沈?qū)W善，王 平，吳翠平，屈會娟，黃 鋼，宋 霞，陳尚洪，陳紅琳

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，四川 成都 610066； 2.四川省農(nóng)業(yè)科學院，四川 成都 610066；3.四川農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，四川 溫江 611130；4.四川旅游學院，四川 成都 610100)

不同光照地區(qū)對馬鈴薯花青素含量及品質(zhì)的影響

沈?qū)W善1，王 平2*，吳翠平3，屈會娟2，黃 鋼2，宋 霞4，陳尚洪1，陳紅琳1

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，四川 成都 610066； 2.四川省農(nóng)業(yè)科學院，四川 成都 610066；3.四川農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，四川 溫江 611130；4.四川旅游學院，四川 成都 610100)

【目的】研究不同光照地區(qū)對馬鈴薯花青素含量及品質(zhì)的影響?！痉椒ā坎捎脤嵉卣{(diào)查，統(tǒng)一繁育種薯，并在盆周山地、平壩淺丘、盆地平原設3個不同光照試驗點，種植‘黑美人’、‘川芋彩1號’和‘蓉芋紫5號’等3個不同基因型馬鈴薯品種，測定其花青素含量和主要品質(zhì)指標。【結(jié)果】小金縣(海拔3000 m)繁育的紫色馬鈴薯品種‘黑美人’生產(chǎn)種薯，在金堂縣(海拔452 m)種植后，商品薯的花青素含量降低11.62 %～33.66 %；而馬鈴薯品種‘川芋彩1號’同一批原種分別在小金縣和新都區(qū)(海拔472 m)種植，所繁育的生產(chǎn)種薯塊顏色差異極顯著。不同生產(chǎn)季節(jié)影響馬鈴薯花青素含量，將在光照條件較好的春馬鈴薯季收獲的‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’原種，在光照條件較差的秋馬鈴薯季播種，收獲的生產(chǎn)種花青素含量分別降低34.24 %和30.48 %。【結(jié)論】不同光照地區(qū)影響秋作紫色馬鈴薯花青素含量，盆周山地強光照區(qū)(北川試點)收獲的‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’生產(chǎn)種，花青素含量顯著高于成都平原弱光照區(qū)(游仙試點和溫江試點)。

光照；海拔；基因型；馬鈴薯；花青素

【研究意義】紫色馬鈴薯富含具有抗氧化活性的花青素[1-4]，具有清除體內(nèi)自由基[5]、抗腫瘤、抗癌[6-7]、抑制脂質(zhì)過氧化和血小板凝集[8]、預防糖尿病[9]等許多生理保健功能?；ㄇ嗨剀兆鳛樽仙R鈴薯重要的生理活性物質(zhì)[10]，是當前功能性食品研究熱點。四川盆地生態(tài)條件適宜普通馬鈴薯多季種植，主要種植模式為稻田“冬馬鈴薯-水稻-秋馬鈴薯”和旱地“冬馬鈴薯/玉米-秋馬鈴薯”[11]。近年來，四川盆地部分農(nóng)戶在將紫色馬鈴薯新品種代替普通馬鈴薯品種進行秋作時，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯肉色有變花、變淡，甚至紫色基本消失的現(xiàn)象，嚴重制約了紫色馬鈴薯新品種在四川盆地生產(chǎn)中的推廣應用。生產(chǎn)中馬鈴薯種薯為塊莖無性繁種，品種性狀分離的可能性極小，且推廣的紫色馬鈴薯均為脫毒種薯，品種退化的可能性也較??；因此，有可能是栽培環(huán)境的變化導致紫薯褪色?！厩叭搜芯窟M展】光是影響植物花青素合成的重要因子。對植物地上部，光強直接影響花青素的含量及比例，從而影響葉片的呈色[12]。光照強度低于全光照50 %以下時，花青素的濃度隨光強的增加而增加。光照時間對花青素也有一定的影響，如光照時間達12 h以上時，紫葉李等彩葉植物葉色變化更明顯，特別是連續(xù)陰雨過后，植物得到充分的光照，葉色更鮮艷[13]。對植物地下部，在不同基因型紫甘薯塊根膨大高峰期(移栽后50～100 d)遮光40 %和遮光70 %，紫甘薯塊根中的花青素含量和積累速率顯著降低[14]。在紫色甘薯花色苷快速積累期(移栽后1～25 d)遮光50 %，‘渝蘇紫43’塊根花色苷含量顯著降低，而‘渝紫263’和‘山川紫’塊根花色苷顯著升高，而在移栽后26～50 d遮光50 %，‘渝蘇紫43’塊根花色苷含量顯著降低[15]?！颈狙芯壳腥朦c】四川盆地區(qū)屬弱光區(qū)，秋馬鈴薯季(8月下旬-12月中旬)平均日照時數(shù)為1.65～2.56 h/d，為全國日照時數(shù)最少的區(qū)域,僅為長江中下游秋馬鈴薯產(chǎn)區(qū)的35 %～40 %，且由于陰天多，到達地面的太陽總輻射量的50 %～70 %是散射輻射[16]。由于光照能影響作物地上、地下部花青素含量，且四川盆地為弱光區(qū)，因此，弱光脅迫可能是秋作紫馬鈴薯花青素含量降低的重要原因?！緮M解決的關鍵問題】為此，本試驗采用實地調(diào)查，脫毒種薯繁育，“盆周山地-平壩淺丘-盆地平原”聯(lián)合試驗，研究光照對紫色馬鈴薯花青素含量的影響。

