量均呈下降趨勢，其中T2處理對2個甘薯品種干質量下降的緩解效果最佳，且對蘇薯16整株干質量的增加幅度大于蘇薯29。

表2 不同植物生長調節劑對淹水脅迫下甘薯各部分干質量的影響

2.3 不同植物生長調節劑對淹水甘薯SPAD值的影響

由圖2可見，與CK相比，淹水脅迫T1處理顯著降低了甘薯葉片SPAD值，蘇薯16、蘇薯29葉片SPAD值分別降低了13.49%、6.61%，且蘇薯16葉片SPAD值下降程度大于蘇薯29。與T1處理相比，T2、T3、T4、T5處理甘薯葉片SPAD值顯著增加，其中蘇薯16葉片SPAD值分別增加了14.22%、7.7%、11.41%、9.8%，蘇薯29葉片SPAD值分別增加了6.54%、3.1%、4.17%、2.73%。在噴施 6-BA 處理中，T2處理對2個品種甘薯葉片SPAD值緩解幅度最大，緩解效果最佳，且T2處理對蘇薯16的緩解效果優于蘇薯29，而6-BA濃度升高后，T3處理對SPAD值的緩解效果下降，且差異顯著。在噴施GABA處理中，T4處理對甘薯葉片SPAD值緩解效果較優，隨著噴施GABA濃度升高，葉片SPAD值下降，T4、T5處理間差異不顯著。其中在不同植物生長調節劑處理中，T2處理2個甘薯品種葉片SPAD值最高，緩解效果較優，且對蘇薯16的緩解效果優于蘇薯29。

2.4 不同植物生長調節劑對淹水甘薯抗氧化酶活性的影響

由圖3可見，與CK相比，淹水脅迫T1處理甘薯葉片SOD、POD活性均顯著增強，其中蘇薯16分別提高了39.01%、49.03%，蘇薯29分別提高了94.97%、38.29%；2個品種甘薯葉片CAT活性均顯著減弱，其中蘇薯16降低了75.00%，蘇薯29降低了66.67%，蘇薯16淹水脅迫后CAT活性降低幅度高于蘇薯29。

與T1處理相比，T2、T3、T4、T5處理2個甘薯品種的SOD活性均顯著增強，其中蘇薯16的SOD活性分別提高了48.98%、33.11%、34.15%、16.00%，T2、T3、T4、T5處理間差異顯著，其中T2處理的SOD活性最高，為432.78 U/g(圖3-A)。蘇薯29在T2、T3、T4、T5處理后SOD活性分別提高了57.58%、27.41%、27.69%和46.15%，T2、T5處理高于T3、T4處理，其中T2處理葉片SOD活性最高，為459.19 U/g(圖3-A1)。

與T1處理相比，蘇薯16葉片的POD活性僅T2處理顯著提高67.33%，為3 453.33 U/g，其余植物生長調節劑處理間差異不顯著(圖3-B)。而蘇薯29各處理葉片POD活性均顯著提高，T2、T3、T4、T5處理分別比T1處理提高了70.25%、26.15%、34.87%、57.43%，其中T2處理葉片POD活性最高，為4 426.67 U/g(圖3-B1)。

與T1處理相比，T2、T3、T4處理蘇薯16葉片CAT活性顯著提高，分別提高了200.00%、160.00%、110.00%(圖3-C)，而蘇薯29僅T2處理CAT活性比T1處理顯著提高了75.00%，其余植物生長調節劑處理間差異不顯著(圖3-C1)。

由此可以看出，不同濃度GABA處理對甘薯葉片CAT活性的增加均不顯著，且對SOD、POD活性的增加幅度弱于T2處理，而T2處理能顯著提高2個甘薯品種淹水脅迫后葉片SOD、POD、CAT活性，緩解淹水脅迫的傷害，從而提高甘薯抗澇性，T2處理緩解效果最佳。

2.5 不同植物生長調節劑對淹水甘薯葉片MDA含量的影響

由圖4可見，與CK相比，淹水脅迫T1處理葉片MDA含量顯著增加，其中蘇薯16、蘇薯29葉片MDA含量分別增加了46.39%、35.12%。噴施 6-BA、GABA后，甘薯葉片MDA含量均顯著降低，與T1處理相比，T2、T3、T4、T5處理蘇薯16葉片MDA含量分別降低了23.64%、14.29%、20.00%、13.25%，蘇薯29葉片MDA含量分別降低了20.18%、8.56%、10.09%、13.71%。表明噴施 6-BA、GABA可以降低膜脂過氧化程度，緩解淹水脅迫對甘薯葉片細胞膜的傷害，其中T2處理對緩解葉片MDA含量的累積效果最佳，而隨著6-BA濃度增加，2個品種甘薯葉片MDA含量呈上升趨勢。隨著GABA濃度增加，葉片MDA含量在蘇薯16上呈增加趨勢，在蘇薯29上呈下降趨勢。

