不同殺秧時間對馬鈴薯周皮形態(tài)及生理變化的影響

王 亮，陳 熙，白宇皓，楊志國，趙迎麗

（山西農業(yè)大學（山西省農業(yè)科學院）食品科學與工程學院（農產品貯藏保鮮研究所），山西 太原 030031）

2015 年以來，農業(yè)部等國家相關部門提出馬鈴薯主糧化、主食化的國家戰(zhàn)略決策[1-2]，馬鈴薯產業(yè)得到了前所未有的政策、資金與科技的支持，產業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢[3]。與其他主糧作物相比，由于馬鈴薯自身水分含量大，易腐、易發(fā)芽、容易發(fā)生病害，在采后環(huán)節(jié)的損失巨大，其中塊莖機械損傷是造成損失最直接、最主要的原因[4]。Molema 等[5]對美國馬鈴薯產業(yè)調查認為，馬鈴薯塊莖在收獲和流通環(huán)節(jié)會發(fā)生不同程度的損傷，其中70%的塊莖機械損傷是收獲造成的。當前條件下收獲的馬鈴薯約20%都有傷痕，每年運輸和貯藏造成的損傷會使15%的馬鈴薯腐爛[6]。如何降低采后損傷是馬鈴薯研究領域的熱點問題，其中采前適時殺秧技術就是解決這一問題的有效方法[7-8]。但實際生產中一些技術環(huán)節(jié)沒有得到應有的重視，采前適時殺秧技術就是其中之一。殺秧作為一種收獲前的管理措施，不僅可以加速塊莖成熟、薯皮老化，增強耐性，而且還有利于控制種薯塊莖大小，減少病害傳播等。馬鈴薯采前殺秧是國外發(fā)達國家馬鈴薯種植業(yè)以及國內種薯企業(yè)在馬鈴薯收獲前的重要操作環(huán)節(jié)[9]，但該技術在生產上的應用不足，造成產業(yè)鏈下游的貯運環(huán)節(jié)損失巨大。

目前，馬鈴薯殺秧技術領域的研究較多是圍繞殺秧設備機械的研發(fā)和使用效果[10-11]，對產量、耐貯性和抗病性方面的研究也有報道[12-14]，但關于殺秧措施對塊莖表皮發(fā)育狀況，以及殺秧后貯藏期間塊莖表皮的生理變化的研究較少。本文在研究了不同殺秧時間對馬鈴薯產量、收獲品質和貯藏效果影響的同時，通過對采收時表皮損傷率、周皮微觀結構，以及與周皮形成相關生理指標變化的探究，綜合反映不同殺秧時間對采收時和貯藏期間塊莖品質的短期與長期影響，從而確定最適殺秧時間，并提供可靠的技術參數(shù)，促進采前殺秧技術在生產中的廣泛應用。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

山西省主栽優(yōu)勢馬鈴薯品種“青薯9 號”，試驗基地在山西省臨汾市蒲縣昕源薯業(yè)有限公司種薯繁育場。試驗樣品于2020 年10 月26 日采收，選擇植株健康，塊莖無病蟲害，大小適中，無畸形的一級種薯作為試材。

愈創(chuàng)木酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、三氯乙酸、硼酸、苯丙氨酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、巰基乙醇、乙醇、正己烷、溴乙酰、冰乙酸、氫氧化鈉、鹽酸羥胺，上述試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

A 11 分析用研磨機，德國IKA 公司；HC-2518R型高速冷凍離心機，安徽中科中佳科學儀器有限公司；Ultrospec2000 型紫外可見分光光度計，英國Pharmacic-Biotech（Biochrom）公司；74-S 雙面刀片，上海吉列有限公司；S8 APO 體視顯微鏡，德國徠卡公司。

1.2 方法

1.2.1 處理方法

本試驗設置3 個處理（見表1），采用隨機區(qū)組設計，以不殺秧薯塊為對照。每個處理種植5 行，長40 m，行距0.75 m，株距0.30 m，3 次重復。試驗馬鈴薯于5 月20 日播種，殺秧方式為機械殺秧，除殺秧環(huán)節(jié)不同外，其余管理同大田，分別在10 月12 日、10月19 日進行殺秧，10 月26 日收獲，各處理使用機械采收，并統(tǒng)計產量、大中薯率，測定塊莖表皮擦傷程度以及周皮微觀結構。

