漬水對定向槽種植薯蕷類山藥塊莖發(fā)育的影響

摘要 采用定向槽種植方式，設置漬水試驗，研究漬水對定向槽種植薯蕷類山藥塊莖畸形發(fā)育的影響。結(jié)果表明，淹水后不及時排水會使定向槽內(nèi)土壤長期接近飽和水狀態(tài)，并誘發(fā)定向槽內(nèi)山藥塊莖的畸形發(fā)育和塊莖腐爛；漬水處理時間越長，塊莖畸形與腐爛現(xiàn)象越嚴重；漬水可能通過顯著增加塊莖中生長素（IAA）和赤霉素（GA3）含量誘導山藥塊莖畸形的形成；漬水也顯著降低了塊莖中的淀粉、粗蛋白和總皂苷含量，降低了山藥功能和營養(yǎng)品質(zhì)。

關(guān)鍵詞 漬水；山藥；塊莖；定向槽；畸形發(fā)育

中圖分類號 S632.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）18-0158-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of Waterlogging on the Development of Chinese Yam Tuber Grown in Directional Trough

LIU De-cai， JIN Lin， GUO Wen-qi et al

（Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing，Jiangsu 210014）

Abstract The effects of waterlogging on Chinese yam tuber malformation development in directional trough were studied by setting waterlogging treatments. The results showed that the soil in directional trough was close to saturated moisture for a long time and the yam tuber malformation and decay were induced without timely drainage after waterlogging. The longer the waterlogging treatment time， the more serious the tuber malformation and decay. Waterlogging may induce the formation of tuber malformation by significantly increasing the contents of auxin （IAA） and gibberellin （GA3） in the tuber. Waterlogging also significantly reduced the contents of starch， crude protein and saponins in tuber， thus decreased the function and nutritional quality of Chinese yam.

Key words  Waterlogging;Chinese yam;Tuber;Directional trough;Malformation development

基金項目 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項目（CARS-21）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設項目（JATS 〔2022〕 077）。

作者簡介 劉德才（1991—），男，河北滄州人，助理研究員，博士，從事藥食同源作物栽培研究。*通信作者，研究員，博士，從事藥食同源作物栽培研究。

收稿日期 2023-10-24

山藥（Dioscorea opposita Thunb.）是我國傳統(tǒng)的藥食同源作物，富含淀粉和蛋白質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)，以及多糖、黃酮、皂苷等生物活性物質(zhì)，具有較高的藥用價值和保健功能。山藥主要包括薯蕷類山藥、參薯、山薯和褐苞薯蕷等類型［1］，其中薯蕷類山藥是我國主要的栽培類型，占總種植面積的80%以上。近年來，由于薯蕷類山藥傳統(tǒng)主產(chǎn)區(qū)受自然災害氣候和用工成本增加的影響，種植面積呈萎縮趨勢，限制了當?shù)厣剿幃a(chǎn)業(yè)的發(fā)展［2］。為此，江蘇省農(nóng)業(yè)科學院開展了薯蕷類山藥定向槽種植技術(shù)的研究和應用工作［3-4］，并取得了初步成效，避免了強降雨等災害性天氣導致的山藥塌溝絕收風險［5-6］，減少了山藥種植用工，但在該項技術(shù)應用的同時，也出現(xiàn)了山藥塊莖畸形率高、商品率較低等問題，成為該項技術(shù)應用的主要障礙。

為進一步減輕薯蕷類山藥應用定向槽種植技術(shù)出現(xiàn)的畸形率高問題，相繼開展了導致山藥塊莖畸形的原因和控制畸形技術(shù)的研究，郭文琦等［3］研究表明，定向槽種植方式由于土層覆蓋較薄，容易導致定向槽內(nèi)高溫，進而誘導山藥塊莖畸形發(fā)生和產(chǎn)量降低，通過采取覆蓋秸稈、保溫毯等措施有效控制了畸形的發(fā)生，并提高了山藥產(chǎn)量。近年來，在江蘇山藥主產(chǎn)區(qū)試驗示范時，發(fā)現(xiàn)夏季強降雨導致的定向槽內(nèi)漬水或較高的土壤含水量，也可能是誘導山藥塊莖畸形的重要原因。筆者通過設置山藥塊莖漬水試驗，研究漬水對山藥塊莖畸形發(fā)育及品質(zhì)特性的影響，以期為薯蕷類山藥定向槽種植技術(shù)的優(yōu)化改進提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合實驗基地（118.83°E，32.35°N）防雨大棚中進行，供試品種為“蘇蕷10號”（由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所選育），采用定向槽種植方法。供試土壤為馬肝土，有機質(zhì)為15.94 g/kg，土壤堿解氮為98.55 mg/kg，有效磷為15.21 mg/kg，速效鉀為111.32 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設置3個處理，處理①為對照（正常水分管理CK）；處理②為山藥塊莖漬水持續(xù)3 d（ZS3d）；處理③為山藥塊莖漬水持續(xù)6 d（ZS6d），于2022年8月23日開始進行漬水處理，在漬水處理期間山藥定向槽（塊莖部）完全淹水，處理結(jié)束后將明水立即排出，然后使土壤含水量自然下降。試驗于2022年4月20日播種，播種后立即覆蓋保溫毯，其他管理按薯蕷類山藥定向槽高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)要求進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤相對含水量。

