內(nèi)源激素基因和生化物質(zhì)調(diào)控馬鈴薯塊莖休眠的研究進(jìn)展

查秋艷 王 雪 王少陽(yáng) 吳永超 劉 浩 李俊花 鄧 綱

（云南大學(xué)資源植物研究院，昆明 650000）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為全球第三大主糧作物，屬于茄科茄屬非谷類作物。馬鈴薯塊莖是糧菜兼用和工業(yè)加工原料作物，營(yíng)養(yǎng)豐富，在全世界廣泛種植，為保障糧食安全發(fā)揮了重要作用。馬鈴薯主要通過(guò)塊莖進(jìn)行無(wú)性繁殖，休眠和發(fā)芽是塊莖的關(guān)鍵生理特性，影響馬鈴薯的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。馬鈴薯塊莖休眠和發(fā)芽受遺傳背景和環(huán)境因素共同影響，控制塊莖休眠和發(fā)芽的具體基因和分子機(jī)制目前還不清楚。本研究重點(diǎn)綜述了植物內(nèi)源激素相關(guān)基因在休眠中的作用。此外，植物內(nèi)源激素在打破塊莖休眠或延遲塊莖休眠期中除了受基因的調(diào)控外，蛋白質(zhì)、酶、碳水化合物等生化物質(zhì)在休眠解除過(guò)程中也起著重要作用，因此本文也對(duì)以上因素進(jìn)行了綜述。

1 內(nèi)源激素基因?qū)︸R鈴薯塊莖休眠與萌發(fā)的調(diào)控

休眠是植物對(duì)間歇性生存環(huán)境限制產(chǎn)生的一種生理適應(yīng)，使物種能夠繼續(xù)生存、發(fā)展和進(jìn)化。休眠一般分為內(nèi)休眠（自然休眠）、類休眠和生態(tài)休眠，其過(guò)程包括誘導(dǎo)、維持、啟動(dòng)和萌發(fā)4 個(gè)階段[1]。塊莖休眠是一系列復(fù)雜的生理狀態(tài)，收獲后的馬鈴薯塊莖進(jìn)入休眠階段，需低溫保存半年以下才能種植或滿足生鮮市場(chǎng)和工業(yè)加工的需要，在此期間通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源激素含量來(lái)打破休眠。縮短休眠期會(huì)導(dǎo)致塊莖質(zhì)量下降和干物質(zhì)損失，影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而通過(guò)基因工程技術(shù)調(diào)控馬鈴薯塊莖的休眠與發(fā)芽是解決馬鈴薯休眠問(wèn)題的重要有效途徑之一。利用Illumina RNA 測(cè)序技術(shù)獲得塊莖休眠過(guò)程差異表達(dá)的基因，共鑒定出7728 個(gè)（共計(jì)26639 個(gè)）基因在馬鈴薯塊莖的休眠期（DT）、休眠解除期（DRT）、萌芽期（ST）出現(xiàn)差異表達(dá)。并且發(fā)現(xiàn)與生長(zhǎng)素（IAA）、赤霉素（GA）、細(xì)胞分裂素（CTK）等相關(guān)表達(dá)基因3450 個(gè)主要在DT 和DRT 上調(diào)，2462 個(gè)基因下調(diào)；乙烯（ETH）和脫落酸（ABA）等2141 個(gè)相關(guān)表達(dá)基因主要在DRT 和ST 上調(diào)，1744 個(gè)基因下調(diào)[2-3]。這些基因?yàn)轳R鈴薯休眠調(diào)控提供了大量備選參考基因。