表1 殺秧處理Table 1 Seedling killing treatment

收獲當日運回試驗冷庫，置于（5±0.5）℃、相對濕度80%～90%條件下貯藏150 d。貯藏期間每30 d 測定1 次塊莖的呼吸強度、失重率、腐爛率、塊莖表皮苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性、過氧化物酶（PPO）活性、木質素含量等生理指標，重復3 次；并分別在貯藏0 d和150 d 對各處理的塊莖表皮剖面組織進行微觀結構拍照。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 產量

收獲后測定單株產量和大中薯率，塊莖的級別劃分標準為：單個薯塊達150 g 以上的為大薯，75～150 g為中薯，75 g 以下為小薯。大中薯率（%）=（總產量-小薯產量）/總產量×100。

1.2.2.2 淀粉含量

采用水比重法[15]測定，每個材料重復測定3 次，結果取平均值。

1.2.2.3 表皮擦傷程度

參照張建華等[16]方法，統(tǒng)計損傷塊莖表面擦傷點或區(qū)域數(shù)，用排水法計量塊莖的體積，用損傷點數(shù)/塊莖體積表示表皮擦傷程度。隨機選擇經過擦傷統(tǒng)計的50 個塊莖取平均值。

1.2.2.4 塊莖表皮剖面結構觀察

參照梁偉等[17]的方法取樣，將塊莖采用雙面刀片垂直傷口表面切出厚度0.2～0.3 mm 的薄片。將切片置于載玻片上，滴加蒸餾水并蓋上蓋玻片在體視顯微鏡下觀察拍照。

1.2.2.5 表皮組織生化取樣

參照Jiang 等[18]的方法并作適當修改。在塊莖創(chuàng)面處取厚度為2 mm 帶皮塊莖組織，并用直徑5 mm打孔器取帶皮組織圓片作為樣品，用液氮速凍并研磨成粉后裝入50 mL 離心管，保存于-80 ℃超低溫冰箱。

1.2.2.6 PAL 活性

參照Liu 等[19]的方法并作適當修改。以每小時內吸光度變化0.01 為1 個酶活性單位（U）。每個樣品重復測定3 次，結果取平均值。

1.2.2.7 POD 活性

稱取樣本研磨粉1.0 g 加10 mL pH 7.8 的磷酸緩沖液充分搖勻，冷凍離心30 min（10 000 r/min），取上清液冷藏備用。采用愈創(chuàng)木酚法[20]測定POD 的活性，以470 nm 下每分鐘增加0.1 為一個酶活單位（U），每個樣品重復測定3 次，結果取平均值。

1.2.2.8 木質素含量測定參照Morrison 等[21]的方法并略作修改。木質素含量以OD280·g-1FW 為單位。

1.2.2.9 失重率與腐爛率

參考王潔等[22]的方法，計算公式如下：

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 不同殺秧時間對馬鈴薯產量、大中薯率、淀粉含量及表皮損傷程度的影響

由表2 可見，隨著殺秧時期的提前，單位面積產量和大中薯率呈遞減的趨勢。與對照CK 相比，殺秧處理組的產量和大中薯率均有不同程度的降低，其中，T1、T2 處理較CK 產量分別下降了8.39%和4.31%，大中薯率分別下降了3.56 和1.27 個百分點，表明不同殺秧時間對馬鈴薯的產量和大中薯率影響較大。馬鈴薯塊莖中的淀粉含量隨著殺秧時間的提前也呈下降趨勢，T1、T2 處理的淀粉含量低于對照，分別下降了1.18 和0.86 個百分點。表皮擦傷程度的數(shù)值越大表示表皮擦傷敏感性越高，損傷越嚴重[16]。表皮擦傷程度隨殺秧時間的提前呈遞減趨勢，T1、T2 處理的塊莖擦傷程度與CK 相比，分別下降了44.66%和10.68%，說明采前14 d 殺秧有利于薯皮老化，可有效降低采收機械對薯塊的傷害。

表2 不同殺秧時間馬鈴薯產量、大中薯率、淀粉含量以及表皮擦傷程度的多重比較Table 2 Multiple comparisons of potato yield,percentage of large and medium potatoes,starch content and degree of epidermal abrasion with different seedling killing time

