渍水对定向槽种植薯蓣类山药块茎发育的影响

摘要  采用定向槽种植方式，设置渍水试验，研究渍水对定向槽种植薯蓣类山药块茎畸形发育的影响。结果表明，淹水后不及时排水会使定向槽内土壤长期接近饱和水状态，并诱发定向槽内山药块茎的畸形发育和块茎腐烂；渍水处理时间越长，块茎畸形与腐烂现象越严重；渍水可能通过显著增加块茎中生长素（IAA）和赤霉素（GA3）含量诱导山药块茎畸形的形成；渍水也显著降低了块茎中的淀粉、粗蛋白和总皂苷含量，降低了山药功能和营养品质。

关键词  渍水；山药；块茎；定向槽；畸形发育

中图分类号  S632.1  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）18-0158-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.034

开放科学（资源服务）标识码（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

基金项目  国家现代农业产业技术体系资助项目（CARS-21）；江苏现代农业产业技术体系建设项目（JATS 〔2022〕 077）。

作者简介  刘德才（1991—），男，河北沧州人，助理研究员，博士，从事药食同源作物栽培研究。*通信作者，研究员，博士，从事药食同源作物栽培研究。

收稿日期  2023-10-24

山药（Dioscorea opposita Thunb.）是我国传统的药食同源作物，富含淀粉和蛋白质营养物质，以及多糖、黄酮、皂苷等生物活性物质，具有较高的药用价值和保健功能。山药主要包括薯蓣类山药、参薯、山薯和褐苞薯蓣等类型［1］，其中薯蓣类山药是我国主要的栽培类型，占总种植面积的80%以上。近年来，由于薯蓣类山药传统主产区受自然灾害气候和用工成本增加的影响，种植面积呈萎缩趋势，限制了当地山药产业的发展［2］。为此，江苏省农业科学院开展了薯蓣类山药定向槽种植技术的研究和应用工作［3-4］，并取得了初步成效，避免了强降雨等灾害性天气导致的山药塌沟绝收风险［5-6］，减少了山药种植用工，但在该项技术应用的同时，也出现了山药块茎畸形率高、商品率较低等问题，成为该项技术应用的主要障碍。

为进一步减轻薯蓣类山药应用定向槽种植技术出现的畸形率高问题，相继开展了导致山药块茎畸形的原因和控制畸形技术的研究，郭文琦等［3］研究表明，定向槽种植方式由于土层覆盖较薄，容易导致定向槽内高温，进而诱导山药块茎畸形发生和产量降低，通过采取覆盖秸秆、保温毯等措施有效控制了畸形的发生，并提高了山药产量。近年来，在江苏山药主产区试验示范时，发现夏季强降雨导致的定向槽内渍水或较高的土壤含水量，也可能是诱导山药块茎畸形的重要原因。笔者通过设置山药块茎渍水试验，研究渍水对山药块茎畸形发育及品质特性的影响，以期为薯蓣类山药定向槽种植技术的优化改进提供理论支持。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验于2022年在江苏省农业科学院六合实验基地（118.83°E，32.35°N）防雨大棚中进行，供试品种为“苏蓣10号”（由江苏省农业科学院经济作物研究所选育），采用定向槽种植方法。供试土壤为马肝土，有机质为15.94 g/kg，土壤碱解氮为98.55 mg/kg，有效磷为15.21 mg/kg，速效钾为111.32 mg/kg。

1.2  试验设计

试验共设置3个处理，处理①为对照（正常水分管理CK）；处理②为山药块茎渍水持续3 d（ZS3d）；处理③为山药块茎渍水持续6 d（ZS6d），于2022年8月23日开始进行渍水处理，在渍水处理期间山药定向槽（块茎部）完全淹水，处理结束后将明水立即排出，然后使土壤含水量自然下降。试验于2022年4月20日播种，播种后立即覆盖保温毯，其他管理按薯蓣类山药定向槽高产优质栽培技术要求进行。

1.3  测定项目与方法

1.3.1  土壤相对含水量。

于渍水结束当天、渍水结束后第5天、渍水结束后第10天和渍水结束后第15天取定向槽内中部土壤，测定土壤相对含水量。

土壤相对含水量=（土壤实际含水量/土壤饱和含水量）×100%

1.3.2  块茎生长发育。

分别于8月23日（渍水处理当天）、8月26日（渍水第3天）、8月29日（渍水第6天）、9月3日（渍水结束后第5天）、9月8日（渍水结束后第10天）、9月14日（渍水结束后第15天）、9月29日（渍水结束后第30天）、10月14日（渍水结束后第45天）进行块茎发育调查，每个处理每次选取代表性山药植株5株，收取块茎样品，将每次调查后烘干块茎样品粉碎保存，用于测定块茎品质指标。