1.1 生長(zhǎng)素（IAA）相關(guān)基因植物IAA 可以促使植物生長(zhǎng)發(fā)育，內(nèi)源IAA 含量會(huì)隨著馬鈴薯塊莖休眠程度的不同而有所不同，IAA 參與馬鈴薯塊莖啟動(dòng)的發(fā)育過(guò)程，在塊莖發(fā)育初期含量升高，而隨著塊莖的生長(zhǎng)發(fā)育則表現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢(shì)[4]，Sorce等[5]通過(guò)對(duì)兩種不同休眠期的馬鈴薯品種進(jìn)行免疫檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)IAA 在2 個(gè)基因型中的分布模式相似：在新采收的塊莖休眠芽中，IAA 主要積累于頂端分生組織、葉和側(cè)芽原基及其頂端分生組織下的分化維管組織中，而在休眠期結(jié)束時(shí)，IAA 只在長(zhǎng)芽的腋芽原基中高表達(dá)。因此認(rèn)為IAA 可能通過(guò)促進(jìn)芽的早期分化來(lái)打破休眠。

Faivre-Rampant 等[6]利用抑制消減雜交方法（SSH）構(gòu)建了一個(gè)塊莖頂芽休眠解除后相關(guān)上調(diào)表達(dá)基因富集的cDNA 文庫(kù)并根據(jù)序列的相似性鑒定得到一個(gè)與IAA 響應(yīng)因子相關(guān)的基因（ARF）；利用原位雜交研究了ARF基因在馬鈴薯塊莖頂芽早期發(fā)育中的表達(dá)模式，特異基因ARF6不僅在芽頂端的分生組織及周圍組織中大量表達(dá)，也在初生形成層、維管組織、側(cè)生分生組織及葉原基中表達(dá)，而在馬鈴薯休眠芽的這些組織中沒(méi)有檢測(cè)到ARF基因表達(dá)；當(dāng)分生組織活性重新開(kāi)始，塊莖打破休眠芽開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)，ARF6被強(qiáng)烈誘導(dǎo)表達(dá)，去除頂端優(yōu)勢(shì)ARF6的表達(dá)也顯著增加，同時(shí)發(fā)現(xiàn)ARF6轉(zhuǎn)錄水平與分生組織生長(zhǎng)速率相關(guān)，由此說(shuō)明，ARF6基因誘導(dǎo)的表達(dá)變化可能通過(guò)促進(jìn)分生組織的分化來(lái)參與IAA 對(duì)塊莖休眠的調(diào)控。Hartmann 等[7]通過(guò)對(duì)馬鈴薯塊莖芽的轉(zhuǎn)錄組分析，編碼生長(zhǎng)素生物合成酶、醛加氧酶和Flavin 單氧酶的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)水平在萌芽初期明顯增加；同時(shí)觀察到一些IAA 響應(yīng)基因和類PIN1生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)基因大量被激活。但I(xiàn)AA 及其相關(guān)基因在控制塊莖休眠的起始、維持和終止過(guò)程中明確的作用機(jī)制仍待探究。

1.2 赤霉素（GA）相關(guān)基因GA 是一種重要的四環(huán)二萜類化合物，能促使植物細(xì)胞伸長(zhǎng)和莖的伸長(zhǎng)與生長(zhǎng)，促進(jìn)萌發(fā)與生長(zhǎng)，使作物成熟期提前，并提高產(chǎn)量或改善品質(zhì)，打破植物休眠等[8]。在馬鈴薯塊莖的發(fā)育中，GA 可誘導(dǎo)休眠的打破和刺激芽的發(fā)育及后期的生長(zhǎng)。它通過(guò)參與馬鈴薯塊莖形成時(shí)細(xì)胞分裂和細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)、在光周期誘導(dǎo)塊莖形成過(guò)程中的的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及碳水化合物的形成等方式調(diào)控塊莖的發(fā)育過(guò)程[9]。從馬鈴薯芽中分離到2 個(gè)GA 3b 羥化酶基因：StGA2ox1、StGA2ox2，其中StGA2ox1過(guò)表達(dá)時(shí)早期萌芽過(guò)程中節(jié)間生長(zhǎng)長(zhǎng)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致植株矮化，由此認(rèn)為StGA2ox1對(duì)塊莖休眠持續(xù)時(shí)間沒(méi)有顯著影響，但可能在萌發(fā)起始過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[10-11]。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)將GA20氧化酶基因轉(zhuǎn)化到馬鈴薯植株中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因馬鈴薯塊莖休眠期短于對(duì)照，GA20氧化酶基因在STLS1/CaMV35S 啟動(dòng)子的控制下高表達(dá)，縮短了塊莖休眠期，說(shuō)明GA 能夠終止塊莖休眠、促進(jìn)塊莖發(fā)芽[7]。反義StGA2ox1基因轉(zhuǎn)基因馬鈴薯中GA1表達(dá)水平降低，收獲的塊莖芽比對(duì)照更短，但休眠時(shí)間無(wú)差異[12-13]。盡管GA 在休眠調(diào)控中的作用仍有爭(zhēng)議，但已發(fā)現(xiàn)無(wú)論是通過(guò)外源注射還是生物合成基因的異位表達(dá)，人工增加GA 都能促進(jìn)塊莖提前發(fā)芽。因此，認(rèn)為GA 可以促進(jìn)非休眠芽的生長(zhǎng)，而不是打破休眠[14]。

