不同植物生长调节剂对甘薯分枝结薯期淹水的缓解效果

谭 诚， 张 辉， 袁 洁， 张永春， 朱国鹏， 汪吉东， 司成成

(1.海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室，海南海口 570228；2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部江苏耕地保育科学观测站，江苏南京 210014)

近年来由于全球气候不端恶化，极端降雨天气频繁出现，导致大量农田积水和淹水，抑制作物生长发育，严重影响作物生产[1]。据统计，全球大约有10%的农田受到涝渍胁迫的影响，造成农作物减产25%～30%[2]。甘薯在我国种植广泛，而且具有高产、稳产、适应性广、耐贫瘠和耐旱等特性，但甘薯却极易受到淹水胁迫的影响[3]。分枝结薯期是甘薯干物质积累和块根产量形成的关键生育期[4-5]。我国长江中下游是甘薯主要产区之一，该区域河流湖泊多、地势低、降雨量较大，导致渍涝灾害频发，极易对甘薯分枝结薯期生育造成水分胁迫，抑制甘薯正常生长发育[6]。因此，研究分枝结薯期淹水胁迫对甘薯生长发育的影响以及调控措施，对甘薯品种选育、栽培管理具有重要参考意义。

植物为抵御淹水胁迫会通过提高自身超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性，使植物体内活性氧(ROS)产生和清除处于动态平衡状态[7-8]。但是，随着胁迫程度加深，过量的活性氧(ROS)无法及时被清除导致平衡被打破，丙二醛(MDA)积累量升高，细胞膜系统遭到破坏，抑制植物正常生长发育[9]。研究表明，淹水胁迫抑制苗期甘薯茎长、叶片以及根系生长，诱导叶片MDA迅速积累，引起叶片SPAD值快速下降[10]，叶片光合作用下降，光合积累产物减少，导致植株生长量减少，降低甘薯收获期产量[11]。

研究表明，适宜浓度的植物生长调节剂可以调控淹水胁迫下作物的生理代谢，缓解淹水逆境损伤。6-苄基腺嘌呤(6-BA)是一种人工合成的细胞分裂素，可有效缓解涝渍灾害并促进逆境后恢复。研究发现喷施6-BA可以缓解淹水后作物叶片光合功能衰退，诱导SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性的增加，降低叶片MDA的积累量，延缓叶片衰老，提高玉米[12-13]、小麦[14]等作物产量。γ-氨基丁酸(GABA)是一种可以改善植物体内生理代谢，保护抗氧化系统，增强抗逆性，促进植物生长发育的氨基酸[15]。研究发现GABA在逆境胁迫下可以通过激活植物体抗氧化系统、改善光合特性等方式参与逆境胁迫响应，促进黄瓜[16]、不结球白菜[17]等植物在淹水胁迫下的生长发育。淹水胁迫对作物发育影响的研究已有报道，但淹水对分枝结薯期甘薯生长及喷施6-BA、GABA对淹水胁迫的缓解效果尚未见报道。因此，本试验以鲜食型甘薯苏薯16、淀粉型甘薯苏薯29为材料，研究分枝结薯期淹水胁迫对甘薯形态和生理的影响及喷施不同浓度 6-BA、GABA的缓解效果，以期筛选出适宜的植物生长调节剂及适宜浓度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘薯品种为江苏省主栽品种鲜食型甘薯苏薯16，淀粉型甘薯苏薯29，江苏省农业科学院粮食作物研究所选育。供试植物生长调节剂为6-苄基腺嘌呤(6-BA)，γ-氨基丁酸(GABA)。供试土壤为江苏滨海潮土，土壤理化性质为田间持水量为23.56%，有机质含量2.97%，碱解氮含量 34.23 mg/kg，有效磷含量2.48 mg/kg，速效钾含量 92.00 mg/kg，pH值7.75。

1.2 试验设计

试验于2021年5月在江苏省农业科学院试验大棚内(119°13′21″E，31°44′03″N)进行，大棚顶覆塑料薄膜，两边门框通风。试验采用盆栽方式，盆内径34 cm，高25 cm，每盆装自然风干土壤12 kg(土壤过10目筛混匀)，同时一次性施入氮磷钾基肥：尿素(N≥46%)2.09 g，磷酸二氢钾(P2O5≥52%)92 g，硫酸钾(K2O≥50%)2.88 g。栽秧前7 d将土壤灌水沉实。剪取长势一致的甘薯秧苗茎尖25 cm，保留顶部4片完全展开叶，于移栽后25 d进行淹水处理。试验共设6个处理，每个处理设3次重复，具体设计见表1。淹水处理采取套盆方式，保持水面高于土壤表面2-3 cm，淹水持续时间为 5 d，淹水结束后次日18：00在植株叶片正反两面均匀喷施6-BA、GABA溶液1次，喷施程度为叶面湿透无滴水，以适宜土壤含水量为对照(相对含水量为100%)[18]，在喷施结束后5 d取样调查。