2.2 不同處理對馬鈴薯塊莖呼吸強度的影響

馬鈴薯塊莖的呼吸強度是反映馬鈴薯采后代謝速率的重要生理指標。如圖1 所示，貯藏期間，馬鈴薯塊莖的呼吸強度呈先下降后緩慢上升的趨勢，并且隨著采前殺秧時間的提前，貯藏初期塊莖的呼吸強度隨之降低，其中T1 處理組中塊莖的呼吸強度始終低于CK、T2 處理。在貯藏120 d 后，各處理組間呼吸強度均呈明顯上升趨勢，并且處理間差異不顯著?？梢姡煌瑲⒀頃r間造成貯藏初期馬鈴薯塊莖呼吸強度差異較為顯著，在塊莖進入休眠期后的貯藏后期影響逐漸減弱。

圖1 不同處理對馬鈴薯塊莖呼吸強度的影響Fig.1 Effect of different treatments on respiratory intensity of potato tubers

2.3 不同處理對馬鈴薯表皮PAL 活性的影響

PAL 是木質素合成途徑中的一種關鍵酶，是木質素合成的中早期酶，并且許多研究證實PAL 活性變化與植物抗病性密切相關，是植物抗病性的一個生理指標[23-24]。如圖2 所示，因采前殺秧時間不同，各組在貯藏開始時PAL 活性呈顯著差異（P＜0.05），貯藏30 d時，各組酶活性迅速上升，其中CK 組的酶活性最高，達53.32 U·mg-1，而T1、T2 處理組的PAL 活性分別為29.36 U·mg-1和44.86 U·mg-1；貯藏30 d 后，各處理PAL 活性呈下降趨勢，CK 與T2 處理變化趨勢接近，且始終高于T1 處理，在貯藏150 d 時，CK、T1 和T2 處理PAL 活性分別為29.91、24.41、27.89 U·mg-1，且各處理間呈顯著差異（P＜0.05）。說明機械采收造成的表皮損傷促進了馬鈴薯表皮中PAL 活性的上升，并且隨著殺秧時間的提前，不僅降低了采收時的PAL活性，也降低了貯藏期間酶活性峰值，這可能與提前殺秧促進了塊莖表皮發(fā)育，進而降低了采收時的機械損傷有關。

圖2 不同處理對馬鈴薯表皮PAL 活性的影響Fig.2 Effect of different treatments on PAL activity of potato epidermis

2.4 不同處理對馬鈴薯表皮POD 活性的影響

POD 是軟木脂和木質素合成的關鍵酶，在H2O2參與下通過氧化交聯(lián)參與了軟木脂和木質素的聚合[25]。由圖3 可知，貯藏期間馬鈴薯表皮POD 活性總體呈前期迅速上升，后期緩慢下降的趨勢。貯藏初期，各處理間POD 活性存在一定差異，CK 組中POD 活性最高為223.44 U·mg-1。貯藏30 d 時，各組POD 活性迅速上升，CK、T1 和T2 分別為445.29、353.41、388.67U·mg-1，處理T1 和T2 此時達到最大值，CK 在貯藏60 d 時酶活性達到最高，為468.88 U·mg-1。此后各處理酶活性出現(xiàn)不同程度的下降，除CK 下降速率較快外，T1 和T2處理的酶活性變化幅度趨緩，基本維持在300 U·mg-1上下，直到貯藏結束各處理POD 活性逐漸接近。說明不同殺秧時間不僅影響采收時馬鈴薯表皮POD 活性，還會影響貯藏期間酶活性變化趨勢，CK 組中POD 活性始終高于其他處理，可能是由于薯皮成熟度低，擦傷程度嚴重造成的。

圖3 不同處理對馬鈴薯表皮POD 活性的影響Fig.3 Effect of different treatments on POD activity of potato epidermis

