(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

菜用甘薯以采摘茎尖为主，不易形成块根，在湖南只能以薯苗形式越冬；但本地区冬季气温偏低， 1月至2月常年日平均气温为2～9 ℃，时间长达2个多月，低于0 ℃的温度也经常出现，即使采用塑料大棚加低拱膜双层薄膜来保温，薯苗也较难在长沙地区越冬栽培。

多效唑是一种植物生长延缓剂，具有延缓植物生长，抑制茎杆伸长、缩短节间、增加植物抗逆性能、提高叶绿素含量、促进根系形成[1-2]、提高产量等作用，适宜浓度多效唑处理能提升叶片光合效率，降低气孔阻力，降低叶片蒸腾耗水，提高根系活动强度。有研究表明：水稻[4]、小麦[5]、秋黄瓜[6]、烟苗[7]、番茄[8]、辣椒[9]、甘蓝型油菜[10]喷施多效唑后可以增加其与抗寒相关物质的浓度、增强氧化酶活性来增加其抗寒性。油菜在越冬前通过喷施多效唑来提高抗寒性是生产中的普遍做法[11]。本试验以福薯10号、CH-2-C4为材料，在12月下旬喷施3种浓度的多效唑溶液，研究多效唑对抗寒性相关酶活性及生理生化指标变化，筛选出菜用甘薯种苗湖南越冬期间多效唑的最佳施用浓度和适合长沙越冬繁殖的菜用甘薯品种。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为福薯10号和CH-2-C4，其中，福薯10号是福建省农科院选育的优质菜用甘薯品种，2007年通过福建省农作物品种审定委员会审定；CH-2-C4是由湖南农业大学旱地作物研究所2017年选育的菜用甘薯新品系。

1.2 仪器与试剂

温湿度记录仪由江苏精创电气股份有限公司生产，购自于淘宝网；UV-5500 PC型紫外分光光度计由上海元析仪器有限公司生产；Centrifuge 5417 R型冷冻离心机由德国Eppendorf公司生产；化学试剂均购自长沙市裕丰化玻器械有限公司。

1.3 试验设计

试验采用随机区组排列，每个处理3次重复，每个重复40株，株行距20 cm×25 cm，11月11日扦插后在大棚内加盖小拱膜保温。设置3个浓度多效唑处理，处理1：150 mg·L-1、处理2：300 mg·L-1、处理3：450 mg·L-1，以喷清水为对照。试验期间，用RC-4 HC型温湿度记录仪记录棚内温湿度，每隔15 min记录1次，遇晴天中午，揭开小拱棚的两头塑料薄膜通风，苗床基质发干时浇水。在12月下旬每种处理配制2 000 mL多效唑溶液，用小型喷雾器均匀喷施菜用甘薯叶片，使叶片的正反面都均匀分布雾状水滴。先喷清水对照，再喷低浓度处理，最后喷高浓度处理，为避免药液飞溅到其它小区，在喷施多效唑处理时用塑料薄膜覆盖相邻小区薯苗。

试验于2019年1月1日结束，共计52 d。试验期间，4 d日平均温度小于5 ℃，占7.7%；11 d日平均温度为5～10 ℃，占21.1%；21 d的日平均温度为11～15 ℃，占40.4%；16 d日平均温度大于16 ℃，占30.8%，瞬时最低温度为1.8 ℃，出现在2019年1月1日，瞬时最高温度为19.3 ℃，出现在11月30日。甘薯正常生长发育的最低温度为15 ℃，试验期间日平均温度低于15 ℃的天数有36 d，占试验天数的69.2%，甘薯在试验期间明显受到了低温的胁迫。

图1 福薯10号、CH-2-C4从扦插到试验结束的棚内日平均温度

1.4 取样及指标测定

喷施多效唑当天开始取样，每个小区每次取6株，将倒2叶、倒3叶摘下去掉主脉，连续取5 d(D 1、D 2、D 3、D 4、D 5)进行SOD、POD、CAT活性、MDA含量、可溶性蛋白含量和可溶性总糖含量的测定。

POD活性测定采用愈创木酚法[12]，SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[13]，CAT活性测定采用分光光度计法[13]，MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法[12]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[13]，可溶性总糖测定采用蒽酮比色法[14-16]。