3 討論與結論

作物的表觀形態和生物量的積累反映了其生長發育狀況和生理生化特性。淹水脅迫下土壤含氧量顯著降低，根系有氧呼吸減弱，根系正常生長發育受阻，地上部和根系之間的平衡被打破，最終使植物生長受到抑制并且導致生物量顯著降低[21]。研究發現淹水脅迫顯著降低櫻桃番茄的株高、莖粗、葉面積以及干物質質量，另外淹水還會造成櫻桃番茄葉片發黃萎蔫，且淹水后葉片數低于正常處理[22-23]。本試驗結果表明，淹水脅迫下2個品種甘薯主莖長、莖粗、分枝數、葉片數、單株干質量均顯著降低，這與前人研究結果相似；由于不同品種對于淹水的抗性不同，蘇薯29莖長與葉片數的下降幅度均低于蘇薯16。研究發現噴施適宜濃度的 6-BA、GABA能夠顯著緩解淹水脅迫對于植株幼苗的傷害。郭曦隆等研究發現，噴施6-BA可以有效提高淹水脅迫后苧麻株高、莖粗以及單株鮮質量[24]。劉金平等研究發現，噴施GABA有效緩解了不結球白菜在淹水后株高、根長、葉面積和單株質量的下降[14]。本試驗中，葉面噴施6-BA和GABA可以顯著提高甘薯淹水后的主莖長、莖粗、葉片數和單株干質量，但對分枝數無顯著影響，其中僅T2處理對2個甘薯品種主莖長、葉片數和單株干質量的緩解效果顯著，且對蘇薯16的緩解效果優于蘇薯29。表明淹水脅迫后噴施50 mg/L 6-BA可以有效保持緩解淹水脅迫后莖長、莖粗和葉片數的下降，緩解淹水脅迫對甘薯干物質積累的抑制作用。

葉綠素是植物葉片進行光合作用的重要色素之一，其含量的高低與植物葉片光合能力、抗逆性密切相關[25-26]，而SPAD值可準確反映葉片葉綠素的相對含量[27]。任佰朝等研究發現，淹水導致玉米葉片葉綠素含量降低，說明淹水脅迫抑制了葉片的光合作用，減弱了光合同化生產能力[28]。Ren等研究發現，淹水后噴施6-BA可顯著提高玉米葉片SPAD值，提高光合性能，延緩葉片衰老，有效地緩解了淹水對玉米光合性能的不利影響[29]。羅黃穎等研究發現，鹽脅迫下噴施GABA使葉片葉綠素含量得到提高進而維持了較高的光合作用能力，促進了幼苗的生長[30]。本試驗結果表明，淹水脅迫導致甘薯葉片SPAD值顯著下降，這與任佰朝等在玉米上的研究結果[23]相似，與CK相比，淹水處理后蘇薯16葉片SPAD值下降幅度高于蘇薯29。噴施 6-BA、GABA后均能顯著提高甘薯葉片SPAD值，其中T2處理對2個品種甘薯葉片SPAD值緩解幅度最大，緩解效果最佳，且T2處理對蘇薯16的緩解效果優于蘇薯29，這可能是由于噴施50 mg/L 6-BA 后葉片抗氧化酶活性升高，細胞內過多的自由基及時被清除，減少了細胞膜脂過氧化產物的產生，緩解了自由基對葉綠體的破壞，使甘薯葉片SPAD值處于較高水平，最終保護光合系統，提高光合產物積累。

