植物源香芹酮對青薯9號原種的貯藏效果評價

葛 霞，李守強(qiáng)，田甲春，李 梅，程建新，田世龍

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所,甘肅 蘭州 730070）

馬鈴薯是世界四大糧食作物之一，也是重要的工業(yè)原料和飼料作物，對世界糧食安全和扶貧等方面具有非常重要的意義。我國馬鈴薯產(chǎn)量位居世界第一，但其生產(chǎn)主要還是以家庭農(nóng)戶為單位進(jìn)行小規(guī)模操作運(yùn)行，由于缺乏科學(xué)有效的貯藏方法和技術(shù)，導(dǎo)致我國每年至少有15%～30%的馬鈴薯在貯藏期間因發(fā)芽加快馬鈴薯生理老化、失水、腐爛而造成品質(zhì)劣變，經(jīng)濟(jì)損失巨大。特別是種薯如貯存在通風(fēng)不良、不能控溫的自然通風(fēng)窖中，過早打破休眠導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量下降[1]。氯苯胺靈（CIPC）是目前國內(nèi)外最常用的商品薯抑芽劑[2]，因其抑芽作用不可逆，不能用于種薯的抑芽。一些植物精油對馬鈴薯具有抑制或誘導(dǎo)發(fā)芽的特性，Shukla等[3]研究發(fā)現(xiàn)，玫瑰草和阿育魏實精油可抑制馬鈴薯發(fā)芽，檸檬草和丁香精油可誘導(dǎo)馬鈴薯發(fā)芽。Teper-bamnolker等[4]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的薄荷精油可促進(jìn)馬鈴薯發(fā)芽，而高濃度的薄荷精油則抑制馬鈴薯發(fā)芽。S-(+)-香芹酮是從植物葛縷子草（Carum carvi L.）的種子精油中提取出的一種具有揮發(fā)性的單萜類化合物，因其對馬鈴薯中的3-羥甲基戊二酰輔酶A還原酶具有可逆抑制作用，因此香芹酮可作為一種種薯抑芽劑使用[5-6]，但將其作為馬鈴薯種薯抑芽劑方面的研究尚少。本試驗采用香芹酮處理種薯，總劑量為0.6 mL/kg，每6周處理一次，每次處理劑量0.2 mL/kg，在種植前停藥6周，對青薯9號原種進(jìn)行貯藏保鮮試驗，通過考察香芹酮對種薯貯藏期間失重、發(fā)芽、腐爛等情況以及生理和田間種植指標(biāo)的影響，對香芹酮在種薯上的貯藏效果進(jìn)行評價，以期為馬鈴薯種薯貯藏保鮮新技術(shù)的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

供試馬鈴薯材料為青薯9號原種，由甘肅一航薯業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司提供；S-(+)-香芹酮（含量≥98%），武漢大華偉業(yè)醫(yī)藥化工有限公司生產(chǎn)；脫落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和吲哚乙酸(IAA)標(biāo)樣，美國Sigma公司生產(chǎn)；甲醇、乙腈和乙酸，天津光復(fù)化學(xué)試劑公司生產(chǎn)；液相色譜測試用水為超純水，其余使用二次蒸餾水。

1.1.2 儀器與設(shè)備

L-1200高效液相色譜儀，配備Agilent G1356D MWD紫外檢測器，美國Agilent公司；Cary-100紫外-可見分光光度計，美國Agilent公司；電子數(shù)顯卡尺，上海恒量量具有限公司。

1.2 方法

1.2.1 貯藏處理

青薯9號原種采收后運(yùn)至馬鈴薯恒溫貯藏庫，挑除腐爛、帶病蟲害的塊莖，在溫度18～20℃、相對濕度85%～95%的環(huán)境下愈合2周。種薯木栓化完全后，根據(jù)不同的試驗處理進(jìn)行分組貯藏。

香芹酮處理總劑量為0.6 mL/kg，每6周處理一次，即分別在貯藏0周、6周、12周進(jìn)行香芹酮藥劑處理，每次處理劑量為0.2 mL/kg。試驗處理在尺寸1.8 m×1.0 m×1.0 m的木箱中進(jìn)行，木箱底部配備內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，木箱外使用塑料布包裹，以達(dá)到試驗密閉處理的效果。依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2789—2015《薯類貯藏技術(shù)規(guī)范》[7]適宜貯藏量的推薦要求，貯藏木箱內(nèi)散裝入750 kg挑揀好的種薯，薯堆上方使用托盤并鋪好濾紙，每次在濾紙上加入香芹酮150 mL，之后扎緊塑料布，打開箱底部內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)作業(yè)24 h，密閉7 d后打開塑料布對種薯進(jìn)行通風(fēng)0.5 h，再扎緊塑料布，打開箱底部內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)0.5 h。每周對薯堆進(jìn)行1～2次通風(fēng)，以保證種薯足夠的氧氣交換。同時以不做任何藥劑處理為對照（CK），每個處理3組重復(fù)。