1.3 細(xì)胞分裂素（CTK）相關(guān)基因CTK 是塊莖休眠與萌芽的有效調(diào)節(jié)因子，能夠促使植物細(xì)胞分裂、增強(qiáng)組織吸收能力，促進(jìn)塊莖休眠的打破和芽的生長(zhǎng)[15]。Hemberg[16]通過(guò)在馬鈴薯中轉(zhuǎn)化擬南芥編碼一種CTK 失活酶的基因CKX，發(fā)現(xiàn)該基因的表達(dá)導(dǎo)致芽眼的生長(zhǎng)推遲5～8 周，證實(shí)內(nèi)源CTK 失活可延長(zhǎng)馬鈴薯塊莖休眠期；在轉(zhuǎn)基因系中，在農(nóng)桿菌IPT基因的作用下，馬鈴薯克隆細(xì)胞分裂素水平內(nèi)源性升高，IPT基因的表達(dá)顯著提高馬鈴薯轉(zhuǎn)基因植株中玉米素（ZR）的含量，并且在芽生長(zhǎng)開(kāi)始之前，塊莖內(nèi)源的異戊基腺嘌呤2iP 和2iPA 的增加，促進(jìn)匍匐莖和塊莖的形成數(shù)目，通過(guò)增強(qiáng)CTK 的生物合成，使馬鈴薯塊莖芽休眠期縮短[17]。Sho基因是馬鈴薯塊莖生長(zhǎng)器官中調(diào)節(jié)CTK 合成的基因之一，Zubko 等[18]發(fā)現(xiàn)Sho基因表達(dá)水平高的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的休眠期縮短，Sho的表達(dá)主要與2iP 的強(qiáng)烈增加有關(guān)，同時(shí)伴隨著玉米素（ZR）的增加，增加了CTK 的含量。這些轉(zhuǎn)基因植株的塊莖種子休眠期明顯縮短，并能迅速發(fā)芽，促進(jìn)莖和匍匐莖的發(fā)育。上述結(jié)果證實(shí)了CKX、IPT、Sho基因在馬鈴薯塊莖芽生長(zhǎng)過(guò)程中所起的重要作用。