1 材料與方法

1.1 田間調(diào)查

2012年12月18日和2013年5月10日，分別到成都市金堂縣和新都區(qū)實地調(diào)查，收集馬鈴薯種薯和商品薯照片，測定塊莖花青素含量。

1.2 種薯繁育

2014年5月20日至2015年7月10日，收集3個不同基因型馬鈴薯品種脫毒原原種：‘黑美人’、‘川芋彩1號’、‘蓉紫芋5號’，分別由甘肅省蘭州隴神航天育種研究所、四川省農(nóng)業(yè)科學院作物所和成都市農(nóng)林科學院作物所選育。用原原種統(tǒng)一繁育脫毒原種，其中，‘黑美人’在綿陽市北川縣禹里鄉(xiāng)繁育，2015年2月9日播種，7月8日收獲；‘川芋彩1號’在成都市新都區(qū)泰興鎮(zhèn)繁育，2014年12月16日播種，2015年5月6日收獲；‘蓉紫芋5號’在巴中市通江縣空山鎮(zhèn)繁育，2015年1月28日播種，7月10日收獲。測定原種花青素含量。

1.3 盆周山地-平壩淺丘-盆地平原聯(lián)合試驗

1.3.1 試驗地概況 試驗于2015年8-12月進行，設3個試驗點，分別為綿陽市北川縣通口鎮(zhèn)井泉村，海拔高度1082 m，代表盆周山地；綿陽市游仙區(qū)松埡鎮(zhèn)綿陽市農(nóng)業(yè)科學研究院院內(nèi)，海拔632 m，代表平壩淺丘；成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)四川農(nóng)業(yè)大學科研試驗場，海拔高度558 m，代表盆地平原。3個試驗點的秋馬鈴薯季(9-12月份)月平均日照時數(shù)和平均氣溫見表1～2。氣象數(shù)據(jù)由四川省氣象局提供。

1.3.2 供試品種 為3個不同基因型馬鈴薯品種：‘黑美人’、‘川芋彩1號’、‘蓉紫芋5號’，種薯為脫毒原種。

1.3.3 田間試驗過程 北川試驗點：前茬作物為玉米。采用小整薯播種，90 cm開廂、起壟，單壟雙行，株距25 cm，密度90 000窩/hm2。播種時基施復合肥(純N、P2O5、K2O含量均為15 %，下同)750 kg/hm2。

表1 不同光照地區(qū)9-12月日照時數(shù)和平均溫度

表2 不同光照地區(qū)秋馬鈴薯全生育期氣象資料

游仙試驗點：11月10日中耕培土后感染晚疫病，于11月15日提早收獲。前茬作物為甘薯育秧田。采用小整薯播種，1 m開廂、起壟，單壟雙行，株距22 cm，密度90 000窩/hm2。播種時基施復合肥750 kg/hm2。

溫江試驗點：雙行壟作錯窩播種，壟距80 cm，行距30 cm，種植密度10 500窩/hm2。前茬作物為水稻。播種時基施純N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2，K2O 225 kg/hm2。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。

