去花對(duì)菊芋干物質(zhì)和糖分積累與分配的影響

李輝，許歡歡，趙耕毛，梁明祥*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210095;2.江蘇省海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210095)

菊芋(Helianthus tuberosus)是菊科向日葵屬的栽培植物，又稱洋姜或鬼子姜［1］。菊芋具有很強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，耐寒、耐旱、耐貧瘠和耐鹽堿。地上莖桿富含纖維可以做成高密度纖維板和飼料，地下塊莖除了做飼料外，塊莖富含菊糖為天然果聚糖，是食品中的甜劑、健康的食品纖維和脂肪替代物的理想原料［2］，同時(shí)，菊芋塊莖還可以生產(chǎn)燃料乙醇、生物柴油等新興生物質(zhì)能源［3-4］。

碳水化合物是植物光合同化作用的主要產(chǎn)物，光合同化產(chǎn)物在植物體內(nèi)的積累和分配與產(chǎn)量密切相關(guān)［5］，同化物分配過(guò)程是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在很大程度上決定了植物的生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)模式［6］，及植物的競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)于植物結(jié)構(gòu)的形成也起著重要的作用［7］。菊芋塊莖中的同化物來(lái)自地上部同化物(源)的積累與分配，地上部同化物的積累與分配對(duì)塊莖的形成起著重要的作用。另外，塊莖(庫(kù))對(duì)同化物的競(jìng)爭(zhēng)能力也直接影響到同化物在植物體各器官之間的分配［8］。過(guò)去的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)葉片是同化物形成的主要場(chǎng)所，以蔗糖的形式通過(guò)莖中的輸導(dǎo)組織向地下部轉(zhuǎn)運(yùn)，在塊莖中積累并轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔酆隙鹊墓厶牵?］。植物開(kāi)花是植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化成生殖生長(zhǎng)中最關(guān)鍵的一步，但開(kāi)花過(guò)程同時(shí)消耗植物大量的能源。菊芋主要依靠無(wú)性繁殖進(jìn)行繁衍(塊莖)，雖然部分品種能夠開(kāi)花，但種子的數(shù)量極少并且萌發(fā)率也不高。目前對(duì)植物進(jìn)行摘除花朵的研究較少，對(duì)植株進(jìn)行打頂研究的比較多，研究中發(fā)現(xiàn)摘除花朵可以提高植株的花絮有效率［10］，打頂可以增加葉片的光照強(qiáng)度，減少生殖消耗，從而對(duì)產(chǎn)量提高有顯著的影響［11］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，植物打頂和去花處理有著廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于菊芋的去花處理對(duì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)尤其是塊莖的影響還沒(méi)有研究。因此研究菊芋去花行為對(duì)塊莖的生物量以及果聚糖模式的影響對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的意義。

本文以青芋二號(hào)為試材，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓實(shí)驗(yàn)基地的露天溫室進(jìn)行土培實(shí)驗(yàn)，跟蹤觀察其整個(gè)生長(zhǎng)期并比較對(duì)其進(jìn)行去花與不去花處理，測(cè)定了去花處理后地上部分和地下部分(塊莖)生物量等生理指標(biāo)。通過(guò)HPLC對(duì)青芋二號(hào)4個(gè)不同發(fā)育時(shí)期的塊莖(根)、莖、葉糖分的測(cè)定，來(lái)探索青芋二號(hào)整個(gè)生長(zhǎng)期的糖分累積與轉(zhuǎn)運(yùn)分布模式，通過(guò)對(duì)去花與不去花的塊莖糖分的測(cè)定來(lái)弄清青芋二號(hào)花朵的去除與否對(duì)青芋二號(hào)塊莖糖分的影響，為以后提高菊芋塊莖質(zhì)量以及進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

選用菊芋品種青芋二號(hào)作為試材，塊莖來(lái)自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)863實(shí)驗(yàn)基地江蘇省大豐市金海農(nóng)場(chǎng)。

