冷藏期間3種獨(dú)蒜蘭碳水化合物及激素含量變化

張藝祎， 李云霞， 駱 亮， 彭東輝， 吳沙沙

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州 350002； 2.福建農(nóng)林大學(xué)海峽蘭花保育中心，福建福州 350002)

獨(dú)蒜蘭屬(PleioneD. Don)是蘭科(Orchidaceae)具有較高觀賞價(jià)值的一個(gè)屬，該屬全球有近30種，中國分布有25種[1]。因其花大色艷，常被作為小型盆栽花卉觀賞[2]。獨(dú)蒜蘭屬植物分布于高海拔地區(qū)，春花類11月葉落后進(jìn)入休眠，需經(jīng)過冬季低溫休眠才能完成花發(fā)育及解除休眠。該屬植物僅臺灣獨(dú)蒜蘭(P.formosana)低溫休眠過程中的生理生化變化得到了詳細(xì)的研究和報(bào)道，其他的相關(guān)研究甚少[3]。本試驗(yàn)探究低溫貯藏過程中艷花獨(dú)蒜蘭、云南獨(dú)蒜蘭和黃花獨(dú)蒜蘭假鱗莖中碳水化合物和內(nèi)源激素的變化規(guī)律，為明確獨(dú)蒜蘭屬植物的休眠機(jī)理、改善假鱗莖的貯藏技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用的艷花獨(dú)蒜蘭、云南獨(dú)蒜蘭和黃花獨(dú)蒜蘭，均為我國原產(chǎn)，將3種獨(dú)蒜蘭屬植物假鱗莖在(4±1)℃冷庫中貯藏，分別在貯藏0、30、60、90、120、150 d時(shí)，隨機(jī)選取同種植物假鱗莖3個(gè)，在冰上將假鱗莖剪碎混勻，每個(gè)樣品稱量0.5 g左右。用錫箔紙分別包好置于液氮速凍30 min，保存于-80 ℃冰箱中備用。

1.2 試驗(yàn)方法

參照王晶英等的蒽酮-硫酸法[4]稍加調(diào)整測定可溶性糖和淀粉含量；采用間苯二酚法測定蔗糖含量；采用酶聯(lián)免疫法(ELISA)測定IAA、ZR、ABA、GA34種激素的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖形繪制，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件中對結(jié)果進(jìn)行方差分析，并使用Duncan’s法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳水化合物含量變化

2.1.1 可溶性糖含量變化 由圖1可知，貯藏期間黃花獨(dú)蒜蘭可溶性糖含量最高，艷花獨(dú)蒜蘭次之，云南獨(dú)蒜蘭最低。艷花獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏期間可溶性糖含量變化不大，貯藏90 d時(shí)達(dá)到最高，為2.16 mg/g，顯著高于低溫處理初期，120 d顯著降低，至 150 d 又顯著增加；黃花獨(dú)蒜蘭可溶性糖含量呈單峰變化，貯藏30 d達(dá)到最大值，為3.11 mg/g，30 d后變化不顯著；云南獨(dú)蒜蘭可溶性糖含量呈波狀起伏，貯藏150 d時(shí)達(dá)到最大值，為1.51 mg/g，顯著高于貯藏60 d時(shí)含量水平。

2.1.2 淀粉含量變化 由圖2可知，低溫貯藏期間3種獨(dú)蒜蘭屬植物淀粉含量均有降低趨勢。貯藏前黃花獨(dú)蒜蘭淀粉含量最高，為 11.39 mg/g，至60 d時(shí)顯著降低，為3種獨(dú)蒜蘭屬植物中最低，貯藏90 d時(shí)顯著增加，120 d時(shí)顯著降低，至 150 d 又顯著增加，為三者中最高；艷花獨(dú)蒜蘭淀粉含量在貯藏120 d時(shí)較貯藏前顯著降低，150 d時(shí)顯著增加，與貯藏前相當(dāng)水平。云南獨(dú)蒜蘭淀粉含量在貯藏120 d時(shí)含量較貯藏60 d時(shí)顯著降低，至150 d變化不明顯。

