段文學(xué) 張海燕，* 解備濤 王慶美 汪寶卿 張立明

(1 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海薯類科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站, 山東 濟(jì)南 250100；2 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250100)

甘薯(Ipomoeabatatas)是我國(guó)重要的糧食作物、工業(yè)原料和保健食品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)甘薯年種植面積約338.3萬hm2，占世界甘薯種植面積的40%左右，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%左右，種植面積與總產(chǎn)均居世界首位[1]。隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)的要求越來越高，富含維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維的甘薯越來越受到青睞。此外，優(yōu)質(zhì)食用型甘薯具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和良好的保健功能。

近年來，甘薯鮮食和加工比例逐年增加，市場(chǎng)行情較好，已成為重要的高效作物，食用型甘薯的種植面積不斷擴(kuò)大[2]。研究表明，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑如多效唑、烯效唑等可提高鮮食型甘薯的產(chǎn)量[3-4]，其中多效唑可提高甘薯塊根的淀粉和蛋白質(zhì)含量[5-6]，但延緩型調(diào)節(jié)劑的過量施用會(huì)對(duì)下季作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[7]。有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑是一種新型的生物刺激素，富含氨基酸與小肽，以及鐵、錳、鋅等微量元素，易被作物直接吸收利用，用于合成各種酶類，誘導(dǎo)基因表達(dá)，平衡作物體內(nèi)激素生理代謝等，同時(shí)還可促進(jìn)作物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，改良農(nóng)田環(huán)境[8]。目前，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑在多種作物上應(yīng)用的研究已有大量報(bào)道。任櫻[9]研究施用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑對(duì)棉花的影響，發(fā)現(xiàn)在蕾期滴施有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑可提高棉花單株結(jié)鈴數(shù)和衣分，顯著增加單鈴重，增加棉花絨長(zhǎng)，達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。在紅棗上，于初花期、幼果期、壯果期和成熟后進(jìn)行有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑1 000倍液噴施，可降低紅棗裂果率，提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[10]。然而，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑在甘薯中的應(yīng)用尚未見報(bào)道。本研究通過探討有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑施用方式對(duì)鮮食型甘薯干物質(zhì)積累分配、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在為鮮食型甘薯提質(zhì)增效和生態(tài)種植技術(shù)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

供試材料：鮮食型甘薯品種龍薯9號(hào)和蘇薯8號(hào)，均由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院薯類研究中心提供。

試驗(yàn)于2016年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物研究所試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地為輕壤土，0～20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)11.2 g·kg-1、堿解氮50.1 mg·kg-1、速效磷16.9 mg·kg-1、速效鉀121.7 mg·kg-1。

試驗(yàn)所用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑有效成分為：游離氨基酸≥100 g·L-1，F(xiàn)e+Mn+Zn≥20 g·L-1，不溶于水的物質(zhì)含量≤5%，Hg≤5 mg·kg-1，As≤10 mg·kg-1，Cd≤10 mg·kg-1，Pd≤50 mg·kg-1，Cr≤50 mg·kg-1，由濟(jì)南亞康力諾生物工程有限公司提供。

于各品種全生育期，設(shè)置3個(gè)處理，即不施用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑(CK)；有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑 1 000倍液栽插時(shí)蘸根、栽后40 d時(shí)葉面噴施，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑用量為30 mL·667 m-2，每隔7 d噴1次，共3次，記作P1；有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑1 000倍液澆窩水400 mL、栽后40 d時(shí)葉面噴施，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑用量為30 mL·667 m-2，每隔7 d噴1次，共3次，記作P2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積為24 m2(4 m× 6 m)，設(shè)3次重復(fù)。于2016年6月7日栽植，10月20日收獲，栽植密度為6萬株·hm-2，田間管理措施同大田。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 取樣方法 分別于栽植后45、85和125 d取樣，選取生長(zhǎng)較為一致的植株5株，取主莖第4和第5片功能葉，一部分葉片樣品于70℃烘干至恒重，在干燥器中保存，用于蔗糖含量的測(cè)定；一部分葉片用液氮速凍后，于-80℃保存，用于葉片磷酸蔗糖合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性測(cè)定。于收獲期選取生長(zhǎng)較為一致的植株5株，取植株地上部莖葉，將所有塊根挖出，地上部莖葉確定主莖，分為主莖下部莖(主莖第5片功能葉葉柄連接處以下莖)、主莖下部葉(主莖第5片功能葉葉柄連接處以下葉)、主莖生長(zhǎng)點(diǎn)(主莖第5片功能葉葉柄連接處以上至主莖生長(zhǎng)點(diǎn)頂端)，其余為側(cè)枝，分為側(cè)枝葉(側(cè)枝第5片功能葉葉柄連接處以下葉)、側(cè)枝莖(側(cè)枝第5片功能葉葉柄連接處以下莖)、側(cè)枝生長(zhǎng)點(diǎn)(側(cè)枝第5片功能葉葉柄連接處以上至主莖生長(zhǎng)點(diǎn)頂端)和塊根，105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重，稱量各器官干物質(zhì)并計(jì)算其分配比例[11-12]。

