葉面噴施茉莉酸甲酯對馬鈴薯微型薯生長及產(chǎn)量的影響

楊天宇，韓小女，徐尤先，湯金香，展 康，吳勁松，王 蕾*

(1.中國科學院昆明植物研究所，云南 昆明 650201；2.宣威市馬鈴薯種薯研發(fā)中心，云南 宣威 655400；3.中國科學院大學，北京 100049)

馬鈴薯(Solanum tuberosum)塊莖形成與植物的內(nèi)源激素水平密切相關(guān)[1—5]。茉莉酸類植物激素是脂肪酸氧化后形成的植物內(nèi)源激素，包括茉莉酸(Jasmonic acid, JA)、茉莉酸-異亮氨酸(Jasmonoyl-isoleucine, JA-Ile)及茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)等，具有抑制植物生長、萌發(fā)，促進衰老，提高病蟲害抗性等生理功能[6]。研究發(fā)現(xiàn)，茉莉酸類激素還具有促進馬鈴薯塊莖形成的作用，特別是 JA羥基化衍生物 12-OH-JA及其糖苷12-O-Glc-JA[7]。在適宜馬鈴薯結(jié)薯的低溫及短日條件下，JA、12-OH-JA及12-O-Glc-JA積累增加[8]。當JA生物合成途徑中關(guān)鍵的脂氧合酶(Lipoxygenases, LOX)含量降低后，植物內(nèi)源JA水平下降，塊莖形成受到顯著抑制[9]。在體外培養(yǎng)條件下加入 JA能誘導結(jié)薯[10—12]。在霧培馬鈴薯生產(chǎn)過程中，在植株葉片上涂抹MeJA對馬鈴薯塊莖有一定誘導作用[13]。但是，葉片涂抹的施加方式并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

目前，馬鈴薯微型薯的生產(chǎn)主要有基質(zhì)法及霧培法兩種栽培方式，其中基質(zhì)法栽培是將脫毒試管苗或扦插苗定植于網(wǎng)室內(nèi)基質(zhì)中，可以不受季節(jié)限制，光、溫、水、肥均可實現(xiàn)人工調(diào)控，因此應用較為廣泛。

為此，本研究在基質(zhì)法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯的過程中，以不同頻率噴施MeJA于葉面，以明確外源茉莉酸提高馬鈴薯微型薯產(chǎn)量的施加方式。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘云薯 505’馬鈴薯(Solanum tuberosum‘Yunshu 505’)脫毒試管苗種植于山林土:珍珠巖=3:1基質(zhì)。主要試劑為MeJA(95%，西亞試劑)與表面活性劑吐溫-20[生工生物工程(上海)股份有限公司]。MeJA噴施液為100 μmol·L-1MeJA及0.1%吐溫-20水溶液；對照組噴施液為0.1%吐溫-20水溶液。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于 2018 年 3～9 月在宣威市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種業(yè)園7號棚進行，采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理組(T1、T2、T3、CK)(表 1)。脫毒試管苗移栽期為3月21日，種植密度70株·m-2，每處理種植10 m2，T3及CK處理額外種植50株用于茉莉酸含量測定。植株封行期、現(xiàn)蕾期、開花期分別為5月20日、6月15日、6月30日。在馬鈴薯塊莖形成前(7月3日)噴施于葉面，噴施頻率如表1，每次每處理共噴施4 L噴施液，直至種薯收獲前(8月14日)停止，處理時間為42 d。

表1 試驗設(shè)計Table 1 Experimental design

1.3 茉莉酸含量測定

馬鈴薯塊莖是從主莖底部發(fā)育的側(cè)向匍匐莖衍生而來的，在環(huán)境條件適合時匍匐莖頂端逐漸膨大形成塊莖，塊莖發(fā)育初期可分為四個階段：1階段時未膨大，頂端具有彎鉤結(jié)構(gòu)；2階段時塊莖開始膨大，直徑略粗于莖，約為1 mm；3階段時膨大部分形成球形，直徑達到莖的2倍，約為2 mm；4階段時莖頂端明顯膨大成橢圓形，直徑約為4 mm[14]。測定茉莉酸含量的塊莖樣品于噴施處理15 d后收集(7月18日)，每組共5個重復，每重復取10株，分塊莖發(fā)育的4個階段收集，共計40個樣品，每個樣品約100 mg。參考Luo等[15]的方法測定。樣品用液氮研磨至粉末狀，加入含20 ng·mL-1D6-JA的乙酸乙酯提取液1 mL并充分震蕩，13 000 r·min-1離心10 min (Eppendorf，Centrifuge 5424R)。收取上清液于真空濃縮儀(Eppendorf，Concentrator plus)在 30 ℃徹底蒸干上清液，再加入70%甲醇500 μL充分震蕩，13 000 r·min-1離心 10 min，取上清液并用高效液相色譜-質(zhì)譜儀(LCMS-8040 system, Shimadzu)測定。