CK和香芹酮處理的貯藏箱分開放置，貯藏溫度為（10±1）℃。貯藏18周后，將種薯裝于網(wǎng)袋中置于通風(fēng)干燥處充分散除藥劑，繼續(xù)貯藏至24周后進(jìn)行田間種植。

1.2.2 貯藏指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定

分別在貯藏0、6、12、18、24周考察種薯失重率、發(fā)芽率和平均芽長，在貯藏末期24周考察貯藏腐爛率；分別在貯藏0、18、24周考察種薯中內(nèi)源激素IAA、GA3、ABA的含量；在貯藏24周統(tǒng)計種薯腐爛率并考察種薯中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)的含量。

1.2.3 田間種植試驗

分別在定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗基地和天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中梁試驗站進(jìn)行田間種植試驗。試驗采用露地平播方式，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個處理重復(fù)種植3個小區(qū)，每個小區(qū)按5行20株種植，重復(fù)間設(shè)走道1.0 m。小區(qū)長6.67 m，寬3 m，面積20 m2。馬鈴薯株距0.33 m，行距0.6 m，播種密度3 333株/667 m2。分別考察香芹酮對種薯田間種植后的物候期、田間性狀（出苗率、株高和主莖數(shù)）、產(chǎn)量、商品薯率以及收獲后馬鈴薯品質(zhì)（干物質(zhì)、還原糖、粗淀粉、VC、粗蛋白）的影響。

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 失重率

每組處理固定30個種薯裝入網(wǎng)袋中進(jìn)行定期稱重。分別測定網(wǎng)袋中種薯的初始質(zhì)量（m1）與貯藏一段時間后的質(zhì)量（m2）。

1.2.4.2 發(fā)芽率

每組隨機(jī)取30個種薯進(jìn)行測定。貯藏期間種薯塊莖芽長大于2 mm時判定為發(fā)芽，發(fā)芽率為發(fā)芽塊莖數(shù)占塊莖總數(shù)的百分比[8]。

1.2.4.3 平均芽長

每組隨機(jī)取30個種薯進(jìn)行測定。使用游標(biāo)卡尺測量每個種薯頂芽的長度，測量后取其平均值。

1.2.4.4 腐爛率

按腐爛種薯的質(zhì)量占統(tǒng)計種薯總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計算。

1.2.4.5 內(nèi)源激素的提取與測定

參照程建新等[9]的測定方法并稍微修改。每組隨機(jī)取種薯20個，使用打孔器取以種薯芽眼為中心，取直徑1 cm、長1 cm的塊莖樣品。稱取約0.1 g上述樣品放入研缽中加液氮磨碎，加入1.0 mL甲醇-水-冰醋酸（80∶20∶1，V/V/V）混合溶液，4℃浸提過夜。8 500 r/min離心10 min，離心后取出上清液，氮吹將有機(jī)溶劑去除。用0.1 mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)pH至2～3，用乙酸乙酯萃取3次，合并乙酸乙酯相，氮吹至干。最后用甲醇定容至0.5 mL，使用針頭式過濾器（0.22μm）過濾于帶有內(nèi)襯管的樣品瓶內(nèi)待測。ABA、IAA、GA3的含量采用高效液相色譜法（HPLC）進(jìn)行測定。色譜柱為Kromasil C18反相色譜柱（250 mm×4.6 mm,5μm），流動相為甲醇∶乙酸水溶液（1.0%）＝40∶60（V/V），測試條件為：紫外檢測器，波長254 nm，流速0.8 mL/min，柱溫35℃，走樣時間40 min。

1.2.4.6 生理指標(biāo)

每組隨機(jī)取種薯20個，取種薯整薯樣品。SOD活性：采用核黃素-NBT光化還原法[10]進(jìn)行測定；CAT活性：采用H2O2紫外吸收法[11]進(jìn)行測定；MDA含量：采用硫代巴比妥酸法[12]進(jìn)行測定；Pro含量：采用磺酸性茚三酮法[13]進(jìn)行測定。

