2023, Vol. 50文章信息
引用本文 |
基金项目
- 四川省衔接推进乡村振兴科技专项（2022ZHXC0067）；四川省科技计划项目（2022ZHYZ0006）
作者简介
- 付国召（1991—），男，硕士，研究方向为甘薯栽培及水培技术，E-mail：1505567009@qq.com.
通讯作者
- 杨翠芹（1980—），女，博士，副教授，研究方向为薯类栽培与发育，E-mail：651639684@qq.com.
文章历史
- 收稿日期：2023-03-30
2. 兴隆县农业农村局，河北 兴隆 067300
2. Agriculture and Rural Bureau of Xinglong County, Xinglong 067300, China
【研究意义】甘薯〔Ipomoea batatas（L.）Lam〕富含营养和生物活性成分，具有独特的生理保健作用和药用价值[1-3]。甘薯是重要的粮食作物和加工业原料之一[4]，其生产在我国国民经济中占有重要地位。甘薯生产中经常使用植物生长调节剂，尤其在薯块催芽育苗过程，如赤霉素、细胞分裂素等，二者广泛分布于各种植物、真菌和细菌中，属于五大植物激素，对植物种子萌发、茎叶生长、组织分化、细胞生长和发育等有明显的调节作用[5-14]。因此，探讨赤霉素与细胞分裂素在甘薯薯块催芽方面的应用对提高薯苗产量具有重要意义。【前人研究进展】王欣等[15]发现不同浓度赤霉素处理‘徐薯23’薯块，可使植株株高增加，但浓度过高对茎粗产生抑制作用。侯鑫敬等[16]研究发现GA3喷施处理的草莓植株茎粗均小于对照，且浓度越高效果越明显。赵玉芬等[17]于八仙花花期之前喷施GA3，发现过高的GA3浓度导致花梗细弱，影响观赏价值。陈兵[18]在植物生长调节剂调控红花木莲幼苗生长的研究中发现，高浓度GA3使红花木莲幼苗基部直径、苗高等指标降低，影响苗木品质。可见，赤霉素在植物生长调节、调控的研究中应用较多，但赤霉素浓度过高会导致多种植物出现苗弱现象。另有报道指出，6-BA单独用于调控植物的萌芽发育效果并不理想[19-23]。然而，GA3与6-BA二者复配使用在促进植物种子萌发和生长中效果显著，如谷宇超等[24]通过研究不同浓度GA3与6-BA复配处理对烤烟农艺性状和化学成分的影响，发现其可有效增加烤烟叶面积和叶绿素含量。在高温胁迫下，曹菲菲[25]使用GA3与6-BA探究其对叶用莴苣种子萌发及幼苗生长的影响，同样发现二者组合处理优于单一处理效果，表明GA3与6-BA在促进种子萌发生长中具有协同作用。【本研究切入点】GA3与6-BA等物质在调控薯类作物的生长状态、生理特性、茎尖分生组织培养以及产量中具有重要作用[26-29]，可有效促进薯块萌发，促进薯芽生长发育，对于薯类作物的早育苗、育壮苗、早栽早收和提高单位面积土地经济效益作用明显[15]。但GA3单独浸种处理容易导致甘薯苗细苗、弱苗，而6-BA经植物吸收后在植物体内的移动性较差，生理作用仅局限于处理部位及附近[30]，所以经常与其他类植物生长调节剂复配使用[31]。本研究在GA3单独浸种处理基础上增加了GA3与6-BA复配处理，旨在提高薯苗的质量。同时，结合优质薯苗育苗评判标准，进一步筛选出生产优质种苗的GA3与6-BA适宜浸种浓度，为优质甘薯种苗的标准化生产提供依据。【拟解决的关键问题】本试验通过分析不同浓度的GA3单独处理及其分别与6-BA复配处理对薯块萌芽特性、薯苗生长形态、单苗质量、干物质率及薯苗采收量的影响，以期解决GA3单独催芽的缺陷，为甘薯育苗生产中实现多供苗、供壮苗提供技术参考。
1 材料与方法 1.1 试验地点试验于2018年3月11日至5月23日进行，试验地点在四川农业大学农学院第三教学楼植物生长室，室温24（±2）℃、空气相对湿度60%~70%、光周期14/10 h、光强为80~100 μmol/m2·s。
1.2 试验材料以笔者课题组繁种并留存的甘薯品种‘心香’为试验材料。