2.1.3 蔗糖含量變化 由圖3可知，3種獨(dú)蒜蘭屬植物在低溫貯藏期間蔗糖含量基本呈上升趨勢，處理前期云南獨(dú)蒜蘭蔗糖含量最高，為0.45 mg/g，艷花獨(dú)蒜蘭和黃花獨(dú)蒜蘭含量相當(dāng)，貯藏150 d時(shí)黃花獨(dú)蒜蘭最高，為0.72 mg/g，其余2種含量相當(dāng)。在貯藏120 d之前，艷花獨(dú)蒜蘭蔗糖含量無明顯變化，貯藏150 d時(shí)顯著升高，達(dá)到0.48 mg/g；黃花獨(dú)蒜蘭含量在低溫貯藏 90 d 時(shí)顯著高于貯藏前，150 d達(dá)到最高值；云南獨(dú)蒜蘭假鱗莖中蔗糖含量在120 d時(shí)顯著高于30、60、90 d時(shí)，達(dá) 0.61 mg/g。

2.1.4 還原糖含量變化 由圖4可知，3種獨(dú)蒜蘭屬植物中黃花獨(dú)蒜蘭在各貯藏時(shí)期還原糖含量最高，云南獨(dú)蒜蘭最低。艷花獨(dú)蒜蘭在貯藏90 d時(shí)顯著高于30 d；黃花獨(dú)蒜蘭在貯藏30 d時(shí)顯著增加，達(dá)最大值，為2.98 mg/g，30 d后顯著降低且保持不變；云南獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏期150 d時(shí)還原糖含量較處理60、120 d顯著增加。

2.2 激素含量變化

2.2.1 IAA含量變化 由圖5可知，低溫期間3種獨(dú)蒜蘭中艷花獨(dú)蒜蘭的IAA含量變化幅度最大，云南獨(dú)蒜蘭變化最?。黄渲衅G花獨(dú)蒜蘭呈波狀變化，即先上升后下降再上升后下降，低溫貯藏60 d時(shí)IAA含量顯著高于處理初期水平，達(dá)到96.17 ng/g FW，90 d時(shí)IAA含量較60 d顯著降低，120 d時(shí)顯著上升，150 d時(shí)顯著降低，相比處理初期未有明顯變化，維持動態(tài)平衡；黃花獨(dú)蒜蘭在貯藏120 d時(shí)IAA含量顯著高于貯藏30 d時(shí)，至150 d時(shí)與貯藏前水平相當(dāng)；云南獨(dú)蒜蘭在貯藏30、60 d時(shí)較處理前期顯著降低，貯藏120 d時(shí)較60、90 d 時(shí)顯著增加，150 d時(shí)相比貯藏120 d時(shí)顯著降低，呈單峰變化趨勢。

2.2.2 ZR含量變化 由圖6可知，3種獨(dú)蒜蘭屬植物ZR含量相比于IAA含量較少。艷花獨(dú)蒜蘭貯藏前后ZR含量均最少，黃花獨(dú)蒜蘭貯藏前、后均最高。艷花獨(dú)蒜蘭在貯藏期間含量先升高后降低再升高又降低，呈波狀變化，貯藏120 d時(shí)達(dá)最高值，為9.68 ng/g FW，150 d時(shí)顯著降低，與處理初期水平相當(dāng)；黃花獨(dú)蒜蘭在貯藏期間先下降后上升，貯藏30 d時(shí)顯著降低，150 d時(shí)顯著升高，在低溫貯藏期間維持動態(tài)平衡；云南獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏期間先降低再上升后降低，貯藏30 d時(shí)顯著降低， 60、90 d 時(shí)均顯著上升 ，貯藏90～120 d時(shí)維持較高水平，在150 d時(shí)ZR含量較貯藏前顯著降低。