實(shí)驗(yàn)于2012年3月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓溫室進(jìn)行。采用露天栽培，土壤基本性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)8.36 g/kg，全磷0.024 g/kg，鉀0.134 g/kg，全氮0.024 g/kg，pH 值7.3，鹽分0.17 g/kg;間距40 cm，行距60 cm，縱深70 cm，施有機(jī)肥150 g(鎮(zhèn)江興農(nóng)有機(jī)肥有限公司，有機(jī)質(zhì)含量≥50%，氮、磷、鉀含量2.5%)作為底肥，選取大小一致的菊芋塊莖栽種。在種植后80 d與花蕾期(110 d)之間再施一次有機(jī)肥，每株100 g。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:實(shí)驗(yàn)設(shè)對(duì)照(CK，不去花菊芋植株)和去花處理(T，去花菊芋植株)，種植青芋二號(hào)40株，每個(gè)處理3次重復(fù)，分4個(gè)時(shí)期進(jìn)行采樣(種植后80，110，150，210 d)，去花處理是在花蕾出現(xiàn)的時(shí)候去除植株上所有的花蕾，處理時(shí)間大概需要持續(xù)1.5個(gè)月(大約在種植后80 d后開(kāi)始去花處理)，地上部與地下部分開(kāi)采樣，地上部稱鮮重，烘干稱干重;地下部稱量鮮重，烘干后稱干重計(jì)算干物質(zhì)含量;取同等部位葉片、莖基部(5～10 cm)和塊莖(根)烘干用于糖分測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 青芋二號(hào)全生育周期的地上部和地下部鮮重、干重、莖分枝數(shù)、塊莖的長(zhǎng)度、直徑(用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量)和數(shù)量的測(cè)定 鮮重和干重測(cè)定方法:采樣后用自來(lái)水沖洗干凈然后用去離子水沖洗干凈，用吸水紙吸干樣品上的水分，用天平分別對(duì)地上部分和地下部分進(jìn)行稱量，所得重量即為地上部和地下部鮮重;然后將地上部和地下部放于烘箱110℃殺青10 min，75℃烘至恒重，再次稱重(干重)。

1.2.2 糖分含量的測(cè)定 可溶性總糖的提取:菊芋塊莖(種下后210 d的樣品)、根、莖、葉(種下后80，110，150 d的樣品)等鮮樣于烘箱中75℃下恒溫烘48 h;組織樣品研磨后，與去離子水按1∶3(g/mL)比例混勻，放進(jìn)100℃的水浴鍋中20 min以去除蛋白，反復(fù)抽提3次，收集3次提取的所有溶液;將第二步所得的溶液過(guò)濾，濾液10319 r/min離心20 min，收集上清;所獲得的濾液過(guò)固相萃提柱GracePureTMSPE C18-Max(GRACE公司)，濾液過(guò)0.45 μm水相濾膜過(guò)濾，獲取上樣液?？扇苄钥偺?total soluble sugar，TSS)含量的測(cè)定采用苯酚-硫酸法［12］?？傔€原糖(total reducing sugar，TRS)含量的測(cè)定采用二硝基水楊酸(dinitro salicylic acid，DNS)法［13］。

果糖、葡萄糖、蔗糖、蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖HPLC－ELSD檢測(cè):取0.5 mL上樣液于上樣瓶中，上機(jī)測(cè)定，樣品進(jìn)樣量為10 μL，梯度洗脫條件為:流速為1 mL/min，每次樣品的運(yùn)行時(shí)間為55 min。0～15 min流動(dòng)相:25%水(B)，75%乙腈(C);15～30 min流動(dòng)相:35%水(B)，65%乙腈(C);30～40 min流動(dòng)相:50%水(B)，50%乙腈(C);40～42 min流動(dòng)相:50%水(B)，50%乙腈(C);42～55 min流動(dòng)相:25%水(B)，75%乙腈(C)(“%”表示體積百分含量)。

所需設(shè)備:高效液相色譜儀(Agilent1200)、糖柱(PrevailTMCarbohydrate ES Coloumn-W250*46mm 5um)和蒸發(fā)光檢測(cè)器(Alltech ELSD 3300)。

所需試劑:HPLC(High Performance Liquid Chromatography)級(jí)乙腈、超純水。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel和SPSS 16.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。圖片采用SigmaPlot軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖的影響