表1 试验设计方案

1.3 测定项目及方法

1.3.1 取样方法 于取样当天09：00—11：00测定叶片SPAD值、主茎长、分枝数、茎粗、叶片数；各处理分别进行取样，将植株用自来水和去离子水清洗，并用吸水纸吸干，将甘薯主茎第4张展开叶迅速剪下用锡箔纸包好，编号后放置液氮中，将液氮速冻样品放入-80 ℃超低温冰箱中保存，用于酶活力测定[19]。将植株根、茎、叶分别放入信封，供测植株各部位干质量。

1.3.2 测定方法 主茎长：使用卷尺测定主茎基部到生长点顶端的长度；分枝数：统计长度超过5 cm的分枝；茎粗：使用游标卡尺测量茎基部最粗处；干质量：将植株根、茎和叶在105 ℃中杀青30 min，80 ℃ 烘箱中烘干48 h至恒质量后使用天平称量。

SPAD值使用SPAD-02型手持式叶绿素仪于取样当天09：00—11：00测定各处理第4张健康的完全展开叶的SPAD值，每片叶测量6个点，取平均值作为该叶片SPAD值；SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定；POD活性采用愈创木酚法测定；CAT活性采用分解过氧化氢含量速率法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定；SOD、POD、CAT活性和MDA含量测定具体操作规程按照李合生等的方法[20]，使用苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒进行测定。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2020和SPSS 25软件对数据进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 不同植物生长调节剂对淹水甘薯农艺性状的影响

由图1可见，与CK相比，淹水胁迫T1处理显著抑制了甘薯幼苗的生长，其中苏薯16主茎长、分枝数、茎粗和叶片数分别降低了44.63%、66.67%、20.72%和67.14%，苏薯29主茎长、分枝数、茎粗和叶片数分别降低了37.23%、66.67%、22.85%和59.65%，其中苏薯16的主茎长、叶片数下降幅度高于苏薯29。与T1处理相比，T2处理后苏薯16、苏薯29主茎长均显著增加，分别增加了44.85%、24.51%，其余处理主茎长增加不显著。与T1处理相比，T2、T3、T4、T5处理苏薯16茎粗增加不显著，而苏薯29各处理下茎粗均显著增加。与T1处理相比，T2、T3、T4、T5处理后，苏薯16、苏薯29叶片数均增加，仅有T2处理差异显著，分别增加了52.21%、41.34%。喷施6-BA、GABA对淹水胁迫下苏薯16、苏薯29的分枝数影响较小。与T1处理相比，T2处理显著提高了甘薯主茎长和叶片数，并且T2处理对苏薯16主茎长和叶片的缓解效果优于苏薯29，而T3处理2个甘薯品种主茎长、茎粗、叶片数均表现出下降的趋势。喷施不同浓度GABA对2个甘薯品种主茎长、茎粗、叶片数的缓解效果相似，缓解效果均低于T2处理。

2.2 不同植物生长调节剂对淹水甘薯干物质含量的影响

由表2可见，与CK相比，淹水胁迫T1处理显著降低了甘薯干物质的积累，其中苏薯16叶干质量、茎干质量、根干质量、整株干质量分别降低了71.05%、65.06%、66.5%、67.81%，苏薯29叶干质量、茎干质量、根干质量、整株干质量分别降低了58.11%、58.15%、51.23%、56.67%，苏薯16各部位干质量下降程度均高于苏薯29。与T1处理相比，T2、T3、T4和T5处理苏薯16、苏薯29的叶干质量、茎干质量、根干质量、整株干质量均增加，其中，T2处理2个甘薯品种叶干质量、根干质量、整株干质量均显著增加，茎干质量增加不显著，苏薯16叶干质量、根干质量、整株干质量分别增加了61.46%、53.38%、57.14%，苏薯29叶干质量、根干质量、整株干质量分别增加了66.31%、66.46%、54.94%。随着6-BA、GABA浓度的增加，2个甘薯品种叶干质量、茎干质量、根干质量、整株干质量均呈下降趋势，其中T2处理对2个甘薯品种干质量下降的缓解效果最佳，且对苏薯16整株干质量的增加幅度大于苏薯29。