2.2.3 ABA含量變化 由圖7可知，3種獨(dú)蒜蘭屬植物在貯藏初期ABA含量相當(dāng)，在貯藏150 d期間變化幅度不大。艷花獨(dú)蒜蘭貯藏30 d時(shí)含量顯著增加，30 d后未有明顯變化；黃花獨(dú)蒜蘭貯藏120 d時(shí)達(dá)到峰值，為49.94 ng/g FW，150 d時(shí)顯著降低；云南獨(dú)蒜蘭在貯藏前60 d時(shí)顯著增加，150 d時(shí)相較于貯藏90 d顯著降低；貯藏150 d時(shí)云南獨(dú)蒜蘭含量最低，艷花獨(dú)蒜蘭和黃花獨(dú)蒜蘭相當(dāng)。

2.2.4 GA3含量變化 由圖8可知，3種獨(dú)蒜蘭屬植物在貯藏期間GA3含量變化趨勢均不相同，且3種獨(dú)蒜蘭GA3相較于IAA、ABA含量較少。艷花獨(dú)蒜蘭呈先增加后降低的變化趨勢，貯藏30 d時(shí)顯著增加，90 d時(shí)較貯藏30 d增加顯著，且達(dá)到最高水平，為8.21 ng/g FW，貯藏150 d時(shí)顯著降低；黃花獨(dú)蒜蘭在貯藏150 d后較貯藏前顯著增加；云南獨(dú)蒜蘭GA3含量在貯藏30 d時(shí)顯著降低，貯藏120 d時(shí)較30 d顯著增加。

3 討論與結(jié)論

春花類獨(dú)蒜蘭在秋天落葉后進(jìn)入休眠狀態(tài)，未解除休眠的假鱗莖種植后不能正常發(fā)芽，低溫貯藏能夠有效解除獨(dú)蒜蘭假鱗莖休眠。休眠期間，假鱗莖外部形態(tài)變化不明顯，但其內(nèi)部已發(fā)生著復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，其中碳水化合物是獨(dú)蒜蘭假鱗莖在低溫期間積累的重要貯藏物質(zhì)，也是休眠解除過程的信號物質(zhì)，其代謝成為人們研究假鱗莖休眠與萌發(fā)的突破口[5]。常見的可溶性碳水化合物有葡萄糖、果糖和蔗糖，淀粉是最常見的多糖[6]，其中淀粉和蔗糖是變態(tài)器官主要的積累形式[7]。不同植物碳水化合物代謝存在差異，番茄(Lycopersiconesculentum)果實(shí)和甘蔗(Saccharumofficinarum)莖中主要是以蔗糖作為貯藏物質(zhì)，而百合(Liliumsp.)鱗莖主要是以淀粉作為貯藏物質(zhì)，其中可溶性糖的主要成分是蔗糖[8]。Xia等指出總可溶性糖含量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以作為休眠解除的生理標(biāo)志[9]；Leyva等探究東方百合(Liliumorientalhybrid)冷藏解除休眠時(shí)與可溶性糖含量變化關(guān)系，表明可溶性總糖含量變化標(biāo)志著百合休眠解除[10]。本試驗(yàn)在低溫貯藏過程中艷花獨(dú)蒜蘭、黃花獨(dú)蒜蘭和云南獨(dú)蒜蘭的可溶性糖含量均存在顯著的升高趨勢，蔗糖在可溶性糖中占比高，3種獨(dú)蒜蘭蔗糖含量在低溫貯藏期間與可溶性糖含量變化趨勢一致，總體呈明顯的上升趨勢，與劉艷萍研究百合鱗莖低溫過程中可溶性碳水化合物含量提高的結(jié)果[11]相一致。艷花獨(dú)蒜蘭可溶性糖含量在貯藏90 d時(shí)達(dá)到峰值，黃花獨(dú)蒜蘭30 d時(shí)即上升至最高值，云南獨(dú)蒜蘭150 d時(shí)才達(dá)到最大值。前人研究表明，可溶性糖含量達(dá)到峰值為種球打破休眠的臨界點(diǎn)，由此可知，3種獨(dú)蒜蘭解除休眠所需時(shí)間長度為云南獨(dú)蒜蘭>艷花獨(dú)蒜蘭>黃花獨(dú)蒜蘭。筆者所在課題組前期以艷花獨(dú)蒜蘭、黃花獨(dú)蒜蘭和云南獨(dú)蒜蘭為研究對象，探討3種獨(dú)蒜蘭形態(tài)變化與蛋白變化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)它們在貯藏60～90 d 時(shí)新芽開始萌動且POD活性降低，貯藏120～150 d新芽伸長[12]，與本試驗(yàn)可溶性糖含量升高趨勢相符，表明新芽開始萌動及伸長過程中可溶性糖大量積累。其中，黃花獨(dú)蒜蘭在貯藏各時(shí)期可溶性糖含量最高，云南獨(dú)蒜蘭各時(shí)期可溶性糖含量最低，可能與其休眠深度相關(guān)，初步猜測是不同種之間的差異，具體原因還需進(jìn)一步研究。

