不同光譜對馬鈴薯種薯品質(zhì)的影響

許建民 劉艷 顏志明 仇學(xué)文

摘要：以馬鈴薯品種轉(zhuǎn)心烏為試驗材料，研究純藍(lán)、藍(lán)紅1∶3、藍(lán)紅1∶5、藍(lán)紅1∶7和純紅光5種不同光譜對馬鈴薯種薯生產(chǎn)及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與藍(lán)光處理相比，紅光處理可以有效增加馬鈴薯株高、莖粗、單株塊莖鮮質(zhì)量及塊莖中可溶性蛋白質(zhì)和花青素含量;純藍(lán)光處理的塊莖可溶性糖、游離氨基酸、抗壞血酸和類胡蘿卜素含量顯著高于純紅光處理;純藍(lán)光處理的鈣、鐵和鋅含量高于純紅光處理，純紅光處理的鉀和鎂含量高于純藍(lán)光處理;藍(lán)紅1∶7處理下單株結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量在所有處理中最高，藍(lán)紅1∶5復(fù)合光譜處理的支鏈淀粉、直鏈淀粉和總淀粉含量，可溶性蛋白質(zhì)、鉀、鐵、鎂含量在所有處理中最高。在馬鈴薯種薯生產(chǎn)中選用藍(lán)紅1∶7的復(fù)合光譜可以增加馬鈴薯種薯產(chǎn)量，選用藍(lán)紅1∶5的復(fù)合光譜可以提高馬鈴薯種薯淀粉含量等品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;光譜;種薯;品質(zhì)

中圖分類號：S532.048文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2020）05-1105-07

Abstract： In this study Zhuanxinwu potato was used as the test material to study the effects of five different spectra of blue， blue-red 1∶3， blue-red 1∶5， blue-red 1∶7 and red on production and quality of seed potato. The results showed that compared with blue light treatment， red light treatment could effectively increase potato plant height， stem thickness， fresh weight of tubers per plant and contents of soluble protein and anthocyanins in the tubers. The contents of soluble sugar， free amino acids， ascorbic acid and carotenoid in the tubers under blue light treatment were significantly higher than those under red light treatment. The contents of Ca， Fe and Zn under blue light treatment were higher than those under red light treatment， and K and Mg contents under red light treatment were higher than those under blue light treatment. In all treatments， the number of tubers per plant and yield were the highest under blue-red 1∶7 treatment. The contents of amylopectin， amylose， total starch， soluble protein， K， Fe and Mg were highest under the blue-red 1∶5 treatment. In the production of seed potato， the composite spectrum of blue-red 1∶7 can increase the yield of seed potato， and the composite spectrum of blue-red 1∶5 can increase the quality of seed potato.

Key words：potato;spectra;seed potato;quality

馬鈴薯屬茄科茄屬，是世界第4大糧食作物[1]，傳統(tǒng)的繁殖方式主要依靠塊莖自留種，長期使用自留種會因病毒侵染而引起產(chǎn)量降低和品種退化。使用脫毒種薯可以有效解決以上問題，因此脫毒種薯生產(chǎn)在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中至關(guān)重要。脫毒種薯的生產(chǎn)主要包括莖尖脫毒、脫毒苗擴(kuò)繁和種薯生產(chǎn)3個階段。光環(huán)境會顯著影響植物的生長及發(fā)育，尤其是光譜成分的變化[2]。目前光譜對種薯生產(chǎn)影響的研究主要集中在脫毒組培育苗階段，光譜顯著影響馬鈴薯組培苗的生長[3]，遠(yuǎn)紅光和紅光會促進(jìn)組培苗的生長和腋芽的發(fā)生[4]，藍(lán)光會抑制組培苗的增高，但會增加葉片厚度[5]，合適的復(fù)合光比單色光更有利于馬鈴薯組培苗的生長[6-7]。馬鈴薯種薯的生產(chǎn)主要通過試管薯和脫毒組培苗在防蚜網(wǎng)室中生產(chǎn)2種方式，組培苗在網(wǎng)室中的生產(chǎn)又可以根據(jù)基質(zhì)的不同而分為霧培和基質(zhì)培2種。徐志剛等[8]發(fā)現(xiàn)，光譜通過調(diào)節(jié)馬鈴薯組培苗的形態(tài)發(fā)生和酶活性變化來影響碳氮化合物的合成、運輸和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響試管薯的生長。水培條件下單色藍(lán)光和紅光對種薯生長有脅迫作用，紅藍(lán)復(fù)合光（5∶1）有利于塊莖形成和膨大，且微型薯產(chǎn)量和成薯率最高[9]。目前缺乏基質(zhì)栽培條件下光譜對馬鈴薯種薯生產(chǎn)影響的研究。

