温度对萌芽过程中甘薯品质性状的影响

董顺旭 解备涛 侯夫云 李爱贤 王庆美 张立明

摘要：为了探讨甘薯萌芽过程中薯块各物质的变化规律，本研究以萌芽性不同的两个甘薯品种（济薯21和济紫薯1号）为材料，在不同温度（高温：31～33℃；中温：23～25℃；低温：17～19℃）下进行萌芽试验，研究该条件下萌芽过程中薯块的萌芽性、干物质含量、可溶性糖含量、蛋白质含量等生理特性的变化。结果表明：在不同温度条件下，甘薯的萌芽期、萌芽数量和薯苗质量均有不同，高温条件下甘薯的萌芽数量大，而低中温条件下薯苗质量较好。萌芽过程中薯块的干率、淀粉含量逐渐下降；可溶性糖和还原糖含量在低温条件下逐渐上升，在中高温条件下先升高再降低；蛋白质含量低中温条件下总体逐渐升高，高温条件下萌芽后期下降，之前一直升高。薯块萌芽过程中还原糖含量与甘薯萌芽性的相关性比淀粉含量更大。关键词：甘薯；品种；温度；萌芽性；品质性状

中图分类号：S531文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）07-0082-06

Abstract In order to explore the change rule of each index in sweet potato during root germination under different temperatures （high temperature： 31～33℃；medium temperature：23～25℃；low temperature：17～19℃）， two varieties of sweet potato with different germination characteristics （Jishu 21 and Jizishu 1） were used as materials. The germinating characteristics and changes of physiological characters， like dry matter content， soluble sugar content and protein content， were measured. The results showed that there were different germination periods， budding number and seedling quality of two varieties under different temperatures. The germination rate of sweet potato was higher under high temperature， while the quality of sweet potato seedlings was better at low and medium temperature. In the process of germination， the dry rate and starch content of sweet potato decreased gradually； the content of soluble sugar and reducing sugar increased gradually under the low temperature condition， and increased firstly and then decreased under the medium and high temperature conditions；the protein content increased gradually at low and medium temperatures， and increased firstly and then decreased at the late stage of germination at high temperature. The correlation of reducing sugar content with germinating ability of sweet potato was greater than that of starch.

Keywords Sweet potato； Variety； Temperature； Germinating characteristics； Quality traits

甘薯是重要的糧食、饲料、工业原料及新型能源用作物，广泛种植于世界上100多个国家和地区，在世界粮食生产中甘薯总产列第7位。我国是世界上最大的甘薯生产国，2016年种植面积约320×104 hm2，约占世界甘薯总面积的38.05%，年产量7 000×104 t以上，占世界甘薯总产量的67.09%，在我国粮食作物中总产居第5位，因此甘薯对保障我国粮食与能源安全起到重要作用[1]。甘薯萌芽性状优劣是影响甘薯快速推广的重要因素，一部分优质高产鲜食品种如西农431、心香等由于发芽率低、育苗成本高，影响了品种的推广。影响甘薯萌芽的因素很多，有品种特性[2-4]、生育时期[5]、温度[6]、养分[7，8]、排种方式[9]以及植物生长调节剂等[10-14]，其中温度对萌芽具有重要影响，甘薯发芽必须达到一定的积温。以往关于甘薯萌芽温度的研究主要集中在萌芽数量和薯苗质量方面[6，15]，而对萌芽过程中薯块相关物质变化的研究还不多见，而薯块的萌芽过程也是薯块中淀粉逐渐分解并为萌芽提供能量和物质的过程，但对其萌芽过程中物质的变化规律还不明确，不能解释两个甘薯品种淀粉含量基本相同而发芽率差别显著的现象。本试验在恒温培养箱中模拟自然条件下温度，用不同的调控措施，找出目前主栽品种中最适宜薯块萌发的温度，同时通过测定萌芽中薯块内部主要品质指标的变化，为甘薯育苗实践提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计和实施

