植物源香芹酮对青薯9号原种的贮藏效果评价

葛 霞，李守强，田甲春，李 梅，程建新，田世龙

（甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,甘肃 兰州 730070）

马铃薯是世界四大粮食作物之一，也是重要的工业原料和饲料作物，对世界粮食安全和扶贫等方面具有非常重要的意义。我国马铃薯产量位居世界第一，但其生产主要还是以家庭农户为单位进行小规模操作运行，由于缺乏科学有效的贮藏方法和技术，导致我国每年至少有15%～30%的马铃薯在贮藏期间因发芽加快马铃薯生理老化、失水、腐烂而造成品质劣变，经济损失巨大。特别是种薯如贮存在通风不良、不能控温的自然通风窖中，过早打破休眠导致马铃薯产量下降[1]。氯苯胺灵（CIPC）是目前国内外最常用的商品薯抑芽剂[2]，因其抑芽作用不可逆，不能用于种薯的抑芽。一些植物精油对马铃薯具有抑制或诱导发芽的特性，Shukla等[3]研究发现，玫瑰草和阿育魏实精油可抑制马铃薯发芽，柠檬草和丁香精油可诱导马铃薯发芽。Teper-bamnolker等[4]研究发现，低浓度的薄荷精油可促进马铃薯发芽，而高浓度的薄荷精油则抑制马铃薯发芽。S-(+)-香芹酮是从植物葛缕子草（Carum carvi L.）的种子精油中提取出的一种具有挥发性的单萜类化合物，因其对马铃薯中的3-羟甲基戊二酰辅酶A还原酶具有可逆抑制作用，因此香芹酮可作为一种种薯抑芽剂使用[5-6]，但将其作为马铃薯种薯抑芽剂方面的研究尚少。本试验采用香芹酮处理种薯，总剂量为0.6 mL/kg，每6周处理一次，每次处理剂量0.2 mL/kg，在种植前停药6周，对青薯9号原种进行贮藏保鲜试验，通过考察香芹酮对种薯贮藏期间失重、发芽、腐烂等情况以及生理和田间种植指标的影响，对香芹酮在种薯上的贮藏效果进行评价，以期为马铃薯种薯贮藏保鲜新技术的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

供试马铃薯材料为青薯9号原种，由甘肃一航薯业科技发展有限责任公司提供；S-(+)-香芹酮（含量≥98%），武汉大华伟业医药化工有限公司生产；脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和吲哚乙酸(IAA)标样，美国Sigma公司生产；甲醇、乙腈和乙酸，天津光复化学试剂公司生产；液相色谱测试用水为超纯水，其余使用二次蒸馏水。

1.1.2 仪器与设备

L-1200高效液相色谱仪，配备Agilent G1356D MWD紫外检测器，美国Agilent公司；Cary-100紫外-可见分光光度计，美国Agilent公司；电子数显卡尺，上海恒量量具有限公司。

1.2 方法

1.2.1 贮藏处理

青薯9号原种采收后运至马铃薯恒温贮藏库，挑除腐烂、带病虫害的块茎，在温度18～20℃、相对湿度85%～95%的环境下愈合2周。种薯木栓化完全后，根据不同的试验处理进行分组贮藏。

香芹酮处理总剂量为0.6 mL/kg，每6周处理一次，即分别在贮藏0周、6周、12周进行香芹酮药剂处理，每次处理剂量为0.2 mL/kg。试验处理在尺寸1.8 m×1.0 m×1.0 m的木箱中进行，木箱底部配备内循环风机，木箱外使用塑料布包裹，以达到试验密闭处理的效果。依据农业行业标准NY/T 2789—2015《薯类贮藏技术规范》[7]适宜贮藏量的推荐要求，贮藏木箱内散装入750 kg挑拣好的种薯，薯堆上方使用托盘并铺好滤纸，每次在滤纸上加入香芹酮150 mL，之后扎紧塑料布，打开箱底部内循环风机作业24 h，密闭7 d后打开塑料布对种薯进行通风0.5 h，再扎紧塑料布，打开箱底部内循环风机0.5 h。每周对薯堆进行1～2次通风，以保证种薯足够的氧气交换。同时以不做任何药剂处理为对照（CK），每个处理3组重复。

CK和香芹酮处理的贮藏箱分开放置，贮藏温度为（10±1）℃。贮藏18周后，将种薯装于网袋中置于通风干燥处充分散除药剂，继续贮藏至24周后进行田间种植。

1.2.2 贮藏指标和生理指标的测定

分别在贮藏0、6、12、18、24周考察种薯失重率、发芽率和平均芽长，在贮藏末期24周考察贮藏腐烂率；分别在贮藏0、18、24周考察种薯中内源激素IAA、GA3、ABA的含量；在贮藏24周统计种薯腐烂率并考察种薯中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)的含量。