于漬水結(jié)束當天、漬水結(jié)束后第5天、漬水結(jié)束后第10天和漬水結(jié)束后第15天取定向槽內(nèi)中部土壤，測定土壤相對含水量。

土壤相對含水量=（土壤實際含水量/土壤飽和含水量）×100%

1.3.2 塊莖生長發(fā)育。

分別于8月23日（漬水處理當天）、8月26日（漬水第3天）、8月29日（漬水第6天）、9月3日（漬水結(jié)束后第5天）、9月8日（漬水結(jié)束后第10天）、9月14日（漬水結(jié)束后第15天）、9月29日（漬水結(jié)束后第30天）、10月14日（漬水結(jié)束后第45天）進行塊莖發(fā)育調(diào)查，每個處理每次選取代表性山藥植株5株，收取塊莖樣品，將每次調(diào)查后烘干塊莖樣品粉碎保存，用于測定塊莖品質(zhì)指標。

1.3.3 塊莖品質(zhì)指標及內(nèi)源激素。

采用苯酚硫酸法測定多糖含量［7］；用微量凱氏定氮法測定塊莖氮含量，再乘以系數(shù) 6.25，為塊莖粗蛋白含量；參考張敏等［8］的方法測定總皂苷含量；采用碘化鉀反應法測定淀粉含量［9］；總黃酮含量測定采用分光光度法［10］；內(nèi)源激素提取后采用液質(zhì)聯(lián)用法進行含量測定［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)整理，利用GraphPad8進行作圖，用SPSS 25.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 定向槽內(nèi)土壤相對含水量

由表1可知，對照處理（CK）定向槽內(nèi)土壤相對含水量保持在59.38%～68.10%；漬水3 d處理（ZS3d）和漬水6 d處理（ZS6d）在漬水結(jié)束后第15天土壤相對含水量仍達82.77%和94.43%，說明田間淹水后，即使排出田間積水，定向槽中仍需較長時間才能恢復到正常土壤水分條件，這將持續(xù)影響山藥塊莖的發(fā)育。

2.2 漬水對定向槽內(nèi)薯蕷類山藥塊莖膨大發(fā)育的影響

由圖1可知，漬水3 d處理（ZS3d）和漬水6 d處理（ZS6d），在處理結(jié)束時觀察山藥塊莖表皮形成許多凸起，這些凸起將逐漸發(fā)展成畸形分枝塊莖，說明短時間的田間漬水即可誘導山藥塊莖畸形的產(chǎn)生，并隨著塊莖的發(fā)育形成多個畸形塊莖分枝，進而導致外觀品質(zhì)的變劣。同時漬水導致（或長時間維持較高的土壤含水量）主塊莖頂端生長點腐爛，生長停止，這也誘導畸形分枝的快速生長膨大。

2.3 漬水對定向槽內(nèi)薯蕷類山藥塊莖畸形發(fā)育的影響

與對照（CK）相比，漬水處理（ZS6d）塊莖中的生長素（IAA）和 赤霉素（GA3）含量顯著上升（圖2A和B），脫落酸（ABA）和茉莉酸（JA）含量顯著下降（圖2C和D）。

2.4 漬水對定向槽內(nèi)薯蕷類山藥塊莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖3可知，與對照相比，收獲期漬水處理山藥塊莖中的淀粉、總皂苷和粗蛋白含量顯著下降；多糖含量顯著上升，總黃酮含量下降，營養(yǎng)和功能品質(zhì)變劣。

