鈣對貯藏期馬鈴薯塊莖滲透調節物質及SOD的影響

李婷婷，陳彥云,2*，沈文娟，陳陸祺，陳銀花，曹君邁

(1. 寧夏大學西北土地退化與生態恢復國家重點實驗室培育基地/寧夏大學西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學生命科學學院，寧夏 銀川 750021;3.寧夏回族自治區原種場，寧夏 銀川 750021；4.北方民族大學生物科學與工程學院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】鈣作為植物生長發育必須的營養元素，也被稱為細胞內第二信使，感應外界環境條件變化，從而提高植物抵抗逆境的能力，對植物細胞的結構和生理功能有重要作用。馬鈴薯塊莖內部生理紊亂現象與鈣含量密切相關，鈣的合理應用能有效降低馬鈴薯病害的發生率[1]。增加馬鈴薯塊莖鈣含量，可穩定其細胞壁及細胞膜系統，減緩其酶促反應，延遲塊莖細胞的衰老。降低其生理病害率，從而有效提高馬鈴薯的食用品質和耐貯藏性[2-3]?！厩叭搜芯窟M展】鈣在馬鈴薯上的應用研究報道主要集中在影響機制方面，邢金銘等研究證實鈣可以維持細胞膜的完整性和活性，以及細胞壁結構的整體性[4]。鈣亦可抑制植物衰老的進程[5]。劉喜平等[6]研究發現不同濃度的鈣處理對貯藏期馬鈴薯塊莖淀粉酶，過氧化物酶，多酚氧化酶等酶活性及可溶性蛋白質含量密切相關；丁紅瑾[7]研究發現鈣處理對貯藏期馬鈴薯塊莖營養物質、細胞膜、細胞壁等相關生理生化指標密切相關。吳玉鵬等[8]研究發現鈣和1-MCP復合作用下可有效降低香梨貯藏期間果實萼端黑斑發生率。說明鈣能有效減少植物貯藏期病害的發生率。和銀霞等[9]，周慧娟等[10]研究發現噴鈣可有效降低貯藏期果實的腐爛率。目前，關于鈣對貯藏期馬鈴薯塊莖滲透調節物質及SOD保護酶的研究報道相對較少。具體的鈣處理濃度要依地力和品種而異。針對吳友根對鈣與果品貯藏關系的研究展望中提出鈣處理的最適濃度范圍及鈣處理果最佳的貯放時間閾值[11]問題進行探討?！颈狙芯壳腥朦c】本實驗以不同濃度鈣處理的馬鈴薯塊莖為研究對象，研究其貯藏過程中可溶性總糖，脯氨酸，丙二醛含量及超氧化物岐化酶活性的動態變化，探討鈣在馬鈴薯塊莖耐貯性能方面發揮的作用?！緮M解決的關鍵問題】為馬鈴薯合理施用鈣肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種為青薯9號，由寧夏馬鈴薯工程技術研究中心提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 設置6個Ca(NO3)2施用水平，分別為CK(0 kg/hm2)、A1 (0.15 kg/hm2)、A2(0.3 kg/hm2)、A3(0.45 kg/hm2)、A4(0.6 kg/hm2)、A5(0.75 kg/hm2)、每個處理重復3次。試驗地點設在寧夏馬鈴薯工程技術研究中心試驗基地，田間試驗采用隨機區組設計，小區面積為17.5 m2，每小區5行，每行長7 m，株距0.35 m、行距0.50 m，等行距種植，5行邊行作為保護行。2017年4月15日播種，田間管理按常規方式進行，于現蕾期(8月3日)至盛花期進行葉面噴施Ca(NO3)2，間隔7 d噴施1次，每期2次、共4次。在10月20日收獲后，將馬鈴薯塊莖貯藏在0～8 ℃、黑暗的半地下式自然窖中。于2017年11月20日移至實驗室冷藏柜內儲藏(溫度：4 ℃，65 %～70 % RH)。在2018年1-4月分4次取樣，測定馬鈴薯塊莖中幾種透調節物質含量及超氧化物歧化酶活性。

1.2.2 測定方法 可溶性總糖含量的測定采用蒽酮比色法、參照高俊鳳等[12]的方法；脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法；丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用核黃素-NBT光還原法[13]。

1.3 數據處理

采用Excel 2016軟件對數據進行處理，用SPSS22.0統計分析軟件對實驗數據進行分析，所有數據均采用最小顯著差異(LSD)法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 鈣肥與馬鈴薯塊莖貯藏期間可溶性總糖含量的關系