1.4 測定項目與方法

在收獲期取樣，每小區(qū)取長勢均勻一致的植株10株，取部分鮮薯用比色法測定花青素含量[17]；取部分鮮薯切丁，105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘至恒重，稱重，計算干物質(zhì)含量，然后將烘干后的樣品粉碎、過100目篩，用比重法測定淀粉含量[18]，用比色法測定可溶性糖含量[18]、用奈氏比色法測定蛋白質(zhì)含量[18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和DPS 14.5統(tǒng)計軟件計算與分析試驗數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 弱光脅迫對馬鈴薯花青素含量的影響

經(jīng)實地調(diào)查，在強光照區(qū)的阿壩州小金縣(日隆鎮(zhèn)雙橋村，海拔3000 m)繁育的紫色馬鈴薯品種‘黑美人’生產(chǎn)種薯，花青素含量為4.13 mg/100 g FW(圖1A)，于2012年8月24日在位于弱光照區(qū)的成都市金堂縣(竹篙鎮(zhèn)鳳凰村，海拔452 m)種植，為秋作馬鈴薯，2012年12月16日收獲，商品薯的花青素含量降為2.74 mg/100 g FW(圖1A)和3.65 mg/100 g FW(圖1B)，降幅為11.62 %～33.66 %。

2012年12月22日至2013年5月8日，馬鈴薯品種‘川芋彩1號’同一批原種分別在位于強光照區(qū)的阿壩州小金縣(日隆鎮(zhèn)雙橋村，海拔3000 m)和弱光照區(qū)的成都市新都區(qū)(泰興鎮(zhèn)四川省農(nóng)業(yè)科學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新示范園，海拔472 m)繁育生產(chǎn)種。其中，小金縣生產(chǎn)種保持了‘川芋彩1號’的品種顏色特性(圖2A)，新都區(qū)生產(chǎn)種薯塊顏色變?yōu)闃O淺紅色(圖2B)。

圖2 弱光條件下‘川芋彩1號’品種薯肉色變淺Fig.2 The tuber color in potato variety ‘Chuanyucai 1’ becoming lighter under the condition of weak light

(mg/100g FW)

注：同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。下同。

Notes：Values followed by different letters within a column means significant difference at the 0.05 level. The same as below.

圖3 不同光照地區(qū)對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量的影響Fig.3 The dry matter content of potato tuber in different lighting areas

2.2 不同光照地區(qū)對馬鈴薯花青素含量的影響

由表3可以看出，不同生產(chǎn)季節(jié)對不同基因型馬鈴薯品種花青素含量的影響不同。其中，將在光照條件較好的春馬鈴薯季收獲的‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’原種，在光照條件較差的秋馬鈴薯季播種，收獲的生產(chǎn)種平均花青素含量分別降低1.387和1.306 mg/100 g FW，降低幅度分別為34.24 %和30.48 %；而將在弱光照區(qū)(新都區(qū))冬馬鈴薯季收獲的‘川芋彩1號’原種，在秋馬鈴薯季播種，收獲的生產(chǎn)種花青素含量與原種基本一致。

在秋馬鈴薯生產(chǎn)季，不同光照地區(qū)對不同基因型馬鈴薯品種花青素含量的影響不同(表3)。其中，‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’表現(xiàn)規(guī)律一致，均是位于盆周山地的北川試點收獲的生產(chǎn)種花青素含量顯著高于位于平壩淺丘的游仙試點和位于盆地平原的溫江試點，且游仙試點和溫江試點差異不顯著。而‘川芋彩1號’在3個試點收獲的生產(chǎn)種花青素含量差異不顯著。

圖4 不同光照地區(qū)收獲的紫馬鈴薯生產(chǎn)種塊莖可溶性糖含量Fig.4 The soluble sugar content of potato tuber in different lighting areas

圖5 不同光照地區(qū)收獲的紫馬鈴薯塊莖淀粉含量Fig.5 The starch content of tuber in potato cultivars harvested in different lighting areas

2.3 不同光照地區(qū)對馬鈴薯塊莖干物含量的影響

由圖3可見，不同光照地區(qū)對不同基因型馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量影響不同。其中，‘黑美人’和‘川芋彩1號’塊莖干物質(zhì)含量變化規(guī)律一致，均是北川試點和游仙試點差異不顯著，但均顯著高于溫江試點，而‘蓉紫芋5號’塊莖干物質(zhì)含量在不同光照地區(qū)變化規(guī)律則相反。

