催芽溫度對(duì)紫色馬鈴薯種薯萌芽、植株生長(zhǎng)和結(jié)薯大小分布的影響

黃 濤，梅 猛，沈?qū)W善，屈會(huì)娟，楊 勇，楊 錚，余麗萍，王西瑤*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 溫江 611130；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所，四川 成都 610066)

【研究意義】馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)得到快速的發(fā)展和壯大，種植面積連創(chuàng)新高，但受市場(chǎng)規(guī)律的影響，普通馬鈴薯的生產(chǎn)已出現(xiàn)供大于求的趨勢(shì)[1]。紫色馬鈴薯因其富含花青素，具有防癌抗衰老等生理保健功能[2]，在消費(fèi)升級(jí)和供給側(cè)改革的大趨勢(shì)下，適當(dāng)發(fā)展紫色馬鈴薯對(duì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、提質(zhì)增效和農(nóng)民增收具有重要意義[1-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】‘黑美人’是四川省紫色馬鈴薯主栽品種之一[4-5]，課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，該品種在田間栽培條件下主莖粗壯，但單穴主莖數(shù)少，集中在2主莖/穴以下，導(dǎo)致在相同播種密度下，主莖數(shù)不足，產(chǎn)量受限，而增加播種密度又會(huì)導(dǎo)致種薯成本上升。前人研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)收獲后入庫(kù)前的高溫處理促進(jìn)種薯老化，可以促進(jìn)播后主莖數(shù)增加，調(diào)節(jié)結(jié)薯大小分布[6-7]。但在生產(chǎn)中，前期的高溫處理容易導(dǎo)致種薯過(guò)早萌芽，不利于種薯的貯藏，同時(shí)，不同品種之間主莖數(shù)存在顯著差異[8]，而且不同品種受溫度的影響也存在顯著差異[6]。目前有關(guān)變溫貯藏對(duì)紫色馬鈴薯發(fā)芽出苗影響的研究報(bào)道較少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】為探索種薯貯藏末期不同貯藏溫度對(duì)馬鈴薯發(fā)芽出苗的影響，本試驗(yàn)以紫色馬鈴薯品種‘黑美人’為材料，在貯藏末期設(shè)置3個(gè)不同的催芽溫度，研究其對(duì)種薯萌芽特性、激素變化、植株生長(zhǎng)及結(jié)薯大小分布的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】旨在探明催芽溫度對(duì)紫色馬鈴薯品種‘黑美人’群體生長(zhǎng)和結(jié)薯的具體影響，為生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為紫色馬鈴薯品種‘黑美人’，單薯重100 g左右，2017年7月中旬收獲后20 ℃愈傷7 d，后貯藏于1.5 ℃冷庫(kù)，同年12月8日取出進(jìn)行處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

種薯催芽分兩個(gè)階段，第一階段：播種前30 d從冷藏庫(kù)取出種薯，挑選大小一致，無(wú)病蟲薯塊，分別置于不同溫度條件下催芽處理，設(shè)置3個(gè)催芽溫度：1.5 ℃(T1)、室溫(10～15 ℃，T2)、20 ℃(T3)。第二階段：播種前15 d將各處理都置于室溫條件下直至播種。每處理60個(gè)種薯，重復(fù)4次，其中3次重復(fù)用于催芽期間觀察記錄發(fā)芽指標(biāo)，1次重復(fù)用于取樣測(cè)定激素含量。