1.4 馬鈴薯植株性狀與產(chǎn)量測定方法

在植株噴施處理30 d后測定株高、莖粗、葉綠素含量(SPAD)，并觀察統(tǒng)計苗勢、葉色、莖色、花色、株型、植株覆蓋度、花繁茂性、天然結(jié)實性及生育期[16—18]；數(shù)據(jù)測定均采用五點取樣法，每個點測4株并取平均值。2018年9月15日采收，每處理組連續(xù)取20株，計算平均單株結(jié)薯數(shù)及單株薯重；在每處理組種植區(qū)(10 m2)統(tǒng)計小區(qū)內(nèi)的總薯數(shù)、合格薯數(shù)、小薯數(shù)、合格薯重、小薯重及總薯重。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)并制圖，誤差線表示數(shù)據(jù)的標準誤，采用 Studentt-test進行差異比較并計算P值。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯塊莖形成中JA含量變化

馬鈴薯在塊莖形成初期JA含量快速上升，提示在此時期外源補充 JA可能增加馬鈴薯產(chǎn)量。由于MeJA在植物中可以快速轉(zhuǎn)化為JA[19]，且比其他茉莉酸類化合物便宜易得，故在基質(zhì)法生產(chǎn)微型薯的塊莖形成階段，以三種不同頻率噴施 100 μmol·L-1MeJA于植株葉面(表1)。為了明確葉面噴施 MeJA后，塊莖中內(nèi)源JA含量是否增加，進一步測定MeJA處理15 d后，T3組的內(nèi)源JA含量，并與CK組比較。結(jié)果顯示，T3處理組中塊莖發(fā)育4個階段的JA含量均有提升，1～4階段分別比對照高41%、37%、22%、25%。隨著莖端逐漸膨大，4個發(fā)育階段的‘云薯505’微型薯塊莖JA含量逐步增加(圖1)，CK組微型薯發(fā)育至4階段時JA含量達到1階段的3.1倍(圖1)，表明JA可能在馬鈴薯的塊莖形成中發(fā)揮重要作用。

圖1 馬鈴薯塊莖形成初期的4個階段內(nèi)源JA含量Fig. 1 JA contents in four stages of potato tuber initial formation

2.2 MeJA處理對馬鈴薯植株性狀的影響

MeJA處理結(jié)薯期植株葉片30 d后，T1、T3組的株高較CK組變化不大，T2組的株高較CK雖然有所增加，但未達顯著差異(圖2: A)，表明噴施MeJA處理對植株的株高影響不大；而3種頻率噴施MeJA處理的莖粗較CK分別增加22.4%、36.1%及15.7%，T2組與對照有顯著差異(圖2: B)；葉綠素含量僅T1組極顯著降低 20.1%(圖 2: C)，表明高頻率噴施MeJA會抑制植物光合作用。

圖2 MeJA處理對馬鈴薯株高、莖粗及葉綠素含量的影響Fig. 2 The effect of MeJA on plant height, stem diameter and chlorophyll content of potato

此外，三個噴施MeJA組的苗勢、葉色、莖色、花色、株型、植株覆蓋度、花繁茂性、天然結(jié)實性等植株性狀均與CK組無差異(表2)。T1與CK的生育期為121 d，比T2及T3少5 d，表明較低頻率噴施MeJA可延長馬鈴薯的生育期。

綜合植株生長數(shù)據(jù)及植株性狀可以看出，3種頻率噴施MeJA對馬鈴薯植株生長的影響較小，T1組植株葉綠素含量較低，說明該頻率噴施MeJA可能抑制植株生長。

表2 葉面噴施MeJA對馬鈴薯植株性狀及生育期的影響Table 2 Effects of foliar spraying MeJA on physiological characteristics and growth period of potato