1.3 试验方法1.3.1 试验设计 选取125 g左右且无病虫害的中级薯块为试验材料，分别设1、5、10 mg/L的GA3单独浸种处理，记为G1、G5、G10（G组）；各浓度GA3再分别与5 mg/L 6-BA复配，记为G1B、G5B、G10B（GB组）；另设对照清水浸种和5 mg/L 6-BA浸种处理，分别记为G0（CK1）、G0B（CK2），共计8个处理，每个处理3次重复，每个重复薯块质量约1.5 kg，每处理共约4.5 kg。浸种6 h后，晾干表面水分，于植物生长室苗床排种，苗床设于50 cm×20 cm×10 cm的育苗槽内，薯块排好种后，覆营养土，各处理统一进行常规管理。
1.3.2 指标测定 覆土20 d后将薯块取出，对其根眼萌动数、总芽数、平均单根眼芽数、展叶苗数、节间数进行统计，利用直尺测量薯苗基部贴近薯皮的位置到顶芽芽心的距离作为苗高，利用游标卡尺测量苗基部第一茎节中间部位作为其直径；分别于排种后覆土40、55、70 d后采苗，剪取株高20 cm以上且直径达3mm以上的薯苗，并测定覆土后40 d所采苗的单苗鲜质量和干物质率。将采集的薯苗105℃杀青20 min后，70℃烘干至恒重，计算平均值为单苗干质量；单苗干质量与单苗鲜质量的百分比即为薯苗干物质率。
1.4 数据分析试验数据采用Microsoft Excel 2016和DPSv7.05软件进行统计分析，LSD法进行多重比较。
2 结果与分析 2.1 GA3与6-BA浸种处理对薯块萌芽特性的影响GA3单独浸种处理后，甘薯薯块的根眼萌动数和总芽数均高于CK1，其中G1浸种处理对薯块萌芽效果最好，薯块根眼萌动数达11个，总芽数达16.33个；G5次之，薯块根眼萌动数达9.67个，总芽数达15.00个。G1显著高于除G5以外的其他各处理（表 1）。GA3与6-BA复配处理后甘薯的萌芽性状不如GA3单独浸种处理，其中G5B浸种处理对薯块萌芽效果最好，薯块根眼萌动数达7.33个，总芽数达10.67个。此外，6-BA与1 mg/L GA3复配处理后的平均单根眼芽数稍高于其他处理，达1.63个，但各处理间均无显著差异。综上，1 mg/L的GA3浸种处理对调控甘薯薯块萌芽的效果较好。
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2.2 GA3与6-BA浸种处理对薯苗生长形态的影响
由表 2可知，甘薯薯块在GA3单独浸种处理后，其展叶苗数、平均苗高均高于CK1，且5 mg/L GA3浸种处理的薯苗平均展叶苗数最多、达8.67个，平均苗高达15 cm，苗基部直径为2.92 mm，但因生长量过快导致薯苗细弱；1 mg/L GA3浸种处理的薯苗展叶苗数达5.67个，苗高达8.80 cm，苗基部直径为3.01 mm，表明使用1 mg/L的GA3浸种处理较好。与6-BA复配处理后，甘薯的展叶苗数、平均苗高均不如GA3单独处理，其中G1B浸种处理对甘薯的展叶苗数、平均苗高效果最好，平均展叶苗数达4.33个，平均苗高达7.23 cm。在苗基部直径方面，GA3单独处理效果显著低于CK1、CK2与复配处理，且随着GA3浓度升高而降低，以G10处理的苗基部直径最小、为2.90 cm。复配处理中随着GA3浓度的升高，苗基部直径增加，10 mg/L GA3与5 mg/L 6-BA复配浸种处理下的苗基部直径最大、为3.40 cm，显著高于G10处理（图 1）。此外，各处理间平均节间数无显著差异。综上，GA3单独处理对调控甘薯薯苗展叶苗数、平均苗高的效果较好，但随着GA3浓度升高薯苗过度生长，苗基部直径变细，与GA3单独处理相比，复配处理薯苗高度适当降低，苗基部直径增大，薯苗品质得到提升。
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| A、B、C为10 mg/L GA3单独处理；D、E、F为10 mg/L GA3与5 mg/L 6-BA复配处理 A, B and C were 10 mg/L GA3 alone treatment; D, E and F were 10 mg/L GA3 and 5 mg/L 6-BA combination treatment 图 1 GA3与6-BA浸种处理下的甘薯薯苗基部直径 Fig. 1 Diameter of sweet potato seedling base under GA3 and 6-BA soaking treatments |