可溶性總糖可調節滲透脅迫，逆境脅迫下其含量的變化對細胞滲透勢的調節具有重要的作用。從圖1可以看出，不同濃度Ca(NO3)2處理的馬鈴薯塊莖在整個貯藏期內可溶性總糖含量差異達顯著水平?；颈憩F為先降低后升高的趨勢。在貯藏期1月，A4顯著高于A3、A5又顯著高于CK、A1、A2，其中A3、A4、A5 3個處理組的可溶性總糖含量分別高出對照組CK，0.438、1.007、0.385個百分點，且A4處理的馬鈴薯塊莖可溶性總糖含量最高；2月A3顯著高于CK及其他處理組；3月A1顯著高于A4、A5顯著高于CK又顯著高于A2和A3；4月A4和A3顯著高于A2，A5又顯著高于A1和CK，可溶性總糖含量從高到低依次表現為A4>A3>A2>A5>CK>A1。在整個貯藏期A4處理下的可溶性總糖含量均較高?？梢?，對于馬鈴薯可溶性總糖含量來說，Ca(NO3)2噴施劑量在0.6～0.75 kg/hm2濃度范圍下最適宜。

2.2 鈣肥與馬鈴薯塊莖貯藏期間脯氨酸含量的關系

脯氨酸作為植物細胞質內滲透調節物質，可以提高植物的抗滲透脅迫能力，其含量在一定程度上反映了植物的抗逆性。從圖2可以看出，不同濃度Ca(NO3)2處理的馬鈴薯塊莖在貯藏中后期(3-4月)脯氨酸含量差異達顯著水平。在貯藏期1月，各處理組脯氨酸含量均高于CK。在貯藏期3月A4顯著高于CK、A1、A2、A3、A5；貯藏期4月CK、A1、A4、A5顯著高于A2和A3。其中A1、A2、A3處理組脯氨酸含量均低于CK。隨著貯藏期的延長，脯氨酸含量整體上呈遞增趨勢。在整個貯藏期中，A4與A5處理組總體上均高于CK對照組。由此可知，不同Ca(NO3)2處理對貯藏期馬鈴薯塊莖脯氨酸含量具有不同的影響，A3及以下濃度的Ca(NO3)2可增加馬鈴薯塊莖的抗滲透脅迫能力，利于短期貯藏，A4或A5濃度的Ca(NO3)2處理的馬鈴薯有利于長期貯藏?？梢?，對于馬鈴薯脯氨酸含量來說，Ca(NO3)2噴施劑量在0.6 kg/hm2下適合。貯藏期2月各處理組無顯著差異，故在此不做贅述。

小寫字母表示同一列數值在0.05水平上存在顯著性差異，n=3圖1 不同鈣肥處理下馬鈴薯塊莖貯藏期間可溶性總糖含量的變化Fig.1 Changes of total soluble sugar content in potato tubers during storage under different calcium fertilizers

小寫字母表示同一列數值在0.05水平上存在顯著性差異，n=3圖2 不同鈣肥處理下馬鈴薯塊莖貯藏期間脯氨酸含量的變化Fig.2 Changes of proline content in potato tuber during storage under different calcium fertilizers

2.3 鈣肥與馬鈴薯塊莖貯藏期間丙二醛含量的關系

MDA為膜脂過氧化產物可指示膜脂過氧化程度，含量越高植物體受傷害程度越大，可以間接指示植物體的抗逆性。從圖3可以看出，不同濃度Ca(NO3)2處理的馬鈴薯塊莖在整個貯藏期內丙二醛含量差異達顯著水平。馬鈴薯塊莖MDA含量總體上呈下降趨勢。在貯藏期1月，CK和A4顯著高于A1、A3、A5又顯著高于A2，其中對照組CK中的丙二醛含量達到最高值(1.064 μmol/g)；2月CK，A4顯著高于A1、A2、A3又顯著高于A5；3月A4，A2顯著高于A5、CK、A1、A3；4月CK、A1、A4顯著高于A2，A3又顯著高于A5，馬鈴薯塊莖丙二醛的含量從高到低依次為A1>CK>A4>A2>A3>A5。對照組丙二醛含量在各檢測時期總體上均高于其他處理組。表明Ca(NO3)2施用處理有利于減緩自由基對細胞膜系統的傷害，增加馬鈴薯耐貯藏性。并且Ca(NO3)2濃度越高，細胞膜受損傷的程度越低。整個貯藏期，A2，A3處理下的馬鈴薯塊莖內丙二醛含量相對低于其他處理組，可見，對于馬鈴薯丙二醛含量來說，Ca(NO3)2噴施劑量在0.3～0.45 kg/hm2，0.75 kg/hm2下適合。