1.4 乙烯（ETH）相關(guān)基因乙烯是簡(jiǎn)單、氣態(tài)的不飽和碳?xì)浠衔镏参锛に?，在大多?shù)物種中，ETH發(fā)揮解除休眠和促進(jìn)種子萌發(fā)的功能[19]。乙烯響應(yīng)因子ERF（Ethylene response factor）為AP2/ERF超家族的亞家族之一，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、激素調(diào)控及對(duì)生物與非生物脅迫的響應(yīng)方面發(fā)揮重要作用[20]。通過(guò)獲得ERF轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，發(fā)現(xiàn)ERF基因參與馬鈴薯塊莖休眠的打破，在馬鈴薯塊莖休眠時(shí)ERF基因相對(duì)表達(dá)量（＜2μg）較低，塊莖打破休眠時(shí)ERF表達(dá)量相對(duì)最高（＞14μg），而在芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度超過(guò)2mm，ERF相對(duì)表達(dá)量下降（＜8μg）[21]。對(duì)乙烯信號(hào)初級(jí)和次級(jí)響應(yīng)的基因（如：EIR）的表達(dá)也會(huì)降低；這些結(jié)果表明乙烯信號(hào)參與了塊莖芽休眠的維持。1-氨基環(huán)丙烷基羧酸（ACC）為乙烯產(chǎn)生的前體，ACC 合成酶（ACS）為乙烯合成過(guò)程中的關(guān)鍵限速酶，ACC 形成乙烯需要ACC 氧化酶（ACO）進(jìn)行催化[22-23]。劉英[24]已將ACS 和ACO 轉(zhuǎn)入馬鈴薯植株中，成功獲得了轉(zhuǎn)基因株系，但其在馬鈴薯休眠期間對(duì)乙烯的影響機(jī)制尚未明確。從前人的研究中發(fā)現(xiàn)，在番茄果實(shí)綠熟期，ACS基因表達(dá)量較低，而在果實(shí)的紅熟期呈現(xiàn)最高的表達(dá)水平[25]；且ACO的反義轉(zhuǎn)基因的番茄植株的果實(shí)貯藏期比野生植株的貯藏期長(zhǎng)達(dá)50d 左右[26]。番茄果實(shí)中ACS和ACO融合的共反義轉(zhuǎn)基因株系中，乙烯的釋放量一直在較低水平，且與未轉(zhuǎn)基因?qū)Ρ?，貯藏期延長(zhǎng)30～40d[27]。由此推測(cè)，可以通過(guò)控制ACS、ACO對(duì)乙烯的合成速率來(lái)調(diào)控馬鈴薯塊莖的休眠期。MADS-box基因調(diào)控果實(shí)成熟過(guò)程，與乙烯產(chǎn)生相一致[28]。雖然馬鈴薯中缺少證據(jù)支持其基因如何影響乙烯產(chǎn)生，但研究人員對(duì)MADS-box轉(zhuǎn)錄因子基因中的一個(gè)脂氧合酶合成基因POTM1-1進(jìn)行了研究[29]，表明POTM1-1在腋芽、地下匍匐莖頂端及新產(chǎn)生的塊莖中轉(zhuǎn)錄水平相對(duì)較高，在成熟塊莖中則相對(duì)較低，在發(fā)育枝和微塊莖發(fā)育早期轉(zhuǎn)錄水平大幅增加，認(rèn)為其可能參與休眠和發(fā)芽的調(diào)控。通過(guò)對(duì)番茄MADS-box轉(zhuǎn)錄因子基因RIN和SICMB1突變體的乙烯含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)突變體中的乙烯產(chǎn)量降低，果實(shí)成熟延遲，類胡蘿卜素積累。這表明MADS-box基因參與了乙烯的生物合成過(guò)程[29-30]。