2.3 GA3与6-BA浸种处理对薯苗采收量的影响
从表 3可以看出，排种后40 d，GA3单独处理的薯苗采收量相对于CK1均有所提高，尤其G10处理后的采收量达到43株。G1B、G5B、G10B处理的薯苗采收量均高于CK2处理，且均不少于CK1，其中G1B处理的采收量达到42株。排种后55 d，除G5处理的采收量比CK1略高以外，其他处理采收量均低于CK1，但各处理间差异不显著。排种后70 d，GA3单独处理的采收量均不少于CK1，G5处理的采收量达到41株。G1B、G5B、G10B采收量均高于CK2和CK1，G5B处理的采收量达到44株。从采收总量看，两个处理均可有效提高薯苗的采收量，其中对于GA3单独处理组G1+G5+G10的采收总量为282株，平均每个处理采收量为94株，比CK1提高8.05%，但薯苗品质较差。GA3与6-BA复配处理G1B+G5B+G10B的采收总量为281株，平均每个处理采收量为93.67株，比CK1提高7.67%。综上，两个处理采收量差异很小，当10 mg/L GA3与5 mg/L 6-BA复配处理后，薯苗品质明显改善（图 2）。
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| A：10 mg/L GA3单独处理；B：10 mg/L GA3与5 mg/L 6-BA复配处理 A: 10 mg/L GA3 alone treatment; B: 10 mg/L GA3 and 5 mg/L 6-BA combination treatment 图 2 GA3与6-BA浸种处理下的甘薯薯苗形态 Fig. 2 Morphology of sweet potato seedlings under GA3 and 6-BA soaking treatments |
2.4 GA3与6-BA浸种处理对甘薯单苗质量、干物质率的影响
从单苗质量方面（图 3A）来看，CK1（G0）最高，CK2（G0B）次之，且二者均显著高于其他处理，表明GA3和6-BA的使用导致薯苗单苗质量下降。GA3处理中，薯苗单苗质量随着GA3浓度的升高而降低；GA3与6-BA复配处理中，GA3浓度为1 mg/L时薯苗单苗质量最低，且同样随着GA3浓度的升高而降低（图 3A）。总体来看，GA3与6-BA复配处理相对于GA3单独处理，GA3浓度过低时对于增加单苗质量效果不明显甚至起到抑制作用，但会随着GA3浓度升高呈现出一定效果。
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| 柱上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters on the column represent significant differences 图 3 GA3与6-BA浸种处理对甘薯单苗质量（A）与干物质率（B）的影响 Fig. 3 Effect of GA3 and 6-BA soaking treatments on weight of the single seedling (A) and dry matter percentage (B) of sweet potato |
干物质率与甘薯幼苗生长状况和内部代谢强弱具有相关性，可在一定程度上反映薯苗品质。从干物质率方面来看，除GA3为0 mg/L浓度的两个对照（CK1与CK2）外，GA3处理中，随着GA3浓度的升高，薯苗干物质率下降；GA3与6-BA复配处理中，干物质率随着GA3浓度的升高而升高（图 3B），且在10 mg/L GA3与5 mg/L 6-BA复配处理下最高、达12.93%。总体来看，当GA3浓度过低时，通过GA3与6-BA复配处理来增加干物质率的效果并不明显，单独使用6-BA对薯苗干物质率起到抑制作用，但会随着GA3浓度的升高而呈现出显著效果。