田間試驗(yàn)地點(diǎn)位于成都市金堂縣竹篙鎮(zhèn)(北緯N30°36′21.85″ 東經(jīng)E104°44′13.45″附近)，地形為丘陵二臺(tái)坡地，沙壤土，pH值8.16，有機(jī)質(zhì)含量9.72 g/kg，全氮0.74 g/kg，全磷0.79 g/kg，全鉀19.22 g/kg，堿解氮77 mg/kg，有效磷6.3 mg/kg，速效鉀85 mg/kg。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組排列，2018年1月8日播種，5月18日收獲。壟長(zhǎng)2.5 m，每小區(qū)4壟，壟距80 cm，小區(qū)面積8 m2，大壟雙行錯(cuò)窩栽培，密度75 000株/hm2。開(kāi)溝灌水后，每667 m2溝施復(fù)合肥(15-15-15)100 kg做底肥，生長(zhǎng)期間不施肥，0.01 mm黑色地膜覆蓋，其它按常規(guī)管理實(shí)施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 種薯生理年齡計(jì)算 種薯的生理年齡采用收獲后貯藏期間，大于4 ℃的日平均溫度減去基礎(chǔ)溫度(4 ℃)的累積值表示，即貯藏日度(storage degree days, DD)[7]。T1處理播種時(shí)生理年齡為234 DD(收獲后愈傷處理112 DD，播種前30～15 d催芽處理0 DD，播種前15～0 d室溫催芽122 DD)，T2為417 DD，T3為545 DD。

1.3.2 發(fā)芽率統(tǒng)計(jì) 種薯發(fā)芽率每7 d統(tǒng)計(jì)1次，以薯塊上至少有1個(gè)芽長(zhǎng)度達(dá)到≥2 mm為發(fā)芽。

1.3.3 芽形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 催芽28 d時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)芽粗、芽長(zhǎng)、芽數(shù)。由于此時(shí)T2和T3已全發(fā)芽，測(cè)定所有薯塊，T1只測(cè)定已發(fā)芽薯塊，未發(fā)芽薯塊不納入統(tǒng)計(jì)。

1.3.4 樣品處理及激素含量測(cè)定 催芽0、7、14、21、28 d，各處理隨機(jī)選取10個(gè)薯塊，用直徑10 mm打孔器，以頂芽為中心垂直取深度1 cm的薯肉，切去頂芽和薯皮，-80 ℃液氮保存。液氮混合磨樣，每處理稱取3份1 g樣品，加入9 mL的pH=7.2磷酸鹽緩沖溶液(PBS)，劇烈震蕩3 min。2～8 ℃條件離心20 min(3000 r/min)，取上清待測(cè)。

激素含量采用酶聯(lián)免疫法測(cè)定(試劑盒購(gòu)自上海酶聯(lián)生物科技有限公司)。

1.3.5 植株生長(zhǎng)特征指標(biāo)測(cè)定 齊苗1周后開(kāi)始統(tǒng)計(jì)株高，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)時(shí)間見(jiàn)圖3A。莖粗和主莖數(shù)于齊苗后15 d(3月25日)進(jìn)行測(cè)定，每小區(qū)選取15穴進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測(cè)定 收獲時(shí)，每小區(qū)選取有代表性的1壟進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定，統(tǒng)計(jì)株數(shù)和薯數(shù)，計(jì)算單株產(chǎn)量和平均單薯重。測(cè)定每個(gè)薯塊重量，并按<30 g、30～45 g(包含30 g，后同)、45～60 g、60～75 g、75～90 g、≥90 g進(jìn)行薯塊分級(jí)，商品薯為≥30 g的薯塊。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯種薯萌芽動(dòng)態(tài)

由圖1可知，不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯種薯萌芽速度差異顯著，溫度越高，種薯萌芽速度越快。T1處理在1.5 ℃冷庫(kù)貯藏期間，未見(jiàn)種薯芽眼萌動(dòng)，移出冷庫(kù)置于室溫條件下7 d后開(kāi)始發(fā)芽，至28 d時(shí)，發(fā)芽率為47 %；T2處理種薯在催芽7 d時(shí)開(kāi)始發(fā)芽，28 d時(shí)發(fā)芽率為99 %；T3處理種薯在催芽21 d時(shí)已經(jīng)全部發(fā)芽。

T1: 1.5 ℃; T2: 10～15 ℃; T3: 20 ℃，下同圖1 不同催芽溫度條件下馬鈴薯發(fā)芽率變化Fig.1 Germination percentage of potato in different germination temperatures