1.5 脫落酸（ABA）相關(guān)基因ABA 對(duì)植物休眠誘導(dǎo)起積極的調(diào)節(jié)作用，參與休眠的維持[31]。Simko等[32]從分子和基因?qū)用娣治霰砻鰽BA 在塊莖休眠形成和維持中的重要功能，在與塊莖休眠狀態(tài)相關(guān)的QTL 中，至少有2 個(gè)QTL 與控制塊莖ABA 含量的位點(diǎn)相同。Destéfano-Beltrán 等[33]對(duì)馬鈴薯塊莖休眠過(guò)程中ABA 合成和降解酶基因的表達(dá)研究進(jìn)行RT-qPCR，結(jié)果表明，ABA 生物合成9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙氧合酶基因（NCED）及代謝基因CYP70A等的協(xié)同表達(dá)，在維持所需馬鈴薯塊莖脫落酸水平中起著決定性作用；在馬鈴薯塊莖休眠后期中，StCYP707a基因在分生組織和周皮中被激活，使塊莖區(qū)ABA 含量被迫降低；休眠終止后，塊莖芽中ABA 響應(yīng)基因的表達(dá)量顯著下降，如編碼BURP類蛋白質(zhì)的基因，其中包括RD22；在塊莖休眠結(jié)束期，塊莖中ABA 含量的下降是因?yàn)锳BA 信號(hào)響應(yīng)基因下調(diào)。通過(guò)對(duì)馬鈴薯塊莖萌發(fā)時(shí)ABA 含量的變化及合成代謝基因表達(dá)情況，表明在萌發(fā)的不同時(shí)期ABA 含量的變化受合成基因StNCED1/2及代謝基因StCYP707A1/2/3協(xié)調(diào)表達(dá)的調(diào)控[34]，在休眠期分生組織和皮層組織中ABA 含量與StNCED基因表達(dá)水平呈顯著正相關(guān)[35]。盡管ABA 相關(guān)基因?qū)︸R鈴薯休眠維持方面做了不少研究，但在馬鈴薯中作為發(fā)芽抑制物的研究還很少，可通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中來(lái)延長(zhǎng)馬鈴薯的休眠期達(dá)到貯藏保鮮的目的。

2 生化物質(zhì)對(duì)馬鈴薯塊莖休眠與萌發(fā)的調(diào)控

2.1 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是有機(jī)體生存的重要物質(zhì)，是生物大分子，是構(gòu)成細(xì)胞的基礎(chǔ)，是生命活動(dòng)的重要承擔(dān)者[36]。Rappaport 等[37]發(fā)現(xiàn)利用蛋白質(zhì)合成抑制劑能夠抑制馬鈴薯休眠塊莖芽的生長(zhǎng)，認(rèn)為蛋白質(zhì)在休眠維持中起到重要的作用。目前，蛋白質(zhì)磷酸化仍是研究馬鈴薯塊莖休眠的重要途徑之一，主要涉及線粒體磷酸化蛋白質(zhì)及塊莖發(fā)芽過(guò)程中磷酸化蛋白質(zhì)變化。根據(jù)磷酸化蛋白質(zhì)組分析，塊莖中線粒體膜上最多的磷酸化蛋白質(zhì)為F0/F1ATP酶[34，38]，磷酸化程度最大的為甲酸脫氫酶（FDH）和丙酮酸脫氫酶（PDH），F(xiàn)DH 磷酸化位點(diǎn)為Thr76 和Thr333，PDH 磷酸化位點(diǎn)為Ser294[39]。Bernal 等[40]通過(guò)雙向電泳比較磷酸化蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)重要的儲(chǔ)藏蛋白Patatin 在塊莖發(fā)芽過(guò)程中也存在磷酸化現(xiàn)象，塊莖出芽過(guò)程中Patatin 磷酸化水平升高伴隨著自身降解加速。而在塊莖發(fā)芽過(guò)程中油菜素內(nèi)酯（BR）通過(guò)蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控淀粉和蔗糖的代謝，同時(shí)以蛋白質(zhì)磷酸化的方式和ABA 相互作用[41]。這些都說(shuō)明磷酸化蛋白質(zhì)組分析能有效地揭示蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)馬鈴薯塊莖形成和發(fā)育的意義，以及激素在蛋白磷酸化中對(duì)馬鈴薯塊莖所起的作用。