通過(guò)對(duì)青芋二號(hào)全生育期的跟蹤觀察，在塊莖種下3周后出苗;出苗4周后進(jìn)入快速生長(zhǎng)期，這一時(shí)期持續(xù)1個(gè)月的時(shí)間，在這一階段植株分枝開(kāi)始出現(xiàn)并逐漸增多，平均每株7條分枝(取樣);出苗后第8周青芋二號(hào)植株上開(kāi)始出現(xiàn)花蕾，正式進(jìn)入花蕾期階段，在這一階段，分枝數(shù)達(dá)到最多，穩(wěn)定在每株22枝，此時(shí)青芋二號(hào)出現(xiàn)匍匐莖;花蕾期持續(xù)2周后，青芋二號(hào)花蕾綻放，此時(shí)進(jìn)入開(kāi)花期，青芋二號(hào)的整個(gè)開(kāi)花期持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，大概8周的時(shí)間，此時(shí)塊莖開(kāi)始形成(分別在花蕾后期和完全開(kāi)花后期取樣2次);花后2個(gè)月左右地上部分植株基本枯萎，這一階段塊莖不斷膨大(取樣)，直到地上部分全部枯死。由于菊芋的花期較長(zhǎng)，同時(shí)花蕾不時(shí)出現(xiàn)，因此本實(shí)驗(yàn)中僅對(duì)完全去花處理后的塊莖進(jìn)行了比較。去花處理后，青芋二號(hào)的塊莖數(shù)量和塊莖大小都增加了，去花處理后平均每株塊莖為56.33個(gè)，與對(duì)照相比增加了39.67%，處理后平均每株塊莖長(zhǎng)度為5.90 cm，與對(duì)照相比增加了59.46%，塊莖干重比對(duì)照的增加了22.53%;觀察測(cè)定發(fā)現(xiàn)，地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重、地下部干重在全生育期呈先上升后下降的趨勢(shì)，都在開(kāi)花期(150 d)達(dá)到最大值，分別為:845.78，258.07，168.93，51.15 g，分別比快速生長(zhǎng)期(80 d)增加了 530.94%，753.97%，391.08%，717.09%(表1)。

表1 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖的影響Table 1 Effect of defloration on Qingyu No.2 tuber production

2.2 青芋二號(hào)全生育期可溶性總糖變化趨勢(shì)及去花對(duì)塊莖可溶性總糖含量的影響

植物可溶性總糖包含常見(jiàn)的單糖，二糖和多糖(在菊芋中主要包含不同聚合度的果聚糖)，對(duì)植物總的可溶性糖的測(cè)定可以弄清糖類物質(zhì)在菊芋植物中積累和分配模式。由圖1可知，可溶性總糖在不同生長(zhǎng)時(shí)期的各種器官中，在相同重量的干重組織樣品下，塊莖的含量是最多的，隨著植株的生長(zhǎng)含量也是不斷增加，在收獲時(shí)候(種下后210 d)達(dá)到最大值，在未去花植株的塊莖中平均達(dá)到619.13 mg/g干重;莖和葉中的可溶性總糖含量在開(kāi)花前均相對(duì)穩(wěn)定，但開(kāi)花后含量急劇下降，在210 d時(shí)降為0，此時(shí)植物莖葉已經(jīng)枯萎。對(duì)青芋二號(hào)進(jìn)行去花處理，可以看出，去花處理后，塊莖中的可溶性總糖含量與對(duì)照相比差異顯著，去花處理后相同重量的干重中可溶性總糖顯著下降，但去花處理后總的植物塊莖的鮮重增加了33.18%。綜合以上結(jié)果表明，青芋二號(hào)隨著不斷的生長(zhǎng)，相同干重下的植物總糖含量是不斷增加的，種下后150 d與種下后80 d相比增加了34.21%;去花處理后塊莖總的可溶性總糖的含量與對(duì)照相比上升了13.73%。