表2 不同植物生长调节剂对淹水胁迫下甘薯各部分干质量的影响

2.3 不同植物生长调节剂对淹水甘薯SPAD值的影响

由图2可见，与CK相比，淹水胁迫T1处理显著降低了甘薯叶片SPAD值，苏薯16、苏薯29叶片SPAD值分别降低了13.49%、6.61%，且苏薯16叶片SPAD值下降程度大于苏薯29。与T1处理相比，T2、T3、T4、T5处理甘薯叶片SPAD值显著增加，其中苏薯16叶片SPAD值分别增加了14.22%、7.7%、11.41%、9.8%，苏薯29叶片SPAD值分别增加了6.54%、3.1%、4.17%、2.73%。在喷施 6-BA 处理中，T2处理对2个品种甘薯叶片SPAD值缓解幅度最大，缓解效果最佳，且T2处理对苏薯16的缓解效果优于苏薯29，而6-BA浓度升高后，T3处理对SPAD值的缓解效果下降，且差异显著。在喷施GABA处理中，T4处理对甘薯叶片SPAD值缓解效果较优，随着喷施GABA浓度升高，叶片SPAD值下降，T4、T5处理间差异不显著。其中在不同植物生长调节剂处理中，T2处理2个甘薯品种叶片SPAD值最高，缓解效果较优，且对苏薯16的缓解效果优于苏薯29。

2.4 不同植物生长调节剂对淹水甘薯抗氧化酶活性的影响

由图3可见，与CK相比，淹水胁迫T1处理甘薯叶片SOD、POD活性均显著增强，其中苏薯16分别提高了39.01%、49.03%，苏薯29分别提高了94.97%、38.29%；2个品种甘薯叶片CAT活性均显著减弱，其中苏薯16降低了75.00%，苏薯29降低了66.67%，苏薯16淹水胁迫后CAT活性降低幅度高于苏薯29。

与T1处理相比，T2、T3、T4、T5处理2个甘薯品种的SOD活性均显著增强，其中苏薯16的SOD活性分别提高了48.98%、33.11%、34.15%、16.00%，T2、T3、T4、T5处理间差异显著，其中T2处理的SOD活性最高，为432.78 U/g(图3-A)。苏薯29在T2、T3、T4、T5处理后SOD活性分别提高了57.58%、27.41%、27.69%和46.15%，T2、T5处理高于T3、T4处理，其中T2处理叶片SOD活性最高，为459.19 U/g(图3-A1)。

与T1处理相比，苏薯16叶片的POD活性仅T2处理显著提高67.33%，为3 453.33 U/g，其余植物生长调节剂处理间差异不显著(图3-B)。而苏薯29各处理叶片POD活性均显著提高，T2、T3、T4、T5处理分别比T1处理提高了70.25%、26.15%、34.87%、57.43%，其中T2处理叶片POD活性最高，为4 426.67 U/g(图3-B1)。

与T1处理相比，T2、T3、T4处理苏薯16叶片CAT活性显著提高，分别提高了200.00%、160.00%、110.00%(图3-C)，而苏薯29仅T2处理CAT活性比T1处理显著提高了75.00%，其余植物生长调节剂处理间差异不显著(图3-C1)。

由此可以看出，不同浓度GABA处理对甘薯叶片CAT活性的增加均不显著，且对SOD、POD活性的增加幅度弱于T2处理，而T2处理能显著提高2个甘薯品种淹水胁迫后叶片SOD、POD、CAT活性，缓解淹水胁迫的伤害，从而提高甘薯抗涝性，T2处理缓解效果最佳。

2.5 不同植物生长调节剂对淹水甘薯叶片MDA含量的影响

由图4可见，与CK相比，淹水胁迫T1处理叶片MDA含量显著增加，其中苏薯16、苏薯29叶片MDA含量分别增加了46.39%、35.12%。喷施 6-BA、GABA后，甘薯叶片MDA含量均显著降低，与T1处理相比，T2、T3、T4、T5处理苏薯16叶片MDA含量分别降低了23.64%、14.29%、20.00%、13.25%，苏薯29叶片MDA含量分别降低了20.18%、8.56%、10.09%、13.71%。表明喷施 6-BA、GABA可以降低膜脂过氧化程度，缓解淹水胁迫对甘薯叶片细胞膜的伤害，其中T2处理对缓解叶片MDA含量的累积效果最佳，而随着6-BA浓度增加，2个品种甘薯叶片MDA含量呈上升趋势。随着GABA浓度增加，叶片MDA含量在苏薯16上呈增加趋势，在苏薯29上呈下降趋势。