為了反映不同種質(zhì)、不同生長(zhǎng)時(shí)期、不同生產(chǎn)體系塊莖蛋白質(zhì)表達(dá)的差異，進(jìn)而揭示其相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控模式和與塊莖形成發(fā)育密切相關(guān)的代謝網(wǎng)絡(luò)，可利用馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)組分析的方法進(jìn)一步深入研究塊莖相關(guān)蛋白質(zhì)。Ronning 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在塊莖生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，Patatin 蛋白、果膠激酶和肽酶抑制劑、蔗糖合成酶、蛋白酶相應(yīng)的表達(dá)豐度上升。Bauw 等[43]對(duì)馬鈴薯塊莖各個(gè)發(fā)育階段的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究，包括塊莖萌芽、塊莖休眠、塊莖成熟、塊莖形成、匍匐莖膨大等，找到109 種差異蛋白質(zhì)與以上過(guò)程相關(guān)，分析發(fā)現(xiàn)，這些差異表達(dá)蛋白各自參與不同的生理過(guò)程，包括蛋白質(zhì)合成和儲(chǔ)藏、碳水化合物代謝、抗性及生長(zhǎng)發(fā)育等。Bykova等[44]利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)去了解馬鈴薯塊莖中線粒體、內(nèi)膜、基質(zhì)的磷酸化蛋白差異，共鑒定出14 個(gè)新的磷酸化作用蛋白，其中7 個(gè)參與三羧酸循環(huán)或相關(guān)反應(yīng)，4 個(gè)呼吸復(fù)合物亞基，Hsp60 與Hsp90 各1 個(gè)，及1 個(gè)與氧化脅迫有關(guān)的超氧化物歧化酶。Lehesranta 等[45]認(rèn)為，塊莖蛋白由于馬鈴薯品種差異也會(huì)出現(xiàn)明顯差別，經(jīng)過(guò)對(duì)馬鈴薯3 種不同品種：變種、栽培品種與基因改良品種之間的塊莖蛋白質(zhì)進(jìn)行差異研究，馬鈴薯變種與栽培品種間檢測(cè)到1111 個(gè)差異蛋白點(diǎn)，其中有1077 個(gè)差異顯著，栽培種與基因改良品種間檢測(cè)到的730 個(gè)差異蛋質(zhì)點(diǎn)中只有9 個(gè)差異顯著。將馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)與栽培種Kuras 塊莖總蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，發(fā)現(xiàn)在Kuras 塊莖中一些變型的Patatin 蛋白及Kunitz型蛋白酶抑制劑超顯性表達(dá)，其氨基酸序列也有明顯的特異性表達(dá)。因此通過(guò)研究磷酸化蛋白質(zhì)以及在不同馬鈴薯品種中不同休眠階段或蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄水平對(duì)蛋白質(zhì)調(diào)控塊莖休眠的作用機(jī)制具有重要的作用。

2.2 酶酶是活細(xì)胞所形成的、對(duì)其底物有較高特異性和較高催化作用的蛋白或RNA[46]。酶可以通過(guò)進(jìn)行大量的物質(zhì)合成和分解來(lái)調(diào)控馬鈴薯塊莖的休眠和芽的萌發(fā)，一般認(rèn)為塊莖在休眠過(guò)程中，促進(jìn)磷酸代謝與能量釋放方面發(fā)揮重要作用是由于磷酸化酶的產(chǎn)生，因此休眠期間物質(zhì)消耗較小，淀粉酶水解的主要作用則發(fā)生在休眠之后，同時(shí)有多種酶參與馬鈴薯萌發(fā)過(guò)程，其中包括ATP 酶、多胺氧化酶和谷氨酰氨合成酶等[47]，但這些酶對(duì)馬鈴薯塊莖休眠和萌發(fā)過(guò)程中的調(diào)控作用有關(guān)報(bào)道還很少。這些酶能夠提供能量促進(jìn)馬鈴薯塊莖的萌發(fā)，但是否具有其他多方面的功能尚不清楚，對(duì)其主要誘導(dǎo)方式、激活因素及調(diào)控路徑仍待研究。