试验于2015年1月1日至2月20日在山东省农业科学院农业部甘薯原原种扩繁基地实验室进行，2016年1月20日至3月10日进行第二次試验。供试品种济薯21和济紫薯1号，均为山东省农业科学院作物研究所育成。济薯21为耐瘠薄、耐干旱的兼用型品种，主要用于淀粉、薯枣和薯条加工，其发芽量较高；济紫薯1号为高花青素品种，主要用于色素提取、紫薯全粉和薯泥加工等，其发芽量较少。

取薯形均匀一致、大小约为0.3 kg的健康夏薯作种薯，把薯块放置在41 cm×30 cm×15 cm的白塑料盒内。盒内平铺8～10 cm消毒的蛭石营养土，每盒摆放20个薯块，再覆5 cm左右的蛭石营养土，每盒浇3 L水，之后放置到光照培养箱内。

试验设置3个萌芽温度处理：高温萌芽，设定31～33℃；中温萌芽，设定23～25℃；低温萌芽，设定17～19℃。光照培养箱设置为每天光照12 h，光强为12 000 lx，相对湿度为80%～85%。每处理3个重复，每个重复3盆。

1.2 取样和测定

从薯块放入光照培养箱开始，每两天取样1次，每重复取样3块，分别进行薯块干物质、可溶性糖、蛋白质含量测定，等到全部薯块的芽长均大于1 cm时停止取样。取样结束后，把光照培养箱温度调到25℃，光照强度和相对湿度不变，其它薯块继续进行发芽，待薯苗长到18 cm时剪苗，统计薯苗数量，测定薯苗质量，到40 d时截止。

干物质含量测定：取两块代表性薯块，将头尾部的三分之一去掉，余下切成细丝、混匀后取20 g鲜样，于80℃烘箱中烘至恒重。可溶性糖含量采用蒽酮比色法、参照何照范编著的《粮油籽粒品质及其分析技术》进行测定[16]。淀粉含量采用硫酸蒽酮比色法测定。还原糖含量采用3，5二硝基水杨酸比色法测定。蛋白质含量采用半微量凯式定氮法、参照上海植物生理研究所主编的《现代植物生理学实验指南》[17]进行。

1.3 数据分析和图表制作

数据统计、图表制作用Excel 2007 和SPSS 21.0 软件，用One-way ANOVA 进行LSD 组间差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽性状的影响

由表1可以看出，不同萌芽温度对甘薯萌芽期、出苗量和薯苗质量的影响均有显著差异。低温条件下的萌芽期最长，中温次之，高温最短，而出苗量相反，高温的出苗量最多，中温次之，低温最少。低温和中温对甘薯种苗质量（百株重）影响不显著，但均显著好于高温条件下的薯苗质量。

两个品种的萌芽期，在低、中、高温条件下相差1～2 d，均没达到显著水平，说明两个品种萌芽所需的有效积温差别不大。但是两个品种的出苗量和薯苗质量均有显著差别，在相同温度条件下，济薯21的出苗量均显著高于济紫薯1号，但薯苗质量低于济紫薯1号，在低、中、高温条件下济薯21的出苗量分别比济紫薯1号增加157.14%、76.39%和50.87%，而百株重比济紫薯1号分别下降5.89%、9.15%和9.74%。

2.2 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽过程中干率的影响

从图1可以看出，随着萌芽时间的延长，两个品种薯块的干率逐渐下降，这说明在萌芽过程中薯块内的干物质在逐渐分解为萌芽所需的其它物质和能量。从开始萌发到出芽，薯块干率下降幅度大致相同。随着萌芽温度的升高，降解速度增加。济紫薯1号的干率高于济薯21。在低温条件下，济紫薯1号的干率下降速率低于济薯21，中温条件下两个品种干率的下降速率相似，高温条件下济紫薯1号干率的下降速率高于济薯21，这说明济薯21在低温条件下的萌芽性要高于济紫薯1号，而济紫薯1号需要萌发的温度比济薯21高。

2.3 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽过程中淀粉含量的影响

从图2可以看出，与干率含量变化一致，两个品种的淀粉含量在萌芽过程中逐渐下降，这是由于甘薯在萌芽过程中淀粉要分解转化为糖再转变成能量，用于薯芽萌发。随着温度的升高，淀粉的分解速度加快，济紫薯1号淀粉含量的降低速度高于济薯21，这与干率变化趋势一致。