紫色馬鈴薯轉(zhuǎn)心烏是馬鈴薯的變種，含有豐富的花青素[10]，是比普通馬鈴薯更具發(fā)展?jié)摿Φ募兲烊粻I養(yǎng)保健食品。本試驗主要研究紅光、藍(lán)光及不同比例紅藍(lán)光譜組合對馬鈴薯種薯生產(chǎn)的影響，以期為馬鈴薯種薯生產(chǎn)中的光源選擇提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計與方法

馬鈴薯品種為轉(zhuǎn)心烏，由江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院組培室提供。試驗在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工氣候室內(nèi)進(jìn)行，將馬鈴薯組培苗扦插在基質(zhì)為純蛭石的營養(yǎng)缽（營養(yǎng)缽直徑11.5 cm，高12.5 cm）中。設(shè)置5個光處理，分別為波長（455±10） nm的純藍(lán)光（B）、波長（660±10） nm的純紅光（R）、藍(lán)紅1∶3（B1R3）、藍(lán)紅1∶5（B1R5）和藍(lán)紅1∶7（B1R7），每個處理小區(qū)30盆。定植20 d后，每隔2 d噴施2% KH2PO4溶液1次。環(huán)境濕度控制在70%±10%，白天溫度為（25±2） ℃，夜間溫度為（15±2） ℃。前30 d光/暗周期為16 h/8 h，后60 d光/暗周期為8 h/16 h。使用杭州遠(yuǎn)方（EVERFINE）光譜彩色照度計（SPIC-200A）測定光譜，光照度設(shè)置為400 μmol/（m2·s）。

1.2測定方法

農(nóng)藝性狀按常規(guī)方法測定，統(tǒng)計1 g以上的單株結(jié)薯情況;用雙波長法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量[11]，淀粉總量為支鏈淀粉和直鏈淀粉含量之和;用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，用茚三酮指示法測定游離氨基酸含量，用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白質(zhì)含量[12];抗壞血酸含量測定參照曹建康等[13]的方法;丙酮石油醚浸提后用比色法測定胡蘿卜素含量[14];花青素含量測定采用pH示差法[15]。干樣用硝酸-雙氧水消解后用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）測定鉀、鎂、鐵、鋅、鈣等含量。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理分析采用SPSS 22.0軟件，進(jìn)行一維方差分析（ANOVA），采用Duncans法分析差異顯著性（P<0.05表示差異顯著）。

2結(jié)果與分析

2.1不同光譜對馬鈴薯種薯生長的影響

由表1可見，光譜成分的變化對馬鈴薯收獲時農(nóng)藝性狀的影響顯著。株高隨著光譜組合中紅光比例的增加而增加，R處理下株高最高，B處理下株高最低，最高株高與最低株高間差異顯著。R處理的莖粗同樣也大于B處理，復(fù)合光處理中莖粗同樣隨著紅光比例的增加而增加，而且B1R7處理的莖粗大于R和B處理的莖粗，可見合適的復(fù)合光有利于莖粗的增加。單株結(jié)薯數(shù)和單株塊莖鮮質(zhì)量是表征馬鈴薯田間產(chǎn)量的重要指標(biāo)，單株塊莖鮮質(zhì)量在B1R7處理下最高，與R和B處理差異顯著，R處理單株塊莖鮮質(zhì)量大于B處理，隨著復(fù)合光處理中紅光比例的增加，單株塊莖鮮質(zhì)量也相應(yīng)增加;單株結(jié)薯數(shù)以B1R7處理最高，達(dá)3.33個，B處理高于R處理，但幾種處理間（除B1R7處理）無顯著差異;種薯平均鮮質(zhì)量以B1R5處理最高，但與B1K3、B1R7處理無顯著差異，B1R3處理、B1R7處理與B處理之間無顯著差異，沒有隨著光譜中單色光比例的變化而顯著變化。

