生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯貯藏期萌發(fā)及氧化酶活性的影響

鐘蕾，鄧俊才，王良俊，鄭順林，豆攀，王興龍，袁繼超*

(1.農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130；2.四川省眉山市東坡區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，四川 眉山620000)

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生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯貯藏期萌發(fā)及氧化酶活性的影響

鐘蕾1，鄧俊才1，王良俊2，鄭順林1，豆攀1，王興龍1，袁繼超1*

(1.農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130；2.四川省眉山市東坡區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，四川 眉山620000)

探究生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯貯藏期休眠的調(diào)控效果及其生理作用機(jī)制，對保障馬鈴薯安全貯藏和研究馬鈴薯休眠機(jī)制都具有重要意義。本研究以馬鈴薯中長休眠期品種“川芋117”和短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”為供試材料，赤霉素(gibberellin A3, GA3)、氯苯胺靈(chlorpropham, CIPC)和脫落酸(abscisic acid, ABA)為供試試劑，研究不同作用類型生長調(diào)節(jié)劑處理對不同馬鈴薯品種貯藏期塊莖萌發(fā)動態(tài)及不同部位氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，GA3促進(jìn)馬鈴薯的萌發(fā)主要表現(xiàn)在縮短塊莖的萌發(fā)期上，“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”較對照(control, CK)分別縮短10.42%和26.92%。而ABA和CIPC抑制馬鈴薯的萌發(fā)表現(xiàn)在延長其萌發(fā)期上，在“川芋117”上分別較CK延長10.42%和106.25%，在“費(fèi)烏瑞它”上ABA處理延長23.08%，CIPC處理塊莖未發(fā)芽。且ABA處理能顯著降低休眠幅度，“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”休眠幅度分別降低17.95%和29.41%，塊莖萌發(fā)較整齊。馬鈴薯塊莖在貯藏期芽周和薯肉部位的多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)活性均呈先升高后降低的變化趨勢，其峰值出現(xiàn)的時(shí)間與其開始大量發(fā)芽的時(shí)期基本一致，表明PPO和POD活性的升高是塊莖解除休眠開始萌芽的生理基礎(chǔ)之一。GA3、ABA和CIPC處理顯著影響塊莖芽周和薯肉PPO和POD活性，其中GA3主要提高塊莖芽周部位的PPO和POD活性，CIPC和ABA有降低未發(fā)芽塊莖芽周和薯肉PPO活性的趨勢，但ABA處理在塊莖休眠解除過程中氧化酶活性上升，特別是“川芋117”，這可能是GA3打破休眠促進(jìn)萌發(fā)、CIPC和ABA延長休眠的生理機(jī)制之一。

生長調(diào)節(jié)劑；馬鈴薯；貯藏期；萌發(fā)；氧化酶活性

馬鈴薯(Solanumtuberosum)塊莖作為繁殖器官和營養(yǎng)器官，其貯藏是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，不適當(dāng)?shù)馁A藏會導(dǎo)致塊莖變青、發(fā)芽、腐爛、縮水等，嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。發(fā)芽是馬鈴薯貯藏中最常見的問題之一，抑制馬鈴薯的萌發(fā)對馬鈴薯的安全貯藏具有重要意義[1]。然而，在生產(chǎn)中為滿足不同播期的需要，又要求適時(shí)適度的打破或延長馬鈴薯的休眠，因此馬鈴薯的休眠調(diào)控對馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有重要意義[2]。生長調(diào)節(jié)劑是一類在較低濃度下即可對植物的生長發(fā)育表現(xiàn)出促進(jìn)或抑制作用的有機(jī)物質(zhì)，將其處理貯藏期的馬鈴薯能直接作用于塊莖，調(diào)控塊莖在貯藏過程中的系列生理活動，進(jìn)而調(diào)控塊莖的休眠和萌發(fā)，其處理具有高效、直接與節(jié)約成本的特點(diǎn)[3-4]。赤霉素(gibberellin A3, GA3)是有效的馬鈴薯促芽劑，研究表明0～100 mg/L濃度處理馬鈴薯整薯均能促進(jìn)馬鈴薯休眠的解除并刺激芽的生長，但不同塊莖對處理濃度的響應(yīng)不一[5-7]。氯苯胺靈(chlorpropham, CIPC)是高效抑芽劑，其對馬鈴薯的抑芽率可高達(dá)95%以上[8]，由于其抑制幼芽細(xì)胞的有絲分裂，使萌動的芽很難發(fā)芽生長，因此不利于種薯的貯藏保鮮[9]。脫落酸(abscisic acid, ABA)是誘導(dǎo)休眠的正調(diào)控因子，已有研究表明低濃度的外源ABA處理可以有效推遲洋蔥(Alliumcepa)鱗莖、葡萄(Vitisvinifera)和蘋果(Maluspumila)枝條芽的萌發(fā)[10-11]，但將其作為外源的馬鈴薯抑芽劑卻鮮有研究。

