牛 義 王啟軍 張盛林 王志敏

（南方山地園藝學教育部重點實驗室，重慶高校魔芋資源利用工程研究中心，重慶市蔬菜學重點實驗室，西南大學園藝園林學院，重慶 400715）

魔芋（Amorphophallus）是天南星科魔芋屬的多年生草本植物。魔芋球莖中富含葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），它是一種水溶性的膳食纖維，也是一種理想的低熱、低脂肪物質(zhì)，具有防癌、防肥胖、降血脂、降血糖、抗衰老的特殊功效，同時，KGM具有良好的親水性、膠凝性、增稠性、粘結(jié)性、可逆性、成膜性等（劉佩瑛，2004），故在醫(yī)藥、紡織、印染以及化工等行業(yè)有廣闊的應用前景。因此，如何提高魔芋品質(zhì)，生產(chǎn)出高品質(zhì)的魔芋已日益受到人們的關(guān)注。硼是植物必需的六大微量元素之一，盡管高等植物對硼的需求量很小，但其對養(yǎng)分平衡、促進細胞壁的形成、糖類運輸、核酸和蛋白質(zhì)的合成、生理代謝以及一些酶的活性起著不可代替的作用（牛義和張盛林，2003；石磊和徐芳森，2007）。有關(guān)硼素營養(yǎng)的研究在其他作物上已有許多報道（王曉云和程炳篙，1994；李軍 等，2002；師進霖 等，2007；賈景麗 等，2009；李淑儀 等，2010；張志華 等，2010），并且獲得了良好的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益，但在魔芋方面的研究鮮有報道。魔芋生長所需的生態(tài)環(huán)境與煙草極其相近，重慶市植煙區(qū)的土壤普遍存在酸、瘦、缺乏微量元素等問題，其中土壤缺硼尤為突出（如黔江、酉陽、彭水、武隆、南川、綦江、石柱等地），嚴重影響了重慶煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量（張薇 等，2006；秦建成，2009）。生產(chǎn)中，筆者也觀察到魔芋種植區(qū)出現(xiàn)一些缺素現(xiàn)象，但是否由于缺硼造成的，目前不是很清楚。為此，本試驗通過研究不同硼素濃度對魔芋品質(zhì)指標與酶活性變化的影響，明確硼元素與魔芋品質(zhì)和酶活性變化的關(guān)系，為魔芋生產(chǎn)中通過合理施用硼肥來提高魔芋品質(zhì)、產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2010年3～10月在南方山地園藝學教育部重點實驗室試驗農(nóng)場的溫網(wǎng)室內(nèi)進行。供試材料為白魔芋（Amorphophallus albus Liu et Chen），選球莖大小基本一致，質(zhì)量為52～56 g，平均為54 g。本試驗中，種芋為播種時的魔芋球莖；新芋為換頭后新長出的魔芋球莖，但不成熟；商品芋為收獲時的魔芋，即可以出售并加工的魔芋，一般質(zhì)量在100 g以上。

1.2 試驗方法

2010年3月20日選種芋開始催芽，出芽后（約4月5日）移栽到花盆中，每盆4株，4次重復?；|(zhì)采用珍珠巖∶蛭石=2V∶1V，3 d澆一次蒸餾水，7 d澆一次營養(yǎng)液，每個處理澆2.8 L。開葉后進行遮陰，常規(guī)管理。營養(yǎng)液采用Hongland和Arnon配方。經(jīng)過2008～2009年的預備試驗以及硼素營養(yǎng)相關(guān)研究的結(jié)果（薛建明 等，1995；楊暹 等，2000；祁寒 等，2009；韋海忠 等，2010；張志華 等，2010），特別是薯芋類作物的硼素營養(yǎng)研究方面的報道（孟凡華 等，1995；賈景麗 等，2009），確定了本試驗的6個硼素濃度處理（表1）：處理1（B1），營養(yǎng)液中含硼0 mg·L-1作對照；處理2（B2），營養(yǎng)液中含硼0.25 mg·L-1。處理3（B3），營養(yǎng)液中含硼0.5 mg·L-1；處理 4（B4），營養(yǎng)液中含硼 1.0 mg·L-1；處理 5（B5），營養(yǎng)液中含硼 2.0 mg·L-1；處理6（B6），營養(yǎng)液中含硼4.0 mg·L-1。從5月15日開始破壞性取樣測定（各個處理每次取1株，取魔芋球莖），每隔30 d測定1次，共測定5次（薛建明 等，1995）。

