短日照對(duì)北方溫室莖瘤芥生長(zhǎng)及瘤莖膨大的影響

王乙丁 蔣欣梅 佟雪姣 劉在民 李沛歆 孫 穎 于錫宏* 程 瑤*

（1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150030）

莖瘤芥（Brassica junceavar.tumidaTsen et Lee）俗稱榨菜，是十字花科蕓薹屬芥菜種的一個(gè)莖用變種，起源于以涪陵為中心的重慶長(zhǎng)江沿岸，是我國(guó)特色蔬菜作物之一（劉義華 等，2019；王潔 等，2022）。其以膨大的瘤狀莖作為產(chǎn)品器官，既可鮮食，又可加工腌菜和泡菜，且含有豐富的硫代葡萄糖苷（張燕和李瑤，2017），降解產(chǎn)物異硫氰酸酯能夠發(fā)揮化學(xué)抗癌、抗菌殺蟲、改善風(fēng)味等多種作用（許婷 等，2016），具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。北方露地栽培莖瘤芥受氣候條件的限制，存在抽薹早、側(cè)芽抽生、難以獲得瘤莖等問(wèn)題（王發(fā)勝 等，2005；李丹，2016），在黑龍江省少有種植成功的先例。而目前對(duì)莖瘤芥的研究主要集中在南方莖瘤芥上，關(guān)于北方莖瘤芥栽培生理方面的研究較少。

光周期是植物變態(tài)根莖發(fā)育的動(dòng)態(tài)信號(hào)（Navarro et al.，2011；孫玉燕和李錫香，2015），如在誘導(dǎo)馬鈴薯塊莖發(fā)生的過(guò)程中起重要作用，短日照有利于結(jié)薯，長(zhǎng)日照抑制或延遲塊莖形成（Abelenda et al.，2014）。茭白肉質(zhì)莖膨大受溫度和光周期共同調(diào)控，膨大率依次為：長(zhǎng)日照高溫＜長(zhǎng)日照低溫＜短日照高溫=短日照低溫，短日照和低溫均有誘導(dǎo)茭白肉質(zhì)莖膨大的作用，其中短日照的作用更為關(guān)鍵（劉彥承，2022）。而大蒜和洋蔥鱗莖的形成則需要長(zhǎng)日照和低溫的刺激（Mann &Minges，1958）。史會(huì)（2012）研究表明，光周期和溫度會(huì)影響莖瘤芥莖中外髓區(qū)細(xì)胞的功能，使其具有分裂能力，從而導(dǎo)致瘤狀莖的膨大生長(zhǎng)。APY（胞外核苷酸水解酶基因）是莖瘤芥瘤狀莖膨大的關(guān)鍵基因，該基因的表達(dá)受光周期調(diào)控，表達(dá)量表現(xiàn)為短日照＞中日照＞長(zhǎng)日照（劉斌，2013）。光周期影響變態(tài)莖發(fā)生，而莖的產(chǎn)量則受積溫和累計(jì)日照時(shí)數(shù)的調(diào)控，一般積溫越多，累計(jì)日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，產(chǎn)量越高。累計(jì)日照時(shí)數(shù)主要影響同化產(chǎn)物的積累，進(jìn)而影響產(chǎn)品貯藏器官的產(chǎn)量。如累計(jì)日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量越高（宋玉芝 等，2011）。

本試驗(yàn)擬探究短日照處理對(duì)北方溫室莖瘤芥生長(zhǎng)、瘤莖形成及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，明確莖瘤發(fā)生的日均光照時(shí)數(shù)，以期為北方地區(qū)莖瘤芥引種栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年9 月至2022 年2 月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝工程中心日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試莖瘤芥品種為永安傳奇，原產(chǎn)地涪陵，購(gòu)自重慶弘真種子銷售公司，中熟，生育期130～150 d。采用定時(shí)開關(guān)棚布的方法人工控制日均光照時(shí)數(shù)，使用高1.5 m的小拱架進(jìn)行支撐，用不透光布（一側(cè)銀色一側(cè)黑色）進(jìn)行覆蓋。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021 年9 月11 日，將莖瘤芥種子播于50 孔穴盤，待幼苗長(zhǎng)至2 片真葉時(shí)分苗至8 cm × 8 cm營(yíng)養(yǎng)缽中，10 月26 日、日歷苗齡45 d 時(shí)定植于PC 板日光溫室中，溫室白天平均溫度為9～24 ℃，夜間平均溫度為3～16 ℃，晝夜溫差1～11 ℃。采用高畦栽培，畦寬80 cm，高25 cm，覆黑色地膜，膜下滴灌；畦上雙行定植，株距30 cm，行距60 cm，定植7 d 后開始進(jìn)行遮光處理。采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置光照時(shí)長(zhǎng)和處理時(shí)間兩個(gè)因素，其中每天的光照時(shí)長(zhǎng)設(shè)置2 個(gè)水平：6 h（7：00 掀開，13：00 關(guān)閉）、8 h（7：00 掀開，15：00 關(guān) 閉）；處理時(shí)間設(shè)置3 個(gè)水平：10、20、30 d。以自然光照為對(duì)照（CK），每處理3 次重復(fù)，每重復(fù)18 株。