2.3 青芋二號(hào)全生育期還原糖變化趨勢(shì)及去花對(duì)還原糖含量的影響

植物中常見(jiàn)的還原糖包括幾乎所有的單糖和大部分二糖(蔗糖除外)等。如圖2所示，還原糖含量在各組織器官中，葉中的含量是最低的;在莖葉未枯萎之前，莖中的還原糖含量是最高(但只在種植后150 d同根相比有顯著性差異)，其次是根;莖中的還原糖含量在整個(gè)生育期中是先遞增而后降低，在110 d時(shí)達(dá)到最大值，為35.67 mg/g干重(但同根相比無(wú)顯著性差異);葉中還原糖含量變化很小，莖葉中的還原糖含量在210 d時(shí)為0，這是因?yàn)榍o葉基本枯萎。去花處理后，與對(duì)照相比，同時(shí)期相同干重的塊莖中還原糖含量升高了，但差異不顯著。以上結(jié)果表明，在地上組織枯萎之前，還原糖等主要積累在莖和根中，在植株開(kāi)完花后，莖根中的還原糖快速轉(zhuǎn)入塊莖中，并同時(shí)聚合成高聚合度的果聚糖。去花處理稍微提高了青芋塊莖單位重量的還原糖。

圖1 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖可溶性糖含量的影響Fig.1 Effect of defloration on soluble sugar content in Qingyu No.2 tubers

圖2 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖還原糖含量的影響Fig.2 Effect of defloration on reducing sugar content in Qingyu No.2 tubers

2.4 青芋二號(hào)全生育期葡萄糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)葡萄糖含量的影響

光合作用最主要的產(chǎn)物是碳水化合物，一般認(rèn)為最初的產(chǎn)物為磷酸丙糖，該糖可在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楣呛推咸烟?，蔗糖就是?-磷酸果糖和6-磷酸葡萄糖的基礎(chǔ)上聚合而成。由于還原糖的測(cè)定并不能辨別當(dāng)中各個(gè)組成成分的構(gòu)成和含量，因此我們采用液相色譜的方法來(lái)檢測(cè)各個(gè)組成成分。通過(guò)對(duì)菊芋果聚糖檢測(cè)方法的摸索，我們成功建立了菊芋不同糖分的檢測(cè)方法。圖3為利用HPLC－ELSD方法測(cè)定的各個(gè)不同青芋器官中糖含量圖，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，葡萄糖，果糖，蔗糖等首先洗脫出來(lái)，高聚合度的果聚糖后洗脫出來(lái)。菊芋莖和葉中的高聚合度的果聚糖含量較低，在塊莖和根中的果聚糖含量較高，由于比蔗果五糖更高聚合度的糖標(biāo)準(zhǔn)品沒(méi)有，圖中僅僅標(biāo)記到蔗果五糖。由圖4可知(僅以生長(zhǎng)110 d的青芋2號(hào)根、莖和葉樣品為例)，青芋二號(hào)葡萄糖含量總體呈逐漸下降趨勢(shì)。具體表現(xiàn)，在80 d時(shí)葡萄糖含量最高的是根，最大值為17.59 mg/g干重;在110 d時(shí)葡萄糖含量最高的是莖，在150 d時(shí)最高的是葉;在種下后210 d時(shí)在各個(gè)組織器官中根達(dá)到最低值，為0.28 mg/g。在根莖中的含量隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行呈逐漸下降趨勢(shì);葡萄糖在葉中的含量也是在種下后80 d達(dá)到最大值，為9.53 mg/g，在葉中葡萄糖含量呈先下降而后又上升的趨勢(shì)。去花處理后，與未去花對(duì)照相比塊莖中的葡萄糖含量增加了但是差異不顯著，這表明去花處理較少影響最終葡萄糖在根中的積累。

2.5 青芋二號(hào)全生育期果糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)果糖含量的影響

如圖3所示，在青芋二號(hào)的全生育周期中，果糖含量相對(duì)于葡萄糖而言，總體上是高于葡萄糖在各個(gè)組織中的水平，但在葉片中兩者相差不大。果糖含量在各個(gè)組織器官中總體上呈遞減趨勢(shì)(圖5)，具體如下:果糖含量在莖葉枯萎之前，在莖中的含量是最多的，其次是根系，最少的是葉，在葉中的變化幅度很小。果糖含量在莖中的最大值出現(xiàn)在種下后80和110 d，此時(shí)段是植物快速生長(zhǎng)期和花蕾期;根中果糖含量隨著植物的生長(zhǎng)發(fā)育在減少，到收獲時(shí)基本為0。進(jìn)行去花處理后，塊莖中果糖含量與對(duì)照相比增加了65.78%，可能的原因是去花后讓更多地上部分果糖往塊莖中轉(zhuǎn)運(yùn)。以上結(jié)果表明，果糖在生長(zhǎng)季主要積累在根莖中，葉中含量稍低。