2.4 不同光照地區(qū)對紫馬鈴薯塊莖可溶性糖含量影響

不同光照地區(qū)對3個馬鈴薯品種塊莖可溶性糖含量的影響規(guī)律一致(圖4)，均表現(xiàn)為北川試點>游仙試點>溫江試點，對‘黑美人’品種，北川試點的可溶性糖含量顯著高于溫江試點，而‘川芋彩1號’和‘蓉紫芋5號’的可溶性糖含量在不同試點間差異均達到顯著水平，表明強光照區(qū)能顯著提高馬鈴薯塊莖可溶性糖含量。

2.5 不同光照地區(qū)對紫馬鈴薯塊莖淀粉含量的影響

由圖5可見，不同光照地區(qū)對不同基因型馬鈴薯塊莖淀粉含量影響不同。其中，‘黑美人’和‘川芋彩1號’塊莖淀粉含量變化規(guī)律一致，均是北川試點和游仙試點差異不顯著，但均顯著高于溫江試點，而‘蓉紫芋5號’塊莖淀粉含量在不同光照地區(qū)變化規(guī)律則相反。

圖6 不同光照地區(qū)收獲的紫馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量Fig.6 The protein content of potato tuber in different lighting areas

2.6 不同光照地區(qū)對紫馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量影響

由圖6可見，不同光照地區(qū)對不同基因型馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量影響不同。其中，對‘黑美人’品種，溫江試點的蛋白質(zhì)含量顯著高于游仙試點，但兩者均與北川試點差異不顯著?！ㄓ蟛?號’和‘蓉紫芋5號’在不同光照地區(qū)的塊莖蛋白質(zhì)含量變化規(guī)律一致，即游仙試點顯著高于北川試點，但兩者均與溫江試點差異不顯著。

3 討 論

前人研究表明，馬鈴薯花色苷的合成受到光照、溫度和降水等環(huán)境氣候條件的影響[19]。其中，光照的影響最為重要，它是合成花色苷的必要前提。溫度是影響花色苷合成的一個重要因素，在很多植物中，低溫可以誘導花色苷生物合成基因的表達。同時，由于強烈的光照、低溫等條件能夠滿足花青素形成所需糖的積累[20]，因而有利于花青素的形成。此外，干旱處理也能加快花色苷的積累[21]。

王衛(wèi)強等[22]研究表明，栽培于重慶永川茶山上(海拔650 m)的紫云l號’，其花青素含量要多于種植在重慶江津先鋒鎮(zhèn)幼林果園(海拔320 m)與永川雙竹鎮(zhèn)(海拔314 m)。鄭順林等[23]研究表明，紫色馬鈴薯品種‘紫云1號’塊莖表層花青素含量隨著海拔高度的升高逐漸增加，且海拔2500、1800、800 m 之間差異達到極顯著水平。本研究中，小金縣(海拔3000 m)繁育的紫色馬鈴薯品種‘黑美人’生產(chǎn)種薯，在金堂縣(海拔452 m)種植后，商品薯的花青素含量降低11.62 %～33.66 %；而馬鈴薯品種‘川芋彩1號’同一批原種分別在小金縣和新都區(qū)(海拔472 m)種植，所繁育的生產(chǎn)種薯塊顏色差異極顯著，這與前人研究結(jié)果基本相符。

環(huán)境氣候條件影響馬鈴薯花色苷的合成。吳曉敏等[24]試驗結(jié)果表明，內(nèi)蒙產(chǎn)的紫色馬鈴薯花色苷含量顯著高于山東產(chǎn)的紫色馬鈴薯，可能是不同的地理環(huán)境(如光照、溫度、海拔、降雨量等)對馬鈴薯中花色苷含量的影響所致。于振等[19]研究結(jié)果表明，甘肅、山東和貴州3個產(chǎn)地紫色馬鈴薯薯肉中的總花色苷含量存在顯著差異，甘肅產(chǎn)地含量最高，貴州含量最低。其原因可能是因為甘肅產(chǎn)區(qū)為中溫帶干旱半干旱氣候，年均氣溫和降水量均顯著低于山東和貴州，年平均日照和山東產(chǎn)區(qū)無顯著差異，均顯著高于貴州。貴州產(chǎn)區(qū)屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫和山東差異不顯著，年降水量顯著高于其他產(chǎn)區(qū)，年平均日照卻為三個產(chǎn)區(qū)中最低。本研究中，一是不同生產(chǎn)季節(jié)影響馬鈴薯花青素含量，將在光照條件較好的春馬鈴薯季收獲的‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’原種，在光照條件較差的秋馬鈴薯季播種，收獲的生產(chǎn)種花青素含量分別降低34.24 %和30.48 %。二是不同光照地區(qū)影響秋作紫色馬鈴薯花青素含量，‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’均是位于盆周山地強光照區(qū)的北川試點收獲的生產(chǎn)種花青素含量顯著高于位于成都平原若光照區(qū)的游仙試點和溫江試點，且游仙試點和溫江試點差異不顯著。