1.2.4.7 田間調(diào)查指標(biāo)和馬鈴薯采后品質(zhì)

參照文獻(xiàn)[14]中的方法進(jìn)行測定。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行分析與作圖，并計算標(biāo)準(zhǔn)誤差。采用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 香芹酮對青薯9號原種失重率的影響

圖1為不同處理青薯9號原種失重率的變化，種薯失重率隨貯藏時間的延長而上升。種薯貯藏過程中造成質(zhì)量損失的主要原因是因塊莖的發(fā)芽而造成的，此外還有水分散發(fā)、呼吸及其他生理代謝進(jìn)程而引起的質(zhì)量損失。在整個貯藏期間，CK失重率顯著高于香芹酮處理（P＜0.05）。貯藏0～18周，香芹酮處理失重率曲線緩慢上升，說明香芹酮處理期間種薯質(zhì)量損失緩慢，貯藏18周進(jìn)行停藥處理后，香芹酮處理失重率曲線變陡。24周貯藏期結(jié)束時，CK失重率為11.59%，香芹酮處理失重率為5.75%，說明香芹酮處理可延緩貯藏期間種薯的質(zhì)量損失。

圖1 香芹酮處理對青薯9號原種失重率的影響Fig.1 Effects of carvone treatments on weight loss rates of‘Qingshu 9’seed potatoes

2.2 香芹酮對青薯9號原種的發(fā)芽調(diào)控

貯藏期間不同處理種薯發(fā)芽率和平均芽長變化見圖2，根據(jù)種薯發(fā)芽情況統(tǒng)計結(jié)果，CK貯藏6周后平均芽長達(dá)4.08 mm，發(fā)芽率為60.0%，說明此時CK種薯休眠被打破而呈萌芽狀態(tài)，而此時香芹酮處理的種薯未見發(fā)芽；貯藏到18周時，CK和香芹酮處理芽長分別為33.59 mm和1.18 mm，發(fā)芽率分別為100%和3.33%，說明香芹酮處理可顯著抑制貯藏期間種薯的發(fā)芽（P＜0.05），延長種薯的休眠期，這可能是因為香芹酮的分子結(jié)構(gòu)決定了它親脂性的生物活性，可損傷芽組織的細(xì)胞膜，使芽尖變黑，從而抑制種薯發(fā)芽（圖3右上）；貯藏18周進(jìn)行停藥處理后，香芹酮處理的種薯逐漸開始發(fā)芽，貯藏24周時，CK、香芹酮處理的芽長分別為85.83 mm、4.98 mm，發(fā)芽率均達(dá)100%，說明進(jìn)行停藥處理6周后香芹酮不影響種薯薯芽的再次萌出，香芹酮對塊莖發(fā)芽具有可逆性抑制，且芽長可達(dá)到適宜種薯種植時的理想芽長（5 mm左右），這種香芹酮的處理方式可對種薯具有很好的發(fā)芽調(diào)控作用。

圖2 香芹酮處理對青薯9號原種發(fā)芽率（A）和平均芽長（B）的影響Fig.2 Effects of carvone treatments on germination rates(A)and average sprout lengths(B)of‘Qingshu 9’seed potatoes

圖3 香芹酮處理對青薯9號原種的發(fā)芽調(diào)控效果Fig.3 Effects of carvone treatments on sprouting regulations of‘Qingshu 9’seed potatoes

2.3 香芹酮對青薯9號原種腐爛率的影響

貯藏24周統(tǒng)計了各處理種薯的腐爛率（圖4），結(jié)果表明CK腐爛率高達(dá)42.23%，而香芹酮處理的種薯腐爛率為6.84%，顯著低于CK（P＜0.05），說明香芹酮處理可在一定程度上抑制種薯腐爛，減少貯藏?fù)p失，這可能是因為香芹酮對種薯一些貯藏病害病原有抑制作用[15]。

2.4 香芹酮對青薯9號原種IAA、GA3、ABA水平的影響

圖4 香芹酮處理對青薯9號原種腐爛率的影響Fig.4 Effects of carvone treatments on rotting rates of‘Qingshu 9’seed potatoes