3 結(jié)論與討論

3.1 漬水誘發(fā)定向槽內(nèi)山藥塊莖畸形發(fā)育

近年來，隨著我國傳統(tǒng)山藥主產(chǎn)區(qū)薯蕷類山藥品種種植的氣候風險加大、用工成本的增加以及適宜粉壟技術(shù)種植的土地減少，山藥種植面積普遍呈下滑態(tài)勢［12］。山藥淺生定向槽種植技術(shù)由于其可避免氣候風險導致的減產(chǎn)絕收風險，也可減少用工，逐漸得到種植戶的認同并開始發(fā)展和推廣應用［13-15］，然而該項技術(shù)在研發(fā)應用時常出現(xiàn)畸形率高、外觀品質(zhì)不佳等問題，山藥產(chǎn)品市場認可度較低，給該項技術(shù)的推廣應用帶來很大難度。綜合分析該項技術(shù)影響塊莖發(fā)育的環(huán)境因素：一是應用該技術(shù)山藥塊莖上部覆蓋土層相對較薄，夏季高溫日曬，導致定向槽內(nèi)高溫，容易形成山藥塊莖的畸形，高溫因素誘發(fā)塊莖畸形已經(jīng)在前期的研究中得到證實；二是在部分主產(chǎn)區(qū)，夏季降雨較多，田間積水、漬水，定向槽內(nèi)積水和漬水可能是誘導山藥塊莖畸形的另一個主要原因。該研究通過設置山藥塊莖漬水試驗，明確了山藥塊莖在積水和漬水環(huán)境中容易引起山藥畸形塊莖的產(chǎn)生，并導致塊莖局部腐爛。與此同時，漬水山藥塊莖中淀粉、總皂苷和粗蛋白含量降低，營養(yǎng)和功能品質(zhì)變劣。

3.2 漬水導致定向槽種植山藥塊莖畸形產(chǎn)生的原因分析

該研究連續(xù)觀察漬水處理山藥塊莖發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)山藥塊莖受到傷害最早最重的部位為主塊莖頂端，該部位出現(xiàn)腐爛和生長停止，并在原有部位和周邊部位新產(chǎn)生許多畸形凸起，進一步發(fā)育成畸形塊莖。這可能由于兩方面原因?qū)е拢阂皇侵鲏K莖頂端受到漬害的影響而受到傷害，停止生長，在漬水條件下引起表皮傷害，可能誘導塊莖中內(nèi)源激素含量和分布部位的變化，進而在整個塊莖中漬害影響較小的部位誘導畸形生長點的形成，促進光合產(chǎn)物和營養(yǎng)成分向其他畸形分枝的分配和運輸，進而導致畸形塊莖的膨大發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，IAA對山藥的伸長有顯著促進作用［16-18］，GA3濃度與植物塊莖的形成密切相關(guān)［19］。該研究發(fā)現(xiàn)畸形塊莖主要出現(xiàn)在塊莖中部位置，且塊莖中生長素（IAA）和赤霉素（GA3）顯著升高。因此，該研究推測山藥在漬水后塊莖中IAA和GA3含量的增加可能是畸形塊莖形成和發(fā)育的重要內(nèi)在原因，但具體機理還有待進一步探究。

3.3 定向槽種植薯蕷類山藥抗?jié)碀n技術(shù)的應用

定向槽種植技術(shù)盡管避免了傳統(tǒng)粉壟種植技術(shù)因強降雨天氣導致的塌溝絕收問題，但田間漬水同樣會誘導山藥畸形塊莖的形成和發(fā)育，導致山藥塊莖商品性下降。該研究對漬水結(jié)束后的土壤含水量調(diào)查表明，田間（定向槽中）雖然經(jīng)過較短時間的淹水，但田間（定向槽中）土壤含水量的降低仍需要持續(xù)較長時間，給山藥塊莖一個較長時間的漬水逆境，因此，針對定向槽種植技術(shù)的應用一是需在雨季來臨前提前做好田間和地塊周邊溝系的疏通工作，避免田間積水，盡量做到雨止田干；二是要注意加快定向槽中水分的排出。同時，要密切注意氣候的旱澇急轉(zhuǎn)，由于定向槽種植土層覆蓋較淺，持續(xù)高溫少雨天氣極易導致山藥干旱，抑制塊莖生長發(fā)育，盡量使用噴滴灌設備，保障山藥田塊灌排兩便。

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