遮阳水平对不同类型甘薯生长发育和品质性状的影响

雷 剑，张 勇，郭伟伟，靳晓杰，王连军，柴沙沙，陈 沫，杨新笋，童瑞玲

（1.湖北省农业科学院粮食作物研究所∕粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室∕农业农村部作物分子育种重点实验室，武汉 430064；2.襄阳市襄州区农业技术推广中心，湖北 襄阳 441104；3.湖北省农业科学院农业经济技术研究所，武汉 430063；4.湖北省英山县农场管理中心，湖北 英山 438700）

甘薯（Ipomoea batatasLam）是旋花科甘薯属中具有蔓生习性的一年生或多年生草本植物［1］。光合作用是作物生长发育中重要的生理过程［2］，是作物干物质积累的重要来源和产量形成的基础［3，4］，受光照强度、二氧化碳、温度、水分等外在条件影响［5］。当光照条件发生变化时，叶片结构［6］、叶绿体结构与数量［7］、叶绿素含量［8］、光合特性等参数［9］也随之发生变化。

随着清洁能源需求的增加和光伏扶贫工程的推进，中国的光伏产业得到迅猛发展。太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳能直接转化为光能［10］。光伏发电设备极为精炼，具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等特点，被广泛应用于需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在［11］。光伏农业将光伏发电与农业生产相结合，利用光伏太阳能发电所产生的电能来辅助开展农业生产活动，满足农业生产能源的自给自足，多余的电能还可以并入国家电网获取收益，是一种农业生产新模式。在耕地“非农化”“非粮化”的政策辐射下，可用于光伏发电的土地越来越少，所以将光伏发电与农业生产相结合，实现“一地多用”尤其重要［12］。

试验在模拟光伏农业下，研究甘薯种质资源产量性状和光合特征，筛选光合效率和产量较高的品种，以期为高光效高产甘薯育种提供亲本材料，为光伏农业的甘薯种植提供优质材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以3 个甘薯品种为试验材料，研究遮阳对甘薯生长发育和品质性状的影响，其中鄂薯12 为紫肉型甘薯，鄂薯15 为淀粉型甘薯，鄂薯17 为鲜食型甘薯。

1.2 试验设计

试验于2022 年7 月2 日种植于湖北省农业科学院粮食作物研究所南湖试验基地，3 个甘薯品种于栽种后40 d 进行0（CK）、30%、70%遮阳处理，每个处理60 株，遮阳网高度1.5 m。

1.3 测定项目

1.3.1 净光合速率和产量测定 在甘薯膨大期，选择晴朗无风天气，利用便携式光合测定仪于上午9：00—11：00 对植株地上第4 片完全展开叶的固定位置进行光合特性测定，测定时选择红蓝光源，光强度1 000 lx，流速500 μmol∕s。主要测定指标为净光合速率（Pn）。于甘薯收获期，每个小区随机选取10株甘薯，测定甘薯蔓长、蔓直径、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重。

1.3.2 叶绿素测定 于栽后80 d 取各试验材料功能叶，采用乙醇提取法测定其叶绿素含量。

1.3.3 农艺性状考察 于栽后120 d 调查蔓长、分枝数、茎直径和结薯数。

1.3.4 品质性状测定 取栽后120 d 的甘薯块根，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量和淀粉含量，采用柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液（pH=3）提取比色法测定花青素含量。

1.4 数据分析

使用Excel 2019、SPSS 和R 语言软件对试验数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 遮阳对不同品种甘薯叶片光合色素的影响

遮阳80 d 鄂薯12 的叶片叶绿素a 和叶绿素b 含量测定结果见图1。分析发现，30%遮阳处理下，鄂薯12 的叶绿素a 和叶绿素b 含量与对照（不遮阳处理）均无显著差异；但70%遮阳处理下，鄂薯12 的叶绿素a 和叶绿素b 含量均高于对照处理，且差异达显著水平。遮阳80 d 后鄂薯12 叶片30%遮阳叶绿素a∕b 与对照差异不显著，但70%遮阳处理叶绿素a∕b与对照差异显著。

图1 不同遮阳处理对甘薯叶片光合色素含量及比例的影响

30%遮阳处理时，鄂薯15 叶片的叶绿素a 和叶绿素b 含量均较对照增加，且差异达显著水平，但叶绿素a∕b 显著减小。与30%遮阳相似，70%遮阳处理时，鄂薯15 叶片的叶绿素a 和叶绿素b 含量较对照也表现为显著增加，而叶绿素a∕b 也显著减小。此外，70%遮阳时鄂薯15 叶片的叶绿素a 和叶绿素b含量较30%遮阳时显著减少，但叶绿素a∕b 显著增加（图1）。

由图1 可以看出，遮阳处理对鄂薯17 叶片的叶绿素a 和叶绿素b 含量有影响。30%遮阳处理时，鄂薯17 叶绿素a 含量与对照无显著差异，但叶绿素b含量较对照增加了0.03 mg∕g FW，差异水平未达到显著水平。70%遮阳处理时，鄂薯17 叶片叶绿素a含量和叶绿素b 含量显著高于对照和30%遮阳，但叶绿素a∕b 显著下降。