收獲時(shí)將測(cè)產(chǎn)區(qū)內(nèi)的塊根全部挖出，數(shù)出每個(gè)小區(qū)的塊根總數(shù)，然后以小區(qū)為單位稱塊根鮮重，記錄并計(jì)算平均單株結(jié)薯數(shù)、單薯重和鮮薯產(chǎn)量，并留取干樣用于測(cè)定塊根糖含量和干物質(zhì)率。

1.2.2 測(cè)定方法 采用蒽酮比色法[13-14]測(cè)定蔗糖、可溶性總糖和淀粉含量。

參照Doehlert等[15]和Ou-Lee等[16]的方法提取酶液：稱取0.5 g葉片加入7 mL pH值7.5 HEPES-NaOH緩沖液，冰浴研磨，10 000×g冷凍離心10 min，上清液即為酶液。參照於新建[17]和Wardlaw等[18]的方法測(cè)定SPS活性。

反應(yīng)前蔗糖含量測(cè)定方法：吸取50 μL酶液和150 μL HEPES-NaOH緩沖液，經(jīng)100℃水浴使酶失活，加入100 μL 2 mol·L-1NaOH混勻，100℃加熱10 min，加入2.0 mL 30% HCl 和1 mL 1%間苯二酚，混勻后80℃保溫10 min，冷卻后，于480 nm波長(zhǎng)下比色。反應(yīng)后蔗糖含量測(cè)定方法：吸取50 μL酶液、50 μL HEPES-NaOH緩沖液、40 μL 25 mmol·L-1MgCl2、40 μL 50 mmol·L-1UDPG 和20 μL 100 mmol·L-1果糖-6-磷酸(F-6-P)，30℃保溫30 min，100℃使酶失活，加入100 μL 2 mol·L-1NaOH 混勻，100℃保溫10 min，加入2.0 mL 30% HCl 和1 mL 1%間苯二酚，混勻后80℃保溫10 min，冷卻后在480 nm下比色。反應(yīng)前后蔗糖含量的差值即為反應(yīng)生成的蔗糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)、繪制表格；DPS 7.5 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)功能葉片蔗糖含量和SPS活性的影響

由圖1-A可知，栽后45 d，龍薯9號(hào)P1和P2處理葉片SPS活性無顯著差異，但均顯著高于CK；蘇薯8號(hào)CK和P1處理間無顯著差異，但均顯著低于P2處理。栽后85 d，龍薯9號(hào)P2處理葉片SPS活性顯著高于CK和P1處理，且以CK最低；蘇薯8號(hào)的P1和P2處理間無顯著差異，但均顯著高于CK。栽后125 d，2個(gè)品種的P1和P2處理間的葉片SPS活性均無顯著差異，但均顯著高于CK。結(jié)果表明，P1和P2處理有利于提高2個(gè)品種生長(zhǎng)中后期功能葉片SPS活性，從而促進(jìn)蔗糖的合成。

