遮陽水平對不同類型甘薯生長發(fā)育和品質(zhì)性狀的影響

雷 劍，張 勇，郭偉偉，靳曉杰，王連軍，柴沙沙，陳 沫，楊新筍，童瑞玲

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所∕糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室∕農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物分子育種重點實驗室，武漢 430064；2.襄陽市襄州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 襄陽 441104；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟技術(shù)研究所，武漢 430063；4.湖北省英山縣農(nóng)場管理中心，湖北 英山 438700）

甘薯（Ipomoea batatasLam）是旋花科甘薯屬中具有蔓生習(xí)性的一年生或多年生草本植物［1］。光合作用是作物生長發(fā)育中重要的生理過程［2］，是作物干物質(zhì)積累的重要來源和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)［3，4］，受光照強度、二氧化碳、溫度、水分等外在條件影響［5］。當(dāng)光照條件發(fā)生變化時，葉片結(jié)構(gòu)［6］、葉綠體結(jié)構(gòu)與數(shù)量［7］、葉綠素含量［8］、光合特性等參數(shù)［9］也隨之發(fā)生變化。

隨著清潔能源需求的增加和光伏扶貧工程的推進，中國的光伏產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為光能［10］。光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，具有可靠穩(wěn)定、壽命長、安裝維護簡便等特點，被廣泛應(yīng)用于需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在［11］。光伏農(nóng)業(yè)將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，利用光伏太陽能發(fā)電所產(chǎn)生的電能來輔助開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能源的自給自足，多余的電能還可以并入國家電網(wǎng)獲取收益，是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式。在耕地“非農(nóng)化”“非糧化”的政策輻射下，可用于光伏發(fā)電的土地越來越少，所以將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，實現(xiàn)“一地多用”尤其重要［12］。

試驗在模擬光伏農(nóng)業(yè)下，研究甘薯種質(zhì)資源產(chǎn)量性狀和光合特征，篩選光合效率和產(chǎn)量較高的品種，以期為高光效高產(chǎn)甘薯育種提供親本材料，為光伏農(nóng)業(yè)的甘薯種植提供優(yōu)質(zhì)材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以3 個甘薯品種為試驗材料，研究遮陽對甘薯生長發(fā)育和品質(zhì)性狀的影響，其中鄂薯12 為紫肉型甘薯，鄂薯15 為淀粉型甘薯，鄂薯17 為鮮食型甘薯。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022 年7 月2 日種植于湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所南湖試驗基地，3 個甘薯品種于栽種后40 d 進行0（CK）、30%、70%遮陽處理，每個處理60 株，遮陽網(wǎng)高度1.5 m。

1.3 測定項目

1.3.1 凈光合速率和產(chǎn)量測定 在甘薯膨大期，選擇晴朗無風(fēng)天氣，利用便攜式光合測定儀于上午9：00—11：00 對植株地上第4 片完全展開葉的固定位置進行光合特性測定，測定時選擇紅藍光源，光強度1 000 lx，流速500 μmol∕s。主要測定指標(biāo)為凈光合速率（Pn）。于甘薯收獲期，每個小區(qū)隨機選取10株甘薯，測定甘薯蔓長、蔓直徑、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重。

1.3.2 葉綠素測定 于栽后80 d 取各試驗材料功能葉，采用乙醇提取法測定其葉綠素含量。

1.3.3 農(nóng)藝性狀考察 于栽后120 d 調(diào)查蔓長、分枝數(shù)、莖直徑和結(jié)薯數(shù)。

1.3.4 品質(zhì)性狀測定 取栽后120 d 的甘薯塊根，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量和淀粉含量，采用檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖液（pH=3）提取比色法測定花青素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019、SPSS 和R 語言軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陽對不同品種甘薯葉片光合色素的影響

遮陽80 d 鄂薯12 的葉片葉綠素a 和葉綠素b 含量測定結(jié)果見圖1。分析發(fā)現(xiàn)，30%遮陽處理下，鄂薯12 的葉綠素a 和葉綠素b 含量與對照（不遮陽處理）均無顯著差異；但70%遮陽處理下，鄂薯12 的葉綠素a 和葉綠素b 含量均高于對照處理，且差異達顯著水平。遮陽80 d 后鄂薯12 葉片30%遮陽葉綠素a∕b 與對照差異不顯著，但70%遮陽處理葉綠素a∕b與對照差異顯著。

圖1 不同遮陽處理對甘薯葉片光合色素含量及比例的影響

30%遮陽處理時，鄂薯15 葉片的葉綠素a 和葉綠素b 含量均較對照增加，且差異達顯著水平，但葉綠素a∕b 顯著減小。與30%遮陽相似，70%遮陽處理時，鄂薯15 葉片的葉綠素a 和葉綠素b 含量較對照也表現(xiàn)為顯著增加，而葉綠素a∕b 也顯著減小。此外，70%遮陽時鄂薯15 葉片的葉綠素a 和葉綠素b含量較30%遮陽時顯著減少，但葉綠素a∕b 顯著增加（圖1）。

由圖1 可以看出，遮陽處理對鄂薯17 葉片的葉綠素a 和葉綠素b 含量有影響。30%遮陽處理時，鄂薯17 葉綠素a 含量與對照無顯著差異，但葉綠素b含量較對照增加了0.03 mg∕g FW，差異水平未達到顯著水平。70%遮陽處理時，鄂薯17 葉片葉綠素a含量和葉綠素b 含量顯著高于對照和30%遮陽，但葉綠素a∕b 顯著下降。