淀粉是百合鱗莖內(nèi)主要的貯藏物質(zhì)，低溫打破百合鱗莖休眠的過程中會發(fā)生“低溫糖化”作用，即淀粉大量水解，同時(shí)可溶性糖積累[8]。植物在低溫條件下為了維持正常的生理代謝活動，必須不斷消耗貯藏養(yǎng)分。3種獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏期間可溶性糖、蔗糖以及還原糖含量均呈現(xiàn)上升趨勢，僅淀粉含量明顯下降。艷花獨(dú)蒜蘭和云南獨(dú)蒜蘭在貯藏120 d淀粉含量顯著下降，二者可溶性糖含量在低溫貯藏150 d顯著上升；黃花獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏60 d降低顯著，其蔗糖含量在低溫貯藏90 d上升顯著，3種獨(dú)蒜蘭淀粉含量變化趨勢與可溶性糖變化趨勢正好相反，這與滕蕙蘭等研究的冷藏期臺灣獨(dú)蒜蘭淀粉和可溶性糖變化趨勢[13]一致，與本課題組前期研究結(jié)果4 ℃低溫冷藏60～90 d時(shí)新芽開始萌動相符，表明在新芽萌動期間淀粉大量水解成可溶性糖為其生命活動提供能量。這與臺灣獨(dú)蒜蘭假鱗莖肥大過程中淀粉和可溶性糖含量變化趨勢[14]正好相反。研究表明，貯藏器官在低溫下常導(dǎo)致可溶性碳水化合物的積累[15]。由此可知，獨(dú)蒜蘭假鱗莖的主要貯藏物質(zhì)是淀粉，這與百合鱗莖貯藏物質(zhì)相一致。

內(nèi)源激素天然存在于植物內(nèi)。目前，人們廣泛地認(rèn)為植物的休眠是由植物內(nèi)源激素所調(diào)控的，是內(nèi)源抑制物和促進(jìn)物之間平衡的結(jié)果[11]。一般認(rèn)為，植物內(nèi)源激素赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)和玉米素核苷(ZR)為生長促進(jìn)型激素，而脫落酸(ABA)為生長抑制型激素。赤霉素(GA)是被廣泛證實(shí)的萌發(fā)促進(jìn)物，主要生理作用是促進(jìn)莖的伸長，此外，還有打破休眠、促進(jìn)種子發(fā)芽以及誘導(dǎo)植物開花的作用。低溫誘導(dǎo)百合鱗莖，隨著低溫處理時(shí)間的延長，鱗片中GA類物質(zhì)的活性逐漸提高，鱗莖萌發(fā)時(shí)間縮短[16]。生長素(IAA)主要生理作用是促進(jìn)側(cè)根和不定根的形成，促進(jìn)胚芽鞘和莖的生長[17]；玉米素核苷(ZR)是植物體內(nèi)存在的一種天然的游離態(tài)細(xì)胞分裂素，有研究表明，ZR可能是促進(jìn)百合鱗莖萌發(fā)的因素之一[18]；植物體內(nèi)的脫落酸(ABA)是被廣泛證實(shí)的萌發(fā)抑制物，在逆境條件下會迅速增多，有促進(jìn)休眠、抑制萌發(fā)的作用[19]。