1.3.3  块茎品质指标及内源激素。

采用苯酚硫酸法测定多糖含量［7］；用微量凯氏定氮法测定块茎氮含量，再乘以系数 6.25，为块茎粗蛋白含量；参考张敏等［8］的方法测定总皂苷含量；采用碘化钾反应法测定淀粉含量［9］；总黄酮含量测定采用分光光度法［10］；内源激素提取后采用液质联用法进行含量测定［11］。

1.4  数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理，利用GraphPad8进行作图，用SPSS 25.0 软件进行数据统计分析。

2  结果与分析

2.1  定向槽内土壤相对含水量

由表1可知，对照处理（CK）定向槽内土壤相对含水量保持在59.38%～68.10%；渍水3 d处理（ZS3d）和渍水6 d处理（ZS6d）在渍水结束后第15天土壤相对含水量仍达82.77%和94.43%，说明田间淹水后，即使排出田间积水，定向槽中仍需较长时间才能恢复到正常土壤水分条件，这将持续影响山药块茎的发育。

2.2  渍水对定向槽内薯蓣类山药块茎膨大发育的影响

由图1可知，渍水3 d处理（ZS3d）和渍水6 d处理（ZS6d），在处理结束时观察山药块茎表皮形成许多凸起，这些凸起将逐渐发展成畸形分枝块茎，说明短时间的田间渍水即可诱导山药块茎畸形的产生，并随着块茎的发育形成多个畸形块茎分枝，进而导致外观品质的变劣。同时渍水导致（或长时间维持较高的土壤含水量）主块茎顶端生长点腐烂，生长停止，这也诱导畸形分枝的快速生长膨大。

2.3  渍水对定向槽内薯蓣类山药块茎畸形发育的影响

与对照（CK）相比，渍水处理（ZS6d）块茎中的生长素（IAA）和 赤霉素（GA3）含量显著上升（图2A和B），脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）含量显著下降（图2C和D）。

2.4  渍水对定向槽内薯蓣类山药块茎营养品质的影响

由图3可知，与对照相比，收获期渍水处理山药块茎中的淀粉、总皂苷和粗蛋白含量显著下降；多糖含量显著上升，总黄酮含量下降，营养和功能品质变劣。

3  结论与讨论

3.1  渍水诱发定向槽内山药块茎畸形发育

近年来，随着我国传统山药主产区薯蓣类山药品种种植的气候风险加大、用工成本的增加以及适宜粉垄技术种植的土地减少，山药种植面积普遍呈下滑态势［12］。山药浅生定向槽种植技术由于其可避免气候风险导致的减产绝收风险，也可减少用工，逐渐得到种植户的认同并开始发展和推广应用［13-15］，然而该项技术在研发应用时常出现畸形率高、外观品质不佳等问题，山药产品市场认可度较低，给该项技术的推广应用带来很大难度。综合分析该项技术影响块茎发育的环境因素：一是应用该技术山药块茎上部覆盖土层相对较薄，夏季高温日晒，导致定向槽内高温，容易形成山药块茎的畸形，高温因素诱发块茎畸形已经在前期的研究中得到证实；二是在部分主产区，夏季降雨较多，田间积水、渍水，定向槽内积水和渍水可能是诱导山药块茎畸形的另一个主要原因。该研究通过设置山药块茎渍水试验，明确了山药块茎在积水和渍水环境中容易引起山药畸形块茎的产生，并导致块茎局部腐烂。与此同时，渍水山药块茎中淀粉、总皂苷和粗蛋白含量降低，营养和功能品质变劣。

3.2  渍水导致定向槽种植山药块茎畸形产生的原因分析

该研究连续观察渍水处理山药块茎发育情况，发现山药块茎受到伤害最早最重的部位为主块茎顶端，该部位出现腐烂和生长停止，并在原有部位和周边部位新产生许多畸形凸起，进一步发育成畸形块茎。这可能由于两方面原因导致：一是主块茎顶端受到渍害的影响而受到伤害，停止生长，在渍水条件下引起表皮伤害，可能诱导块茎中内源激素含量和分布部位的变化，进而在整个块茎中渍害影响较小的部位诱导畸形生长点的形成，促进光合产物和营养成分向其他畸形分枝的分配和运输，进而导致畸形块茎的膨大发育。研究发现，IAA对山药的伸长有显著促进作用［16-18］，GA3浓度与植物块茎的形成密切相关［19］。该研究发现畸形块茎主要出现在块茎中部位置，且块茎中生长素（IAA）和赤霉素（GA3）显著升高。因此，该研究推测山药在渍水后块茎中IAA和GA3含量的增加可能是畸形块茎形成和发育的重要内在原因，但具体机理还有待进一步探究。