活性氧產(chǎn)生和清除的平衡對植物維持正常生長、代謝及應(yīng)答環(huán)境的脅迫有著重要作用，多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和過氧化物酶(peroxidase, POD)均是催化多底物的多功能酶，PPO在高等植物中是良好的活性氧清除劑，POD在植物中與超氧化物歧化酶、過氧化氫酶相互協(xié)調(diào)配合，通過活化抗氧化系統(tǒng)清除機(jī)體內(nèi)過剩的自由基，對保障正常的生理活動有著重要作用[12-13]。且PPO與POD酶促反應(yīng)的主要結(jié)果是導(dǎo)致褐變與黑化，馬鈴薯塊莖褐變會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的營養(yǎng)、風(fēng)味及外觀品質(zhì)[14-15]。PPO作為呼吸作用的末端氧化酶在生理代謝活動中起重要作用[16]。POD具有氧化分解吲哚乙酸(indoleacetic acid, IAA)的功能，其活性與IAA含量呈反比[17]。分子生物學(xué)研究表明，IAA與ABA協(xié)同作用促進(jìn)種子的休眠[18-19]。深入研究馬鈴薯塊莖在貯藏過程中不同部位PPO與POD活性變化規(guī)律可揭示其休眠與萌發(fā)的部分生理機(jī)制，為馬鈴薯休眠調(diào)控提供理論依據(jù)。雖然GA3和CIPC打破和延長馬鈴薯休眠的作用已分別有大量的研究報(bào)道，但二者的作用生理機(jī)制不同，亦鮮見GA3、CIPC和ABA處理影響馬鈴薯休眠的比較研究。本研究分別以中長休眠期品種“川芋117”與短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”為材料，比較研究3種生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯塊莖的萌芽動態(tài)、芽周和薯肉PPO和POD活性動態(tài)變化的影響，以期為馬鈴薯塊莖休眠的調(diào)控提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試劑

供試馬鈴薯材料為西南地區(qū)主推中長休眠期品種“川芋117”與短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”的生產(chǎn)種；供試試劑GA3(有效成分含量≥90.0%)和ABA(有效成分含量≥99.0%)均由成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)，氯苯胺靈乳油(有效成分含量為30.0%)為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所研制。

1.2 試驗(yàn)方法

兩個(gè)品種的馬鈴薯均于2014年12月底播種，于2015年4月底收獲，收獲后挑選出外觀完好、無病害、質(zhì)量為(50±5) g的塊莖，將其清洗干凈后平均分成4份平鋪置于通風(fēng)避光處晾干，放置15 d(塊莖表皮木栓化后)后分別用15 mg/L的GA3、稀釋200倍的CIPC乳油(CIPC濃度為1.5 g/L)、4 mg/L的ABA浸泡處理30 min后取出避光晾干、貯藏，以清水浸泡為對照。每處理6個(gè)重復(fù)，每重復(fù)60個(gè)薯塊，將處理好的薯塊裝盒放在陰涼通風(fēng)處(貯藏溫度為18～24 ℃，相對濕度為85%～98%)。固定3個(gè)重復(fù)在處理后每天觀察并記錄出芽情況，另外3個(gè)重復(fù)在處理后每14 d進(jìn)行一次取樣測定PPO和POD活性，直至完全發(fā)芽后結(jié)束。取樣方法為：分別隨機(jī)取發(fā)芽和未發(fā)芽的薯塊若干，用直徑1 cm的打孔器從頂芽處垂直打孔，取頂端向內(nèi)5 mm為芽周部位，再向內(nèi)1.5 cm取5 mm為薯肉部位，兩個(gè)部位的材料分別加液氮研磨至粉末狀，-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 發(fā)芽動態(tài)相關(guān)指標(biāo)的定義及其計(jì)算方法 參考蒲建剛等[20]和劉芳等[21]的方法，測定各處理馬鈴薯塊莖的出芽動態(tài)，計(jì)算相關(guān)指標(biāo)，具體如下。