從進(jìn)行遮光處理開始（11 月2 日），每隔5 d統(tǒng)計(jì)1 次莖瘤發(fā)生率，以莖基部出現(xiàn)明顯的突起與間溝為準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)定瘤莖橫徑；每隔10 d 測(cè)定1次株高和開展度，每處理選擇5 株生長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，采用卷尺測(cè)量莖基部到莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度即為株高，采用十字交叉法測(cè)定自然狀態(tài)下最大外葉間的距離即為開展度。2022 年2 月25 日采收成熟瘤莖，每處理選擇5 株生長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，測(cè)定瘤莖的縱徑、橫徑、單株質(zhì)量，計(jì)算莖形指數(shù)（莖形指數(shù)=縱徑/橫徑）；取瘤莖邊緣和中心共5 個(gè)點(diǎn)混樣，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量（王學(xué)奎和黃見良，2015），采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定可溶性蛋白含量（王學(xué)奎和黃見良，2015），然后將樣品烘干，參照黃萍等（2011）的方法（略有改動(dòng)）測(cè)定粗纖維含量，參照孫亞男（2007）的方法測(cè)定硫代葡萄糖苷含量。

9 月11 日（播種）至12 月22 日，采用太陽(yáng)輻射儀測(cè)定每天的日照時(shí)數(shù)，累積日照時(shí)數(shù)為自播種起每天的日照時(shí)數(shù)之和，日均日照時(shí)數(shù)=累積日照時(shí)數(shù)/播種后天數(shù)（董偉欣 等，2016）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用IBM SPSS Statistics 21 軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Duncan’s 多重比較法進(jìn)行多重比較，采用新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析，采用線性回歸擬合分析獲得回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 短日照處理對(duì)莖瘤芥生長(zhǎng)的影響

由圖1 可知，短日照處理后10 d（11 月12日），每天6 h 光照處理的莖瘤芥株高均顯著高于對(duì)照，而每天8 h 光照處理與對(duì)照差異不顯著；11月22 日后，每天8 h 光照處理的株高均顯著低于對(duì)照；處理結(jié)束后（12 月12—22 日），所有短日照處理的株高均顯著低于對(duì)照，而且各短日照處理間的株高差異總體呈逐漸縮小的趨勢(shì)，到12 月22日各短日照處理間均無(wú)顯著差異。所有短日照處理的植株開展度均顯著低于對(duì)照；且11 月22 日后，同一光照時(shí)長(zhǎng)下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)植株開展度呈降低趨勢(shì)。

圖1 不同短日照處理對(duì)莖瘤芥株高和開展度的影響

2.2 短日照處理對(duì)莖瘤芥莖瘤發(fā)生的影響

由圖2 可知，短日照處理使莖瘤芥莖瘤發(fā)生提前，11 月7 日、處理后5 d，所有短日照處理均有莖瘤形成，而對(duì)照無(wú)莖瘤，且每天6 h 光照處理的莖瘤發(fā)生率顯著高于每天8 h 光照處理；11 月12日，對(duì)照開始出現(xiàn)莖瘤，但莖瘤發(fā)生率顯著低于各短日照處理；11 月17 日，6 h/10 d 和6 h/20 d 處理的莖瘤發(fā)生率達(dá)到100%，顯著高于8 h/20 d、8 h/30 d 處理及對(duì)照，且各短日照處理及對(duì)照的莖瘤發(fā)生率均在80%以上；11 月22 日，各短日照處理及對(duì)照的莖瘤發(fā)生率均為100%。綜上，縮短光照時(shí)長(zhǎng)能夠促進(jìn)莖瘤芥莖瘤的發(fā)生，且光照時(shí)長(zhǎng)越短莖瘤發(fā)生越早。