2.4 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽过程中可溶性糖含量的影响

由图3可以看出，不同温度对甘薯萌芽过程中可溶性糖含量的影响与干率、淀粉含量不一致。在低温条件下，两个品种种薯的可溶性糖含量先降低后一直缓慢升高，到薯块萌芽时达到最高值；中温条件下，薯块的可溶性糖含量萌芽前期一直缓慢上升，中后期下降，到后期又急剧下降；高温条件下，两个品种的可溶性糖含量前期快速升高，中后期达到最高值后，又急剧下降。这说明在萌芽过程中薯块的可溶性糖含量在逐渐升高，到达一定数值后缓慢下降，而温度提高加速了这个过程。低温条件下济紫薯1号的可溶性糖含量在整个萌芽过程中均低于济薯21；中温和高温条件下，萌芽前期高于济薯21，后期下降阶段低于济薯21，这说明济紫薯1号的萌芽对温度比济薯21敏感。

2.5 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽过程中还原糖含量的影响

由图4可以看出，在低温条件下，两个甘薯品种的还原糖含量在萌发过程中呈“W”形分布，即萌芽开始还原糖含量先缓慢下降，再缓慢上升，在9～11 d达到一个高峰，再缓慢下降，19 d时达到第二个最低值，至萌芽时达到第二个峰值；中温条件下，两个品种的还原糖含量总体上升；高温条件下，还原糖含量先缓慢上升，第9 d时达到最高值，再缓慢下降。在整个萌芽过程中，两个甘薯品种的还原糖含量变化趋势基本一致，但是济薯21的还原糖含量显著高于济紫薯1号，这与济薯21的萌芽性好于济紫薯1号相对应。

2.6 温度对济紫薯1号和济薯21萌芽过程中蛋白质含量的影响

从图5可以看出，两个品种种薯在不同温度条件下的萌芽过程中其蛋白质变化趋势不一致。在低温条件下，济紫薯1号的蛋白质含量在前期缓慢上升，中期基本不变，后期又缓慢上升。中温条件下，两个品种种薯的蛋白质含量总体处于上升过程。高温条件下，济紫薯1号蛋白质含量逐渐上升，第9 d达到最高值，随后急剧下降，而济薯21的蛋白质含量一直缓慢上升，第11 d达到最高，随后缓慢下降。

3 讨论与结论

甘薯块根萌芽性与甘薯品种特性、育苗环境、种薯营养物质等相关的研究已较多。本研究两个甘薯品种济薯21和济紫薯1号均是高干率品种，其中后者的干率在35%以上，前者的干率在32%～34%之间。两个品种的萌芽期在低、中、高温条件下相差1～2 d，均没达到显著水平，说明两个品种萌芽所需的有效积温差别不显著。但是两个品种的出苗量和薯苗质量均有显著差别，在相同温度条件下，济薯21的出苗量均显著高于济紫薯1号，但薯苗质量低于济紫薯1号。这和Collins[7]、王庆美[8]等的研究结果不大一致，其研究均认为甘薯的萌芽量与其干率和淀粉含量呈显著正相关，而本研究发现不同品种之间，虽然干率相差不大，但是萌芽量差别显著。这和侯夫云等[18]的研究结果相一致。

本试验甘薯萌芽过程中可溶性糖、还原糖含量变化基本一致。低温条件下济紫薯1号的可溶性糖含量在整个萌芽过程中均低于济薯21；中温和高温条件下，萌芽前期高于济薯21，后期低于济薯21，这说明济紫薯1号的萌芽对温度比济薯21敏感。在整个萌芽过程中，两个甘薯品种的还原糖含量变化趋势基本一致，但是济薯21的还原糖含量显著高于济紫薯1号，这与济薯21的萌芽性好于济紫薯1号相对应。根据两个品种的萌芽特性，可以发现还原糖含量比干率、淀粉含量和可溶性糖含量更能作为甘薯萌芽特性的指标。本研究中，低温条件下蛋白质含量一直缓慢上升，中温条件下总体处于上升阶段，但是不太明显，而在高温条件下，蛋白质含量快速上升，又快速下降，这表明萌芽过程中甘薯块根中的蛋白质分解受温度影响比较大。