1.3.2 PPO活性的測定 取1 g材料加入5 mL預(yù)冷的丙酮提取3次，離心去上清液，沉淀物干燥后加入2%聚乙烯吡咯烷酮溶液、 pH=7.3的磷酸緩沖液5 mL，渦旋1 min后在4 ℃、12000 r/min下離心15 min，上清液即為粗酶液。酶活力測定以0.5 mL 50 mol/L的鄰苯二酚為底物，將酶液稀釋10倍后用紫外分光光度計(jì)測定416 nm下的酶促反應(yīng)液的吸光度變化，酶活力單位定義為單位時(shí)間(s)、單位體積(mL)的酶反應(yīng)液引起的0.01 OD的吸光度變化[22]。

1.3.3 POD活性的測定 取1 g材料加入5 mL預(yù)冷的磷酸緩沖液(pH=6.0)渦旋1 min后在4 ℃、4000 r/min下離心10 min，上清液即為粗酶液。取潔凈試管2支，于1支中加入3 mL磷酸緩沖液、1 mL愈創(chuàng)木酚溶液和1 mL過氧化氫溶液作為對照，另1支中加入磷酸緩沖液 2.5 mL、愈創(chuàng)木酚溶液1 mL、過氧化氫溶液1 mL和酶液0.5 mL，立即開啟秒表記錄時(shí)間，于分光光度計(jì)上測定470 nm下的吸光度值，每隔30 s讀數(shù)一次，酶活力單位定義如PPO[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007、SPSS 20和Sigma Plot 10.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯休眠程度的影響

不同生長調(diào)節(jié)劑處理下， 不同休眠期馬鈴薯品種塊莖休眠情況如表1所示。 從表中可看出CK處理長休眠期品種“川芋117”的萌發(fā)期、休眠期、休眠強(qiáng)度和休眠幅度分別較短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”的長84.62%、51.22%、45.00%和14.71%，可見兩者在休眠程度上的差異主要體現(xiàn)在萌發(fā)期上。促芽劑GA3處理后“川芋117”的萌發(fā)期、休眠期、休眠強(qiáng)度和休眠幅度較CK縮短了10.42%、8.06%、9.20%和7.69%，而“費(fèi)烏瑞它”僅在萌發(fā)期上顯著減少，較CK縮短26.92%。說明GA3能有效地縮短馬鈴薯的萌發(fā)期，且對短休眠期品種的效果更好，但在對休眠期、休眠強(qiáng)度和休眠幅度的影響上，則對休眠期較長品種的效果更明顯。抑芽劑ABA和CIPC都能顯著的延長馬鈴薯塊莖的萌發(fā)期，在“川芋117”上，ABA和CIPC處理后塊莖的萌發(fā)期分別較CK長10.42%和106.25%，在“費(fèi)烏瑞它”上，ABA處理的較CK長23.08%，而CIPC處理的塊莖在整個(gè)試驗(yàn)階段均未達(dá)到萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。ABA對“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”塊莖的休眠期和休眠強(qiáng)度均無顯著影響，但卻顯著縮短了二者的休眠幅度，“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”的休眠幅度分別較CK縮短了17.95%和29.41%。CIPC處理下的“費(fèi)烏瑞它”在整個(gè)試驗(yàn)階段未解除休眠。由上可知，ABA對延長馬鈴薯休眠期無明顯作用，但能顯著延長萌發(fā)期，且能顯著縮短休眠幅度，對短休眠期品種的效果更好，同時(shí)也說明其對提高馬鈴薯萌發(fā)整齊度有一定的促進(jìn)作用；CIPC則能有效地延長馬鈴薯塊莖的休眠期，對塊莖的萌發(fā)具有極強(qiáng)的抑制作用，適宜于長期貯藏馬鈴薯塊莖。

表1 不同生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯出芽動態(tài)的影響Table 1 Effects of different growth regulators on germination dynamics of different potato cultivars d

注：CK：對照；GA3：赤霉素；ABA：脫落酸；CIPC：氯苯胺靈，下同。同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(鄧肯法檢測)，“-”表示在該時(shí)期塊莖沒有發(fā)芽。

Note: CK: Control; GA3: Gibberellin A3; ABA: Abscisic acid; CIPC: Chlorpropham. The same below. Different lowercase letters in a column show significant difference at the 0.05 probability level (Duncan’s test). “-” shows no tuber sprouted at that time point.