2.6 青芋二號(hào)全生育期蔗糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)蔗糖含量的影響

在葉片中，糖的成分主要以還原糖為主，基本上是以低分子量的糖為主(圖1，2，3)。如圖6可知，除葉片外，根和莖中的蔗糖含量呈先下降后基本持平的趨勢(shì)，葉中的蔗糖含量相對(duì)根莖大幅減少，在不同生長(zhǎng)時(shí)期中總體呈持平的趨勢(shì);根和莖蔗糖含量在種下后80 d時(shí)達(dá)到最大值，分別為22.96和16.12 mg/g，在110 d下降至80 d的50%左右，但在150 d又逐漸上升。在210 d的塊莖中，蔗糖含量較高。去花處理后，與對(duì)照相比蔗糖含量沒(méi)有變化，說(shuō)明去花處理對(duì)塊莖中蔗糖積累沒(méi)有多大影響。

圖3 青芋二號(hào)花蕾期根(a)、莖(b)、葉(c)和去花塊莖(d)、未去花塊莖(e)糖的HPLC－ELSD圖Fig.3 Soluble sugar patterns for Qingyu No.2 roots(a)，stems(b)，leaves(c)and flower late tubers with(d)or without defloration treatments(e)in flower bud stage by HPLC－ELSD

2.7 青芋二號(hào)全生育期蔗果三糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)蔗果三糖含量的影響

根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步估算，在根中隨著生長(zhǎng)階段的不同，蔗果三糖含量在5.93～14.83 mg/g范圍內(nèi)，葉中是0.20～0.49 mg/g，在塊莖中，95%以上的糖分為非還原糖，其中主要的成分為不同聚合度的果聚糖，因此有必要檢測(cè)果聚糖的組成和含量。蔗果三糖在植物中主要由果糖和蔗糖聚合而成，如圖7所示，蔗果三糖主要分布在根和塊莖、莖中，在葉中的含量很少，在根和莖中蔗果三糖的含量呈先下降后上升趨勢(shì)。在210 d塊莖中的蔗果三糖含量達(dá)到最大值，為14.93 mg/g，在整個(gè)生長(zhǎng)期中的莖中，80 d的莖中蔗果三糖含量達(dá)到9.12 mg/g，在110 d葉中蔗果三糖含量達(dá)到最大值，為0.49 mg/g，但同其他各個(gè)時(shí)期相比，葉中的含量基本穩(wěn)定。去花處理對(duì)塊莖中蔗果三糖含量沒(méi)有影響。以上結(jié)果表明，蔗果三糖在生長(zhǎng)期主要分布在根和莖中，在葉片中含量很少，在塊莖形成期，主要積累在塊莖中。

2.8 青芋二號(hào)全生育期蔗果四糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)蔗果四糖含量的影響

蔗果四糖在植物中主要在蔗果三糖等的基礎(chǔ)上和果糖聚合而成。從圖8可知，蔗果四糖同蔗果三糖一樣，主要分布在塊莖、根和莖中，含量最多的是在塊莖中;蔗果四糖在生長(zhǎng)期中，在根中先呈遞減趨勢(shì)，然后升高，在150 d達(dá)到最大值，為21.65 mg/g干重;蔗果四糖在莖中呈持續(xù)下降趨勢(shì)，在80 d達(dá)到最大值，為11.90 mg/g干重;在葉中的含量很少，有的時(shí)期幾乎為0。去花處理與對(duì)照相比，蔗果四糖含量沒(méi)有什么變化，說(shuō)明去花與不去花處理對(duì)蔗果四糖含量幾乎沒(méi)有影響。從以上結(jié)果可知，蔗果四糖在塊莖生成前主要分布在根和莖中，在葉中分布很少，在塊莖生成后主要存儲(chǔ)在塊莖中。

圖4 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖葡萄糖含量的影響Fig.4 Effect of defloration on glucose content in Qingyu No.2 tubers

圖5 青芋二號(hào)去花對(duì)塊莖果糖含量的影響Fig.5 Effect of defloration on fructose content in Qingyu No.2 tubers