圖2 不同短日照處理對(duì)莖瘤芥莖瘤發(fā)生率的影響

2.3 短日照處理對(duì)莖瘤芥瘤莖膨大的影響

由圖3 可知，短日照處理的莖瘤芥瘤莖在11月7 日開始膨大，而對(duì)照則在11 月12 日才開始膨大；短日照處理的瘤莖從11 月17 日開始進(jìn)入快速膨大期，而對(duì)照則在11 月22 日進(jìn)入快速膨大期。結(jié)合莖瘤芥生長(zhǎng)期間的日均日照時(shí)數(shù)（表1）可知，自然光照條件下，永安傳奇瘤莖膨大的臨界日均日照時(shí)數(shù)為11.17 h·d-1，進(jìn)入快速膨大期的臨界日均日照時(shí)數(shù)為10.93 h·d-1；而短日照各處理在11 月7 日的日均日照時(shí)數(shù)已低于11.17 h·d-1，在11 月17 日進(jìn)入快速膨大期的日均日照時(shí)數(shù)也低于10.93 h·d-1，所以各短日照處理均較對(duì)照瘤莖膨大期提前。

表1 莖瘤芥生長(zhǎng)期間的日均日照時(shí)數(shù)

圖3 不同短日照處理的莖瘤芥瘤莖生長(zhǎng)曲線

2.4 短日照處理對(duì)莖瘤芥采收期瘤莖性狀的影響

從表2 可以看出，短日照處理對(duì)莖瘤芥單株瘤莖質(zhì)量有明顯影響，除6 h/10 d 和8 h/10 d 處理與對(duì)照無(wú)顯著差異外，其他各處理單株瘤莖質(zhì)量均顯著低于對(duì)照。自然光照條件下，永安傳奇的瘤莖莖形指數(shù)約為1，瘤莖近似圓形；6 h/10 d 處理的瘤莖莖形指數(shù)與對(duì)照差異很小，外觀形態(tài)較好；隨短日照處理時(shí)間的延長(zhǎng)，瘤莖莖形指數(shù)逐漸增加，瘤莖由圓形變?yōu)榧忓N形（圖4）。短日照處理對(duì)瘤莖縱徑的影響不大，僅6 h/20 d 處理顯著低于對(duì)照；而短日照各處理的瘤莖橫徑均顯著低于對(duì)照。

表2 不同短日照處理對(duì)莖瘤芥采收期瘤莖性狀的影響

圖4 不同短日照處理的莖瘤芥瘤莖采收后形態(tài)

2.5 短日照處理對(duì)莖瘤芥瘤莖品質(zhì)的影響

從表3 可以看出，不同短日照處理對(duì)莖瘤芥瘤莖品質(zhì)指標(biāo)的影響存在顯著差異。6 h/10 d 處理的粗纖維含量最低，但與對(duì)照差異不顯著；8 h/30 d處理的粗纖維含量最高，顯著高于6 h/10 d、8 h/10 d 處理及對(duì)照。各短日照處理的硫代葡萄糖苷含量均高于對(duì)照，除8 h/10 d 處理外均與對(duì)照差異顯著。除6 h/10 d、8 h/10 d 處理的可溶性糖含量與對(duì)照差異不顯著外，其他處理均顯著低于對(duì)照。各短日照處理的可溶性蛋白含量均顯著低于對(duì)照。

表3 不同短日照處理對(duì)莖瘤芥瘤莖品質(zhì)的影響

2.6 日照時(shí)數(shù)與瘤莖橫徑的相關(guān)性關(guān)系

根據(jù)太陽(yáng)輻射儀測(cè)定的每天日照時(shí)數(shù)計(jì)算累積日照時(shí)數(shù)和日均日照時(shí)數(shù)，與各處理的莖瘤芥瘤莖橫徑進(jìn)行線性回歸分析，得到瘤莖橫徑（Y）和累積日照時(shí)數(shù)（X1）的線性回歸方程為：Y=0.008X1-4.873（r=0.962*），瘤莖橫徑（Y）與日均日照時(shí)數(shù)（X2）的線性回歸方程為：Y=-2.626X2+29.399（r=-0.794*）。線性回歸分析結(jié)果表明（圖5），莖瘤芥瘤莖膨大與累積日照時(shí)數(shù)和日均日照時(shí)數(shù)密切相關(guān)，其中累積日照時(shí)數(shù)與瘤莖橫徑呈正相關(guān)關(guān)系，日均日照時(shí)數(shù)與瘤莖橫徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。由此可見，累積日照時(shí)數(shù)越大，莖瘤芥的瘤莖橫徑越大；而日均日照時(shí)數(shù)越短，莖瘤芥的瘤莖橫徑越大。