淹水脅迫導致植物細胞內產生大量的活性氧，破壞了細胞內的氧化還原平衡，造成細胞膜脂過氧化產物積累過量，破壞了細胞膜的結構和功能，抑制植株正常的生長發育[31]。研究表明SOD、POD及CAT等抗氧化酶可以防止自由基對植物造成毒害，并清除細胞內的活性氧自由基[32]。蘭超杰等研究發現，櫻桃番茄葉片SOD、POD、CAT活性在淹水 2～6 d后均高于正常水分處理，而在淹水 14 d 后淹水敏感型品種千禧SOD、CAT活性均低于正常處理[20]。項洪濤等研究發現，小豆在淹水5 d后，葉片SOD、POD活性均顯著提高，而CAT活性顯著下降[33]。本試驗結果表明，淹水脅迫誘導甘薯抗氧化酶系統開啟，葉片SOD、POD活性提高，可以在一定程度上緩解對細胞造成的傷害。而淹水后甘薯葉片CAT活性下降，可能是由于脅迫時間過長，達到保護機制的臨界閾值，CAT活性即開始下降，這與項洪濤等在小豆上的結果[33]相似，其中淹水脅迫處理后蘇薯29葉片SOD、POD活性均高于蘇薯16，且蘇薯16葉片內POD活性增加不顯著。噴施 6-BA、GABA可以提高作物抗氧化酶活性，提高作物抗逆性。李穎研究發現，噴施6-BA提高了花生受淹后葉片SOD、POD和CAT活性[34]，高洪波等研究發現，噴施GABA可以提高低氧脅迫下甜瓜抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性[35]。本試驗中，噴施 6-BA、GABA均能進一步提高甘薯植株葉片SOD、POD、CAT活性，緩解淹水脅迫對植株造成的傷害，這與前人研究結果相似。其中噴施GABA處理對2個甘薯品種葉片CAT活性的升高不顯著，這與羅黃穎等研究番茄在鹽脅迫下施用GABA的結果[25]相似，且噴施GABA處理未能顯著提高蘇薯16葉片POD活性；而在T2處理后，2個甘薯品種葉片SOD、POD、CAT酶活性均顯著高于淹水脅迫處理，且在不同甘薯品種上表現相似，表明淹水脅迫后噴施 50 mg/L 6-BA更有利于甘薯SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性提高，進一步提高細胞抗氧化能力，保護細胞膜免受傷害。

細胞膜脂過氧化的主要產物是MDA，它可以反映細胞膜脂過氧化程度的強弱，從而反映細胞功能的受損程度[36]。任佰朝等研究發現，玉米在大田條件下淹水后，葉片MDA含量顯著升高[37]。本試驗結果表明，淹水脅迫導致甘薯葉片內MDA積累量顯著增加，說明淹水脅迫導致細胞膜脂過氧化作用加劇，破壞了細胞膜結構，這與王詩雅等在大豆和蘋果上的研究結果[38-39]相似。與CK相比，淹水脅迫處理后葉片MDA含量的升高幅度表現為蘇薯29小于蘇薯16。任佰朝等研究發現，玉米淹水后噴施6-BA可以顯著降低葉片MDA含量，有效緩解淹水脅迫對玉米葉片生長的抑制和氧化損傷，延緩葉片衰老[32]。賈邱穎等研究發現，番茄嫁接苗在鹽脅迫下外源施用GABA可以顯著降低葉片MDA含量，緩解了細胞內活性氧積累帶來的膜傷害[40]。本試驗中，與淹水脅迫處理相比，噴施6-BA和GABA后，2個甘薯品種葉片MDA積累量顯著降低，表明噴施6-BA、GABA可以減輕淹水脅迫造成的膜脂過氧化作用，這與前人研究結果相似。隨著6-BA、GABA濃度的增加，甘薯葉片MDA含量均降低，其中T2處理對2個甘薯品種葉片MDA含量的緩解效果最佳，且對蘇薯16展現出了更好的緩解效果，說明淹水后噴施50 mg/L 6-BA更有利于清除細胞內活性氧和自由基，減輕淹水脅迫對細胞膜的損傷，從而保持淹水后甘薯葉片正常的生理功能。

本研究僅針對甘薯分枝結薯期易受淹水災害的問題，以分枝結薯期甘薯作為試驗對象研究淹水脅迫對甘薯地上部形態、干物質積累、SPAD值與抗氧化酶系統的影響，以及6-BA、GABA對其的緩解效應；然而淹水發生后，根系是植物最直接也是最初的淹水受害部位，根系有氧呼吸減弱，無氧呼吸增強，厭氧代謝產生的乙醇、乙醛等有毒物質及細胞中氧自由基增加，都會導致植物根系損傷和養分缺乏[41-42]；另外，淹水脅迫對作物的產量和品質也有顯著的影響[43-45]。因此，淹水脅迫對分枝結薯期甘薯根系形態和生理及其恢復效應研究是未來研究的一個重要方向；甘薯分枝結薯期發生淹水脅迫對甘薯產量和品質的影響也需要進一步研究，這將為甘薯抗澇害栽培提供重要的理論基礎。

綜上所述，淹水脅迫抑制了分枝結薯期甘薯的生長。噴施6-BA、GABA后有效緩解了甘薯主莖長、莖粗、葉片數、干質量、葉片SPAD值的下降幅度，誘導葉片SOD、POD、CAT活性升高，降低了葉片內MDA的積累，緩解了淹水脅迫對甘薯的破壞程度，其中，T2(噴施50 mg/L 6-BA)處理緩解分枝結薯期甘薯的淹水脅迫癥狀效果最優，且在蘇薯16上展現出更好的緩解趨勢。研究結果可為甘薯淹水災害緩解技術提供理論參考。