催芽温度对紫色马铃薯种薯萌芽、植株生长和结薯大小分布的影响

黄 涛，梅 猛，沈学善，屈会娟，杨 勇，杨 铮，余丽萍，王西瑶*

(1.四川农业大学农学院，四川 温江 611130；2.四川省农业科学院土壤肥料研究所/农业农村部西南山地农业环境重点实验室，四川 成都 610066；3.四川省农业科学院生物技术核技术研究所，四川 成都 610066)

【研究意义】马铃薯主粮化战略实施以来，马铃薯产业得到快速的发展和壮大，种植面积连创新高，但受市场规律的影响，普通马铃薯的生产已出现供大于求的趋势[1]。紫色马铃薯因其富含花青素，具有防癌抗衰老等生理保健功能[2]，在消费升级和供给侧改革的大趋势下，适当发展紫色马铃薯对促进产业升级、提质增效和农民增收具有重要意义[1-3]。【前人研究进展】‘黑美人’是四川省紫色马铃薯主栽品种之一[4-5]，课题组前期研究发现，该品种在田间栽培条件下主茎粗壮，但单穴主茎数少，集中在2主茎/穴以下，导致在相同播种密度下，主茎数不足，产量受限，而增加播种密度又会导致种薯成本上升。前人研究发现，通过收获后入库前的高温处理促进种薯老化，可以促进播后主茎数增加，调节结薯大小分布[6-7]。但在生产中，前期的高温处理容易导致种薯过早萌芽，不利于种薯的贮藏，同时，不同品种之间主茎数存在显著差异[8]，而且不同品种受温度的影响也存在显著差异[6]。目前有关变温贮藏对紫色马铃薯发芽出苗影响的研究报道较少。【本研究切入点】为探索种薯贮藏末期不同贮藏温度对马铃薯发芽出苗的影响，本试验以紫色马铃薯品种‘黑美人’为材料，在贮藏末期设置3个不同的催芽温度，研究其对种薯萌芽特性、激素变化、植株生长及结薯大小分布的影响。【拟解决的关键问题】旨在探明催芽温度对紫色马铃薯品种‘黑美人’群体生长和结薯的具体影响，为生产实践提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为紫色马铃薯品种‘黑美人’，单薯重100 g左右，2017年7月中旬收获后20 ℃愈伤7 d，后贮藏于1.5 ℃冷库，同年12月8日取出进行处理。

1.2 试验设计

种薯催芽分两个阶段，第一阶段：播种前30 d从冷藏库取出种薯，挑选大小一致，无病虫薯块，分别置于不同温度条件下催芽处理，设置3个催芽温度：1.5 ℃(T1)、室温(10～15 ℃，T2)、20 ℃(T3)。第二阶段：播种前15 d将各处理都置于室温条件下直至播种。每处理60个种薯，重复4次，其中3次重复用于催芽期间观察记录发芽指标，1次重复用于取样测定激素含量。

田间试验地点位于成都市金堂县竹篙镇(北纬N30°36′21.85″ 东经E104°44′13.45″附近)，地形为丘陵二台坡地，沙壤土，pH值8.16，有机质含量9.72 g/kg，全氮0.74 g/kg，全磷0.79 g/kg，全钾19.22 g/kg，碱解氮77 mg/kg，有效磷6.3 mg/kg，速效钾85 mg/kg。试验采用单因素随机区组排列，2018年1月8日播种，5月18日收获。垄长2.5 m，每小区4垄，垄距80 cm，小区面积8 m2，大垄双行错窝栽培，密度75 000株/hm2。开沟灌水后，每667 m2沟施复合肥(15-15-15)100 kg做底肥，生长期间不施肥，0.01 mm黑色地膜覆盖，其它按常规管理实施。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 种薯生理年龄计算 种薯的生理年龄采用收获后贮藏期间，大于4 ℃的日平均温度减去基础温度(4 ℃)的累积值表示，即贮藏日度(storage degree days, DD)[7]。T1处理播种时生理年龄为234 DD(收获后愈伤处理112 DD，播种前30～15 d催芽处理0 DD，播种前15～0 d室温催芽122 DD)，T2为417 DD，T3为545 DD。