圖6 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖蔗糖含量的影響Fig.6 Effect of defloration on sucrose content in Qingyu No.2 tubers

圖7 青芋二號(hào)去花對(duì)塊莖蔗果三糖含量的影響Fig.7 Effect of defloration on 1F-fructofuranosylnystose content in Qingyu No.2 tubers

2.9 青芋二號(hào)全生育期蔗果五糖含量變化趨勢(shì)及去花對(duì)蔗果五糖含量的影響

蔗果五糖在植物中主要由蔗果三糖或者四糖合成。從圖9可知，蔗果五糖主要存在塊莖中，其次是生長(zhǎng)后期的根中，在葉片中含量很少，有的時(shí)期幾乎為0。蔗果五糖在生長(zhǎng)初期，在根中含量較低，在150 d達(dá)到最大值，為28.28 mg/g;而在生長(zhǎng)期的莖中基本保持恒定，在80 d達(dá)到最大值，為11.24 mg/g;在葉中的含量很少。去花處理與對(duì)照相比，塊莖中的蔗果五糖含量比對(duì)照高。從以上結(jié)果可知，蔗果五糖主要積累在植物生長(zhǎng)后期的根和塊莖中，其次是在莖中，在葉中分布很少。

3 討論

3.1 青芋二號(hào)去花處理對(duì)其塊莖生物量的影響

生物量是衡量植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的直接總體指標(biāo)，包括鮮重(未去除水分)和干重(去除水分即干物質(zhì))。一般來(lái)說(shuō)，干物質(zhì)在葉片中通過(guò)光合作用合成或者從其他器官中貯藏的物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)，通過(guò)維管束運(yùn)輸，各個(gè)器官?gòu)木S管束中吸收同化物加以利用，所以所有器官和組織都可以分為源(source，指能夠通過(guò)光合生產(chǎn)或者由貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成，并輸出同化物的組織、器官或部位，如綠色植物的功能葉，種子萌發(fā)期間的胚乳或子葉，春季萌發(fā)時(shí)兩年生或多年生植物的塊根、塊莖、種子等)和庫(kù)(pool，指消耗或貯藏同化物的器官，如嫩葉、種子、果實(shí)、根和貯藏組織)［5］。本實(shí)驗(yàn)研究主要通過(guò)對(duì)青芋二號(hào)全生育期的塊莖數(shù)量大小、地上部鮮重、地上部干物質(zhì)、地下部鮮重、地下部干物質(zhì)以及去花處理對(duì)塊莖生物量的影響跟蹤觀察測(cè)量(表1)，結(jié)果表明，地上部干物質(zhì)呈先增加后降低的趨勢(shì)，在種下后150 d(開(kāi)花期)時(shí)達(dá)到最大值，之后又開(kāi)始下降，這是因?yàn)榍嘤蠖?hào)在開(kāi)花期生長(zhǎng)量達(dá)到鼎盛，在這之前植株通過(guò)光合作用生成的能量主要用來(lái)供給完成植株根、莖、葉的正常生長(zhǎng)。在這一時(shí)期，青芋二號(hào)塊莖開(kāi)始膨大，塊莖膨大所需的物質(zhì)就需要通過(guò)地上部轉(zhuǎn)運(yùn)至地下部，在這時(shí)期后地上部的莖葉不會(huì)再繼續(xù)生長(zhǎng)，它們光合作用生成的物質(zhì)一部分維持自身需要，但大部分都轉(zhuǎn)運(yùn)至地下部供給塊莖的膨大。通過(guò)對(duì)青芋二號(hào)全生育期生物量的動(dòng)態(tài)分析表明，葉是干物質(zhì)分配過(guò)程中的源，地下部塊莖是干物質(zhì)分配過(guò)程中的庫(kù)，但是在塊莖萌發(fā)期又扮演了源的角色，莖在干物質(zhì)分配過(guò)程中扮演了通道的功能。菊芋生育周期內(nèi)干物質(zhì)的積累和分配，對(duì)塊莖產(chǎn)量的高低有很大影響，所以探索菊芋干物質(zhì)分配規(guī)律對(duì)以后開(kāi)發(fā)利用菊芋塊莖有著重要的意義［14］。

圖8 青芋二號(hào)去花處理對(duì)塊莖蔗果四糖含量的影響Fig.8 Effect of defloration on nystose content in Qingyu No.2 tubers