1.5 数据处理

用Excel 2010软件进行数据整理和作图，用IBM SPSS Statistics 21软件进行数据分析，用Duncan法进行多重比较，检验不同浓度下与抗寒相关的生理生化指标的差异显著性，检验的显著性水平为0.05，用不同小写字母表示差异显著性。采用模糊数学隶属函数法对两种菜用甘薯第3天取样(D 3)各指标数据进行分析，隶属函数的计算公式[17-18]为：

(1)

(2)

式中，Xi为指标测定值，Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值，如果(Xi-Xmin)为负值，则采用(2)式。

2 结果与分析

2.1 对POD活性的影响

从图2可以看出，喷施多效唑处理的福薯10号叶片POD活性比喷清水对照明显增加，而且这种差异有随试验时间增加而增加的趋势，处理1、处理2和处理3喷药后第5天与喷药当天相比，POD活性分别增加13.58%、28.27%和16.21%。而喷清水对照的POD活性仅增加了2.66%，经方差分析，差异达极显著水平，其中，处理2的POD活性增加幅度最大。

图3显示，喷施了多效唑处理的CH-2-C4叶片POD活性同样也比喷清水对照明显增加，处理1、处理2 和处理3喷药后第5天与喷药当天相比，POD活性分别增加了4.46%、4.27%和3.68%，而喷清水对照仅增加了2.41%，经方差分析，差异达显著水平。其中，处理1的POD活性增加量最大。

图2 多效唑浓度对福薯10号POD活性的影响

图3 多效唑浓度对CH-2-C4 POD活性的影响

2.2 对SOD活性的影响

从图4可以看出，喷药后第5天与喷药当天相比，处理1、处理2和处理3的福薯10号叶片SOD活性分别增加57.25%、83.68%和88.90%，而喷清水对照叶片的SOD活性喷药后第5天比喷药当天反而下降了6.83%，差异达到显著水平。 处理1、处理2和处理3福薯10号叶片SOD活性5 d平均值分别为111.81U·g-1、124.27 U·g-1和128.03 U·g-1，均高于喷清水对照，差异达到显著水平。

图4 多效唑浓度对福薯10号SOD活性的影响

图5表明，CH-2-C4所有处理和对照叶片的SOD活性均是下降的，但多效唑处理叶片的SOD活性比喷清水对照下降幅度略小。喷药后第5天，处理1、处理2、处理3的叶片SOD活性分别比喷清水对照高60.53%、65.15%和65.13%，差异达到极显著水平。

图5 多效唑浓度对CH-2-C4 SOD活性的影响

2.3 对CAT活性的影响

由图6可以看出，试验期间福薯10号所有处理叶片的CAT活性均有所提高，喷施多效唑第3天达最大值，以后逐步下降，呈现抛物线型，D 3时处理1、处理2和处理3的CAT活性比喷药当天分别增加了206.47%、186.90%、262.96%，而清水对照则增加了131.35%，以处理3的CAR活性增加量最高，与清水对照达到显著差异水平。

图7表明：在试验期间，处理1、处理2和处理3的CH-2-C4叶片的CAT活性第5天比喷药当天分别增加了35.25%、19.06%和57.09%，而清水对照则增加了0.25%，差异达到显著水平。其中，处理3的5次取样平均值为1 124 U·(g·min)-1，高于其他3种处理，达到显著差异。

2.4 对MDA含量的影响

从图8可以看出，喷施了多效唑处理后，福薯10号叶片MDA含量仅缓慢增加，而喷清水对照叶片的MDA含量增加明显。喷药后第5天与喷药当天相比，处理1、处理2和处理3叶片中MDA含量分别增加了0.004 3、0.003 1μmol·g-1和0.002 7μmol·g-1，而喷清水对照叶片的MDA含量增加了0.005 5μmol·g-1，比处理1、处理2和处理3分别高21.82%、43.64%和50.91%，经方差分析，差异达到显著水平。喷药后第5天福薯10号叶片中MDA的含量大小为清水>处理1>处理2>处理3。叶片中MDA含量随着多效唑浓度增加而降低。

图6 多效唑浓度对福薯10号CAT活性的影响

图7 多效唑浓度对CH-2-C4 CAT活性的影响

图8 多效唑浓度对福薯10号MDA含量的影响

图9表明，喷药后第5天与喷药当天相比，处理1、处理2和处理3的 CH-2-C4叶片MDA含量分别增加了0.003 8μmol·g-1、0.003 1μmol·g-1、0.003 0μmol·g-1，而清水对照增加了0.005 2μmol·g-1。其中，处理1、处理2和处理3比喷清水对照低28.03%、21.69%和42.51%，差异达到显著水平。