3 讨论前人研究表明，GA3浸种可促使薯苗采收量增加[32-33]，与本研究中GA3浸种能够提高薯块根眼的萌发量，促进总芽数、展叶苗数及薯苗采收量增加等结果一致，尤其是在GA3浓度为1 mg/L时效果最好。郭建军等[34]对禾谷类种子发芽的研究表明，赤霉素可诱导α-淀粉酶、蛋白酶和其他水解酶的合成，加快种子内贮藏物质的降解，从而打破种子的休眠，促进胚的生长。由此可推断，无论是禾谷类种子还是甘薯薯块，其内贮藏的主要物质均为淀粉，与GA3促进其萌芽作用的机制存在关联。然而，细胞分裂素类与生长素相互拮抗，调节营养成分从其他器官向叶片运输，促进腋芽的发生。6-苄基腺嘌呤（6-BA）是属于人工合成的细胞分裂素类（CTKs），能够促进细胞分裂、次生代谢组织形成，抑制根的生长和分枝，在种子萌发和逆境应答中也起着重要的作用[35]。通常情况下，在薯类作物育苗过程中，GA3是最常使用的生长调节物质，GA3浓度在适宜的浓度范围之内会使株高、单苗质量、干物质率等这些指标增加，超过一定的浓度会使薯苗变得细弱、品质降低[36]。其原因可能是高浓度的外源赤霉素促进了内源生长素含量的增加，生长素促进顶端优势产生的同时，又与赤霉素在节间伸长上相互增效[37]。这与该研究中GA3浓度达到10 mg/L时会使薯苗品质显著下降相类似。此外，各处理中平均节间数无明显变化，这与赤霉素促进植株节间伸长，但对节间数无影响的报道一致[38]。刘杨等[39]通过研究水稻分蘖芽发育，证实6-BA能够促进水稻分蘖芽的萌发，但是无法维持分蘖芽的生长。本研究结果表明，加有6-BA的处理相对于单独加有GA3的处理而言，根眼萌动数虽然有所下降，但是平均单根眼芽数有所增加，因此最终总芽数及薯苗采收量相对于G0而言仍是有所增加。但展叶苗数相对于单独GA3处理有所下降，可能是因为6-BA刺激芽的发生但无法维持植株生长所需的物质条件所致，该结果与刘杨等研究相类似；且苗高降低、苗粗增加，可能与6-BA具有促进细胞分裂、解除顶端优势、促进植物新陈代谢的作用有关[40]。当GA3浓度过低时，GA3与6-BA复配处理下单苗质量和干物质率增加不明显，尤其当GA3浓度为1 mg/L时，6-BA甚至降低单苗质量和干物质率，6-BA单独处理条件下对薯苗采收量和干物质率抑制作用最为明显，这可能是由于不同种类植物激素的生理效应有着相互促进或相互拮抗的效果，且与激素本身的浓度、配比和平衡有着密切关系[25]。随着GA3浓度的升高，多项指标呈现出显著的效果，尤其当GA3浓度为10 mg/L时的复配处理有效缓解了高浓度GA3所导致的薯苗细弱现象。
4 结论GA3单独处理以及GA3与6-BA复配处理均可有效提高甘薯薯苗的采收量，但对于薯块萌芽性及薯苗生长形态有着不同的影响。其中1 mg/L GA3单独浸种处理对薯块萌芽性和生长形态最好，薯块根眼萌动数和总芽数分别比CK1提高57.14% 和68.87%，平均苗高达8.80 cm，比CK1提高4.39%，苗基部直径为3.01 mm。但随着GA3浓度的升高，苗基部直径、单苗质量、干物质率均变小，导致薯苗细弱，品质不佳。GA3与6-BA复配处理对培育壮苗、提升薯苗品质效果较好，以10 mg/L GA3与5 mg/L的6-BA复配处理最佳，薯苗基部直径达3.4 mm，比CK1提高4.94%，且干物质率最高，显著高于CK1和CK2。综上，对于甘薯品种‘心香’适宜的赤霉素处理浓度为1 mg/L，GA3浓度过高会使薯苗品质变劣，加入5 mg/L的6-BA后茎秆增粗，干物质率升高，苗质充实，尤其是10 mg/L GA3与5 mg/L的6-BA复配处理。可见，适宜浓度的GA3单独处理以及GA3与6-BA合理复配处理均可有效促进优质薯苗的生产，6-BA对于高浓度GA3浸种催芽所带来的弊端具有一定的缓解效果。
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（责任编辑 马春敏）