由圖1-B可知，栽后45 d，龍薯9號(hào)P1和P2處理功能葉片蔗糖含量無顯著差異，但均顯著高于CK；蘇薯8號(hào)P2處理顯著高于CK和P1，且以CK的蔗糖含量最低。栽后85 d，2個(gè)品種P2處理功能葉片蔗糖含量均顯著高于其CK和P1處理，且均以CK最低。栽后125 d，2個(gè)品種的P1和P2處理功能葉蔗糖含量無顯著差異，但均顯著高于CK。結(jié)果表明，P1和P2處理有利于提高2個(gè)品種各時(shí)期功能葉片的蔗糖含量，從而促進(jìn)源葉蔗糖的裝載輸出。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Note: Different small letters indicate significant difference at 0.05 level.圖1 不同處理各時(shí)期功能葉片SPS活性和蔗糖含量變化Fig.1 Changes of SPS activity and sucrose content in leaves under different treatments at different stages

2.2 不同處理對(duì)甘薯地上部莖葉干重、塊根干重及總干重的影響

由表1可知，龍薯9號(hào)P1和P2處理收獲期地上部莖葉干重顯著高于CK，以P2處理最高；蘇薯8號(hào)P1處理地上部莖葉干重顯著高于CK和P2。2個(gè)品種P1和P2處理的收獲期塊根干重均顯著提高，且均以P2處理為最高。2個(gè)品種P1和P2處理收獲期植株總干重均顯著高于CK，且均以P2處理最高。結(jié)果表明，P1和P2處理有利于提高2個(gè)品種收獲期地上部莖葉干重和植株總干重，P2處理可獲得最高收獲期塊根干重，有利于獲得最高塊根產(chǎn)量。

表1 不同處理收獲期地上部干重、塊根干重和總干重

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different small letters in the same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level. The same as following.

2.3 不同處理對(duì)甘薯不同器官干物質(zhì)分配比例的影響

由表2可知，2個(gè)品種收獲期干物質(zhì)主要分布在側(cè)枝葉、側(cè)枝莖和塊根中。2個(gè)品種P1處理的側(cè)枝葉干物質(zhì)分配比例均顯著高于CK和P2；龍薯9號(hào)各處理的側(cè)枝莖干物質(zhì)分配比例無顯著差異，而蘇薯8號(hào)CK顯著高于P1和P2處理，且以P2處理最低；龍薯9號(hào)各處理塊根干物質(zhì)分配比例無顯著差異，蘇薯8號(hào)的P2處理顯著高于CK和P1處理。龍薯9號(hào)P1和P2處理主莖下部葉、主莖下部莖干物質(zhì)分配比例均顯著低于CK，蘇薯8號(hào)P2處理主莖下部莖、側(cè)枝莖和側(cè)枝生長(zhǎng)點(diǎn)干物質(zhì)分配比例均顯著低于CK和P1，塊根干物質(zhì)分配比例則表現(xiàn)為P2處理顯著高于CK和P1。結(jié)果表明，P1和P2處理對(duì)龍薯9號(hào)收獲期塊根干物質(zhì)分配比例無顯著影響，但P2處理可以顯著提高植株干物質(zhì)積累量，從而增加塊根干物重；P2處理有利于提高蘇薯8號(hào)收獲期塊根干物質(zhì)分配比例，降低主莖下部葉、主莖下部莖、側(cè)枝莖和側(cè)枝生長(zhǎng)點(diǎn)干物質(zhì)分配比例，促進(jìn)干物質(zhì)更多的向塊根分配。

表2 不同處理收獲期各器官干物質(zhì)分配比例Table 2 Dry matter distribution in different organs at harvest under different treatments /%

2.4 不同處理對(duì)甘薯塊根品質(zhì)的影響

由表3可知，龍薯9號(hào)P2處理收獲期塊根蔗糖含量顯著低于CK和P1；蘇薯8號(hào)P2與P1處理無顯著差異，但P2處理顯著低于CK。龍薯9號(hào)P2處理收獲期塊根可溶性糖含量與P1無顯著差異，P2處理顯著低于CK；蘇薯8號(hào)各處理間無顯著差異。龍薯9號(hào)P2處理收獲期塊根淀粉含量顯著高于CK與P1處理，以CK最低；蘇薯8號(hào)P2與P1處理無顯著差異，P2處理顯著高于CK。龍薯9號(hào)P1和P2處理塊根干率無顯著差異，但均顯著高于CK；蘇薯8號(hào)P2處理塊根干率與P1無顯著差異，但顯著高于CK。結(jié)果表明，P1和P2處理有利于提高2個(gè)品種塊根淀粉含量和干率，P2處理降低龍薯9號(hào)塊根可溶性糖含量，但對(duì)蘇薯8號(hào)塊根可溶性糖含量無顯著影響。