1.3 測定項目

葡甘聚糖含量的測定采用3,5-二硝基水楊酸法（劉佩瑛，2004）。可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮法；淀粉含量的測定采用蒽酮顯色反應法；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用NBT法，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法，參照《植物生理生化實驗原理和技術(shù)》（李合生，2001）與《逆境生理學試驗指導》（睢薇，2004）。多酚氧化酶（PPO）活性的測定采用分光光度法。具體步驟：①粗酶液的提取。將采集的白魔芋球莖放入4 ℃冰箱中預冷30 min后，取出洗凈、去皮，稱取3 g加入2.5 mL 磷酸鹽緩沖液（0.05 mol·L-1、pH 5.5），于冰浴中研磨后4 ℃下離心20 min（12000 r·min-1），吸出上清液后，再加入2.5 mL磷酸鹽緩沖液重復離心，合并兩次上清液于5 mL容量瓶中，用磷酸鹽緩沖液定容，即得粗酶液。②PPO活性的測定。取2只試管，分別加入1.9 mL磷酸緩沖液與1 mL兒茶酚溶液（0.1 mol·L-1），37 ℃下保溫10 min后加入1 mL粗酶液（空白調(diào)零為1 mL磷酸緩沖液代替粗酶液），迅速混勻，立即于410 nm下測定反應體系的A值，每隔30 s記錄1次，共記錄5次。PPO活性單位U·g-1（FW），每分鐘A值改變0.001定義為1個酶活力單位。所有指標均測定3次，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硼素濃度處理對魔芋品質(zhì)的影響

葡甘聚糖、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)是魔芋中的主要貯藏物質(zhì)，也是魔芋產(chǎn)量形成的主要成分，特別是葡甘聚糖含量的多少可反映魔芋品質(zhì)的優(yōu)劣。從表1看出，白魔芋在生長期間（60～90 d），種芋的葡甘聚糖含量隨生長而迅速下降。在90～120 d期間（7～8月），此期是“換頭”期，魔芋生長正處于“新老交替”的時候，這時魔芋的種芋和新芋共存。新芋的葡甘聚糖含量在形成初期很低，“換頭”后開始急劇增加，150 d時達到最高峰，之后略有下降。白魔芋種芋在“換頭”前各個處理的變化趨勢大體相同，“換頭”后B2、B3處理的葡甘聚糖含量明顯高于其他處理，最高值為B2處理，達到51.36%。挖收時（180 d），B2處理的葡甘聚糖含量最高，為51.16%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B2、B3處理與其他處理均存在顯著差異，這表明不同的硼素濃度對魔芋葡甘聚糖含量的影響較大，最有利于葡甘聚糖合成的硼素濃度范圍為0.25～0.50 mg·L-1。

表1 不同硼素濃度處理下魔芋葡甘聚糖含量變化

從表 2可知，種芋在生長期間（60～90 d），可溶性糖含量呈上升的趨勢。“換頭”后新芋的可溶性糖含量下降。挖收時（180 d），B3處理的可溶性糖含量較高，為7.28%，B1處理的可溶性糖含量較低，為4.24%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B3處理與其他處理的可溶性糖含量差異顯著。

由表3可知，種芋栽培后（60～90 d）可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸增加，“換頭”后，隨著生長天數(shù)的延長，其可溶性蛋白質(zhì)含量又呈減少的趨勢。挖收時（180 d），B2處理的可溶性蛋白質(zhì)含量較高，為9.34%，B6處理的可溶性蛋白質(zhì)含量較低，為5.34%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，各處理間的白魔芋可溶性蛋白質(zhì)含量變化存在差異，其中B2、B3、B4處理與其他處理差異顯著。

從表4可知，白魔芋在生長期間（60～90 d），種芋的淀粉含量呈降低趨勢，這與種芋的葡甘聚糖含量變化趨勢一致。在“換頭”期，新芋相比種芋來說，各處理的淀粉含量明顯增加，“換頭”后，各個處理的新芋淀粉含量又下降。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B2處理與其他處理間差異達到顯著水平。

表2 不同硼素濃度處理下魔芋可溶性糖含量變化

表3 不同硼素濃度處理下魔芋可溶性蛋白質(zhì)含量變化

表4 不同硼素濃度處理下魔芋淀粉含量變化

2.2 不同硼素濃度處理對魔芋SOD、POD、PPO活性及MDA含量的影響

植物體內(nèi)活性氧自由基積累必然會引起保護酶SOD和POD的活性變化，其中SOD能有效清除植物體內(nèi)過剩的活性氧自由基以保護膜結(jié)構(gòu)，而POD活性大小可間接反映植物的衰老趨勢，植物體內(nèi)活性氧自由基一般保持在一個較低的水平，當植物受到逆境脅迫時，這 2種酶互相影響、協(xié)同作用，清除植物體內(nèi)的活性氧自由基。由圖 1可看出，白魔芋整個生長期，在相同硼素濃度下，B1、B2、B3和B4處理隨著時間的延長，白魔芋SOD活性逐漸升高，隨后又下降，而B5和B6處理呈現(xiàn)先降低再升高，然后再降低的趨勢。從圖2可看出，在相同硼素濃度下，隨著時間的延長，白魔芋POD活性逐漸升高，隨后又下降。在同一時間點，隨著硼素濃度的增加，SOD、POD活性大致呈現(xiàn)逐漸升高，隨后又降低的態(tài)勢。在開葉后生長90～120 d時，即“換頭”期SOD、POD活性達到最大值。由圖3可知，相同處理條件下，MDA含量隨著白魔芋的生長，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢；在“換頭”期，MDA含量隨著硼素濃度的增加（0.25～1.00 mg·L-1），呈現(xiàn)先降低后增加又降低的趨勢。在120 d時，B6處理的MDA含量最高，B2與B3處理最低。這表明，適當硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）能增強POD、SOD活性，缺硼或高硼濃度導致酶活性降低，清除自由基及過氧化物的能力減弱，膜脂過氧化作用加劇，直接表現(xiàn)為MDA含量增加。從圖4可看出，在B1與B6處理的條件下，PPO活性隨著植株的生長一直呈現(xiàn)增加的趨勢；在“換頭”期，B2與B3處理的PPO活性最大，而在后期又最小，分別為11.5 U·g-1（FW）與11.2 U·g-1（FW）。