2.2 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯種薯芽形態(tài)特征

催芽28 d時(shí)，不同催芽溫度處理紫色馬鈴薯種薯芽形態(tài)存在顯著差異，T1處理處于萌芽初期，芽細(xì)短且數(shù)量少；T2處理種薯頂部生長(zhǎng)2～3個(gè)大小相近的芽；T3處理種薯頂芽生長(zhǎng)明顯，多數(shù)著生1個(gè)生長(zhǎng)突出的粗壯芽(圖2)。芽生長(zhǎng)指標(biāo)結(jié)果表明(表1)，馬鈴薯種薯頂芽芽粗和芽長(zhǎng)隨催芽溫度的升高而增加。T1處理種薯芽生長(zhǎng)緩慢，芽數(shù)、芽長(zhǎng)、芽粗均顯著低于其它處理，T2處理種薯芽數(shù)顯著高于T3處理，而T3處理種薯芽粗和芽長(zhǎng)方面均顯著高于T2處理。

2.3 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯種薯激素含量變化

從圖3可以看出，不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯種薯激素含量變化規(guī)律有所差異。其中，種薯頂芽芽周組織脫落酸(ABA)含量在萌芽過(guò)程中，整體呈下降趨勢(shì)。T2和T3處理之間ABA變化趨勢(shì)相近，T1處理則在放置于1.5 ℃冷庫(kù)后7～14 d之間ABA含量回升，在第一階段(0～14 d)催芽結(jié)束，移出1.5 ℃冷庫(kù)至室溫條件后又下降。不同催芽溫度處理紫色馬鈴薯種薯吲哚乙酸(IAA)含量在催芽0～7 d，存在一個(gè)下降過(guò)程，7 d之后逐漸升高。各催芽溫度處理之間差異較小，變化趨勢(shì)相似。在第一階段(0～14 d)和第二階段(14～28 d)溫度切換時(shí)，未出現(xiàn)明顯逆趨勢(shì)波動(dòng)變化。在整個(gè)萌芽過(guò)程中，始終處于室溫條件下的T2處理種薯細(xì)胞分裂素(CTK)含量催芽前后波動(dòng)最小。在催芽過(guò)程中，各處理種薯總體CTK含量表現(xiàn)為T1

2.4 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯播后植株生長(zhǎng)特征

由圖4A可知，不同催芽溫度條件下T1與T2處理紫色馬鈴薯植株高度變化一致，而T3處理則有所差異。在3月17日時(shí)，T1處理植株株高最低，可見(jiàn)此時(shí)植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)滯后于T2和T3。在4月19日時(shí)，T1處理植株株高最高，4月5日至4月19日，株高增長(zhǎng)率最高，T2處理的植株株高變化在早期和末期都處于中間水平。T3處理植株株高在3月17日最高，4月5日后則進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期，4月19日時(shí)，已顯著低于T1和T2。

圖2 催芽28 d時(shí)不同催芽溫度處理?xiàng)l件下芽生長(zhǎng)狀態(tài)Fig.2 Bud growth state of potato in different germination temperatures at 28 days after germination

表1 催芽28 d時(shí)不同催芽溫度條件下芽生長(zhǎng)指標(biāo)

圖3 不同催芽溫度條件下頂芽芽周組織激素含量變化Fig.3 Content changes of hormones in terninal bud of potato in different germination temperatures

由圖4B和4C可知，不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯各處理植株主莖數(shù)與莖粗趨勢(shì)相反，莖粗隨催芽溫度上升而降低，主莖數(shù)則隨催芽溫度上升而增加。其中，T1處理植株莖粗顯著高于T2和T3處理，T2處理植株莖粗略高于T3。T1處理植株主莖數(shù)顯著低于T3處理，而與T2處理之間差異不顯著。

不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯各處理貯藏日度與植株主莖數(shù)趨勢(shì)相同。將植株主莖數(shù)和貯藏日度進(jìn)行回歸分析，得出每公頃群體主莖數(shù)與貯藏日度呈一般線性關(guān)系，可建立如下回歸方程：

Y(主莖數(shù))= 102.21X(貯藏日度) + 105337

對(duì)方程進(jìn)行檢驗(yàn)，回歸項(xiàng)達(dá)顯著水平(P=0.042)。說(shuō)明所建立的回歸方程是有效的，種薯貯藏日度可以作為預(yù)測(cè)主莖群體數(shù)量的參考指標(biāo)。