1.3.2 发芽率统计 种薯发芽率每7 d统计1次，以薯块上至少有1个芽长度达到≥2 mm为发芽。

1.3.3 芽形态指标测定 催芽28 d时进行统计芽粗、芽长、芽数。由于此时T2和T3已全发芽，测定所有薯块，T1只测定已发芽薯块，未发芽薯块不纳入统计。

1.3.4 样品处理及激素含量测定 催芽0、7、14、21、28 d，各处理随机选取10个薯块，用直径10 mm打孔器，以顶芽为中心垂直取深度1 cm的薯肉，切去顶芽和薯皮，-80 ℃液氮保存。液氮混合磨样，每处理称取3份1 g样品，加入9 mL的pH=7.2磷酸盐缓冲溶液(PBS)，剧烈震荡3 min。2～8 ℃条件离心20 min(3000 r/min)，取上清待测。

激素含量采用酶联免疫法测定(试剂盒购自上海酶联生物科技有限公司)。

1.3.5 植株生长特征指标测定 齐苗1周后开始统计株高，详细统计时间见图3A。茎粗和主茎数于齐苗后15 d(3月25日)进行测定，每小区选取15穴进行统计。

1.3.6 产量及产量构成因素测定 收获时，每小区选取有代表性的1垄进行产量测定，统计株数和薯数，计算单株产量和平均单薯重。测定每个薯块重量，并按<30 g、30～45 g(包含30 g，后同)、45～60 g、60～75 g、75～90 g、≥90 g进行薯块分级，商品薯为≥30 g的薯块。

1.4 数据分析

数据采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22软件进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同催芽温度条件下紫色马铃薯种薯萌芽动态

由图1可知，不同催芽温度条件下紫色马铃薯种薯萌芽速度差异显著，温度越高，种薯萌芽速度越快。T1处理在1.5 ℃冷库贮藏期间，未见种薯芽眼萌动，移出冷库置于室温条件下7 d后开始发芽，至28 d时，发芽率为47 %；T2处理种薯在催芽7 d时开始发芽，28 d时发芽率为99 %；T3处理种薯在催芽21 d时已经全部发芽。

T1: 1.5 ℃; T2: 10～15 ℃; T3: 20 ℃，下同图1 不同催芽温度条件下马铃薯发芽率变化Fig.1 Germination percentage of potato in different germination temperatures

2.2 不同催芽温度条件下紫色马铃薯种薯芽形态特征

催芽28 d时，不同催芽温度处理紫色马铃薯种薯芽形态存在显著差异，T1处理处于萌芽初期，芽细短且数量少；T2处理种薯顶部生长2～3个大小相近的芽；T3处理种薯顶芽生长明显，多数着生1个生长突出的粗壮芽(图2)。芽生长指标结果表明(表1)，马铃薯种薯顶芽芽粗和芽长随催芽温度的升高而增加。T1处理种薯芽生长缓慢，芽数、芽长、芽粗均显著低于其它处理，T2处理种薯芽数显著高于T3处理，而T3处理种薯芽粗和芽长方面均显著高于T2处理。

2.3 不同催芽温度条件下紫色马铃薯种薯激素含量变化

从图3可以看出，不同催芽温度条件下紫色马铃薯种薯激素含量变化规律有所差异。其中，种薯顶芽芽周组织脱落酸(ABA)含量在萌芽过程中，整体呈下降趋势。T2和T3处理之间ABA变化趋势相近，T1处理则在放置于1.5 ℃冷库后7～14 d之间ABA含量回升，在第一阶段(0～14 d)催芽结束，移出1.5 ℃冷库至室温条件后又下降。不同催芽温度处理紫色马铃薯种薯吲哚乙酸(IAA)含量在催芽0～7 d，存在一个下降过程，7 d之后逐渐升高。各催芽温度处理之间差异较小，变化趋势相似。在第一阶段(0～14 d)和第二阶段(14～28 d)温度切换时，未出现明显逆趋势波动变化。在整个萌芽过程中，始终处于室温条件下的T2处理种薯细胞分裂素(CTK)含量催芽前后波动最小。在催芽过程中，各处理种薯总体CTK含量表现为T1

2.4 不同催芽温度条件下紫色马铃薯播后植株生长特征

由图4A可知，不同催芽温度条件下T1与T2处理紫色马铃薯植株高度变化一致，而T3处理则有所差异。在3月17日时，T1处理植株株高最低，可见此时植株的营养生长滞后于T2和T3。在4月19日时，T1处理植株株高最高，4月5日至4月19日，株高增长率最高，T2处理的植株株高变化在早期和末期都处于中间水平。T3处理植株株高在3月17日最高，4月5日后则进入缓慢增长期，4月19日时，已显著低于T1和T2。