2.3 酚類物質(zhì)多酚是植物中天然存在的化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為單個(gè)苯環(huán)或多個(gè)苯環(huán)結(jié)合單個(gè)羥基或多個(gè)羥基，能夠抵御紫外線或病原體的侵襲，屬于植物次生代謝產(chǎn)物[48]。多酚類物質(zhì)普遍存在的抗氧化功能可高效去除氧自由基、保護(hù)機(jī)體組織免受損傷[49]。酚類物質(zhì)的含量隨著馬鈴薯塊莖休眠至休眠解除過(guò)程中出現(xiàn)相應(yīng)的變化，因此可能會(huì)參與休眠和發(fā)芽的調(diào)控。酚酸主要以結(jié)合態(tài)和自由態(tài)形式存在于植物體內(nèi)，而塊莖的休眠時(shí)間與其自由態(tài)的酚酸含量的變化相一致，同時(shí)ABA 含量和自由態(tài)的酚酸含量也有相同的變化，但隨著塊莖休眠的時(shí)間減短自由態(tài)酚酸含量也隨之下降，相反，休眠延長(zhǎng)則含量增加。這可能是酚類物質(zhì)參與馬鈴薯塊莖休眠與萌發(fā)的調(diào)控所致[50]。目前已知的酚類物質(zhì)調(diào)控植物休眠的途徑有2 種：一種是通過(guò)抑制細(xì)胞分裂來(lái)控制休眠，從香草酸和香豆酸的研究顯示酚類物質(zhì)能夠明顯抑制根部的細(xì)胞分裂[51]；另一種是通過(guò)抑制rRNA 和蛋白質(zhì)的合成來(lái)控制休眠期[52]。楊曉玲等[53]指出，酚類化合物可促使馬鈴薯塊莖的萌芽，由于酚類物質(zhì)含量隨著馬鈴薯塊莖的萌發(fā)而逐步升高，但多酚氧化酶活性也隨著馬鈴薯塊莖的萌發(fā)而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，使得酚類物質(zhì)的分解速率減緩從而促進(jìn)發(fā)芽。此外，碳水化合物的變化也是塊莖休眠和萌發(fā)的另一主要調(diào)控途徑，因?yàn)閴K莖的萌發(fā)需要塊莖提供能量，因此一直認(rèn)為與萌發(fā)誘導(dǎo)相關(guān)的最主要影響因素是淀粉降解。

2.4 碳水化合物碳水化合物是一切生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)[54]，馬鈴薯塊莖休眠結(jié)束開(kāi)始萌芽階段，碳水化合物的代謝起著重要的作用，塊莖萌發(fā)是通過(guò)降解淀粉和蛋白質(zhì)產(chǎn)生可溶性糖和氨基酸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。蔗糖代謝途徑中無(wú)機(jī)焦磷酸鹽（PPi）作為一種輔助因子發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在2 個(gè)酶促階段需要PPi，一個(gè)是因葡萄糖焦磷酸化酶的功能使葡萄糖-udp 轉(zhuǎn)化為葡萄糖-1 磷酸；另一個(gè)是通過(guò)焦磷酸鹽-果糖6-磷酸-1-磷酸轉(zhuǎn)移酶（PFP）的作用使葡萄糖-l-磷酸轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸（F6P）。無(wú)機(jī)焦磷酸酶（PPase）是催化PPi 水解成2 種無(wú)機(jī)磷酸鹽（Pi）的普遍存在的酶，PPi 代謝是蔗糖合成的關(guān)鍵調(diào)控位點(diǎn)之一。Sonnewald[55]提出去除胞質(zhì)PPi 可以抑制蔗糖分解，促進(jìn)蔗糖合成。碳水化合物在塊莖萌芽、從庫(kù)到源的轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮重要的功能，可能與酶、酚類物質(zhì)的功能相似。