图9 多效唑浓度对CH-2-C4MDA含量的影响

2.5 对可溶性蛋白含量的影响

从图10可以看出，在试验期间，福薯10号叶片所有处理和对照的可溶性蛋白含量均呈下降趋势，但喷施多效唑处理的比喷清水对照下降幅度略小。喷药后第5天与喷药当天相比，处理1、处理2和处理3福薯10号叶片的可溶性蛋白含量分别减少了0.47 mg·g-1、0.52 mg·g-1和0.45 mg·g-1，减少10.59%、11.85%和10.27%，而同时处理的喷清水对照减少了0.63 mg·g-1，减少14.55%。

图10 多效唑浓度对福薯10号可溶性蛋白含量的影响

图11表明，在试验期间，CH-2-C4叶片所有处理和对照的可溶性蛋白含量也都是下降的，但喷施多效唑处理的比喷清水对照的下降幅度要小些。喷药后第5天与喷药当天相比，处理1、处理2和处理3的CH-2-C4叶片可溶性蛋白含量分别减少了0.56 mg·g-1、0.64 mg·g-1和0.53 mg·g-1，减少12.23%、13.85%和11.70%，而喷清水对照减少了0.74 mg·g-1，减少15.85%。

2.6 对可溶性总糖含量的影响

从图12可以看出，在试验期间，喷多效处理的福薯10号叶片的可溶性总糖含量呈现升高-降低的变化，喷药后第3天取样达到最大值，但总体波动较小，至第5天取样时，又基本恢复到原来水平，而喷清水对照福薯10号叶片的可溶性总糖含量虽然也呈现升高-降低的变化，但这种变化却要剧烈得多。5次平均值，喷多效唑处理的可溶性总糖含量明显高于喷清水对照，其中，处理1、处理2和处理3的5次取样平均值分别为11.98%、12.52%和11.92%，而清水对照仅为10.11%，明显低于喷多效唑处理。

图11 多效唑浓度对CH-2-C4可溶性蛋白含量的影响

图12 多效唑浓度对福薯10号可溶性总糖含量的影响

图13 多效唑浓度对CH-2-C4可溶性总糖含量影响

图13表明，在试验期间，所有处理及对照CH-2-C4叶片的可溶性总糖含量均呈下降趋势，喷施多效唑后的第5天，处理1、处理2、处理3的CH-2-C4叶片可溶性总糖含量分别为7.34%、8.42%和7.66%，而喷清水对照的可溶性总糖含量仅为6.9%，明显低于喷多效唑处理。

3 不同多效唑浓度处理下的综合评价

3.1 不同多效唑浓度处理下福薯10号综合评价

利用模糊隶属函数分析方法对不同多效唑浓度处理下福薯10号的综合评价。为了克服单个指标的局限性，全面反映外源多效唑对福薯10号生理生化的影响，对各项指标进行隶属函数分析。根据其隶属函数平均值作为生理生化的标准进行排序。由表1可知，处理1福薯10号的生理生化指标最好。

表1 利用模糊隶属函数法对不同多效唑浓度处理下福薯10号生理生化的综合评价

3.2 不同多效唑浓度处理下CH-2-C4生理生化的综合评价

利用模糊隶属函数分析方法对不同多效唑浓度处理下CH-2-C4生理生化指标的综合评价。由表2可知，处理3 CH-2-C4生理生化指标最好。

表2 利用模糊隶属函数法对不同多效唑浓度处理下CH-2-C4生理生化的综合评价

4 小结与讨论

植物在低温胁迫下会产生大量自由基，自由基具有很强的氧化能力，对细胞代谢具有危害性。面对低温胁迫，植物会启动细胞内的防御机制降低这种伤害，一方面通过降低水分含量，增加可溶性糖及可溶性蛋白含量，从而增加细胞液浓度，增加抗寒性；另一方面通过提高各种氧化酶活性如POD、SOD和CAT清除自由基和活性氧，降低MDA含量，保护生物膜系统，避免氧化损伤[19]，以保证植物的正常生长发育。