目前，对甘薯萌芽基本特性的研究前人已经做了大量的工作，但主要是研究育成品种的萌芽性和把萌芽率作为育种目标之一。随着科学技术的发展，特别是分子生物技术的发展，还需对甘薯萌芽的生理机制以及基因表达进行系统研究。

参 考 文 献：

[1] 齐萌萌，王士海.世界甘薯进出口贸易格局的演变分析——兼论中国甘薯国际贸易的发展趋势[J].世界农业，2018（1）：92-99.

[2] 司成成. 甘薯不同品种块根萌芽性差异及调控[D]. 泰安：山东农业大学，2015.

[3] 谢世清，冯毅武. 金沙江流域甘薯地方良种种薯萌芽习性分析[J]. 种子，2000（1）：13-14.

[4] 马辉. 几个特色甘薯品种萌芽习性分析[J]. 作物杂志，2004（1）：19-20.

[5] 刘中良，郑建利，杨俊，等. 甘薯不同生育期种薯萌芽性及耐储性差异研究[J]. 山东农业科学，2014，46（1）：37-39.

[6] 卢浩培，杨永嘉，袁宝忠. 甘薯塑料薄膜复盖结合高温催芽育苗技术的研究应用[J]. 中国农业科学，1965，6（3）：34-36.

[7] Collins W W， Walter W M J， Torgersenbelding S. Carbohydrate changes in sprouting sweetpotato roots[J]. HortScience， 1990， 25（8）：979.

[8] 王庆美，张立明，王建军，等. 块根主要营养成分对甘薯品种萌芽性的影响[J]. 山东农业科学， 1998（1）：9-11.

[9] 张菡，魏鑫，王良平. 不同育苗方式對甘薯种苗质量的影响研究[J]. 耕作与栽培， 2013（1）：25.

[10]王欣，李秀英. 赤霉素在甘薯徐薯23育苗上的应用研究[J]. 江苏农业科学，2011， 39（5）：117-118.

[11]王欣，李秀英，李强，等. 植物生长调剂在甘薯萌芽上应用研究[C]// 中国作物学会50周年庆祝会暨2011年学术年会论文集. 2011.

[12]Hall M R. 利用短期催芽、乙烯利浸种和切块育苗提高甘薯秧苗产量[J]. 那凤琴译.园艺与种苗，1991（1）：40-41.

[13]熊凡. 甘薯露地苗床土制赤霉素催苗效果（初报）[J]. 植物生理学报，1964（6）：42-43.

[14]史文卿，司成成，史春余，等. 赤霉素浸种对甘薯块根萌芽性的调控效应[J]. 山东农业科学，2017，49（6）：71-73.

[15]赵娇娜，张新，闫加启. 甘薯不同排种期对出苗数量和品质的影响[J]. 农业技术与装备，2016（9）：18-19.

[16]何照范. 粮油籽粒品质及其分析技术[M]. 北京：农业出版社，1985.

[17]中国科学院上海植物生理研究所. 现代植物生理学实验指南[M]. 北京：科学出版社，1999.

[18]侯夫云，董顺旭，解备涛，等. 排种密度对甘薯块根萌芽特性的影响[J]. 植物生理学报，2017，53（5）：849-856.

[19]张原箕，张华，赵力，等. 甘薯块茎中β-淀粉酶同工酶特性及其在萌芽过程中的组织分布[J]. 农产品加工·学刊，2006（10）：53-56.

[20]唐君，周志林，赵冬兰，等. 甘薯贮藏过程淀粉酶活性变化及对薯块芽萌发的影响[J]. 福建农业学报，2010，25（6）：699-702.

[21]Hagenimana V，Simard R E，Vézina L P. Amylolytic activity in germinating sweetpotato （Ipomoea batatas L.） roots[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science ，1994， 119（2）：313-320.