塊莖的休眠發(fā)芽是由內(nèi)源激素促進(jìn)和抑制作用共同調(diào)控完成的，可通過使用外源物質(zhì)改變或調(diào)節(jié)特定內(nèi)源激素水平與平衡來調(diào)節(jié)塊莖的休眠[16]。ABA是最早發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)和維持馬鈴薯塊莖休眠的激素[17]，其含量在塊莖處于深度休眠狀態(tài)較高，隨著塊莖休眠解除大幅下降。圖5A為不同處理對種薯ABA含量的影響，可以看出CK和香芹酮處理的ABA含量均呈整體降低的趨勢，在貯藏0～18周時香芹酮處理的種薯ABA下降比CK緩慢，貯藏18周時CK和香芹酮處理的ABA含量分別為1.99、2.30μg/g，說明香芹酮處理可延緩種薯ABA水平的降低。

圖5 香芹酮處理對青薯9號原種ABA(A)、GA3(B)、IAA(C)含量的影響Fig.5 Effects of carvone treatments on ABA(A),GA3(B)and IAA(C)contents of‘Qingshu 9’seed potatoes

GA3對于打破馬鈴薯休眠，促進(jìn)馬鈴薯萌發(fā)具有重要作用[18]，內(nèi)源GA3在塊莖休眠期間含量很低，在頂芽快要萌發(fā)的時候其含量較高。圖5B為不同處理對種薯GA3含量的影響，從圖中CK的GA3曲線可以看出，CK在貯藏初期GA3含量最高，隨著貯藏時間的延長其含量逐漸降低，可能是因為CK在貯藏初期種薯薯芽就有萌發(fā)的趨勢，而香芹酮處理的GA3曲線呈先升高后降低的趨勢，這可能是因為香芹酮處理18周進(jìn)行停藥處理后，隨著種薯中香芹酮含量的降低薯芽逐漸萌發(fā)，GA3含量及萌芽達(dá)到最大，說明香芹酮推遲了GA3峰值出現(xiàn)的時間，延長了種薯的休眠期。

IAA對打破休眠后塊莖芽的生長有調(diào)控作用[19]，隨著休眠打破，種薯逐漸發(fā)芽，IAA水平也將提高。從圖5C可以看出，隨著貯藏時間的延長，CK處理種薯IAA含量逐漸增加，而經(jīng)香芹酮處理的種薯IAA含量則呈先降低后增加的趨勢，即停藥前降低，停藥后增加，說明香芹酮在施藥期間抑制了種薯發(fā)芽，延長了種薯休眠期，其IAA水平較低；而18周停藥后到24周香芹酮處理種薯的IAA含量又升高，休眠打破，薯芽萌發(fā)，證實了香芹酮對種薯抑芽的可逆性與發(fā)芽的可調(diào)控性。

2.5 香芹酮對青薯9號原種SOD、CAT、MDA和Pro的影響

SOD在植物抗氧化系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，它在植物體內(nèi)能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞中超氧化物陰離子自由基O2·和H2O2的濃度，以防止對細(xì)胞膜系統(tǒng)造成傷害[20]。CAT是催化H2O2分解成氧和水的酶，存在于細(xì)胞的過氧化物體內(nèi)，作為細(xì)胞中的抗氧化防御酶，在植物受外界環(huán)境脅迫時，可以清除由于植物體內(nèi)活性氧代謝加強(qiáng)而產(chǎn)生的H2O2，CAT受到H2O2誘導(dǎo)，終止進(jìn)一步生物自由基連鎖反應(yīng)，是植物重要的酶促防御系統(tǒng)之一，此外在馬鈴薯萌芽、發(fā)芽時，塊莖中CAT活性明顯降低，H2O2含量明顯增加[21]。由表1可見，貯藏24周時，香芹酮處理的SOD和CAT活性顯著高于CK，說明種薯經(jīng)香芹酮處理后SOD和CAT活性增加，延緩了種薯的生理老化，使得CAT清除H2O2能力較CK增強(qiáng)。MDA是植物衰老過程中膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，常被用來評價細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害的程度[22]，其含量的增加是塊莖逐漸發(fā)生衰老的標(biāo)志。貯藏末期香芹酮處理種薯中的MDA含量為6.61 nmol/g FW，顯著低于CK（P＜0.05），說明香芹酮通過延長種薯休眠、抑制種薯發(fā)芽，延緩了種薯的生理老化，降低了種薯中膜脂過氧化程度和MDA積累程度。Pro是植物體內(nèi)最重要和有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，當(dāng)植物受到脅迫時，細(xì)胞內(nèi)的Pro會增加以抵抗植物受到傷害。貯藏24周時，香芹酮處理的種薯Pro含量為240.91μg/g FW，顯著高于CK（P＜0.05）。Coleman等[23]曾研究指出塊莖中Pro的含量與ABA水平呈正相關(guān)，在塊莖發(fā)芽時，ABA水平降低，Pro含量也會降低。因此香芹酮誘導(dǎo)了Pro含量的增加，提高了塊莖中ABA的水平，延長了種薯的休眠期，延緩了塊莖的生理老化。