綜合分析不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯植株株高、莖粗和主莖數(shù)的差異，可以發(fā)現(xiàn)較高的催芽溫度會(huì)導(dǎo)致田間主莖群體數(shù)量增加，單個(gè)主莖質(zhì)量則有所下降，而在較低的催芽溫度條件下，植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)延后，主莖數(shù)少而粗壯。

2.5 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

從表2可以看出，增加催芽溫度顯著提高了紫色馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和鮮薯產(chǎn)量。與T1處理相比，T2和T3處理單株結(jié)薯數(shù)分別比T1處理提高了18.81 %和23.84 %，單株薯重分別提高了15.17 %和15.42 %，鮮薯產(chǎn)量分別提高了15.29 %和15.61 %。各處理平均單薯重隨催芽溫度的上升有下降趨勢(shì)，各處理間差異不顯著。商品薯率以T2處理最高。

圖4 不同催芽溫度對(duì)紫色馬鈴薯植株生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of plant growth on purple potato in different germination temperatures

表2 不同催芽溫度條件下馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

圖5 不同催芽溫度條件下馬鈴薯結(jié)薯大小分布比例Fig.5 Tuber size distribution of potato in different germination temperatures

2.6 不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯植株結(jié)薯大小分布特征

由圖5可以看出，不同催芽溫度條件下紫色馬鈴薯植株結(jié)薯大小的分布比例差異顯著。隨催芽溫度的升高，大薯比例減少，小薯比例增加。與T1處理相比，T2處理60～75 g和≥90 g以上的薯塊比例減少，30～60 g的薯塊比例增加；而T3處理75 g以上薯塊比例減少了10.6 %，30～60 g薯塊比例了增加11.1 %，而<30 g的薯塊比例變化較小。

3 討 論

植物激素作為一種重要的內(nèi)源調(diào)節(jié)因子，可以有效調(diào)節(jié)塊莖的休眠與萌發(fā)[9]。前人研究認(rèn)為，馬鈴薯種薯萌芽過(guò)程中，伴隨著貯藏時(shí)間的改變，生長(zhǎng)抑制類因子(例如ABA)含量下降，生長(zhǎng)促進(jìn)類因子(如IAA、CTK、GA等)含量總體上升[9-10]，本研究結(jié)果與該結(jié)論相符。不同溫度處理顯著影響馬鈴薯種薯激素含量，一般認(rèn)為隨貯藏溫度的增加，ABA含量下降速度越快，而IAA、GA和CTK含量上升速度越快[11-12]，本試驗(yàn)中種薯IAA和CTK含量隨溫度的變化趨勢(shì)基本符合該規(guī)律，只是20 ℃處理GA含量的變化模式略有不同。

馬鈴薯塊莖作為鮮活的植物器官，富含水分，溫度在其萌芽的影響因素中占主導(dǎo)地位[13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯種薯萌芽速度隨催芽溫度的升高而增加，催芽溫度在1.5 ℃條件下的薯塊始終未見(jiàn)芽眼萌動(dòng)，這與前人的研究結(jié)果一致[14]。馬鈴薯薯塊在不同溫度下的萌芽進(jìn)程不同，而薯塊的萌芽會(huì)經(jīng)歷3個(gè)過(guò)程：萌芽激活期，頂芽萌發(fā)的頂端優(yōu)勢(shì)期，頂端優(yōu)勢(shì)消失期[15]。本試驗(yàn)在催芽28 d時(shí)，T2和T3處理已見(jiàn)側(cè)芽的生長(zhǎng)，但頂芽?jī)?yōu)勢(shì)仍較明顯，說(shuō)明兩者介于頂端優(yōu)勢(shì)期和頂端優(yōu)勢(shì)消失期之間，而T1尚處于頂端優(yōu)勢(shì)期。雖然T2和T3的芽數(shù)顯著高于T1，但是芽數(shù)并不能作為判斷生理年齡和預(yù)測(cè)主莖數(shù)的依據(jù)[16]，而主莖數(shù)則是反映種薯的生理年齡可靠指標(biāo)[7, 17-18]，劉奎彬等[16]研究認(rèn)為萌芽溫度在一定程度上提高主莖數(shù)，但未達(dá)顯著水平，其在收獲愈傷后進(jìn)行溫度處理，然后緊接播種，從收獲到播種時(shí)間較短，主莖數(shù)無(wú)顯著差異；Knowles等[7]在種薯愈傷后進(jìn)行溫度處理，其后經(jīng)過(guò)195 d左右的4 ℃低溫貯藏，出苗后主莖數(shù)有顯著差異；Danieli等[18]研究發(fā)現(xiàn)，2 ℃條件下貯藏時(shí)間130～190 d的種薯出苗主莖數(shù)顯著低于貯藏210～270 d種薯，說(shuō)明主莖數(shù)差異是否顯著，是溫度和貯藏時(shí)間共同作用的結(jié)果，與種薯生理年齡有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯出苗后，各處理主莖數(shù)隨催芽溫度的升高而增加，種薯生理年齡越大，主莖數(shù)越多，這與多數(shù)研究結(jié)果一致。