表3 不同處理塊根蔗糖含量、可溶性糖含量、淀粉含量和干率Table 3 Sucrose content, soluble sugar content, starch content and dry mater content under different treatments /%

2.5 不同處理對(duì)甘薯單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)及塊根產(chǎn)量的影響

由表4可知，2個(gè)品種P1和P2處理收獲期單株薯重均顯著高于CK，且均以P2處理最高。龍薯9號(hào)P1和P2處理單株結(jié)薯數(shù)無顯著差異，但均顯著高于CK；蘇薯8號(hào)P2處理單株結(jié)薯數(shù)顯著高于CK和P1處理。與CK相比，2個(gè)品種P1和P2處理塊根產(chǎn)量均顯著提高，其中龍薯9號(hào)增產(chǎn)幅度分別為14.02%和30.46%，蘇薯8號(hào)分別為14.36%和27.72%，且均以P2處理最高。結(jié)果表明，P1和P2處理均有利于提高2個(gè)品種收獲期單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)及塊根產(chǎn)量，且以P2處理對(duì)2個(gè)品種塊根產(chǎn)量的增產(chǎn)效果最為明顯。

表4 不同處理塊根單株薯重、結(jié)薯數(shù)和塊根產(chǎn)量Table 4 Number of tuber roots per plant, tuber root weight per plant and root yield under different treatments

注：“-”表示數(shù)據(jù)不存在。

Note: ‘-’ indicating that data does not exist.

3 討論

功能葉是作物光合的主要器官，蔗糖是葉片光合產(chǎn)物的主要輸出形式[19]。源器官高蔗糖含量有利于其向庫(kù)器官的運(yùn)出[20-21]。SPS是蔗糖合成調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶，葉片中SPS活性高，蔗糖積累多，有利于光合產(chǎn)物向蔗糖的轉(zhuǎn)化，提高光合源葉光合產(chǎn)物的供應(yīng)[22-24]。有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑富含氨基酸與小肽，以及微量元素如鐵、錳、鋅等，有利于激活葉片多種酶活性[8]。本研究表明，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑蘸根+葉面噴施(P1)和有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑灌根+葉面噴施(P2)處理有利于提高2個(gè)品種生長(zhǎng)中后期功能葉片SPS活性，促進(jìn)蔗糖合成，提高功能葉片蔗糖含量，有利于促進(jìn)源葉蔗糖的裝載輸出，為獲得高產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

作物產(chǎn)量的形成與干物質(zhì)生產(chǎn)緊密相關(guān)，干物質(zhì)積累與其向經(jīng)濟(jì)器官的合理分配對(duì)提高作物產(chǎn)量至關(guān)重要[25-28]。甘薯收獲的是地下部塊根，干物質(zhì)在甘薯地上部莖葉和地下部塊根的積累量及其分配比例，既是表征甘薯源庫(kù)關(guān)系協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)，又與薯塊形成和快速膨大密切相關(guān)，明確干物質(zhì)積累與分配規(guī)律有利于甘薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[29]。在理想生長(zhǎng)情況下，甘薯地上部源葉光合作用強(qiáng)，干物質(zhì)積累量高且向塊根中分配的比例高，源庫(kù)協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于獲得高產(chǎn)[30-31]。研究表明，高產(chǎn)甘薯品種莖葉鮮重與塊根鮮重的比值顯著低于低產(chǎn)品種，光合產(chǎn)物較多的分配積累到地下部塊根中，是其獲得高產(chǎn)的主要原因[32]。前人研究中，將甘薯植株分為葉片、莖蔓以及塊根等部位[6]，而在甘薯生長(zhǎng)和塊根膨大過程中，莖葉旺盛生長(zhǎng)的部位是代謝庫(kù)，如生長(zhǎng)點(diǎn)、側(cè)枝莖葉等[11-12, 33]。本研究對(duì)干物質(zhì)分配器官進(jìn)行了細(xì)致劃分，發(fā)現(xiàn)有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑蘸根+葉面噴施(P1)和有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑灌根+葉面噴施(P2)處理均顯著提高了2個(gè)品種收獲期植株干物質(zhì)積累量，這與有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑提高葉片SPS活性，有利于光合產(chǎn)物積累有關(guān)；同時(shí)，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑施入根部土壤，其多肽成分及微量元素可促進(jìn)根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，亦有利于植株積累更多的干物質(zhì)。本研究結(jié)果表明，龍薯9號(hào)收獲期塊根干物質(zhì)分配比例各處理無顯著影響，但由于施用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑的處理植株干物質(zhì)積累總量提高，從而獲得較高塊根產(chǎn)量。根部施用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑有利于改善土壤微環(huán)境，提高土壤通氣性，而改善土壤通氣性則可促進(jìn)同化物向塊根的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配，提高干物質(zhì)在塊根中的分配比例[34]。本研究中，蘇薯8號(hào)采用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑灌根+葉面噴施(P2)處理后，其收獲期塊根干物質(zhì)分配比例提高，主莖、側(cè)枝莖和側(cè)枝生長(zhǎng)點(diǎn)干物質(zhì)分配比例降低，同時(shí)植株總干重提高，從而該處理獲得最高的塊根產(chǎn)量。