3種獨(dú)蒜蘭在低溫貯藏期間內(nèi)源激素IAA、GA3、ABA、ZR含量均發(fā)生了明顯的變化，說明獨(dú)蒜蘭假鱗莖的休眠并非單純?nèi)Q于某一促進(jìn)物或抑制物含量的高低，而是包括4種內(nèi)源激素在內(nèi)的多種因素共同作用的結(jié)果。4種激素的變化趨勢明顯反映出低溫下假鱗莖休眠解除的過程。3種獨(dú)蒜蘭IAA、GA3、ABA含量在低溫期間均呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，ZR含量呈現(xiàn)波狀變化。其中IAA和GA3變化趨勢與可溶性糖變化趨勢相一致，艷花獨(dú)蒜蘭中IAA和GA3在低溫貯藏90～120 d均顯著增加；黃花獨(dú)蒜蘭IAA和GA3在低溫貯藏120～150 d顯著增加；云南獨(dú)蒜蘭IAA和GA3在低溫貯藏120 d顯著增加，由此可知內(nèi)源IAA和GA3對3種獨(dú)蒜蘭假鱗莖休眠的解除有促進(jìn)作用；3種獨(dú)蒜蘭中ABA含量的變化幅度較小，在貯藏60 d前，即新芽未開始萌動時(shí)，三者的ABA含量均顯著增加，當(dāng)可溶性糖含量變化出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，即休眠開始解除時(shí)，僅黃花獨(dú)蒜蘭ABA含量呈現(xiàn)顯著降低，艷花獨(dú)蒜蘭和云南獨(dú)蒜蘭二者無顯著變化，可見ABA在獨(dú)蒜蘭屬低溫貯藏前期有顯著的促進(jìn)休眠的作用，這與鄭國生等證實(shí)ABA是促進(jìn)牡丹芽體休眠，解除休眠的抑制物[20]相一致。但本研究中證實(shí)ABA并不是獨(dú)蒜蘭屬植物解除休眠的主要物質(zhì)；3種獨(dú)蒜蘭中ZR含量相比IAA、ABA較少，在其蔗糖含量顯著增加時(shí)，對應(yīng)3種獨(dú)蒜蘭ZR含量均明顯降低，與IAA和GA3作用效果相反，存在負(fù)相關(guān)性，少量的ZR含量即對獨(dú)蒜蘭假鱗莖的休眠解除有較大的影響，證明了ZR是獨(dú)蒜蘭屬植物解除休眠的主要抑制物，與孫紅梅等研究的低溫期間百合鱗莖內(nèi)ZR與IAA、ABA呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性結(jié)論[18]一致。

艷花獨(dú)蒜蘭、黃花獨(dú)蒜蘭和云南獨(dú)蒜蘭4 ℃低溫貯藏下以其可溶性總糖含量達(dá)到峰值作為其休眠解除的依據(jù)，則3種獨(dú)蒜蘭休眠解除休眠所需時(shí)間長度為云南獨(dú)蒜蘭﹥艷花獨(dú)蒜蘭﹥黃花獨(dú)蒜蘭；3種獨(dú)蒜蘭在新芽開始萌動及伸長過程中淀粉大量水解，可溶性糖大量積累，維持其生理代謝活動，表明淀粉是獨(dú)蒜蘭屬假鱗莖的主要貯藏物質(zhì)；內(nèi)源激素IAA、GA3、ABA和ZR共同作用調(diào)節(jié)獨(dú)蒜蘭屬假鱗莖休眠，其中IAA和GA3是休眠解除的主要促進(jìn)物，ABA是主要的休眠促進(jìn)物質(zhì)，與IAA和GA3作用效果相反，是獨(dú)蒜蘭屬植物解除休眠的主要抑制物。

致謝：感謝李淑嫻碩士研究生在樣品采集和測定過程中給予的幫助。

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