圖1 不同硼素濃度處理下魔芋SOD活性變化

圖2 不同硼素濃度處理下魔芋POD活性變化

圖3 不同硼素濃度處理下魔芋MDA含量變化

圖4 不同硼素濃度處理下魔芋PPO活性變化

3 結(jié)論與討論

硼素對植物體內(nèi)碳水化合物的轉(zhuǎn)化和運輸是必不可少的，它能促進體內(nèi)碳水化合物的運輸和代謝（牛義 等，2003；石磊 等，2007），供硼充足時，葡萄糖主要進入糖酵解途徑進行代謝，硼脅迫造成植株生長異常，幼葉干物質(zhì)含量顯著下降，葡萄糖則容易進入磷酸戊糖途徑進行代謝形成酚類物質(zhì)（年夫照 等，2008；韋海忠 等，2010），造成RNAase活性明顯增加，使RNA分解加劇，從而使RNA、DNA含量下降，進而引起蛋白質(zhì)合成受阻，細胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量急劇減少（王震宇 等，1995）。本試驗結(jié)果表明，可溶性糖、葡甘聚糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量的變化主要在“換頭”期。魔芋在“換頭”前，養(yǎng)分來源靠母體營養(yǎng)物質(zhì)的降解來提供生長所需，這個時期對外界所提供的營養(yǎng)物質(zhì)反應并不靈敏，但是到了“換頭”后期，魔芋進入“自養(yǎng)”階段，母體的養(yǎng)分已經(jīng)耗盡，魔芋的生長和物質(zhì)的積累進入旺期，需要外界不斷供給養(yǎng)分，此時對外界的營養(yǎng)物質(zhì)反應敏感，因而在不同硼素濃度的條件下，魔芋“換頭”后期，球莖內(nèi)主要內(nèi)含物發(fā)生顯著變化。B2、B3處理的葡甘聚糖、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量相對較高，B1（缺硼）、B6（高硼濃度）處理的可溶性糖、葡甘聚糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量低，而且B2、B3處理與其他處理差異顯著。由于缺硼或高硼使魔芋光合能力下降，葉片的糖類向下運輸受到阻礙，光合產(chǎn)物運輸不出去，最后導致魔芋球莖中的可溶性糖、葡甘聚糖含量減少。這說明適宜的硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）可提高白魔芋的可溶性糖和葡甘聚糖含量，這與孟凡華等（1995）、付其如和何紀榮（1995）、年夫照等（2008）對甜菜、甘蔗、甘藍型油菜的研究結(jié)果相一致。可見，合理施用硼素營養(yǎng)對于發(fā)揮魔芋品質(zhì)潛力是必要的。

植物在環(huán)境脅迫的條件下，內(nèi)源保護系統(tǒng)的抗脅迫能力及生物膜的穩(wěn)定性是決定植物對逆境脅迫響應特征的關(guān)鍵因素。PPO是多酚氧化酶，可將酚類化合物氧化成毒性很高的醌，醌類物質(zhì)雖然可與蛋白質(zhì)形成共價鍵，對緩解外界病蟲的為害有一定的作用，但其本身會使植物產(chǎn)生毒性氧，使植物受到傷害（胡瑞波和田紀春，2004），而魔芋球莖是很容易褐變的，在褐變過程中PPO活性的高低可直接反映褐變的程度。本試驗中，細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的保護酶類活性在魔芋生長90～180 d期間，各個處理間有明顯的差異。在120～180 d期間，相同處理下，隨著時間的延長，POD、SOD的活性逐漸降低，MDA含量增加，這與在普通白菜和青花菜上的研究結(jié)果相一致（熊漢鋒 等，1994；楊暹 等，2000；祁寒 等，2009）。適宜的硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）可增加魔芋球莖的POD、SOD活性，降低PPO活性，低于或高于此濃度范圍，POD、SOD活性有降低的趨勢，而PPO活性增強，推測可能是與生物膜的完整性、活性和代謝作用有關(guān)。適宜的硼素濃度能有效地抑制生物氧自由基對生物膜的破壞作用，維護生物膜的穩(wěn)定性與透性，促進細胞保護酶活性提高，降低其脂質(zhì)過氧化作用，促進植株的光合作用與正常的能量代謝，從而提高魔芋的品質(zhì)，增加魔芋產(chǎn)量。因此在魔芋的生長過程中，特別是在“換頭”期應合理施用硼肥，以促進魔芋的正常生長。

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