淀粉和可溶性糖是影響甘薯塊根品質(zhì)的主要成分，不同品種間差異較大，淀粉含量為37.6%～77.8%，可溶性糖含量為1.68%～36.02%[35-36]。淀粉-可溶性糖代謝在甘薯塊根膨大過程中起重要作用，淀粉積累量不僅與塊根產(chǎn)量顯著相關(guān)，其含量對(duì)塊根食味品質(zhì)亦有重要影響[37-39]。有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑含有的多肽和微量元素等，可促進(jìn)土壤有益微生物菌群平衡，有利于改善土壤通氣性和緊實(shí)度。前人研究認(rèn)為改善土壤通氣性，可增加甘薯塊根中ATP含量和脫落酸(abscisic acid，ABA)含量，提高淀粉含量和干率，顯著提高塊根產(chǎn)量[34]；降低土壤緊實(shí)度，可顯著提高甘薯塊根中蔗糖合酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性，顯著降低蔗糖和可溶性糖含量，顯著增加淀粉含量，有利于塊根的快速膨大[40]。本研究表明，與對(duì)照相比，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑處理灌根+葉面噴施(P2)處理可顯著降低2個(gè)品種塊根蔗糖含量和可溶性糖含量，顯著提高塊根淀粉含量，這可能與其施入土壤，促進(jìn)土壤微環(huán)境改善，提高土壤通氣性，降低土壤緊實(shí)度有關(guān)；而有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑處理蘸根+葉面噴施(P1)處理則對(duì)2個(gè)品種塊根蔗糖和可溶性糖含量則無顯著降低作用。對(duì)于產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，與對(duì)照和有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑蘸根+葉面噴施(P1)處理相比，有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑灌根+葉面噴施(P2)處理可顯著提高2個(gè)品種塊根產(chǎn)量，這與其提高2個(gè)品種收獲期植株干物質(zhì)積累量和較高的塊根干物質(zhì)分配比例有關(guān)。

本研究探討了有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑施用方式對(duì)鮮食型甘薯干物質(zhì)積累分配、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響效應(yīng)，分析了其造成產(chǎn)量及品質(zhì)差異的可能原因，但在不同地力水平下，如丘陵薄地下的有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑的適宜施用方式，以及該促進(jìn)劑對(duì)甘薯田土壤理化特性等的影響仍需深入的研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑有利于提高生長(zhǎng)中后期功能葉片SPS活性和蔗糖含量，2個(gè)品種收獲期植株總干重和塊根干重，以及2個(gè)品種塊根產(chǎn)量和淀粉含量，其中栽插時(shí)灌根+栽后40 d葉面噴施(P2)處理增產(chǎn)幅度最大。對(duì)塊根可溶性糖含量影響存在品種間差異，其中栽插時(shí)蘸根+栽后40 d葉面噴施(P1)處理對(duì)2個(gè)品種塊根可溶性糖含量無顯著影響，栽插時(shí)灌根+栽后40 d葉面噴施(P2)處理降低了龍薯9號(hào)塊根可溶性糖含量，但對(duì)蘇薯8號(hào)無顯著影響。綜上，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)品種選擇適宜的有機(jī)多肽酶活性促進(jìn)劑施用方式。