3種生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯塊莖的萌發(fā)過程亦有顯著影響，從圖1可以看出， GA3、CK和ABA處理下“川芋117”塊莖萌芽進(jìn)程為慢-快-慢，符合邏輯斯蒂函數(shù)，“川芋117”發(fā)芽率(Y)與處理后天數(shù)(x，以觀察到開始發(fā)芽的前一次觀察時(shí)間為起點(diǎn))的回歸方程分別為YGA3=100.8630/(1+e-0.2039x+8.4347) (R2=0.9989**)，YCK=101.4942/(1+e-0.1753x+8.0162) (R2=0.9981**)，YABA=98.6918/(1+e-0.2889x+13.4042) (R2=0.9990**)。GA3和ABA處理的“費(fèi)烏瑞它”在發(fā)芽過程中其發(fā)芽率呈線性變化趨勢，發(fā)芽率(Y)與處理后天數(shù)(x)的回歸方程分別為YGA3=1.69x(R2=0.9656*)，YABA=2.0953x-18.913 (R2=0.9927**)，而CK處理的塊莖萌芽進(jìn)程為慢-快-慢，符合邏輯斯蒂函數(shù)，回歸方程為YCK=102.5262/(1+e-0.1214x+3.3045) (R2=0.9816*) 。

圖1 不同生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯貯藏期發(fā)芽率變化的影響Fig.1 The sprout percentage change of different potato varieties under different plant regulator treatments during storage

2.2 不同生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯貯藏期塊莖不同部位PPO活性的影響

由表2和表3可知，馬鈴薯塊莖在貯藏期間芽周和薯肉部位的PPO活性總體均先升高后降低，“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”不同部位PPO活性分別在處理后28和14 d左右達(dá)到最高值，與其開始大量發(fā)芽的時(shí)間(圖1)基本一致(短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”芽周PPO活性的高峰期略遲于開始發(fā)芽時(shí)間而與大量發(fā)芽時(shí)間基本一致)。“川芋117”在發(fā)芽以后芽周部位的PPO活性還有一個(gè)上升過程(這可能與幼芽PPO活性較高有關(guān))，之后又下降，其中薯肉到達(dá)峰值的時(shí)間晚于芽周。各生長調(diào)節(jié)劑對短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”貯藏期塊莖不同部位PPO活性的影響與長休眠期品種“川芋117”有所不同。“川芋117”芽周各時(shí)期的平均PPO活性是薯肉的2.20～2.89倍，而“費(fèi)烏瑞它”則為3.14～4.40倍，“川芋117”薯肉PPO活性較芽周變化的幅度較“費(fèi)烏瑞它”小，這可能與其休眠期長短有關(guān)。從品種來看，短休眠期品種“費(fèi)烏瑞它”的PPO活性較長休眠期品種“川芋117”低，特別是薯肉部位，這可能是其基因型效應(yīng)，抑或也與其休眠期長短有關(guān)。

注：S: 發(fā)芽；NS: 未發(fā)芽。數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間有顯著差異(P<0.05)，“-”表示在該時(shí)期塊莖因幾乎全部未發(fā)芽或發(fā)芽，因而沒有測定酶活。下同。

Note: S: Sprout; NS: Non-sprout. Data are shown in mean±SD of three replicates. Different letters after values in a row indicate significant differences among treatments atP<0.05. “-” shows no determination of enzyme activity because almost all the tubers sprouted or non-sprouted at that time point. The same below.