2.5 不同處理對馬鈴薯塊莖表皮木質素含量的影響

木質素是構成植物細胞壁的成分之一，具有連接細胞的作用，一般認為木質素是與細胞壁機械強度密切相關的一類特殊化合物[26]。如圖4 所示，貯藏期間，馬鈴薯塊莖表皮木質素含量始終呈上升趨勢，貯藏初期，CK、T1 和T2 馬鈴薯表皮木質素含量分別為0.427、1.231、0.835 OD280·g-1FW，說明不同殺秧時間造成不同處理間采收時塊莖表皮木質素含量的顯著差異，其含量隨殺秧時間的提前而增加；貯藏期間T1 處理中塊莖表皮木質素含量始終高于CK 和T2 處理，在貯藏150 d 時，CK、T1 和T2 組表皮木質素含量分別為1.840、2.203、2.027 OD280·g-1FW，分別是貯藏初期含量的4.31、1.79 和2.43 倍，說明貯藏期間木質素含量增加明顯。此外，在貯藏0～60 d，對照CK、T2 處理中木質素含量增長速率更快，逐漸接近T1 處理，但在整個貯藏期間始終低于T1 處理。這可能與貯藏前期CK、T2 處理中薯皮的PAL、POD 活性高于T1 處理，加速了木質素的合成有關。

圖4 不同處理對馬鈴薯塊莖表皮木質素含量的影響Fig.4 Effect of different treatments on lignin content of potato tuber epidermis

2.6 不同處理對馬鈴薯失重率和腐爛率的影響

失重率和腐爛率均是反映馬鈴薯采后貯藏效果的重要指標。如圖5A 所示，在整個貯藏過程中，馬鈴薯塊莖失重率呈上升趨勢，T1、T2 處理始終低于CK，在貯藏150 d 時各處理中馬鈴薯塊莖失重率達到最大值，CK、T1 和T2 處理分別為7.93%、5.15%和5.95%，且處理間差異顯著（P＜0.05）。由圖5B 可知，在貯藏期間，馬鈴薯塊莖的腐爛率也呈上升趨勢，并且隨殺秧時間的提前腐爛率呈顯著降低趨勢，貯藏150 d 時CK、T1 和T2 處理中馬鈴薯塊莖的腐爛率分別為6.67%、13.33%、23.33%，各組間呈顯著差異（P＜0.05）?？梢?，適時提前殺秧促進了馬鈴薯塊莖周皮角質化程度的增加，形成很好的塊莖保護屏障，在阻隔塊莖內部水分流失的同時，也顯著降低馬鈴薯塊莖致病菌的侵染，降低腐爛損失。

圖5 不同處理對馬鈴薯失重率（A）和腐爛率（B）的影響Fig.5 Effects of different treatments on weight loss rate(A)and decay rate(B)of potato

2.7 不同殺秧時間對塊莖周皮微觀形態(tài)的影響

馬鈴薯塊莖最外層都被周皮所覆蓋，其重要的功能就是保護塊莖免受環(huán)境脅迫。從薯塊周皮組織微觀結構照片（圖6A、圖6B 和圖6C）發(fā)現(xiàn)，采收時薯塊周皮細胞水分含量大，并且細胞飽滿，且各處理間表皮木栓層結構差異顯著，其中CK 組中（圖6A）馬鈴薯表皮幼嫩，尚未成熟的活躍初生周皮（軟木形成層）的細胞壁薄且呈放射狀，最外側表皮木栓化不明顯，幾乎無角質層；而T2 處理（圖6C）中表皮角質層厚度有所增加，約為20 μm，但木栓層厚度不均勻，說明薯皮發(fā)育尚不完全；T1 處理（圖6B）中薯塊表皮明顯形成相對均勻厚實的木栓層，約為30 μm，這是采收時塊莖表現(xiàn)出較低擦傷程度的主要原因。

貯藏150 d 時，如圖6D、6F 所示，CK、T2 處理馬鈴薯表皮細胞中水分含量明顯下降，貯藏期間表層細胞一定程度木栓化，形成木栓層，表皮木栓層厚度分別為15 μm 和35 μm；但T1 處理中馬鈴薯表皮木栓層厚度最大（圖6E），平均厚度達到60 μm，約為CK、T2 處理表皮木栓層厚度的2～4 倍。表明采前提前殺秧明顯促進了馬鈴薯表皮成熟，并對貯藏后期塊莖表皮形成木栓層厚度增加具有顯著積極意義。

圖6 不同處理對馬鈴薯貯藏前、后（150 d）周皮組織微觀結構的影響Fig.6 Effects of different treatments on the microstructure of potato epidermis tissue before and after storage(150 d)