不同海拔或不同產(chǎn)地包含了光照、溫度、降雨、土壤肥力等多種因素，要明確日照時數(shù)、日照強度對紫色馬鈴薯花青素含量的影響，需在同一季節(jié)，同一地點設置單因素試驗進一步研究。

4 結(jié) 論

不同光照地區(qū)影響秋作紫色馬鈴薯花青素含量，盆周山地強光照區(qū)(北川試點)收獲的‘黑美人’和‘蓉紫芋5號’生產(chǎn)種，花青素含量顯著高于成都平原弱光照區(qū)(游仙試點和溫江試點)。

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EffectsofLightonAnthocyaninContentandQualityofPotatoinDifferentNaturalLightingAreas

SHEN Xue-shan1, WANG Ping2*, WU Cui-ping3, QU Hui-juan2, HUANG Gang2, SONG Xia4, CHEN Shang-hong1, CHEN Hong-lin1

(1.Soil and Fertilizer Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066，China; 2.Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066，China; 3.College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Sichuan Wenjiang 611130，China; 4.Sichuan Tourism University, Sichuan Chengdu 610100，China)

【Objective】The present study was conducted to study effects of light on anthocyanin content and quality of different potato cultivars in different natural lighting areas.【Method】On the base of field survey and seed tuber propagation of same source, a field experiment was conducted using three different genotype potato varieties such as ‘Heimeiren’, ‘Chuanyucai1’ and ‘Rongziyu 5’ which were planted in mountainous area (Beichuan county), shallow hill area (Youxian district), and basin plain area (Wenjiang district) in Sichuan. 【Result】When the production seed potato of ‘Heimeiren’ that be breed in Xiaojin (3000 m altitude) planting in Jintang (452 m altitude), the anthocyanin containment of commercial potato was decreased by 11.62 %-33.66 %; nevertheless, the difference of tuber color of production seed potato was extremely significant when the same resource of stock seed potato planting in Xiaojin and Xindu (472 m altitude). The production season affects anthocyanin content of purple potato. Under the condition of the stock seed potato of ‘Heimeiren’ and ‘Rongziyu 5’ harvested from better light condition area in spring potato season planting in poor light condition area in autumn potato season, the anthocyanin content of tuber potato was dicreased 34.24 % and 30.48 %, respectively. 【Conclusion】The anthocyanin content of tuber potato cultivar ‘Heimeiren’ and ‘Rongziyu 5’ harvested from strong light area in mountainous area (Beichuan county) was significantly higher than that from weak light area in Chengdu plain (Youxian and Wenjiang).

Light; Altitude; Genotype; Potato; Anthocyanin

1001-4829(2017)12-2667-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.009

2017-10-12

國家自然科學基金項目“四川盆地弱光脅迫影響紫馬鈴薯花青素合成的酶學機制與調(diào)控途徑研究”(31401345)；“十三五”四川省財政創(chuàng)新能力提升專項”紫色薯專用新品種提質(zhì)增效生產(chǎn)技術研究”(2016GYSH-027)；“十三五”四川省農(nóng)作物及畜禽育種攻關項目“突破性糧油作物新品種提質(zhì)增效關鍵栽培技術研究與示范”(2016NYZ0051)；四川省科技支撐計劃項目“紫色馬鈴薯高產(chǎn)高效關鍵技術研究及產(chǎn)業(yè)化示范”(2015NZ0054)

沈?qū)W善(1981-)，男，副研究員，博士后，主要從事薯類作物高產(chǎn)栽培生理生態(tài)研究，E-mail：shenxueshan@126.com，*為通訊作者。

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(責任編輯李 潔)