2.2不同光譜對馬鈴薯種薯淀粉含量的影響

部分光譜處理間馬鈴薯種薯中直鏈淀粉、支鏈淀粉及總淀粉含量差異顯著（圖1）。純紅光處理下直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量都最高，紅藍(lán)組合光譜處理中以紅藍(lán)5∶1處理的淀粉含量最高。5種光譜處理下直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量變化規(guī)律都是R>B1R5>B1R7>B1R3>B。在不同光譜處理下，馬鈴薯種薯中支鏈淀粉含量均大于直鏈淀粉含量。

2.3不同光譜對馬鈴薯種薯碳氮代謝產(chǎn)物含量的影響

光譜對馬鈴薯種薯中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、游離氨基酸含量的影響顯著（表2）。可溶性糖含量在B1R3處理下最高，B1R7處理下最低;可溶性蛋白質(zhì)含量在B1R5處理下最高，B1R3處理下最低;游離氨基酸含量在純藍(lán)光處理下最高，B1R7處理下最低。

2.4不同光譜對馬鈴薯種薯抗氧化物質(zhì)含量的影響

不同光譜處理后馬鈴薯種薯中抗壞血酸、類胡蘿卜素和花青素含量存在顯著差異（圖2）。純藍(lán)光處理的抗壞血酸含量顯著高于純紅光處理，復(fù)合光處理的抗壞血酸含量之間無顯著差異;純藍(lán)光處理的類胡蘿素含量高于純紅光處理，復(fù)合光處理中B1R3處理的類胡蘿卜素含量較高，B1R7處理次之，B1R5處理最低;純紅光處理的花青素含量高于純藍(lán)光處理，復(fù)合光處理下花青素含量隨著紅光比例的增加而增加，但B1R3處理與B1R5處理間無顯著差異，B1R7處理下的花青素含量在5種處理中最高。

2.5不同光譜對馬鈴薯種薯礦質(zhì)元素含量的影響

不同光質(zhì)處理對馬鈴薯種薯中礦質(zhì)元素含量的影響顯著（表3）。鉀含量在B1R5處理下最高，純紅光處理顯著高于純藍(lán)光處理，復(fù)合光處理間無明顯規(guī)律;純藍(lán)光處理的鈣含量最高，B1R5次之，其余3種光譜處理之間無顯著差異;B、B1R5和B1R7處理的鐵含量無顯著差異，但顯著高于B1R3和R處理;B1R5和R處理的鎂含量無顯著差異，但顯著高于B1R7、B1R3和B處理，B處理的鎂含量最低;B1R7處理的鋅含量最高，各處理的鋅含量排序為B1R7>B1R5>B>R>B1R3，各處理間無明顯規(guī)律。

3討論

3.1不同光譜對馬鈴薯生長的影響

光作為植物生長發(fā)育中的重要因子貫穿于植物整個生命周期，弱光可以調(diào)節(jié)植物形態(tài)的建成，強(qiáng)光可以影響植物的生長發(fā)育，光譜對植物生長的影響最為復(fù)雜，可見光波長范圍廣，影響植物生長的方方面面。本試驗中，R處理下株高最高，B處理下株高最低，與Liu等[16]和曹剛[17]的研究結(jié)果基本一致。紅光可以促進(jìn)莖的伸長，主要是由于紅光可以提高植株中吲哚乙酸含量，從而促進(jìn)株高的增加。單株結(jié)薯數(shù)和塊莖質(zhì)量是決定種薯產(chǎn)量的重要指標(biāo)，種薯大小會影響實際大田產(chǎn)量，一般情況下種薯大小與產(chǎn)量成正比，過大的種薯增產(chǎn)效果反而不明顯[18-19]，作為原原種擴(kuò)繁原種時一般推薦5 g左右為宜[20]，過小的種薯貯存的養(yǎng)分不足以提供其休眠和發(fā)芽期間的養(yǎng)分，且生長周期較長，容易受環(huán)境脅迫[21]。本試驗中B1R5處理下種薯平均鮮質(zhì)量最高，但單株結(jié)薯數(shù)較少;B1R7處理的單株結(jié)薯數(shù)較多，種薯平均鮮質(zhì)量在9 g左右，比較符合原原種的推薦指標(biāo)。綜合單株結(jié)薯數(shù)和種薯平均鮮質(zhì)量2個指標(biāo)，B1R7處理有利于提高馬鈴薯種薯的產(chǎn)量。唐道彬等[9]的馬鈴薯霧培試驗結(jié)果顯示，藍(lán)光會引起葉片早衰，B1R5有利于種薯生長，與本試驗結(jié)果略有差異，主要是由于品種的不同，轉(zhuǎn)心烏是高山品種，葉片中富含花青素，花青素可以有效緩解環(huán)境脅迫[22]。