在整個(gè)貯藏期，GA3處理下不同品種馬鈴薯未發(fā)芽塊莖芽周部位平均PPO活性均高于抑芽劑處理。在“川芋117”上，促芽劑GA3處理塊莖自處理至28 d后酶活的升高幅度為63.56%，高于ABA處理(42.08%)。抑芽劑CIPC處理塊莖芽周部位的PPO活性在貯藏期的活性最低且變化幅度小。各處理發(fā)芽塊莖芽周部位PPO活性均呈逐漸降低的變化趨勢，其中ABA處理活性最高且變化幅度大，至處理結(jié)束時(shí)，ABA和GA3兩處理酶活分別降低31.68%、34.11%。在整個(gè)貯藏期，ABA處理塊莖薯肉部位的平均PPO活性高于GA3和CIPC處理，但均低于CK。各生長調(diào)節(jié)劑處理下的“費(fèi)烏瑞它”未發(fā)芽塊莖芽周部位酶活性在處理前期(0～28 d)的上升幅度表現(xiàn)為ABA(70.38%)>CIPC(54.00%)>GA3(51.44%)>CK(21.30%)。GA3、CK和CIPC處理未發(fā)芽塊莖薯肉部位的酶活性均呈先上升后降低的變化趨勢，而ABA處理則持續(xù)升高，上升幅度表現(xiàn)為ABA(93.70%)>GA3(59.11%)>CK(10.81%)>CIPC(6.46%)。GA3和CK處理下發(fā)芽塊莖芽周和薯肉部位酶活性均呈先上升后降低的變化趨勢，而ABA處理下的酶活性則呈逐漸降低的變化趨勢，芽周部位PPO活性的降低幅度表現(xiàn)為ABA(19.04%)>GA3(18.24%)>CK(11.69%)，而薯肉部位則表現(xiàn)為CK(26.61%)>ABA(20.97%)>GA3(9.79%)。

表3 生長調(diào)節(jié)劑處理下“費(fèi)烏瑞它”貯藏期塊莖不同部位多酚氧化酶(PPO)活性Table 3 The polyphenol oxidase (PPO) activity of “Favorita” under different plant regulator treatments at different storage time points 0.01A/(g·s)

2.3 不同生長調(diào)節(jié)劑處理對馬鈴薯貯藏期塊莖不同部位POD活性的影響

與PPO活性變化一樣，在整個(gè)貯藏過程中各生長調(diào)節(jié)劑處理塊莖芽周和薯肉部位的POD活性總體均先升后降，但峰值出現(xiàn)的時(shí)間較PPO的早(表4和表5)。其中“川芋117”未發(fā)芽塊莖不同部位的POD活性在萌發(fā)期后均有一個(gè)上升過程，但“費(fèi)烏瑞它”則不明顯。兩品種貯藏各時(shí)期薯肉POD活性均低于芽周，“川芋117”芽周各時(shí)期的平均POD活性是薯肉的3.40～4.58倍，而“費(fèi)烏瑞它”則為5.45～9.94倍，差異較PPO活性的大。從品種來看，“費(fèi)烏瑞它”薯肉的POD活性與“川芋117”差異不大，但其芽周的POD活性則明顯高于“川芋117”，平均高88.75%。生長調(diào)節(jié)劑對兩品種芽周和薯肉的POD活性也有一定影響，特別是芽周。

由表4和表5可見，GA3有提高兩品種未發(fā)芽塊莖芽周部位POD活性的作用，“川芋117”和“費(fèi)烏瑞它”GA3處理塊莖芽周部位各測定時(shí)期平均POD活性分別較對照提高10.09%和19.69%。GA3處理能提前“川芋117”未發(fā)芽塊莖薯肉部位POD活性高峰的出現(xiàn)，不同處理下“川芋117”未發(fā)芽塊莖薯肉部位POD活性[0.01 A/(g·s)]表現(xiàn)為CK(1.26)>ABA(1.18)>CIPC(1.12)=GA3(1.12)，而發(fā)芽塊莖薯肉部位POD活性則表現(xiàn)為ABA(1.53)>CK(1.34)>GA3(1.20)。可見GA3不但未明顯提高甚至還有降低薯肉POD活性的趨勢，亦未觀察到CIPC和ABA明顯降低芽周POD活性的作用。各處理下“費(fèi)烏瑞它”未發(fā)芽塊莖芽周部位POD活性變化規(guī)律與“川芋117”有所不同，其中GA3、CIPC和CK處理下的酶活性呈先升高后降低的變化趨勢，在后期并未再次升高，其酶活性的最高值均出現(xiàn)在處理后第14天，而ABA處理則表現(xiàn)為持續(xù)上升趨勢。各處理發(fā)芽塊莖芽周部位POD活性均呈逐漸降低的變化趨勢，降低幅度表現(xiàn)為CK(58.04%)>GA3(53.51%)>ABA(36.90%)?！百M(fèi)烏瑞它”發(fā)芽和未發(fā)芽塊莖薯肉部位POD活性變化規(guī)律同芽周部位，各處理未發(fā)芽塊莖在整個(gè)貯藏過程中平均酶活性[0.01 A/(g·s)]高低表現(xiàn)為CK(1.39)>ABA(1.25)>CIPC(1.11)>GA3(1.07)，而各處理發(fā)芽塊莖薯肉部位的平均酶活性[0.01 A/(g·s)]高低表現(xiàn)為ABA(1.49)>CK(1.45)>GA3(1.12)，ABA處理酶活性最高但變化幅度最小。