1.2.3 田间种植试验

分别在定西市农业科学研究院试验基地和天水市农业科学研究所中梁试验站进行田间种植试验。试验采用露地平播方式，随机区组设计，每个处理重复种植3个小区，每个小区按5行20株种植，重复间设走道1.0 m。小区长6.67 m，宽3 m，面积20 m2。马铃薯株距0.33 m，行距0.6 m，播种密度3 333株/667 m2。分别考察香芹酮对种薯田间种植后的物候期、田间性状（出苗率、株高和主茎数）、产量、商品薯率以及收获后马铃薯品质（干物质、还原糖、粗淀粉、VC、粗蛋白）的影响。

1.2.4 测定项目与方法

1.2.4.1 失重率

每组处理固定30个种薯装入网袋中进行定期称重。分别测定网袋中种薯的初始质量（m1）与贮藏一段时间后的质量（m2）。

1.2.4.2 发芽率

每组随机取30个种薯进行测定。贮藏期间种薯块茎芽长大于2 mm时判定为发芽，发芽率为发芽块茎数占块茎总数的百分比[8]。

1.2.4.3 平均芽长

每组随机取30个种薯进行测定。使用游标卡尺测量每个种薯顶芽的长度，测量后取其平均值。

1.2.4.4 腐烂率

按腐烂种薯的质量占统计种薯总质量的百分数计算。

1.2.4.5 内源激素的提取与测定

参照程建新等[9]的测定方法并稍微修改。每组随机取种薯20个，使用打孔器取以种薯芽眼为中心，取直径1 cm、长1 cm的块茎样品。称取约0.1 g上述样品放入研钵中加液氮磨碎，加入1.0 mL甲醇-水-冰醋酸（80∶20∶1，V/V/V）混合溶液，4℃浸提过夜。8 500 r/min离心10 min，离心后取出上清液，氮吹将有机溶剂去除。用0.1 mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调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，使用针头式过滤器（0.22μm）过滤于带有内衬管的样品瓶内待测。ABA、IAA、GA3的含量采用高效液相色谱法（HPLC）进行测定。色谱柱为Kromasil C18反相色谱柱（250 mm×4.6 mm,5μm），流动相为甲醇∶乙酸水溶液（1.0%）＝40∶60（V/V），测试条件为：紫外检测器，波长254 nm，流速0.8 mL/min，柱温35℃，走样时间40 min。

1.2.4.6 生理指标

每组随机取种薯20个，取种薯整薯样品。SOD活性：采用核黄素-NBT光化还原法[10]进行测定；CAT活性：采用H2O2紫外吸收法[11]进行测定；MDA含量：采用硫代巴比妥酸法[12]进行测定；Pro含量：采用磺酸性茚三酮法[13]进行测定。

1.2.4.7 田间调查指标和马铃薯采后品质

参照文献[14]中的方法进行测定。

1.2.5 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2007软件进行分析与作图，并计算标准误差。采用SPSS Statistics 19.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 香芹酮对青薯9号原种失重率的影响

图1为不同处理青薯9号原种失重率的变化，种薯失重率随贮藏时间的延长而上升。种薯贮藏过程中造成质量损失的主要原因是因块茎的发芽而造成的，此外还有水分散发、呼吸及其他生理代谢进程而引起的质量损失。在整个贮藏期间，CK失重率显著高于香芹酮处理（P＜0.05）。贮藏0～18周，香芹酮处理失重率曲线缓慢上升，说明香芹酮处理期间种薯质量损失缓慢，贮藏18周进行停药处理后，香芹酮处理失重率曲线变陡。24周贮藏期结束时，CK失重率为11.59%，香芹酮处理失重率为5.75%，说明香芹酮处理可延缓贮藏期间种薯的质量损失。

图1 香芹酮处理对青薯9号原种失重率的影响Fig.1 Effects of carvone treatments on weight loss rates of‘Qingshu 9’seed potatoes

2.2 香芹酮对青薯9号原种的发芽调控

贮藏期间不同处理种薯发芽率和平均芽长变化见图2，根据种薯发芽情况统计结果，CK贮藏6周后平均芽长达4.08 mm，发芽率为60.0%，说明此时CK种薯休眠被打破而呈萌芽状态，而此时香芹酮处理的种薯未见发芽；贮藏到18周时，CK和香芹酮处理芽长分别为33.59 mm和1.18 mm，发芽率分别为100%和3.33%，说明香芹酮处理可显著抑制贮藏期间种薯的发芽（P＜0.05），延长种薯的休眠期，这可能是因为香芹酮的分子结构决定了它亲脂性的生物活性，可损伤芽组织的细胞膜，使芽尖变黑，从而抑制种薯发芽（图3右上）；贮藏18周进行停药处理后，香芹酮处理的种薯逐渐开始发芽，贮藏24周时，CK、香芹酮处理的芽长分别为85.83 mm、4.98 mm，发芽率均达100%，说明进行停药处理6周后香芹酮不影响种薯薯芽的再次萌出，香芹酮对块茎发芽具有可逆性抑制，且芽长可达到适宜种薯种植时的理想芽长（5 mm左右），这种香芹酮的处理方式可对种薯具有很好的发芽调控作用。

