赤霉素處理對馬鈴薯塊莖低溫糖化的效果

鞏慧玲，徐 進，孫夢遙，馮再平，袁惠君

（蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730050）

栽培生理

赤霉素處理對馬鈴薯塊莖低溫糖化的效果

鞏慧玲*，徐 進，孫夢遙，馮再平，袁惠君

（蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730050）

馬鈴薯塊莖低溫糖化現(xiàn)象除了直接受到淀粉和糖代謝相關酶如淀粉酶、酸性轉(zhuǎn)化酶的活性影響外，也可能間接受到赤霉素和脫落酸等植物激素的調(diào)控。以馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖為試驗材料，采用50 mmoL GA3處理12 h后置于低溫（（4±0.5）℃）和室溫（（22±1）℃）條件下貯藏10 d，測定薯塊的炸片色澤、還原糖含量、淀粉酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性，研究赤霉素對馬鈴薯塊莖低溫糖化的影響。結果表明，GA3處理使馬鈴薯塊莖的炸片色澤加深，還原糖含量增加121.1%；同時，GA3處理提高了淀粉酶的活性，而對酸性轉(zhuǎn)化酶的活性沒有影響。由此表明，GA3可能通過提高馬鈴薯塊莖淀粉酶的活性而使還原糖積累，從而導致炸片色澤加深即增強了低溫糖化現(xiàn)象。

馬鈴薯；赤霉素；低溫糖化；淀粉酶；酸性轉(zhuǎn)化酶

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）塊莖在低溫貯藏（10℃以下）時淀粉降解，導致還原糖（葡萄糖和果糖）含量急劇升高，這種現(xiàn)象被稱為低溫糖化[1,2]。馬鈴薯在油炸加工過程中，還原糖與α-氨基酸發(fā)生美拉德反應，生成“類黑蛋白素”，使薯片顏色加深，口感苦澀，嚴重影響加工品質(zhì)[3]。目前，對馬鈴薯低溫糖化機制的研究已有較多報道[4-6]，普遍認為，馬鈴薯低溫糖化是由淀粉降解與隨之的蔗糖代謝速率不平衡引起的[7,8]，其中淀粉和糖代謝途徑中的淀粉酶和酸性轉(zhuǎn)化酶被認為與低溫糖化緊密相關[9-11]。

赤霉素（Gibberellin，GA）參與調(diào)控植物發(fā)育和各種生理過程，包括莖的伸長、根的生長、葉片伸展、種子萌發(fā)、花和果實的發(fā)育以及表皮毛發(fā)育等。在馬鈴薯中，GA常用來打破塊莖的休眠，促進芽的生成。在谷物種子中，GA作為信號分子可誘導α-淀粉酶基因的表達，引起α-淀粉酶生物合成而催化淀粉水解為糖[12]；同時也發(fā)現(xiàn)，低溫也可誘導GA的合成[13]。由此推測，GA也可能調(diào)節(jié)馬鈴薯塊莖淀粉的代謝而影響還原糖的含量，從而對馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象具有一定的調(diào)節(jié)作用。本研究通過用外源赤霉素處理馬鈴薯塊莖，探討赤霉素是否對馬鈴薯低溫糖化有一定的調(diào)節(jié)作用及其調(diào)節(jié)機制。該研究有助于馬鈴薯低溫糖化分子調(diào)控機理的闡明，將為耐（抗）低溫糖化馬鈴薯品種的選育和馬鈴薯低溫貯藏方法的改進提供新途徑。

1 材料與方法

1.1試驗材料與方法

試驗材料：馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖。種薯種植于甘肅省渭源縣會川鎮(zhèn)，2015年4月28日種植，9月16日收獲，收獲后于實驗室常溫黑暗貯藏3周后，進行赤霉素處理試驗。利用50 mmoL GA3浸泡處理馬鈴薯塊莖12 h，對照用蒸餾水處理，每個處理10個薯塊，分成2組，分別置于低溫（（4±0.5）℃）和室溫（（22±1）℃）條件下貯藏10 d，然后將薯塊清洗去皮后沿縱軸切成兩半，一半用來直接炸片，一半立即切成小塊，取樣、稱量后用液氮速凍，貯藏于-80℃以備測定可溶性糖、葡萄糖和蔗糖含量、淀粉酶活性和酸性轉(zhuǎn)化酶活性。

1.2馬鈴薯炸片加工和色澤的測定

將去皮后的馬鈴薯塊莖切成厚1.5 mm的薄片，在（（145±2）℃）食用植物油（菜籽油）中炸至炸片表面無氣泡冒出為止（約5 min），瀝干表面油，冷卻后，用X-rite sp60型色差計測定炸片色澤L值。炸片色澤L值越小，表示炸片色澤越深，加工品質(zhì)越差；L值越大，表示色澤越淺，加工品質(zhì)越好。