3.2不同光譜對馬鈴薯碳氮代謝產(chǎn)物含量的影響

淀粉等糖類化合物和蛋白質(zhì)是種子儲藏的主要物質(zhì)，這些物質(zhì)在種子發(fā)芽時會被分解為小分子化合物并運輸?shù)脚哐恐欣?。馬鈴薯種薯雖然不是植物學(xué)上的種子，但仍需要淀粉等化合物在發(fā)芽過程中和葉片未具備光合能力之前為植株生長提供養(yǎng)分。馬鈴薯淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，支鏈淀粉的含量高于直鏈淀粉，不同光譜處理沒有改變此比例，但對2種淀粉的含量存在顯著影響。馬鈴薯淀粉合成和積累與關(guān)鍵酶活性有關(guān)。馬鈴薯塊莖中淀粉結(jié)構(gòu)與ADP-glucose 焦磷酸化酶有關(guān)[23]。彭波等[24]的研究結(jié)果顯示，直鏈淀粉含量與淀粉合成酶（GBSS）活性呈正相關(guān)關(guān)系，與可溶性淀粉合成酶（SSS）和淀粉分支酶（SBE）活性變化呈相反趨勢。本研究中純紅光處理下支鏈淀粉含量、直鏈淀粉含量和淀粉總含量均高于其他處理?？赡芘c紅光影響GBSS、SSS和SBE活性有關(guān)，也可能與馬鈴薯生長過程中淀粉的合成和轉(zhuǎn)運有關(guān)，需要進(jìn)一步研究。

種子發(fā)芽時，蛋白質(zhì)會在蛋白酶的作用下分解成游離氨基酸，然后以酰胺的形式運輸?shù)脚咻S供植物生長使用，因此蛋白質(zhì)和氨基酸含量是馬鈴薯種薯品質(zhì)的影響因子之一。在對番茄[25]、蘿卜芽苗菜[26]、香椿芽苗菜[27]等多種蔬菜的研究中發(fā)現(xiàn)，紅光有利于可溶性糖含量增加。Li等[28]研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以促進(jìn)植物碳水化合物的代謝，提高碳水化合物含量。碳氮化合物的積累可能受到藍(lán)光感受器的控制，而這種途徑與光合作用無關(guān)[29]。但本試驗中，純紅光處理的馬鈴薯塊莖中可溶性蛋白質(zhì)含量高于純藍(lán)光處理，純藍(lán)光處理可溶性糖和游離氨基酸含量高于純紅光處理，與前人研究結(jié)果不一致。前人的研究對象主要集中在葉片，葉片既是光合作用的源又是庫，光合作用過程中不涉及光合產(chǎn)物的長距離輸送，而本研究對象是塊莖，光合產(chǎn)物從葉片合成到塊莖儲存還涉及轉(zhuǎn)運，光質(zhì)除了影響光合產(chǎn)物的合成外，可能還影響光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運。

3.3不同光譜對馬鈴薯種薯抗氧化物質(zhì)含量的影響

光在許多抗氧化劑如維生素C、類胡蘿卜素和花青素的合成中起著重要的作用?？寡趸镔|(zhì)有助于馬鈴薯度過貯藏期的不利環(huán)境。用藍(lán)光處理轉(zhuǎn)色期的番茄果實可以增加抗壞血酸含量[30]。本試驗中，在純藍(lán)光處理下馬鈴薯塊莖維生素C含量最高，幾種組合光質(zhì)處理次之，紅光處理最低，與前人研究結(jié)果一致。秦愛國等[31]認(rèn)為馬鈴薯中抗壞血酸積累的水平取決于半乳糖內(nèi)酯脫氫酶（GalLDH）和脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）的活性，但目前還沒有關(guān)于光質(zhì)對這2種酶活性影響的研究報道。