2.2 遮陽對甘薯農(nóng)藝性狀的影響

對不同遮陽處理下鄂薯12 的蔓長、分枝數(shù)、莖直徑和結(jié)薯數(shù)進行考察，結(jié)果見表1。與對照相比，30%遮陽處理，鄂薯12 的蔓長、莖直徑和結(jié)薯數(shù)均顯著增加，分枝數(shù)則顯著下降。70%遮陽處理，鄂薯12 的蔓長顯著增加，分枝數(shù)和結(jié)薯數(shù)則顯著減少，而莖直徑無顯著差異。遮陽對蔓長、分枝數(shù)和結(jié)薯數(shù)的影響較大；蔓長隨遮陽程度的增加而增長；分枝數(shù)隨遮陽程度的增加而減少；輕度遮陽（30%遮陽）可增加鄂薯12 的結(jié)薯數(shù)，但重度遮陽（70%遮陽）會降低鄂薯12 的結(jié)薯數(shù)。

表1 不同遮陽處理下甘薯農(nóng)藝性狀值

30%遮陽處理時，鄂薯15 的蔓長、分枝數(shù)、莖直徑和結(jié)薯數(shù)均顯著增加。70%遮陽處理時，鄂薯15僅蔓長顯著增加。表明遮陽對鄂薯15 的蔓長影響較大，遮陽程度越大鄂薯15 的蔓長越長。

30%遮陽處理時，鄂薯17 的蔓長較對照顯著增加，莖直徑和結(jié)薯數(shù)則顯著下降。70%遮陽處理時，鄂薯17 的蔓長顯著增加，分枝數(shù)、莖直徑和結(jié)薯數(shù)均顯著下降。表明遮陽對鄂薯17 的蔓長、分枝數(shù)、莖直徑和結(jié)薯數(shù)均有顯著影響。

2.3 遮陽對鄂薯12 花青素含量的影響

由圖2 可知，鄂薯12 塊根中花青素含量隨遮陽程度的增加而增加。相較于對照，30%遮陽處理鄂薯12 塊根中花青素含量雖增加，但未達到顯著水平。70%遮陽處理鄂薯12 塊根的花青素含量是對照的2.3 倍，花青素含量顯著提高，說明70%遮陽有利于鄂薯12 塊根中花青素含量的積累。

圖2 不同遮陽處理對鄂薯12 花青素含量的影響

2.4 遮陽對甘薯品質(zhì)的影響

淀粉和可溶性糖含量是影響甘薯品質(zhì)的重要因素，其中淀粉含量可以影響甘薯的質(zhì)地和口感，可溶性糖含量直接影響甘薯的甜度。對不同遮陽處理下甘薯的淀粉含量和可溶性糖含量進行了檢測（圖3）。30%遮陽對鄂薯12 的可溶性糖和淀粉含量影響較小，無顯著差異，對蔗糖的影響較大，蔗糖含量較CK 降低了3.13%。在70%遮陽處理下，可溶性糖、蔗糖和淀粉含量均顯著低于對照，可溶性糖較對照組降低了5.61%，蔗糖較對照組降低了2.55%，淀粉較對照組降低了31.29%。

圖3 不同遮陽處理對甘薯品種品質(zhì)的影響

30%遮陽處理下，鄂薯15 的可溶性糖含量顯著高于對照組，較對照組增加了21.29%，蔗糖含量顯著低于對照組，下降了5.80%，淀粉含量無差異。70%遮陽處理下，淀粉含量顯著低于對照組，下降了17.39%，可溶性糖含量和蔗糖含量與對照無顯著差異。

鄂薯17 在遮陽處理下，隨著遮陽程度的提高，可溶性糖含量呈顯著升高的趨勢，而蔗糖含量則呈下降趨勢。鄂薯17 輕度遮陽（30%遮陽）和重度遮陽（70%遮陽）均顯著提高了可溶性糖含量，其中70%遮陽可溶性糖含量最高。淀粉含量在30%遮陽處理下顯著高于對照組和70% 遮陽處理，為29.02%。輕度遮陽（30%遮陽）和重度遮陽（70%遮陽）均顯著提高了鄂薯17 的淀粉含量，30%遮陽處理下鄂薯17 的淀粉含量是對照的1.8 倍，表明遮陽可顯著提高鄂薯17 的淀粉含量。

3 小結(jié)

遮陽后3 個甘薯品種葉片的葉綠素a 和葉綠素b 含量均較對照（不遮陽）有變化。其中，鄂薯15 在輕度遮陽（30%遮陽）和重度遮陽（70%遮陽）時葉綠素a 和葉綠素b 含量均顯著高于對照，且輕度遮陽（30%遮陽）葉綠素a 和葉綠素b 含量均最高。鄂薯12 和鄂薯17 僅重度遮陽（70%遮陽）葉綠素a 和葉綠素b 含量顯著高于對照。

遮陽后3 個甘薯品種的蔓長均顯著增加。輕度遮陽（30%遮陽）時鄂薯12 和鄂薯15 的結(jié)薯數(shù)均高于對照。但鄂薯17 的結(jié)薯數(shù)在輕度遮陽（30%遮陽）和重度遮陽（70%遮陽）均顯著減少。

重度遮陽（70%遮陽）可以增加紫肉型甘薯品種鄂薯12 的花青素含量。

重度遮陽（70%遮陽）降低了淀粉型甘薯鄂薯15 的淀粉含量，但輕度遮陽（30%遮陽）對鄂薯15 的淀粉含量無顯著影響。

遮陽可以增加鄂薯17 的可溶性糖含量和淀粉含量。其中，輕度遮陽（30%遮陽）鄂薯17 淀粉含量增幅大于可溶性糖含量；重度遮陽（70%遮陽）鄂薯17 可溶性糖含量增幅大于淀粉含量。