1.3還原糖、可溶性總糖和蔗糖含量的測定

還原糖、可溶性總糖和蔗糖含量的測定參考韓雅珊[14]的方法。

1.4淀粉酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性的測定

淀粉酶活性的測定參考李雯等[15]的方法，酸性轉(zhuǎn)化酶活性的測定參考Wu等[10]的方法。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)都是3次重復的平均值，數(shù)據(jù)用平均值±標準誤表示，采用Microsoft Office Excel 2007軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，采用新復極差法（Duncan）進行差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1GA3對馬鈴薯塊莖炸片色澤的影響

馬鈴薯炸片色澤的深淺是其低溫糖化結果的直觀現(xiàn)象。由圖1A、1B比較可知，馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖經(jīng)低溫貯藏后，炸片色澤較未經(jīng)低溫處理的炸片明顯加深，即發(fā)生了低溫糖化現(xiàn)象。馬鈴薯塊莖經(jīng)50 mmoL GA3處理后，無論置于低溫還是室溫條件下貯藏，其炸片色澤均較未經(jīng)GA3處理的炸片加深。

用色差儀測定馬鈴薯炸片的L值可知（圖2），馬鈴薯品種‘大西洋’經(jīng)GA3處理后，無論是低溫（4℃）貯藏還是室溫（22℃）貯藏，炸片的L值均降低，即色澤加深。

綜上，用色差計測得的結果與用肉眼觀察到的薯片色澤變化結論一致，即GA3處理引起馬鈴薯炸片色澤加深。

2.2GA3對馬鈴薯還原糖、蔗糖和可溶性總糖含量的影響

由圖3可知，馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖經(jīng)低溫處理后，還原糖、可溶性總糖和蔗糖含量均顯著增加，分別增加了384.4%、35.3%和20.8%，其中還原糖含量增加的幅度最大，這也是導致發(fā)生馬鈴薯低溫糖化的原因。與未經(jīng)GA3處理相比，GA3處理后馬鈴薯塊莖無論在低溫條件還是在室溫條件下貯藏，還原糖含量均顯著增加，分別增加了121.1%（低溫）和94.9%（室溫）；與未經(jīng)GA3處理相比，GA3處理后可溶性總糖含量在低溫貯藏下顯著增加，增加了37.1%，而在室溫貯藏條件下，可溶性總糖含量并未發(fā)生顯著變化；經(jīng)GA3處理后，蔗糖含量無論在低溫還是室溫貯藏條件下差異均不顯著。

圖1 GA3處理對馬鈴薯炸片色澤的影響Figure 1 Effect of GA3treatment on color of potato chips

圖2 GA3處理對馬鈴薯炸片色澤L值的影響Figure 2 Effect of GA3treatment on L value of potato chips

圖3 GA3處理對馬鈴薯還原糖（A）、可溶性總糖（B）和蔗糖（C）含量的影響Figure 3 Effects of GA3treatment on content of reducing sugar(A),totalsoluble sugar(B)and sucrose(C)of potato tuber

2.3GA3對馬鈴薯淀粉酶活性的影響

如圖4所示，與室溫處理相比，低溫處理后馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖的淀粉酶活性顯著提高，升高了159%，表明淀粉酶參與了馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象。經(jīng)GA3處理后，無論貯于室溫還是低溫條件下，淀粉酶活性均顯著上升，在低溫和室溫貯藏條件下淀粉酶活性分別增加了57.0%和46.7%。由此表明，GA3可能通過誘導馬鈴薯淀粉酶的活性而增加還原糖的含量及其炸片色澤的加深，從而調(diào)控低溫糖化現(xiàn)象。

圖4 GA3處理對馬鈴薯淀粉酶活性的影響Figure 4 Effect of GA3treatment on amylase activity of potato tuber

圖5 GA3處理對馬鈴薯酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響Figure 5 Effect of GA3treatment on acid invertase activity of potato tuber

2.4GA3對馬鈴薯酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

如圖5所示，與室溫處理相比，低溫處理后馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖的酸性轉(zhuǎn)化酶活性提高了141.6%，表明酸性轉(zhuǎn)化酶參與了馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象。經(jīng)GA3處理后，‘大西洋’品種無論貯于室溫還是低溫條件下，酸性轉(zhuǎn)化酶活性均未發(fā)生顯著變化，即GA3并未影響酸性轉(zhuǎn)化酶的活性。由此表明，酸性轉(zhuǎn)化酶可能并不參與GA3對馬鈴薯低溫糖化的調(diào)控。

3 討論

馬鈴薯塊莖在低溫貯藏條件下會發(fā)生低溫糖化現(xiàn)象，由此導致炸片色澤加深，而較多研究表明，影響低溫糖化現(xiàn)象的酶主要為酸性轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶等[11,16]。本研究中，馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖經(jīng)4℃低溫貯藏10 d，與室溫貯藏條件下相比，還原糖含量明顯增加，并由此導致炸片色澤加深，此外，酸性轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶活性也顯著增加。由此表明，馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖在4℃低溫貯藏10 d后發(fā)生了低溫糖化現(xiàn)象，酸性轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶參與了還原糖的積累。

馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象除了受糖代謝的直接調(diào)控外，可能也會受植物激素的間接調(diào)控[17]。本研究中，馬鈴薯品種‘大西洋’塊莖經(jīng)GA3處理后，貯于低溫條件下，還原糖的含量均高于未經(jīng)GA3處理的對照，炸片色澤也較對照深，而GA3處理對可溶性糖和蔗糖含量的影響較小。結果表明，GA3處理通過誘導馬鈴薯塊莖還原糖的積累而加深了炸片色澤，即促進了馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象并不依賴于貯藏條件，GA3處理后在室溫條件下貯藏，同樣使還原糖含量升高和炸片色澤加深。Skriver等[18]研究表明，谷物種子中α-淀粉酶基因啟動子序列中存在赤霉素應答元件即GARE元件，Gubler等[12]研究表明，GA作為信號分子可誘導大麥糊粉層細胞α-淀粉酶基因的表達，引起α-淀粉酶生物合成而催化淀粉水解為糖。本研究中，馬鈴薯塊莖經(jīng)GA3處理后，無論經(jīng)低溫還是室溫貯藏，淀粉酶的活性均顯著升高，由此推測，GA3處理可能通過誘導馬鈴薯塊莖α-淀粉酶基因表達而增加了淀粉酶的活性，從而導致還原糖的積累。

賴廣洵[19]研究表明，GA3處理顯著增加了馬鈴薯芽眼部位酸性轉(zhuǎn)化酶的活性，而對薯心部位的酶活性影響不大。本研究中GA3處理并未影響酸性轉(zhuǎn)化酶活性，可能因為試驗中的測定樣品均是去掉馬鈴薯薯皮的，芽眼部位已被去除，但本研究發(fā)現(xiàn)GA3處理導致整個炸片色澤加深，并不局限于芽眼部位（圖1）。由此表明，酸性轉(zhuǎn)化酶可能并不參與GA3對還原糖積累的影響和低溫糖化現(xiàn)象。Ou等[20]研究表明，GA3可以誘導馬鈴薯液泡酸性轉(zhuǎn)化酶基因（stvacINV1）啟動子的表達，且在該啟動子序列中發(fā)現(xiàn)了8個赤霉素應答元件（GARE）。但同時發(fā)現(xiàn)，雖然stvacINV1的活性在低溫下顯著提高，但是該基因啟動子的活性在低溫下反而降低，從而推測該基因可能存在轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。因此，GA3處理雖然可以誘導stvacINV1基因的表達，但該基因的酶活性卻不一定會隨之增加。綜上，本研究表明，GA3導致馬鈴薯塊莖還原糖含量升高和炸片色澤加深的主要原因可能是GA3誘導了淀粉酶基因的表達和隨之的活性升高，而酸性轉(zhuǎn)化酶可能并不參與這一過程。

外源赤霉素處理馬鈴薯塊莖研究其對低溫糖化的影響，結果表明，GA3處理使還原糖含量升高，加深了馬鈴薯炸片色澤即導致低溫糖化現(xiàn)象增強，通過測定相關酶的活性發(fā)現(xiàn)這種影響可能是GA3處理增強了淀粉酶的活性而引發(fā)的。這一研究結果可為運用植物激素或其合成抑制劑調(diào)控馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象提供理論依據(jù)。

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Effectof Gibberellin on Cold-induced Sweetening of Potato Tuber

GONG Huiling＊,XU Jin,SUN Mengyao,FENG Zaiping,YUAN Huijun

(College of Life Science and Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou,Gansu 730050,China)

ract:Cold-induced sweetening in potato tuber is directly controlled by amylase and acid invertase which are starch-sugar metabolism-related enzymes,but it might be indirectly regulated by plant hormone,such as gibberellins and abscisic acid.Tubers of potato cultivar'Atlantic'were treated with 50 mmoL GA3for 12 h,stored at low temperature ((4±0.5)℃)and room temperature((22±1)℃)for 10 d,and then the chip color ofpotato tuber,the contentofreducing sugar,and the activity of amylase and acid invertase were analyzed,in order to study the effect of gibberellin on cold-induced sweetening ofpotato tuber.The results showed that GA3treatmentmade the chip color browner,increased the content of reducing content and the activity of amylase in potato tuber,while the activity of acid invertase was not affected.The results demonstrated that GA3treatment enhanced the cold-induced sweetening and the color of chip in potato tuber by increasing the activity ofamylase and the contentofreducing sugar.

ords:potato;gibberellin;cold-induced sweetening;amylase;acid invertase

S532

A

1672-3635（2017）03-0138-06

2016-06-01

甘肅省自然科學基金（1308RJZA209）；國家自然科學基金（31360296）。

鞏慧玲（1973-），女，博士，副教授，主要從事馬鈴薯、百合采后生理學研究。

鞏慧玲，E-mail:gonghl@lut.cn。