花青素可以提高植物的抗凍、抗旱和抗氧化能力，因此有助于馬鈴薯種薯的貯藏[22]。藍(lán)光是調(diào)控番茄花青素合成的有效光質(zhì)，補(bǔ)充藍(lán)光可以增加生菜葉片中的花青素含量[32-33]。單色藍(lán)光可增加查爾酮合酶（CHS）活性和促進(jìn)二氫黃酮醇還原酶（DFR）基因的表達(dá)[34]。Ensminger等[35]報道，藍(lán)光能促進(jìn)歐芹等植物細(xì)胞質(zhì)苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性，紅光則具有抑制作用。本試驗中B1R7處理下花青素含量最高，單色光和另外幾種光質(zhì)組合處理間無顯著差異，與前人結(jié)果不同。這可能是因為光質(zhì)除影響花青素的合成外，還影響花青素的匯集與貯存，花青素的運輸和積累也會影響馬鈴薯塊莖中花青素的含量。

類胡蘿卜素是多種天然色素的總稱，常見的有β-胡蘿卜素、玉米黃素、番茄紅素和葉黃素等[36-38]。Lefsrud等[39]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光可以增加蔬菜中類胡蘿卜素含量;藍(lán)光處理的不結(jié)球白菜中類胡蘿卜素含量高于紅藍(lán)光及純紅光處理[40];Alba等[41]發(fā)現(xiàn)，紅光可以增加番茄果實中番茄紅素含量;紅光可以增加豌豆苗葉片中β-胡蘿卜素含量[42]。本試驗中B1R3處理的類胡蘿卜素含量最高，與純藍(lán)光處理無顯著差異，顯著高于純紅光處理，證明藍(lán)光能增加馬鈴薯塊莖中的類胡蘿卜素含量。類胡蘿卜素的多樣性決定了光質(zhì)對其影響結(jié)果的復(fù)雜性，不同物種間類胡蘿卜素積累具有鮮明的特異性，因此紅光和藍(lán)光對類胡蘿卜素含量的影響不同。

3.4不同光譜對馬鈴薯種薯礦質(zhì)元素含量的影響

礦質(zhì)元素可以滿足種薯發(fā)芽時對礦質(zhì)元素的需求。本試驗中，純藍(lán)光下的鈣、鐵和鋅含量高于純紅光處理，純紅光處理下的鉀和鎂含量高于純藍(lán)光處理，除鈣外，鐵、鋅、鉀和鎂含量在復(fù)合光處理下最大。許莉等[43]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光更有利于提高葉用萵苣鎂、鋅、銅、錳等礦質(zhì)元素的含量。陳曉麗等[44]研究發(fā)現(xiàn)，紅光有利于水培生菜礦質(zhì)元素的吸收，紅藍(lán)復(fù)合光處理下多種礦質(zhì)元素的累積量達(dá)到最大值。Amoozgar等[45]發(fā)現(xiàn)，與藍(lán)光相比，紅光處理下生菜中鉀、鐵、鋅和銅含量顯著增加。Kopsell等[46]研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理下西蘭花芽苗菜中鉀、鐵、鋅、銅和鎂含量顯著高于紅藍(lán)復(fù)合光處理。光譜對蔬菜礦質(zhì)元素含量的影響因種類不同而存在不同表現(xiàn)[47]，說明不同植物在同一光譜下礦質(zhì)元素吸收和代謝的響應(yīng)機(jī)制可能不同。

4結(jié)論

光譜顯著影響馬鈴薯種薯的生長。與藍(lán)光處理相比，紅光處理可以有效增加馬鈴薯株高、莖粗、單株塊莖鮮質(zhì)量和塊莖中支鏈淀粉、直鏈淀粉、總淀粉、可溶性蛋白質(zhì)和花青素含量。純藍(lán)光處理的可溶性糖、游離氨基酸、抗壞血酸和類胡蘿卜素含量顯著高于純紅光處理;純藍(lán)光處理的鈣、鐵和鋅含量高于純紅光處理，純紅光處理的鉀和鎂含量高于純藍(lán)光處理。復(fù)合光譜中紅光比例偏高更有利于馬鈴薯種薯的生長，種薯生產(chǎn)中最重要的種薯平均鮮質(zhì)量和單株結(jié)薯數(shù)2個指標(biāo)均以B1R7處理最佳;而對淀粉含量、蛋白質(zhì)含量等貯存指標(biāo)或生理指標(biāo)而言，B1R5處理較好?？赡茉贐1R5和B1R7 2種光譜組合中間存在一個更佳組合，需要進(jìn)一步研究，可以肯定的是合適的復(fù)合光譜會比單色光更有利于馬鈴薯種薯生長。

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（責(zé)任編輯：張震林）