2.4 鈣肥與馬鈴薯塊莖貯藏期間SOD活性的關系

SOD是生物體內重要的保護酶，可以維持植物體內活性氧自由基在較低水平，能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質。從圖4可以看出，不同濃度Ca(NO3)2處理的馬鈴薯塊莖在整個貯藏期內SOD活性差異達顯著水平，在貯藏時期1-3月，馬鈴薯塊莖內SOD活性呈先升高后降低的趨勢。在貯藏后期(4月)，A4與A5差異不顯著，但顯著高于A1，A2，A3。其中A1，A2差異不顯著。其中高濃度Ca(NO3)2處理組(A4、A5)SOD活性高于低濃度Ca(NO3)2處理組(A1、A2、A3)。在整個貯藏期，不同濃度Ca(NO3)2處理的馬鈴薯塊莖SOD活性始終均高于CK，表明噴施Ca(NO3)2，可以增強馬鈴薯塊莖內的SOD活性。且隨著貯藏時間的增加，高濃度的Ca(NO3)2處理可有效延長馬鈴薯貯藏時的SOD活性?？梢?，對于馬鈴薯SOD活性來說，Ca(NO3)2噴施劑量在0.6～0.75 kg/hm2下適合。

小寫字母表示同一列數值在0.05水平上存在顯著性差異，n=3圖3 不同鈣肥處理下馬鈴薯塊莖貯藏期間丙二醛含量的變化Fig.3 Changes of malondialdehyde content in potato tuber during storage with different calcium fertilizers

3 討 論

3.1 鈣對馬鈴薯塊莖儲藏期間滲透調節物質含量的影響

貯藏期間可溶性總糖含量的變化與薯塊本身的呼吸強度、淀粉轉化、組織失水、基因型、塊莖成熟度、生長時的環境條件、貯藏時塊莖生理年齡、冷藏前塊莖的代謝狀態以及預處理條件等因素密切相關[14-16]。王秋明等研究發現CaCl2處理延緩了芒果果實的可溶性糖含量的上升，起到了延緩芒果果實后熟衰老的作用[17]。周詠梅等研究發現在巨峰夏果幼果膨大期進行噴施Ca(NO3)2，可有效提高可溶性總糖含量等果實品質指標[18]。魏翠果等研究發現鹽脅迫下添加適量鈣后，亦可提高馬鈴薯脫毒苗葉片中可溶性總糖含量，表明鈣具有提高鹽脅迫下馬鈴薯的滲透調節能力的作用，從而有效緩解鹽脅迫對馬鈴薯的傷害[19]。趙喜亭等研究發現在貯藏30 d之前，CaCl2處理可以明顯增加可溶性總糖并抑制30～75 d可溶性總糖的降低，對75 d之后可溶性總糖的降低雖然也起到了一定的抑制作用，但沒有前期的作用明顯[20]。本實驗結果發現在貯藏初期(1月)可溶性總糖含量普遍較高，到后期(4月)逐漸趨于穩定，這與趙喜亭等研究結果一致。這可能因為在儲藏初期，馬鈴薯塊莖中酶活性比較強，呼吸作用劇烈，可溶性總糖的消耗比較大。趙敏等[21]就貯藏溫度對馬鈴薯品質的影響研究中發現低溫更有利于維持貯藏期馬鈴薯薯塊的品質。隨著儲藏期的延長以及環境溫度較低，植物體內各種生物酶活性降低，可溶性總糖含量最終趨于穩定。

小寫字母表示同一列數值在0.05水平上存在顯著性差異，n=3圖4 不同鈣肥處理下馬鈴薯塊莖貯藏期間SOD活性的變化Fig.4 Changes of SOD activity in potato tuber during storage under different calcium fertilizers