3 讨论与结论

作物的表观形态和生物量的积累反映了其生长发育状况和生理生化特性。淹水胁迫下土壤含氧量显著降低，根系有氧呼吸减弱，根系正常生长发育受阻，地上部和根系之间的平衡被打破，最终使植物生长受到抑制并且导致生物量显著降低[21]。研究发现淹水胁迫显著降低樱桃番茄的株高、茎粗、叶面积以及干物质质量，另外淹水还会造成樱桃番茄叶片发黄萎蔫，且淹水后叶片数低于正常处理[22-23]。本试验结果表明，淹水胁迫下2个品种甘薯主茎长、茎粗、分枝数、叶片数、单株干质量均显著降低，这与前人研究结果相似；由于不同品种对于淹水的抗性不同，苏薯29茎长与叶片数的下降幅度均低于苏薯16。研究发现喷施适宜浓度的 6-BA、GABA能够显著缓解淹水胁迫对于植株幼苗的伤害。郭曦隆等研究发现，喷施6-BA可以有效提高淹水胁迫后苎麻株高、茎粗以及单株鲜质量[24]。刘金平等研究发现，喷施GABA有效缓解了不结球白菜在淹水后株高、根长、叶面积和单株质量的下降[14]。本试验中，叶面喷施6-BA和GABA可以显著提高甘薯淹水后的主茎长、茎粗、叶片数和单株干质量，但对分枝数无显著影响，其中仅T2处理对2个甘薯品种主茎长、叶片数和单株干质量的缓解效果显著，且对苏薯16的缓解效果优于苏薯29。表明淹水胁迫后喷施50 mg/L 6-BA可以有效保持缓解淹水胁迫后茎长、茎粗和叶片数的下降，缓解淹水胁迫对甘薯干物质积累的抑制作用。

叶绿素是植物叶片进行光合作用的重要色素之一，其含量的高低与植物叶片光合能力、抗逆性密切相关[25-26]，而SPAD值可准确反映叶片叶绿素的相对含量[27]。任佰朝等研究发现，淹水导致玉米叶片叶绿素含量降低，说明淹水胁迫抑制了叶片的光合作用，减弱了光合同化生产能力[28]。Ren等研究发现，淹水后喷施6-BA可显著提高玉米叶片SPAD值，提高光合性能，延缓叶片衰老，有效地缓解了淹水对玉米光合性能的不利影响[29]。罗黄颖等研究发现，盐胁迫下喷施GABA使叶片叶绿素含量得到提高进而维持了较高的光合作用能力，促进了幼苗的生长[30]。本试验结果表明，淹水胁迫导致甘薯叶片SPAD值显著下降，这与任佰朝等在玉米上的研究结果[23]相似，与CK相比，淹水处理后苏薯16叶片SPAD值下降幅度高于苏薯29。喷施 6-BA、GABA后均能显著提高甘薯叶片SPAD值，其中T2处理对2个品种甘薯叶片SPAD值缓解幅度最大，缓解效果最佳，且T2处理对苏薯16的缓解效果优于苏薯29，这可能是由于喷施50 mg/L 6-BA 后叶片抗氧化酶活性升高，细胞内过多的自由基及时被清除，减少了细胞膜脂过氧化产物的产生，缓解了自由基对叶绿体的破坏，使甘薯叶片SPAD值处于较高水平，最终保护光合系统，提高光合产物积累。