馬鈴薯塊莖休眠調(diào)控中，不同內(nèi)源植物激素相關(guān)基因的特性和作用的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。此外，還闡明了塊莖碳水化合物代謝和酶的變化。然而，關(guān)于植物激素在馬鈴薯塊莖生理和休眠等過(guò)程中的作用機(jī)制，仍鮮有報(bào)道。了解塊莖休眠控制的復(fù)雜系統(tǒng)仍需要進(jìn)一步的研究。目前對(duì)馬鈴薯塊莖休眠與萌發(fā)的調(diào)控方式，最主要且應(yīng)用最廣泛抑制塊莖發(fā)芽的物理方式之一是低溫貯藏，同時(shí)在馬鈴薯貯藏保鮮過(guò)程中也在不同程度地使用生長(zhǎng)激素抑制劑類化學(xué)物質(zhì)，但由于低溫貯藏會(huì)降低馬鈴薯質(zhì)量影響加工品質(zhì)，化學(xué)抑制劑產(chǎn)生一系列問(wèn)題使人類產(chǎn)生憂慮，并且馬鈴薯休眠期的長(zhǎng)短也會(huì)影響塊莖的質(zhì)量和價(jià)值。當(dāng)塊莖用作糧菜或加工原料時(shí)，長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中休眠解除將會(huì)造成大量水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損耗；在兩季區(qū)作為種薯種植時(shí)，塊莖田間出苗率、整齊度以及產(chǎn)量與塊莖的休眠程度有直接關(guān)系，較長(zhǎng)的休眠使塊莖發(fā)芽和生長(zhǎng)延遲導(dǎo)致最終產(chǎn)量下降。此外，隨著技術(shù)的革新，近年來(lái)從物理化學(xué)調(diào)控方式逐步過(guò)渡到基因工程調(diào)控來(lái)探索馬鈴薯塊莖的休眠與萌發(fā)，但基因工程調(diào)控途徑還需要進(jìn)一步研究才能應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的休眠發(fā)芽調(diào)控途徑，將對(duì)馬鈴薯種植、貯藏保鮮及產(chǎn)業(yè)化的新發(fā)展提供新思路。

3 結(jié)論與展望

馬鈴薯塊莖休眠與萌發(fā)的調(diào)控是植物育種家的目標(biāo)，人為調(diào)控意義重大。植物激素生物學(xué)的許多方面仍未被探索，其他內(nèi)源調(diào)控因子也在不斷被認(rèn)識(shí)，如油菜素內(nèi)酯被認(rèn)為在休眠的控制和調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。了解內(nèi)源激素基因互作對(duì)馬鈴薯塊莖休眠與發(fā)芽的調(diào)控還需要更多的研究。（1）識(shí)別調(diào)節(jié)這些激素的生物合成和活性的生化過(guò)程。（2）觸發(fā)它們行動(dòng)的信號(hào)，以及它們?cè)诓煌纳磉^(guò)程中的行動(dòng)模式，包括休眠。這些休眠控制過(guò)程，一旦被發(fā)現(xiàn)，將有助于采后貯藏防芽技術(shù)的改進(jìn)研究。近年來(lái)，在轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和通量譜等一系列新出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的作用下，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)在轉(zhuǎn)錄過(guò)程的表征方面取得了一些進(jìn)展。此外，隨著近年來(lái)分析化學(xué)高新技術(shù)的發(fā)展，如氣相色譜與液相色譜及與質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS 和LC-MS），使分析單一植物樣品中的大量化合物成為可能。與傳統(tǒng)的生化方法相比，這樣的代謝譜不僅可以對(duì)代謝過(guò)程中的系統(tǒng)調(diào)節(jié)提供更廣泛的觀點(diǎn)，而且還提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，揭示細(xì)胞代謝的新見(jiàn)解，甚至在細(xì)胞間室水平上。利用這些方法將有助于對(duì)未知代謝物的系統(tǒng)分析和它們之間關(guān)系的生物學(xué)解釋，為將代謝物信息整合到植物生物學(xué)的系統(tǒng)研究中提供基礎(chǔ)。