脯氨酸通常情況下在植物體內游離并不多，在低溫貯藏下，游離脯氨酸含量迅速提高[22]。龔明等研究低溫對稻苗葉片生理影響發現抗冷性強的梗稻青林9號和抗冷性弱的釉稻IR24在低溫下脯氨酸都大幅度增加。但抗冷性弱的IR24比抗冷性強的青林9號積累脯氨酸明顯要多[23]。張秀梅等在鈣處理對桃果實生理效應的研究中發現在(2±2) ℃貯藏下桃果實游離脯氨酸含量則明顯增加，但在(10±2) ℃貯藏下，桃果實游離脯氨酸含量變化不大。由此可見鈣處理下的桃果應在適宜溫度下貯藏可有效積累游離脯氨酸。本實驗發現馬鈴薯在Ca(NO3)2處理及4 ℃低溫貯藏下游離脯氨酸明顯增加(圖3)，這與張秀梅等[24]研究結果一致。Ca(NO3)2處理可有效增加蔬果貯藏期間脯氨酸含量，提高植物體抗逆保護作用，增強植物體的休眠機制，延長植物體的貯藏性。

MDA是膜脂過氧化的最終產物之一，可以作為判斷植物衰老和膜脂過氧化強弱的重要指標[25]。劉萍等[26]研究指出芍藥花瓣內MDA含量在CaCL2+6-BA復合作用下達到有效抑制。洪森榮等[27]，鄒亞麗等[28]研究發現植物在整個貯藏過程中，各處理的MDA含量低于對照組。本實驗研究發現：不同濃度的Ca(NO3)2處理均可抑制丙二醛含量的積累，這與丁紅瑾[7]，李文霞等[29]等研究結果一致?？梢?，噴施Ca(NO3)2可以有效降低植物體內MDA含量的增加。適當濃度Ca(NO3)2能提高細胞膜的保護性能，維持細胞壁的整體結構，保證細胞膜的活性，減少乙烯生成，提高馬鈴薯的耐儲性能[30]。

3.2 鈣肥對馬鈴薯塊莖貯藏期間SOD活性的影響

超氧化物岐化酶是酶促防御系統的重要保護酶，通過清除生物細胞中的超氧自由基，防止O2-的毒害作用，從而保護細胞膜結構和功能的完整性[31]。胡波等[32]研究發現一定濃度的鈣處理對采后的鄂北冬棗起到了積極作用，維持了SOD的活性，增強植物細胞清除自由基的能力，減少過多的O2-對生物膜的傷害。SOD活性的提高有助于貯藏期馬鈴薯自我保護機制，消除各種代謝產生的自由基。孫婭等[31]等研究發現一定濃度的鈣處理可以延緩植物體的衰老，延長貯藏期。本文與鄒亞麗等[28]研究結果一致。本實驗結果表明噴施鈣可以顯著增強超氧化物岐化酶活性，高濃度的Ca(NO3)2處理[Ca(NO3)2噴施劑量在0.6～0.75 kg/hm2范圍]和低濃度的Ca(NO3)2處理(Ca(NO3)2噴施劑量在0.15～0.45 kg/hm2范圍]相比，高濃度處理下的馬鈴薯塊莖內SOD的活性更大，從而更利于馬鈴薯的貯藏。Ca(NO3)2通過提高SOD活性，防止活性氧的積累，進而延緩馬鈴薯的衰老，提高耐貯藏性。隨著貯藏時間的增加，高濃度的Ca(NO3)2處理更適合馬鈴薯長期貯藏即300 d。劉喜平等[33]研究發現高濃度鈣處理下在貯藏后期馬鈴薯塊莖過氧化物酶活性和多酚氧化酶活性都高于低濃度鈣處理和對照。與本實驗研究結果一致。故此可合理提出若用于長期貯藏時，噴施高濃度的Ca(NO3)2有利于維持馬鈴薯塊莖內SOD活性，提高薯塊的耐貯藏性。

4 結 論

本研究結果表明，在現蕾期至盛花期進行葉面噴施Ca(NO3)2，可顯著提高儲藏期內的馬鈴薯塊莖可溶性糖，脯氨酸等物質的含量、SOD保護酶的活性，以及顯著抑制MDA累積含量，增強了細胞滲透調節能力和原生質保護能力，從而延長了馬鈴薯塊莖的貯藏時間。 Ca(NO3)2噴施濃度在0.15 kg/hm2，0.6～0.75 kg/hm2范圍內，馬鈴薯塊莖內可溶性總糖含量顯著高于其他處理組；噴施濃度在0.6 kg/hm2下的馬鈴薯塊莖內脯氨酸含量相對高于其他處理組；噴施濃度在0.3～0.45、0.75 kg/hm2范圍內，馬鈴薯塊莖內丙二醛含量相對低于其他處理組；噴施濃度在0.6～0.75 kg/hm2范圍的馬鈴薯塊莖超氧化物岐化酶活性最高。綜合4種生理指標研究結果，本實驗提出Ca(NO3)2噴施濃度在0.6 kg/hm2下最佳。