图2 香芹酮处理对青薯9号原种发芽率（A）和平均芽长（B）的影响Fig.2 Effects of carvone treatments on germination rates(A)and average sprout lengths(B)of‘Qingshu 9’seed potatoes

图3 香芹酮处理对青薯9号原种的发芽调控效果Fig.3 Effects of carvone treatments on sprouting regulations of‘Qingshu 9’seed potatoes

2.3 香芹酮对青薯9号原种腐烂率的影响

贮藏24周统计了各处理种薯的腐烂率（图4），结果表明CK腐烂率高达42.23%，而香芹酮处理的种薯腐烂率为6.84%，显著低于CK（P＜0.05），说明香芹酮处理可在一定程度上抑制种薯腐烂，减少贮藏损失，这可能是因为香芹酮对种薯一些贮藏病害病原有抑制作用[15]。

2.4 香芹酮对青薯9号原种IAA、GA3、ABA水平的影响

图4 香芹酮处理对青薯9号原种腐烂率的影响Fig.4 Effects of carvone treatments on rotting rates of‘Qingshu 9’seed potatoes

块茎的休眠发芽是由内源激素促进和抑制作用共同调控完成的，可通过使用外源物质改变或调节特定内源激素水平与平衡来调节块茎的休眠[16]。ABA是最早发现可以诱导和维持马铃薯块茎休眠的激素[17]，其含量在块茎处于深度休眠状态较高，随着块茎休眠解除大幅下降。图5A为不同处理对种薯ABA含量的影响，可以看出CK和香芹酮处理的ABA含量均呈整体降低的趋势，在贮藏0～18周时香芹酮处理的种薯ABA下降比CK缓慢，贮藏18周时CK和香芹酮处理的ABA含量分别为1.99、2.30μg/g，说明香芹酮处理可延缓种薯ABA水平的降低。

图5 香芹酮处理对青薯9号原种ABA(A)、GA3(B)、IAA(C)含量的影响Fig.5 Effects of carvone treatments on ABA(A),GA3(B)and IAA(C)contents of‘Qingshu 9’seed potatoes

GA3对于打破马铃薯休眠，促进马铃薯萌发具有重要作用[18]，内源GA3在块茎休眠期间含量很低，在顶芽快要萌发的时候其含量较高。图5B为不同处理对种薯GA3含量的影响，从图中CK的GA3曲线可以看出，CK在贮藏初期GA3含量最高，随着贮藏时间的延长其含量逐渐降低，可能是因为CK在贮藏初期种薯薯芽就有萌发的趋势，而香芹酮处理的GA3曲线呈先升高后降低的趋势，这可能是因为香芹酮处理18周进行停药处理后，随着种薯中香芹酮含量的降低薯芽逐渐萌发，GA3含量及萌芽达到最大，说明香芹酮推迟了GA3峰值出现的时间，延长了种薯的休眠期。

IAA对打破休眠后块茎芽的生长有调控作用[19]，随着休眠打破，种薯逐渐发芽，IAA水平也将提高。从图5C可以看出，随着贮藏时间的延长，CK处理种薯IAA含量逐渐增加，而经香芹酮处理的种薯IAA含量则呈先降低后增加的趋势，即停药前降低，停药后增加，说明香芹酮在施药期间抑制了种薯发芽，延长了种薯休眠期，其IAA水平较低；而18周停药后到24周香芹酮处理种薯的IAA含量又升高，休眠打破，薯芽萌发，证实了香芹酮对种薯抑芽的可逆性与发芽的可调控性。