圖9 青芋二號(hào)去花對(duì)塊莖蔗果五糖含量的影響Fig.9 Effect of defloration on 1-kestose content in Qingyu No.2 tubers

去花的原理跟通常所說(shuō)的打頂一樣，打頂即去除植株的頂端優(yōu)勢(shì)，是為了讓植物一些對(duì)我們沒(méi)有多大利用價(jià)值的部位受到抑制減少它們對(duì)能量的吸收，進(jìn)而為其他部位提供充足能量促進(jìn)旺盛生長(zhǎng)的技術(shù)措施［15］。打頂是煙草(Nicotiana tabacum)栽培過(guò)程中一項(xiàng)重要而又特殊的技術(shù)措施，它改變了煙株的生長(zhǎng)中心和物質(zhì)交換中心，使煙株原有的庫(kù)源關(guān)系發(fā)生了很大變化，進(jìn)而影響到煙草體內(nèi)同化產(chǎn)物和礦質(zhì)養(yǎng)分的分配［11］。對(duì)煙草進(jìn)行打頂處理的研究發(fā)現(xiàn)，煙草打頂處理的葉重為不打頂?shù)?.3倍左右，根系最終的重量近乎為不打頂?shù)?倍，可見(jiàn)煙草打頂對(duì)促根及提高產(chǎn)量的作用十分明顯［11］。由于菊芋主要依靠塊莖無(wú)性繁殖，植物本生的種子發(fā)生退化，所以去花對(duì)于菊芋植株的繁殖無(wú)任何影響。本實(shí)驗(yàn)借鑒煙草的打頂技術(shù)，對(duì)青芋二號(hào)進(jìn)行去花處理，在青芋二號(hào)植株出現(xiàn)花蕾的時(shí)候去除整株的花蕾一直到花期結(jié)束。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)去花處理對(duì)青芋二號(hào)塊莖生物量有顯著影響，去花處理后平均每株塊莖為56.33個(gè)，與對(duì)照相比增加了39.67%;處理后平均每株塊莖長(zhǎng)度為5.90 cm，與對(duì)照相比增加了59.46%，塊莖干重比對(duì)照的增加了22.53%。以上結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)，可以提高每株菊芋的單產(chǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐使用去花技術(shù)提供理論依據(jù)。