2.2 遮阳对甘薯农艺性状的影响

对不同遮阳处理下鄂薯12 的蔓长、分枝数、茎直径和结薯数进行考察，结果见表1。与对照相比，30%遮阳处理，鄂薯12 的蔓长、茎直径和结薯数均显著增加，分枝数则显著下降。70%遮阳处理，鄂薯12 的蔓长显著增加，分枝数和结薯数则显著减少，而茎直径无显著差异。遮阳对蔓长、分枝数和结薯数的影响较大；蔓长随遮阳程度的增加而增长；分枝数随遮阳程度的增加而减少；轻度遮阳（30%遮阳）可增加鄂薯12 的结薯数，但重度遮阳（70%遮阳）会降低鄂薯12 的结薯数。

表1 不同遮阳处理下甘薯农艺性状值

30%遮阳处理时，鄂薯15 的蔓长、分枝数、茎直径和结薯数均显著增加。70%遮阳处理时，鄂薯15仅蔓长显著增加。表明遮阳对鄂薯15 的蔓长影响较大，遮阳程度越大鄂薯15 的蔓长越长。

30%遮阳处理时，鄂薯17 的蔓长较对照显著增加，茎直径和结薯数则显著下降。70%遮阳处理时，鄂薯17 的蔓长显著增加，分枝数、茎直径和结薯数均显著下降。表明遮阳对鄂薯17 的蔓长、分枝数、茎直径和结薯数均有显著影响。

2.3 遮阳对鄂薯12 花青素含量的影响

由图2 可知，鄂薯12 块根中花青素含量随遮阳程度的增加而增加。相较于对照，30%遮阳处理鄂薯12 块根中花青素含量虽增加，但未达到显著水平。70%遮阳处理鄂薯12 块根的花青素含量是对照的2.3 倍，花青素含量显著提高，说明70%遮阳有利于鄂薯12 块根中花青素含量的积累。

图2 不同遮阳处理对鄂薯12 花青素含量的影响

2.4 遮阳对甘薯品质的影响

淀粉和可溶性糖含量是影响甘薯品质的重要因素，其中淀粉含量可以影响甘薯的质地和口感，可溶性糖含量直接影响甘薯的甜度。对不同遮阳处理下甘薯的淀粉含量和可溶性糖含量进行了检测（图3）。30%遮阳对鄂薯12 的可溶性糖和淀粉含量影响较小，无显著差异，对蔗糖的影响较大，蔗糖含量较CK 降低了3.13%。在70%遮阳处理下，可溶性糖、蔗糖和淀粉含量均显著低于对照，可溶性糖较对照组降低了5.61%，蔗糖较对照组降低了2.55%，淀粉较对照组降低了31.29%。

图3 不同遮阳处理对甘薯品种品质的影响

30%遮阳处理下，鄂薯15 的可溶性糖含量显著高于对照组，较对照组增加了21.29%，蔗糖含量显著低于对照组，下降了5.80%，淀粉含量无差异。70%遮阳处理下，淀粉含量显著低于对照组，下降了17.39%，可溶性糖含量和蔗糖含量与对照无显著差异。

鄂薯17 在遮阳处理下，随着遮阳程度的提高，可溶性糖含量呈显著升高的趋势，而蔗糖含量则呈下降趋势。鄂薯17 轻度遮阳（30%遮阳）和重度遮阳（70%遮阳）均显著提高了可溶性糖含量，其中70%遮阳可溶性糖含量最高。淀粉含量在30%遮阳处理下显著高于对照组和70% 遮阳处理，为29.02%。轻度遮阳（30%遮阳）和重度遮阳（70%遮阳）均显著提高了鄂薯17 的淀粉含量，30%遮阳处理下鄂薯17 的淀粉含量是对照的1.8 倍，表明遮阳可显著提高鄂薯17 的淀粉含量。

3 小结

遮阳后3 个甘薯品种叶片的叶绿素a 和叶绿素b 含量均较对照（不遮阳）有变化。其中，鄂薯15 在轻度遮阳（30%遮阳）和重度遮阳（70%遮阳）时叶绿素a 和叶绿素b 含量均显著高于对照，且轻度遮阳（30%遮阳）叶绿素a 和叶绿素b 含量均最高。鄂薯12 和鄂薯17 仅重度遮阳（70%遮阳）叶绿素a 和叶绿素b 含量显著高于对照。

遮阳后3 个甘薯品种的蔓长均显著增加。轻度遮阳（30%遮阳）时鄂薯12 和鄂薯15 的结薯数均高于对照。但鄂薯17 的结薯数在轻度遮阳（30%遮阳）和重度遮阳（70%遮阳）均显著减少。

重度遮阳（70%遮阳）可以增加紫肉型甘薯品种鄂薯12 的花青素含量。

重度遮阳（70%遮阳）降低了淀粉型甘薯鄂薯15 的淀粉含量，但轻度遮阳（30%遮阳）对鄂薯15 的淀粉含量无显著影响。

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