在本研究中，2个菜用甘薯品种遭遇了低温胁迫，细胞内的防御机制被迫启动，多效唑有助于增强其细胞对低温胁迫的防御能力，当对遭受低温胁迫的福薯10号和CH-2-C4喷施150 mg·L-1、300 mg·L-1、450 mg·L-1浓度的多效唑时，其POD的活性明显提高，喷施多效唑后的第5天，POD活性均比喷药当天大幅增加，福薯10号分别增加了13.58%、28.27%和16.21%，而CH-2-C4则增加了4.46%、4.27%和3.68%，与喷清水对照的增加量均达到显著差异水平。过氧化物酶可催化低温胁迫产生的过氧化氢、氧化酚类和胺类化合物和烃类氧化产物，具有消除过氧化氢和酚类、胺类、醛类、苯类毒性的双重作用。

本试验还证明，多效唑还能增加福薯10号SOD活性，喷施150 mg·L-1、300 mg·L-1、450 mg·L-1多效唑后5天，SOD活性分别增加了57.25%、83.68%和88.90%；而对于菜薯CH-2-C4来说，喷施多效唑则能减缓SOD活性的降低，维持较高的酶活性，从而达到及时清除自由基和活性氧的目的。经方差分析，喷施多效唑的菜薯超氧化物歧化酶(SOD)活性与喷清水对照差异均达到显著水平。不同的品种在低温胁迫下的表现也不相同，福薯10号的SOD活性随着时间的增加呈现先下降后上升的趋势，并且在喷药后第5天达到最大值；而CH-2-C4的SOD活性喷药后总体趋势是下降的，这与崔强旺[22]的研究结果相似。SOD是氧自由基的自然天敌，喷施多效唑能提高SOD活性，清除植物体内氧自由基。

多效唑还能增加福薯10号、CH-2-C4的CAT活性，CAT活性与植物的代谢强度及抗寒抗病能力有很大的关系。喷施多效唑后的第5天，CAT活性均比喷药当天有所增加，喷施150 mg·L-1、300 mg·L-1、450 mg·L-1多效唑的福薯10号的CAT活性分别增加了24.56%、36.06%和59.25%，CH-2-C4则增加了35.28%、19.08%和57.05%，喷施450 mg·L-1多效唑处理的CAT活性始终高于其他3个处理。

当植物处于低温环境时，植物细胞内自由基的增加会使膜系统受到破坏，造成膜内离子外渗和膜脂过氧化作用，而膜脂过氧化作用产生的中间产物MDA，会使生物膜造成更严重的损坏[21]。随着低温时间的延长，MDA含量增加。在本试验中，喷药后第5天与喷药当天相比，多效唑处理的福薯10号及CH-2-C4的叶片MDA含量增加量比喷清水对照低，说明多效唑能降低植物体内的MDA的含量，减缓对细胞膜的损伤。

可溶性蛋白质具有很强的亲水性，可增加细胞的保水性，是植物体内重要的渗透调节物质[22]。本试验在低温胁迫下，多效唑处理的福薯10号和CH-2-C4的叶片可溶性蛋白含量比喷清水对照的下降幅度小些，这与周伟权等[23]的研究结果一致。在低温环境下，可溶性总糖含量能增加细胞内的渗透势，糖具有大量亲水基团，使束缚水的含量增加从而增强其抗寒性[24]。在本试验喷施多效唑之后，福薯10号和CH-2-C4叶片的可溶性总糖含量比喷清水对照高，这说明多效唑具有增加福薯10号和CH-2-C4的可溶性总糖含量的作用。

本研究表明，在低温胁迫情况下喷施多效唑，一方面增强了福薯10号和CH-2-C4叶片细胞中过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性，从而提高了对自由基、活性氧及MDA等有害物质的清除能力；另一方面喷施多效唑使得两个菜薯品种叶片细胞的可溶性蛋白质含量及可溶性糖含量增加，细胞液浓度增加，冰点降低，从而提高了对低温的抵抗能力。从本试验结果来看，菜用甘薯在低温胁迫条件下喷施多效唑，主要是通过提高过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性，从而提高了对自由基、活性氧及MDA等有害物质的清除能力。但菜用甘薯叶片中这3种酶活性与可溶性蛋白质含量及可溶性糖含量变化与菜用甘薯抗寒性关系如何，还需做进一步的研究。