3.2 青芋二號(hào)全生育期糖分積累與分配及去花處理對(duì)塊莖糖分的影響

糖不僅是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，同時(shí)還具有其他的生理功能，如可作為信號(hào)分子與激素、氮等信號(hào)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育與基因表達(dá)［16］。可溶性糖是植物光合產(chǎn)物的主要形式［17］，同時(shí)也是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)［18］，在植物體內(nèi)的合成、運(yùn)輸和分配受植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控，在植物生長(zhǎng)發(fā)育的不同時(shí)期，各營(yíng)養(yǎng)器官中的可溶性糖含量會(huì)發(fā)生規(guī)律性的變化，同時(shí)也受到環(huán)境因素的影響［19］。菊芋在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，葉片是糖分合成的主要場(chǎng)所，通過(guò)葉片的光合作用產(chǎn)生最初的磷酸丙糖，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、葡萄糖和蔗糖，在植物中主要以蔗糖的形式運(yùn)輸。蔗糖再通過(guò)3個(gè)酶合成不同聚合度的果聚糖，即:糖:蔗糖-1-果糖基轉(zhuǎn)移酶(sucrose:sucrose1-fructosyl-transferase，1-SST)、果聚糖:果聚糖-1-果糖基轉(zhuǎn)移酶(fructan:fructan1-fructosyltransferase，1-FFT)、蔗糖:果聚糖-6-果糖基轉(zhuǎn)移酶(sucrose:fructan 6-fructosyltransferase，6-SFT)，其中1-SST和 1-FFT 是菊糖型果聚糖合成的關(guān)鍵酶［20］。在塊莖大規(guī)模出現(xiàn)以前，葉片中同時(shí)發(fā)現(xiàn)葡萄糖、果糖和蔗糖的積累，雖然在各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期同莖和根組織相比，含量均比較少，分別只占到相同干重中莖含量的69.46%，25.51%，28.54%，根含量的70.68%，45.6%，24.35%。葉中的單糖(葡萄糖和果糖)等雖然較少，但在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中葡萄糖和果糖的總和占還原糖的比例為65.24%(葉中的還原糖含量占總糖含量的42.22%)，說(shuō)明葉片中還原糖基本以這2個(gè)為主。如果加上蔗糖，葉片中果糖、葡萄糖和蔗糖的含量總和占可溶性總糖的比例較高，隨著生長(zhǎng)階段的不同占可溶性總糖含量的比例在22.49% ～61.10%范圍內(nèi)變動(dòng)，說(shuō)明葉片中基本以單糖和二糖為主，這個(gè)結(jié)果同不同聚合度的果聚糖檢測(cè)相吻合，在葉片中幾乎很少檢出蔗果三糖，四糖和五糖，而更高聚合度的果聚糖由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)物，無(wú)法比較，但從圖3可以發(fā)現(xiàn)，在葉片中更高聚合度的多糖比較少。莖作為糖分的臨時(shí)貯藏器官，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖各種糖在莖中都有分布，但主要是蔗糖、葡萄糖和果糖，其他多糖隨著植株的繼續(xù)生長(zhǎng)含量逐漸下降。與葉和根組織相比，蔗糖、葡萄糖和果糖含量較多，分別是根的85.32%，105.3%和178.72%。但莖中還原糖和蔗糖的總和占可溶性糖的比例很低，為24.47%，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)其他高聚合度的多糖含量很少，說(shuō)明其他的單糖成分占的比重比較大。莖在整個(gè)糖分的積累與分配中起著運(yùn)輸?shù)淖饔?，通過(guò)莖的運(yùn)輸糖分從地上部往地下部轉(zhuǎn)運(yùn)為塊莖的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的能源，糖分最后在塊莖中積累合成果聚糖，糖分在莖中的積累與再分配對(duì)塊莖的形成起著重要作用［9］。在塊莖中主要是果聚糖和蔗糖，還原糖含量相對(duì)于多糖很低，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，蔗果三糖、四糖和五糖含量在每克塊莖中分別為13.92，19.06和20.08 mg。

本研究結(jié)果表明，可溶性糖在根和塊莖中含量最多，其次是莖，最少的是葉(圖1)。在葉中主要是還原糖，在根、莖中主要是非還原性糖(圖1，圖2)。去花處理對(duì)相同干重的塊莖可溶性總糖含量有明顯的影響，可能的原因是菊芋去花后影響了糖分含量在各組織間的分配與運(yùn)輸，原先提供開(kāi)花所需的糖轉(zhuǎn)入到塊莖，使原先沒(méi)有足夠糖膨大成塊莖的匍匐莖獲得所需能量膨大成塊莖，這使得塊莖的數(shù)量增多和塊莖的總干重變大。還原糖在去花處理后稍有增加，但增加不多，可能原因是低分子量的糖主要轉(zhuǎn)移到了根和塊莖中。由于塊莖中果聚糖主要由蔗糖等聚合形成，通過(guò)HPLC－ELSD檢測(cè)青芋二號(hào)根、莖、葉中的果糖、葡萄糖、蔗糖、蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖，發(fā)現(xiàn)葡萄糖、蔗糖等單糖二糖主要分布在莖和葉中，而高聚合度的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖主要集中分布在塊莖和莖中。對(duì)青芋二號(hào)進(jìn)行去花處理提高了蔗果五糖的含量，更高聚合度的多糖由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)品無(wú)法鑒別，但根據(jù)圖3d和圖3e，去花處理后塊莖的高聚合度果聚糖的峰面積均比對(duì)照有所增加，說(shuō)明去花處理可能增加了高聚合度果聚糖的含量。由上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們推測(cè)在菊芋中糖的分配轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制:首先葉片的光合作用積累小分子的糖類，然后通過(guò)莖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入莖和根中，在根和塊莖中合成高聚合度的果聚糖進(jìn)而導(dǎo)致塊莖形成和膨大。這表明去花處理不但可以增加塊莖大小和數(shù)量，還可改變菊糖成分，對(duì)于以后菊芋塊莖的利用開(kāi)發(fā)提供了重要的理論依據(jù)。

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