淹水胁迫导致植物细胞内产生大量的活性氧，破坏了细胞内的氧化还原平衡，造成细胞膜脂过氧化产物积累过量，破坏了细胞膜的结构和功能，抑制植株正常的生长发育[31]。研究表明SOD、POD及CAT等抗氧化酶可以防止自由基对植物造成毒害，并清除细胞内的活性氧自由基[32]。兰超杰等研究发现，樱桃番茄叶片SOD、POD、CAT活性在淹水 2～6 d后均高于正常水分处理，而在淹水 14 d 后淹水敏感型品种千禧SOD、CAT活性均低于正常处理[20]。项洪涛等研究发现，小豆在淹水5 d后，叶片SOD、POD活性均显著提高，而CAT活性显著下降[33]。本试验结果表明，淹水胁迫诱导甘薯抗氧化酶系统开启，叶片SOD、POD活性提高，可以在一定程度上缓解对细胞造成的伤害。而淹水后甘薯叶片CAT活性下降，可能是由于胁迫时间过长，达到保护机制的临界阈值，CAT活性即开始下降，这与项洪涛等在小豆上的结果[33]相似，其中淹水胁迫处理后苏薯29叶片SOD、POD活性均高于苏薯16，且苏薯16叶片内POD活性增加不显著。喷施 6-BA、GABA可以提高作物抗氧化酶活性，提高作物抗逆性。李颖研究发现，喷施6-BA提高了花生受淹后叶片SOD、POD和CAT活性[34]，高洪波等研究发现，喷施GABA可以提高低氧胁迫下甜瓜抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性[35]。本试验中，喷施 6-BA、GABA均能进一步提高甘薯植株叶片SOD、POD、CAT活性，缓解淹水胁迫对植株造成的伤害，这与前人研究结果相似。其中喷施GABA处理对2个甘薯品种叶片CAT活性的升高不显著，这与罗黄颖等研究番茄在盐胁迫下施用GABA的结果[25]相似，且喷施GABA处理未能显著提高苏薯16叶片POD活性；而在T2处理后，2个甘薯品种叶片SOD、POD、CAT酶活性均显著高于淹水胁迫处理，且在不同甘薯品种上表现相似，表明淹水胁迫后喷施 50 mg/L 6-BA更有利于甘薯SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性提高，进一步提高细胞抗氧化能力，保护细胞膜免受伤害。

细胞膜脂过氧化的主要产物是MDA，它可以反映细胞膜脂过氧化程度的强弱，从而反映细胞功能的受损程度[36]。任佰朝等研究发现，玉米在大田条件下淹水后，叶片MDA含量显著升高[37]。本试验结果表明，淹水胁迫导致甘薯叶片内MDA积累量显著增加，说明淹水胁迫导致细胞膜脂过氧化作用加剧，破坏了细胞膜结构，这与王诗雅等在大豆和苹果上的研究结果[38-39]相似。与CK相比，淹水胁迫处理后叶片MDA含量的升高幅度表现为苏薯29小于苏薯16。任佰朝等研究发现，玉米淹水后喷施6-BA可以显著降低叶片MDA含量，有效缓解淹水胁迫对玉米叶片生长的抑制和氧化损伤，延缓叶片衰老[32]。贾邱颖等研究发现，番茄嫁接苗在盐胁迫下外源施用GABA可以显著降低叶片MDA含量，缓解了细胞内活性氧积累带来的膜伤害[40]。本试验中，与淹水胁迫处理相比，喷施6-BA和GABA后，2个甘薯品种叶片MDA积累量显著降低，表明喷施6-BA、GABA可以减轻淹水胁迫造成的膜脂过氧化作用，这与前人研究结果相似。随着6-BA、GABA浓度的增加，甘薯叶片MDA含量均降低，其中T2处理对2个甘薯品种叶片MDA含量的缓解效果最佳，且对苏薯16展现出了更好的缓解效果，说明淹水后喷施50 mg/L 6-BA更有利于清除细胞内活性氧和自由基，减轻淹水胁迫对细胞膜的损伤，从而保持淹水后甘薯叶片正常的生理功能。

本研究仅针对甘薯分枝结薯期易受淹水灾害的问题，以分枝结薯期甘薯作为试验对象研究淹水胁迫对甘薯地上部形态、干物质积累、SPAD值与抗氧化酶系统的影响，以及6-BA、GABA对其的缓解效应；然而淹水发生后，根系是植物最直接也是最初的淹水受害部位，根系有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强，厌氧代谢产生的乙醇、乙醛等有毒物质及细胞中氧自由基增加，都会导致植物根系损伤和养分缺乏[41-42]；另外，淹水胁迫对作物的产量和品质也有显著的影响[43-45]。因此，淹水胁迫对分枝结薯期甘薯根系形态和生理及其恢复效应研究是未来研究的一个重要方向；甘薯分枝结薯期发生淹水胁迫对甘薯产量和品质的影响也需要进一步研究，这将为甘薯抗涝害栽培提供重要的理论基础。

综上所述，淹水胁迫抑制了分枝结薯期甘薯的生长。喷施6-BA、GABA后有效缓解了甘薯主茎长、茎粗、叶片数、干质量、叶片SPAD值的下降幅度，诱导叶片SOD、POD、CAT活性升高，降低了叶片内MDA的积累，缓解了淹水胁迫对甘薯的破坏程度，其中，T2(喷施50 mg/L 6-BA)处理缓解分枝结薯期甘薯的淹水胁迫症状效果最优，且在苏薯16上展现出更好的缓解趋势。研究结果可为甘薯淹水灾害缓解技术提供理论参考。