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，采前提前殺秧處理馬鈴薯塊莖的產量均低于CK，T1、T2 處理較CK 產量分別下降了8.39%和4.31%，大中薯率分別下降了3.56 和1.27 個百分點，表明殺秧時期不同對馬鈴薯的產量和大中薯率有一定影響。這是由于殺秧切斷了植株地上部的莖葉，越早切斷這些馬鈴薯的同化器官，其同化作用時間越短，淀粉和干物質的積累就越少，這與現(xiàn)有報道一致[12,27]。

研究還發(fā)現(xiàn)不同殺秧時間直接影響馬鈴薯塊莖周皮木栓層的形成。與對照組和采前7 d 殺秧處理組相比，采前14 d 殺秧處理的馬鈴薯塊莖周皮細胞更為致密，顯著提高了采收時馬鈴薯塊莖周皮成熟度。由于馬鈴薯塊莖的周皮成熟程度直接影響塊莖的脫皮敏感性和抗病性[28-29]，在本研究中，不同處理間在機械收獲過程中，薯塊擦傷程度存在顯著差異，采前14 d 殺秧處理中塊莖擦傷程度也顯著低于其他處理，這與Sabba 等[30]的研究結果一致。此外，適當提前殺秧可有效降低馬鈴薯塊莖采收時的呼吸強度，并對抑制貯藏初始階段馬鈴薯塊莖中PAL 和POD 活性，提高采收時塊莖表皮木質素含量具有積極意義。

已有研究證實，木栓層的形成與木質素積累有關，PAL 和POD 是木質素積累形成周皮木栓層的關鍵酶[31]。其中PAL 是連接初級代謝和次生代謝、催化苯丙烷類代謝第一步反應的酶,是苯丙烷途徑的關鍵酶和限速酶，參與包括木質素、香豆酸酯類和類黃酮等多個次生代謝物質的合成[32]。此外，受傷部位的周圍細胞PAL 活性會升高，合成大量的木質素，沉積在細胞壁中，使細胞壁增厚[33]。而POD 主要在催化木質素單體脫氫聚合最終形成木質素的過程中具有關鍵作用，其參與了愈傷結構的形成與傷口的修復[34]，POD 活性升高，還具有抑制發(fā)芽，增強馬鈴薯的抗病性的作用[35-37]。

在本研究中，通過對塊莖周皮微觀結構的比較發(fā)現(xiàn)：由于不同處理造成不同的馬鈴薯塊莖周皮發(fā)育狀況，進而在采收時表現(xiàn)出擦傷程度的顯著差異，致使貯藏初期塊莖表皮中PAL、POD 的活性以及木質素含量的顯著差異，但在貯藏60 d 后各處理間PAL、POD 活性變化逐漸接近，在貯藏結束時處理間差異明顯減小，表皮木質素含量也呈前期上升較快后期緩慢的趨勢，說明貯藏前期是塊莖表皮快速成熟的關鍵階段。在各處理間失重率與腐爛率的比較過程中發(fā)現(xiàn)，適當提前殺秧不僅可有效促進馬鈴薯塊莖周皮的成熟，降低采收時的機械損傷，也對長期貯藏時降低薯塊失重率，減小致病菌侵染機率具有積極意義，此結論與李林等[13]的研究結果一致。可見，馬鈴薯提前殺秧對采后貯藏階段減損具有積極意義，應將該技術予以示范推廣。

4 結論

綜合以上分析表明，馬鈴薯采前14 d 殺秧處理，雖然一定程度降低了馬鈴薯產量、大中薯率和淀粉含量，但可有效促進馬鈴薯塊莖周皮木栓層形成，顯著降低馬鈴薯表皮擦傷程度，同時抑制周皮中PAL 和POD 活性；此外，通過對貯藏前后塊莖表皮微觀組織結構比較可知，采前14 d 殺秧處理，在增加采收時馬鈴薯塊莖周皮木栓層厚度的基礎上，也提高了貯藏期間周皮木質素的積累，木栓層進一步增厚，形成很好的塊莖保護屏障，阻隔塊莖內部水分流失，降低了致病菌在機械傷口侵染而造成腐爛的機率，貯藏150 d時明顯降低了馬鈴薯塊莖的失重率和腐爛率。