表4 不同生長調(diào)節(jié)劑處理下“川芋117”貯藏期塊莖不同部位過氧化物酶(POD)活性Table 4 The peroxidase (POD) activity of “Chuanyu 117” under different plant regulator treatments at different storage time points 0.01A/(g·s)

表5 不同生長調(diào)節(jié)劑處理下“費(fèi)烏瑞它”貯藏期塊莖不同部位過氧化物酶(POD)活性Table 5 The peroxidase (POD) activity of “Favorita” under different plant regulator treatments at different storage time points 0.01A/(g·s)

3 討論

3.1 生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯休眠動態(tài)的影響

馬鈴薯是以塊莖為收獲對象的高產(chǎn)作物，植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用可以有效降低塊莖的貯藏成本，并提高貯藏品質(zhì)[24]。對馬鈴薯進(jìn)行多方位的化學(xué)調(diào)控研究對馬鈴薯適應(yīng)多方面生產(chǎn)加工，提高馬鈴薯制品的競爭力具有重要意義[25]。不同生長調(diào)節(jié)劑因其作用機(jī)制不同，對塊莖休眠生理活性的調(diào)節(jié)方式不同，最終表現(xiàn)出對貯藏期休眠調(diào)控效果的差異[26-28]。GA3廣泛用于馬鈴薯種薯促芽生產(chǎn)方面，已有研究發(fā)現(xiàn)GA3有推進(jìn)碳水化合物代謝及促進(jìn)細(xì)胞分裂素活性的作用，能引起淀粉分解和糖向芽體的轉(zhuǎn)運(yùn)供能，并促進(jìn)細(xì)胞伸長，促進(jìn)萌發(fā)[29]。CIPC作為高效抑芽劑，通過影響細(xì)胞有絲分裂過程中紡錘體的形成干擾細(xì)胞分裂的發(fā)生從而抑制芽的萌發(fā)[30]，廣泛用于馬鈴薯商品薯的貯藏保鮮，因此ABA作為新型種薯抑芽劑的研究具有重要意義。在本研究中，GA3處理能有效地提前解除馬鈴薯的休眠，縮短塊莖的休眠幅度。而ABA處理能有效地延長馬鈴薯的休眠，縮短休眠幅度，提高塊莖萌發(fā)的整齊度。CIPC處理后“費(fèi)烏瑞它”的抑芽率高達(dá)100%，“川芋117”在處理后70 d才開始迅速萌發(fā)。這些結(jié)果表明低濃度的促芽劑GA3和抑芽劑ABA、CIPC處理均能有效地調(diào)控馬鈴薯的休眠，且各處理對短休眠期品種的作用強(qiáng)于長休眠期品種，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，其中GA3可以用于播種前打破休眠，促進(jìn)種薯快速萌芽出苗；CIPC可用于延長商品薯的休眠期，避免其萌芽而影響品質(zhì)，但因其作用強(qiáng)烈而不適于種薯；ABA有一定延長休眠的作用，但延長時(shí)間有限，休眠期結(jié)束后仍能迅速且整齊地發(fā)芽，因此可用于種薯延長貯藏期，但其作為外源抑芽劑方面的研究很缺乏，其最佳使用濃度和方法尚有待進(jìn)一步研究。