表1 不同處理種薯的SOD、CAT活性及MDA、Pro含量（貯藏24周）Table 1 Antioxidant enzymes SOD,CAT activities and MDA,Pro contents of seed potatoes after different treatments

2.6 香芹酮對青薯9號種薯田間種植的影響

由表2可見，青薯9號原種在定西、天水兩地種植后，同一種植地點不同處理的出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期和成熟期大體一致，用香芹酮處理種薯后，整個物候期沒有明顯差異。

CK和香芹酮處理種薯種植后的田間性狀和產(chǎn)量指標(biāo)見表3。同一種植地點，CK和香芹酮處理的種薯田間出苗率、主莖數(shù)沒有顯著差異；定西大田試驗香芹酮處理的株高為83.30 cm，顯著高于CK（P＜0.05）；天水大田試驗CK的單株薯數(shù)顯著多于香芹酮處理（P＜0.05），而單株薯質(zhì)量顯著低于香芹酮處理（P＜0.05）；天水香芹酮處理的商品薯率最高，為79.83%；定西、天水兩地香芹酮處理的產(chǎn)量分別比CK高7.63%、9.46%，但與CK相比均未達(dá)到顯著性差異。

表4為不同處理對采后馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的影響，可以看出香芹酮處理采后馬鈴薯的干物質(zhì)、粗蛋白、粗淀粉、VC和還原糖與CK相比沒有顯著性差異。綜上，香芹酮在貯藏期間對種薯進(jìn)行抑芽保鮮處理后，對種薯后期的田間種植無不良影響。

表2 不同處理種薯種植后的田間物候期Table 2 Phenological stages of potatoes under different treatments after planting

表3 不同處理種薯種植后的田間性狀及產(chǎn)量指標(biāo)Table 3 Field traits and yields of potatoes under different treatments after planting

表4 不同處理對采后馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different treatments on nutritional qualities of post-harvest potatoes

3 結(jié)論

種薯貯藏不同于商品薯貯藏，由于希望其在貯藏期間既能減少因發(fā)芽而造成的貯藏?fù)p失，又不影響其后期的馬鈴薯生產(chǎn)種植，因此不能使用抑芽作用不可逆的馬鈴薯抑芽劑。本研究采用香芹酮總劑量為0.6 mL/kg，每6周處理1次，每次處理劑量0.2 mL/kg，在種植前停藥6周的處理方式，對馬鈴薯原種的大量貯藏具有較好的保鮮效果。研究表明，通過香芹酮的施藥與停藥來調(diào)控種薯中內(nèi)源激素ABA、GA3和IAA水平，在香芹酮作用于種薯期間阻礙了IAA、GA3的合成，促進(jìn)ABA的合成，從而顯著抑制種薯發(fā)芽，延長種薯的休眠期；進(jìn)行停藥處理后，將香芹酮作用移除后，IAA、GA3合成不再受抑制而增加，ABA水平降低，休眠被解除，薯芽被激發(fā)而萌發(fā)至適宜種植芽長，并且對田間性狀、產(chǎn)量和采后馬鈴薯品質(zhì)無不良影響；此外，與對照相比，香芹酮處理降低了貯藏過程中種薯的失重率和腐爛率，使種薯中SOD、CAT保持較高活性，降低了種薯中MDA的積累和膜脂過氧化程度，延緩了種薯的生理老化，并誘導(dǎo)Pro含量的增加，提高種薯中ABA水平，使種薯休眠期延長。因此，香芹酮可作為一種馬鈴薯種薯貯藏發(fā)芽調(diào)控劑，以解決我國馬鈴薯種薯貯藏過程中因設(shè)施簡陋、貯藏保鮮技術(shù)不足而導(dǎo)致的發(fā)芽問題，減少貯藏?fù)p失，在種薯貯藏保鮮方面具有較好的潛在應(yīng)用價值。