圖5 日照時(shí)數(shù)與瘤莖橫徑的線性回歸關(guān)系

3 討論與結(jié)論

植物的生長(zhǎng)發(fā)育受光周期調(diào)控（馬永珍 等，2020）。研究表明，延長(zhǎng)光周期可以使西葫蘆幼苗的株高、莖粗和總?cè)~面積增加（康恩祥 等，2006）；使黃瓜幼苗的生長(zhǎng)速率、莖粗與根冠比增加（李海云 等，2009）。本試驗(yàn)中，短日照處理使莖瘤芥植株開展度顯著降低，株型較對(duì)照而言更加緊湊，可以適當(dāng)增加種植密度以提高單位面積產(chǎn)量；短日照處理一定時(shí)間能夠使莖瘤芥莖瘤發(fā)生提前，瘤莖膨大始期和快速膨大期亦提前。最早的研究認(rèn)為，低溫是莖瘤芥瘤狀莖形成的必要條件，如不具備8～15 ℃的低溫條件，即使植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)很旺盛瘤狀莖也不會(huì)膨大（劉佩瑛，1996）。之后的研究發(fā)現(xiàn)，莖瘤芥瘤狀莖膨大受光周期和溫度共同調(diào)控，如在短日照條件下瘤狀莖膨大的臨界溫度可以稍有升高（史會(huì)，2012）。本試驗(yàn)中，永安傳奇在北方溫室自然光照條件下瘤狀莖膨大的臨界日均日照時(shí)數(shù)為11.17 h·d-1，進(jìn)入快速膨大期的臨界日均日照時(shí)數(shù)為10.93 h·d-1，而經(jīng)過(guò)短日照處理的莖瘤芥瘤狀莖膨大所經(jīng)歷的日均日照時(shí)數(shù)均低于11.17 h·d-1，進(jìn)入快速膨大期所經(jīng)歷的日均日照時(shí)數(shù)均低于10.93 h·d-1，因此才能使各短日照處理瘤莖開始膨大及進(jìn)入快速膨大期早于對(duì)照。

本試驗(yàn)中，短日照處理使莖瘤芥的單株瘤莖質(zhì)量降低，莖形指數(shù)升高，且處理時(shí)間越長(zhǎng)影響越明顯，這可能是由于縮短光照時(shí)間不利于光合產(chǎn)物的形成和碳水化合物的積累所導(dǎo)致。6 h/10 d 處理的瘤莖粗纖維含量低于對(duì)照，說(shuō)明一定程度的短日照處理能夠降低莖瘤芥瘤莖的粗纖維含量；但處理時(shí)間越長(zhǎng)，瘤莖粗纖維含量越高，可溶性糖和可溶性蛋白含量呈降低趨勢(shì)，這可能是因?yàn)楣庹諘r(shí)長(zhǎng)縮短導(dǎo)致莖瘤芥瘤莖膨大不充分或尚未完全膨大。各短日照處理的莖瘤芥瘤莖硫代葡萄糖苷含量均高于對(duì)照，硫代葡萄糖苷及其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯等是莖瘤芥產(chǎn)生特殊風(fēng)味和生物活性的化合物，但在作為腌制食品時(shí)會(huì)在芥子苷酶的作用下水解，導(dǎo)致腌制莖瘤芥的風(fēng)味下降，而芥子苷酶的最適反應(yīng)溫度為40～50 ℃（高倩妮 等，2018），因此在加工時(shí)降低溫度能夠使硫代葡萄糖苷在腌菜中有效保存。

綜上所述，短日照處理可以有效地使莖瘤芥莖瘤發(fā)生提前，但會(huì)降低單株瘤莖質(zhì)量和部分品質(zhì)指標(biāo)，且處理時(shí)間越長(zhǎng)影響越大。因此，生產(chǎn)上可以通過(guò)縮短日照時(shí)長(zhǎng)使莖瘤芥瘤莖膨大期提前，但處理時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。本試驗(yàn)條件下，每天6 h 光照處理10 d 后莖瘤發(fā)生提前，瘤莖膨大始期和快速膨大期亦提前，且瘤莖粗纖維含量低于對(duì)照，硫代葡萄糖苷含量顯著高于對(duì)照，單株瘤莖質(zhì)量和可溶性糖含量與對(duì)照差異不顯著。今后將利用轉(zhuǎn)錄組和蛋白組學(xué)的技術(shù)手段深入探究短日照調(diào)控莖瘤芥瘤莖發(fā)生的分子機(jī)制，為莖瘤芥的遺傳改良提供技術(shù)支撐。