3.2 生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯塊莖氧化酶活性的影響

收獲后的馬鈴薯塊莖在休眠期仍進(jìn)行著較低水平的生理活動，酶作為生理代謝過程中的催化劑，其活性變化反映著生理代謝活動的強(qiáng)弱。有研究表明馬鈴薯塊莖在休眠解除過程中淀粉酶、淀粉磷酸化酶、蛋白酶等酶活性逐漸升高，為休眠芽萌發(fā)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)提供了基礎(chǔ)[31-32]，但鮮見芽休眠與萌芽過程中PPO和POD活性變化方面的研究報(bào)道。PPO是生物體內(nèi)一種重要的酶，參與到葉綠體和線粒體中的電子傳遞過程中，可作為判別植株代謝活性強(qiáng)弱的生理指標(biāo)之一[33-34]。POD是廣泛存在于植物中的多功能酶，是調(diào)控塊莖休眠與萌發(fā)生理代謝的關(guān)鍵酶之一。夏宜平等[35]的研究表明POD在百合(Liliumbrowniivar.viridulum)鱗莖休眠解除過程中活性的降低與自由基傷害的減少有關(guān)，POD與碳水化合物結(jié)合成糖基化蛋白，避免蛋白酶降解以穩(wěn)定蛋白構(gòu)象，是植株或器官成熟與衰老的標(biāo)志[36]。本試驗(yàn)中，貯藏前期塊莖不同部位POD和PPO保持較高活性有利于其適應(yīng)不利環(huán)境，減少過氧化物及自由基的積累，保護(hù)芽體免于損害，并有可能促進(jìn)芽體的伸長與萌發(fā)[37]。生長調(diào)節(jié)劑在一定程度上影響馬鈴薯塊莖的PPO和POD活性，不同生長調(diào)節(jié)劑處理的馬鈴薯塊莖在貯藏期間芽周和薯肉的PPO和POD活性均先升高后降低，在塊莖開始大量萌發(fā)前后達(dá)到峰值，之后出現(xiàn)下降，而POD活性的峰值約早于PPO。其中GA3有提高PPO和POD活性的趨勢，特別是芽周部位，GA3處理后塊莖芽周部位的PPO活性高且上升幅度大，表明GA3處理能促進(jìn)塊莖在整個(gè)貯藏過程中芽周部位的代謝強(qiáng)度，與Alexopoulos等[38]的研究結(jié)果相一致。發(fā)芽塊莖芽周部位POD活性高，薯肉部位PPO及POD活性較CK低且變化幅度小，表明經(jīng)GA3處理的塊莖作種薯用時(shí)應(yīng)在處理后適時(shí)播種以保障良好的田間出苗質(zhì)量。CIPC和ABA有降低未發(fā)芽塊莖不同部位PPO活性的趨勢，表明抑芽劑處理能有效降低處于休眠狀態(tài)塊莖的生理活性，降低能量消耗，提高塊莖休眠期的貯藏品質(zhì)，但ABA處理塊莖在休眠解除后萌發(fā)迅速，氧化酶活性升高，生理代謝活動加強(qiáng)，具有較強(qiáng)的種薯活力。各處理塊莖氧化酶活性變化在長休眠期品種“川芋117”上表現(xiàn)較明顯，氧化酶活性變化可能是GA3打破休眠促進(jìn)萌發(fā)、CIPC和ABA延長休眠的生理機(jī)制之一。由于本試驗(yàn)取樣測定的間隔時(shí)期較長(為14 d)，只觀察到GA3、CIPC和ABA處理后PPO和POD活性高低的變化，未發(fā)現(xiàn)其峰出現(xiàn)時(shí)期的明顯差異，對此還需要作進(jìn)一步研究，另外PPO和POD活性影響馬鈴薯塊莖休眠與萌芽的生理機(jī)制也尚需進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