2.3 MeJA處理對馬鈴薯單株產(chǎn)量及塊莖性狀的影響

每個處理組中連續(xù)取樣20株統(tǒng)計單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重、單株合格薯數(shù)及合格薯率。結(jié)果顯示，T1處理的單株結(jié)薯數(shù)大幅增加，達4.10粒，較對照組的2.60粒多57.69%，T2處理與T3處理分別為2.55粒、2.65粒，與CK相近；T1處理的單株薯重亦最大，為34.96 g，比CK的19.13 g多出82.75%，T2與T3處理分別為20.85 g、18.74 g，與CK相近。從單株合格薯數(shù)與合格率來看，T1處理的合格薯數(shù)最高，為3.00粒，較對照組1.80粒多66.67%，T2與T3處理分別為1.85 粒、1.80粒，與CK相近；合格率最高的為T1處理，達73.17%，比CK的69.23%多出3.94%，T2與T3的合格率分別比CK高出1.36%與0.58%，與CK相近(表3)。

觀察塊莖性狀發(fā)現(xiàn)，T1、T2、T3處理的匍匐莖長度、塊莖大小整齊度、薯形、皮色、肉色、薯皮類型、芽眼深淺、裂薯率、大薯空心率等各項性狀均與CK處理相同(表4)，說明3種頻率噴施MeJA均不影響塊莖形態(tài)和生長。

表3 葉面噴施MeJA對馬鈴薯單株產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of foliar spaying MeJA on yield of potato plant

表4 葉面噴施MeJA對馬鈴薯塊莖性狀的影響Table 4 Effects of foliar spaying MeJA on potato tuber traits

2.4 MeJA處理對馬鈴薯小區(qū)產(chǎn)量的影響

統(tǒng)計每個處理小區(qū)(10 m2)的產(chǎn)量顯示，T2、T3處理組均增加了小區(qū)內(nèi)馬鈴薯總重，其中以T3處理增幅最大，比CK增加16.36%，T3處理的單產(chǎn)量也最高，比CK增加12.11%。T1處理增加了單株結(jié)薯數(shù)(表3)，但其小區(qū)結(jié)薯個數(shù)比CK低得多，這是由于T1處理植株存活率最低，僅為45.57%，遠低于CK的87.29%，而T2、T3處理均提高植株的存活率，達 100.00%(表 5)。

表5 葉面噴施MeJA對馬鈴薯小區(qū)(10 m2)產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of foliar spaying MeJA on potato yield (10 m2)

3 討論

茉莉酸類植物激素具有促進馬鈴薯塊莖形成的作用[7]，但是如何將其應用于實際生產(chǎn)以提高馬鈴薯產(chǎn)量還不明確。在塊莖形成的起始階段，茉莉酸(JA)的合成基因LOX1在塊莖中的表達隨塊莖膨大急劇增加[9]，本實驗也發(fā)現(xiàn)，在塊莖形成的起始階段，JA在塊莖中積累增加(圖 1)，因此，在該階段外源增加JA可能有增產(chǎn)的效果。進一步通過葉面噴施MeJA，發(fā)現(xiàn)即使噴施頻率僅為每2天1次(T3)，塊莖中的內(nèi)源JA含量也顯著增加，特別是在塊莖膨大的起始階段，葉片噴施MeJA使內(nèi)源JA含量增加41%(圖1)。從單株結(jié)薯情況看，每天噴施2次MeJA明顯增加結(jié)薯個數(shù)，但顯著降低植株存活率，導致小區(qū)結(jié)薯總數(shù)降低。JA具有抑制植物生長的生理功能，也具有促進植物衰老的作用[20—22]，高頻率噴施MeJA處理可能導致植株提前衰老，每天噴施 2次MeJA處理的 SPAD值顯著低于對照也支持這一推測。而較低頻率噴施MeJA處理并不會增加植株死亡率，反而提高植物的存活率(表5)。綜合來看，每2 d噴施1次MeJA增產(chǎn)效果最為明顯，成本也最低。

以實驗中的濃度及頻率葉面噴施MeJA對植株的葉色、莖色、花色、株型、植株覆蓋度、花繁茂性及天然結(jié)實性等生長性狀均沒有影響。此外，馬鈴薯塊莖的各種性狀包括塊莖大小整齊度、薯形、皮色、肉色、薯皮類型、芽眼深淺、裂薯率、大薯空心率等也不受葉面噴施MeJA的影響。

總之，本研究探明了馬鈴薯塊莖形成初期內(nèi)源茉莉酸的含量，并明確使用MeJA提高基質(zhì)法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯產(chǎn)量的給入方式及劑量，為植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)茉莉酸應用于生產(chǎn)實踐提供了理論支撐。