催芽溫度不同造成種薯生理年齡差異，從而引起出苗后植株個(gè)體生長(zhǎng)和群體數(shù)量不同，最終導(dǎo)致結(jié)薯的差異[6-7, 19-20]。Herman[6]和Knowles[7]等研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一定溫度處理促進(jìn)種薯老化，可以提高馬鈴薯主莖數(shù)和結(jié)薯數(shù)，同時(shí)改變結(jié)薯大小的分布，生理年齡越大的種薯，大薯比例減少，但并不一定會(huì)對(duì)商品薯率造成顯著影響，而與品種本身特性有關(guān)系，本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同催芽溫度雖然改變了薯塊大小分布，卻未對(duì)商品薯率造成顯著影響，這可能與品種特性和分級(jí)規(guī)則有關(guān)。在薯塊大小的分布變化中，大薯減少，小薯增多，對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的影響是正面還是負(fù)面，這取決于市場(chǎng)對(duì)薯塊大小的需求[19]。在馬鈴薯生產(chǎn)中提倡使用30～50 g的整薯播種[22-23]，在本研究中，催芽溫度的上升提高了單株結(jié)薯數(shù)，同時(shí)由于單薯重的下降幅度小于單株結(jié)薯數(shù)的上升幅度，從而增加了單株薯重和鮮薯產(chǎn)量，同時(shí)≥90 g的薯塊比例下降，而30～60 g 的薯塊比例相應(yīng)增加，這有利于種薯生產(chǎn)。如果市場(chǎng)需求是用于鮮食和加工，需要>60 g的薯塊，通過(guò)增加種薯生理年齡，促進(jìn)結(jié)薯數(shù)增加也可能獲得較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值(T2>T1>T3)。有研究表明，通過(guò)減少栽培密度來(lái)緩解單穴主莖數(shù)增加導(dǎo)致的群體競(jìng)爭(zhēng)加劇，實(shí)現(xiàn)群體數(shù)量和薯塊大小分布的平衡，從而降低種薯投入，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提升[7, 23]，這對(duì)于種薯價(jià)格較高的紫色馬鈴薯生產(chǎn)具有重要的借鑒意義，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

在催芽28 d時(shí)，T1處理馬鈴薯種薯4種激素含量均處于最低水平。不同催芽溫度處理之間紫色馬鈴薯激素含量差異最大的時(shí)期出現(xiàn)在第一階段結(jié)束前后(14 d)，之后逐漸減小。馬鈴薯出苗后，各處理主莖數(shù)隨催芽溫度的升高而增加，種薯生理年齡越大，主莖數(shù)越多。催芽溫度升高造成≥90 g薯塊比例減少，30～60 g薯塊比例增加，播種前適當(dāng)提高催芽溫度可以提高群體數(shù)量，增加結(jié)薯個(gè)數(shù)，增加產(chǎn)量，改變薯塊大小分布。