不同調(diào)控效果的生長調(diào)節(jié)劑處理木栓化完全的不同休眠期馬鈴薯品種塊莖，對其休眠的影響主要體現(xiàn)在萌發(fā)期的延長或縮短上，且對短休眠期品種效果強(qiáng)于長休眠期品種。GA3處理提前解除塊莖的休眠并縮短休眠幅度，但該處理主要促進(jìn)整個(gè)貯藏期芽周部位氧化酶活性的升高，薯肉部位酶活性低且變化幅度小。表明GA3處理后能迅速增強(qiáng)芽周部位的代謝活動，主要刺激該部位大分子營養(yǎng)物質(zhì)的分解與向芽體的轉(zhuǎn)運(yùn)供能，且GA3能促進(jìn)細(xì)胞伸長，芽體生長速度快但較纖弱，因此GA3處理的種薯解除休眠后應(yīng)盡快栽種，并適當(dāng)增加田間底肥用量以培育壯苗。ABA處理顯著延長塊莖的休眠期，在貯藏前期生理代謝活性較弱，而貯藏后期塊莖萌發(fā)迅速，芽周和薯肉部位的酶活性均顯著增強(qiáng)，表明ABA處理能刺激馬鈴薯發(fā)芽后整薯的生理活性，促進(jìn)整薯能量物質(zhì)向芽體的轉(zhuǎn)運(yùn)，芽體質(zhì)量高，有望培育壯苗，是優(yōu)質(zhì)的種薯抑芽劑。而CIPC抑芽效果強(qiáng)，能有效降低塊莖休眠期的生理活性，因此在保鮮商品薯方面具有重要意義。

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Effect of plant growth regulators on germination and oxidase activity during storage of potato tubers

ZHONG Lei1, DENG Jun-Cai1, WANG Liang-Jun2, ZHENG Shun-Lin1, DOU Pan1, WANG Xing-Long1, YUAN Ji-Chao1*

1.KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminSouthwestofChina,MinistryofAgriculture,CollegeofAgronomy,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China; 2.AgriculturalExtensionStationofDongpoDistrictofMeishanCityinSichuan,Meishan620000,China

Studies on the effects of plant growth regulators on potato tubers during storage are important both for storing potatoes safely and for understanding the mechanisms of potato dormancy. In this research, the mid-to-longterm dormancy potato cultivar “Chuanyu 117” and the short-term dormancy cultivar “Favorita” were used as the experimental materials. Potato tubers were treated with three plant growth regulators: gibberellin A3(GA3), chlorpropham (CIPC), or abscisic acid (ABA) for 30 min. Then, tuber germination and the oxidase activity in tuber flesh and bud bases were evaluated during storage. The results showed that GA3shortened the germination time of “Chuanyu 117” and “Favorita” by 10.42% and 26.92%, respectively, compared with that in the control (CK). In contrast, ABA and CIPC prolonged the germination time of “Chuanyu 117” by 10.42% and 106.25% respectively, compared with that in the CK. The germination time of “Favorita” treated with ABA was prolonged by 23.08% compared with that in the CK, and the tubers treated with CIPC did not sprout. Moreover, ABA significantly reduced the dormancy amplitude and led to neat tuber sprouting. The polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) activities in tuber flesh and bud bases from cultivars with different degrees of dormancy increased and then decreased during the storage period. The peak activities of PPO and POD occurred during the bud-burst stage of germination, indicating that increased activity of PPO and POD represented physiological processes involved in the breaking of tuber dormancy and sprouting. The three plant growth regulators significantly affected the PPO and POD activities in bud bases and tuber flesh. The activities of PPO and POD in the bud bases were enhanced by GA3. The activities of oxidases in different parts of non-sprouting tubers were reduced by ABA and CIPC. Application of ABA led to increases in PPO and POD activities during dormancy release, especially in “Chuanyu 117”. These findings reveal some of the physiological mechanisms involved in the breaking of dormancy and acceleration of germination by GA3, and in the prolonging of dormancy by ABA and CIPC.

plant growth regulator; potato; storage period; germination; oxidase activities

10.11686/cyxb2016338

2016-09-06；改回日期：2016-12-29

國家科技支撐計(jì)劃(2012BAD06B0407)和四川省育種攻關(guān)配套項(xiàng)目(2011NZ0098-15-5)資助。

鐘蕾(1993-)，女，四川大邑人，在讀碩士。E-mail：zhonglei1205@163.com

*通信作者Corresponding author. E-mail: yuanjichao5@163.com

http://cyxb.lzu.edu.cn

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ZHONG Lei, DENG Jun-Cai, WANG Liang-Jun, ZHENG Shun-Lin, DOU Pan, WANG Xing-Long, YUAN Ji-Chao. Effect of plant growth regulators on germination and oxidase activity during storage of potato tubers. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(7): 147-157.