2.5 香芹酮对青薯9号原种SOD、CAT、MDA和Pro的影响

SOD在植物抗氧化系统中起着关键的作用，它在植物体内能够调节细胞中超氧化物阴离子自由基O2·和H2O2的浓度，以防止对细胞膜系统造成伤害[20]。CAT是催化H2O2分解成氧和水的酶，存在于细胞的过氧化物体内，作为细胞中的抗氧化防御酶，在植物受外界环境胁迫时，可以清除由于植物体内活性氧代谢加强而产生的H2O2，CAT受到H2O2诱导，终止进一步生物自由基连锁反应，是植物重要的酶促防御系统之一，此外在马铃薯萌芽、发芽时，块茎中CAT活性明显降低，H2O2含量明显增加[21]。由表1可见，贮藏24周时，香芹酮处理的SOD和CAT活性显著高于CK，说明种薯经香芹酮处理后SOD和CAT活性增加，延缓了种薯的生理老化，使得CAT清除H2O2能力较CK增强。MDA是植物衰老过程中膜脂过氧化最重要的产物之一，常被用来评价细胞膜系统受伤害的程度[22]，其含量的增加是块茎逐渐发生衰老的标志。贮藏末期香芹酮处理种薯中的MDA含量为6.61 nmol/g FW，显著低于CK（P＜0.05），说明香芹酮通过延长种薯休眠、抑制种薯发芽，延缓了种薯的生理老化，降低了种薯中膜脂过氧化程度和MDA积累程度。Pro是植物体内最重要和有效的渗透调节物质之一，当植物受到胁迫时，细胞内的Pro会增加以抵抗植物受到伤害。贮藏24周时，香芹酮处理的种薯Pro含量为240.91μg/g FW，显著高于CK（P＜0.05）。Coleman等[23]曾研究指出块茎中Pro的含量与ABA水平呈正相关，在块茎发芽时，ABA水平降低，Pro含量也会降低。因此香芹酮诱导了Pro含量的增加，提高了块茎中ABA的水平，延长了种薯的休眠期，延缓了块茎的生理老化。

表1 不同处理种薯的SOD、CAT活性及MDA、Pro含量（贮藏24周）Table 1 Antioxidant enzymes SOD,CAT activities and MDA,Pro contents of seed potatoes after different treatments

2.6 香芹酮对青薯9号种薯田间种植的影响

由表2可见，青薯9号原种在定西、天水两地种植后，同一种植地点不同处理的出苗期、现蕾期、开花期和成熟期大体一致，用香芹酮处理种薯后，整个物候期没有明显差异。

CK和香芹酮处理种薯种植后的田间性状和产量指标见表3。同一种植地点，CK和香芹酮处理的种薯田间出苗率、主茎数没有显著差异；定西大田试验香芹酮处理的株高为83.30 cm，显著高于CK（P＜0.05）；天水大田试验CK的单株薯数显著多于香芹酮处理（P＜0.05），而单株薯质量显著低于香芹酮处理（P＜0.05）；天水香芹酮处理的商品薯率最高，为79.83%；定西、天水两地香芹酮处理的产量分别比CK高7.63%、9.46%，但与CK相比均未达到显著性差异。

表4为不同处理对采后马铃薯营养品质的影响，可以看出香芹酮处理采后马铃薯的干物质、粗蛋白、粗淀粉、VC和还原糖与CK相比没有显著性差异。综上，香芹酮在贮藏期间对种薯进行抑芽保鲜处理后，对种薯后期的田间种植无不良影响。

表2 不同处理种薯种植后的田间物候期Table 2 Phenological stages of potatoes under different treatments after planting

表3 不同处理种薯种植后的田间性状及产量指标Table 3 Field traits and yields of potatoes under different treatments after planting

表4 不同处理对采后马铃薯营养品质的影响Table 4 Effects of different treatments on nutritional qualities of post-harvest potatoes

3 结论

种薯贮藏不同于商品薯贮藏，由于希望其在贮藏期间既能减少因发芽而造成的贮藏损失，又不影响其后期的马铃薯生产种植，因此不能使用抑芽作用不可逆的马铃薯抑芽剂。本研究采用香芹酮总剂量为0.6 mL/kg，每6周处理1次，每次处理剂量0.2 mL/kg，在种植前停药6周的处理方式，对马铃薯原种的大量贮藏具有较好的保鲜效果。研究表明，通过香芹酮的施药与停药来调控种薯中内源激素ABA、GA3和IAA水平，在香芹酮作用于种薯期间阻碍了IAA、GA3的合成，促进ABA的合成，从而显著抑制种薯发芽，延长种薯的休眠期；进行停药处理后，将香芹酮作用移除后，IAA、GA3合成不再受抑制而增加，ABA水平降低，休眠被解除，薯芽被激发而萌发至适宜种植芽长，并且对田间性状、产量和采后马铃薯品质无不良影响；此外，与对照相比，香芹酮处理降低了贮藏过程中种薯的失重率和腐烂率，使种薯中SOD、CAT保持较高活性，降低了种薯中MDA的积累和膜脂过氧化程度，延缓了种薯的生理老化，并诱导Pro含量的增加，提高种薯中ABA水平，使种薯休眠期延长。因此，香芹酮可作为一种马铃薯种薯贮藏发芽调控剂，以解决我国马铃薯种薯贮藏过程中因设施简陋、贮藏保鲜技术不足而导致的发芽问题，减少贮藏损失，在种薯贮藏保鲜方面具有较好的潜在应用价值。