图2 催芽28 d时不同催芽温度处理条件下芽生长状态Fig.2 Bud growth state of potato in different germination temperatures at 28 days after germination

表1 催芽28 d时不同催芽温度条件下芽生长指标

图3 不同催芽温度条件下顶芽芽周组织激素含量变化Fig.3 Content changes of hormones in terninal bud of potato in different germination temperatures

由图4B和4C可知，不同催芽温度条件下紫色马铃薯各处理植株主茎数与茎粗趋势相反，茎粗随催芽温度上升而降低，主茎数则随催芽温度上升而增加。其中，T1处理植株茎粗显著高于T2和T3处理，T2处理植株茎粗略高于T3。T1处理植株主茎数显著低于T3处理，而与T2处理之间差异不显著。

不同催芽温度条件下紫色马铃薯各处理贮藏日度与植株主茎数趋势相同。将植株主茎数和贮藏日度进行回归分析，得出每公顷群体主茎数与贮藏日度呈一般线性关系，可建立如下回归方程：

Y(主茎数)= 102.21X(贮藏日度) + 105337

对方程进行检验，回归项达显著水平(P=0.042)。说明所建立的回归方程是有效的，种薯贮藏日度可以作为预测主茎群体数量的参考指标。

综合分析不同催芽温度条件下紫色马铃薯植株株高、茎粗和主茎数的差异，可以发现较高的催芽温度会导致田间主茎群体数量增加，单个主茎质量则有所下降，而在较低的催芽温度条件下，植株营养生长延后，主茎数少而粗壮。

2.5 不同催芽温度条件下紫色马铃薯产量及产量构成因素

从表2可以看出，增加催芽温度显著提高了紫色马铃薯单株结薯数、单株薯重和鲜薯产量。与T1处理相比，T2和T3处理单株结薯数分别比T1处理提高了18.81 %和23.84 %，单株薯重分别提高了15.17 %和15.42 %，鲜薯产量分别提高了15.29 %和15.61 %。各处理平均单薯重随催芽温度的上升有下降趋势，各处理间差异不显著。商品薯率以T2处理最高。

图4 不同催芽温度对紫色马铃薯植株生长的影响Fig.4 Effects of plant growth on purple potato in different germination temperatures

表2 不同催芽温度条件下马铃薯产量及产量构成因素

图5 不同催芽温度条件下马铃薯结薯大小分布比例Fig.5 Tuber size distribution of potato in different germination temperatures

2.6 不同催芽温度条件下紫色马铃薯植株结薯大小分布特征

由图5可以看出，不同催芽温度条件下紫色马铃薯植株结薯大小的分布比例差异显著。随催芽温度的升高，大薯比例减少，小薯比例增加。与T1处理相比，T2处理60～75 g和≥90 g以上的薯块比例减少，30～60 g的薯块比例增加；而T3处理75 g以上薯块比例减少了10.6 %，30～60 g薯块比例了增加11.1 %，而<30 g的薯块比例变化较小。

3 讨 论

植物激素作为一种重要的内源调节因子，可以有效调节块茎的休眠与萌发[9]。前人研究认为，马铃薯种薯萌芽过程中，伴随着贮藏时间的改变，生长抑制类因子(例如ABA)含量下降，生长促进类因子(如IAA、CTK、GA等)含量总体上升[9-10]，本研究结果与该结论相符。不同温度处理显著影响马铃薯种薯激素含量，一般认为随贮藏温度的增加，ABA含量下降速度越快，而IAA、GA和CTK含量上升速度越快[11-12]，本试验中种薯IAA和CTK含量随温度的变化趋势基本符合该规律，只是20 ℃处理GA含量的变化模式略有不同。

马铃薯块茎作为鲜活的植物器官，富含水分，温度在其萌芽的影响因素中占主导地位[13]。本试验结果表明，马铃薯种薯萌芽速度随催芽温度的升高而增加，催芽温度在1.5 ℃条件下的薯块始终未见芽眼萌动，这与前人的研究结果一致[14]。马铃薯薯块在不同温度下的萌芽进程不同，而薯块的萌芽会经历3个过程：萌芽激活期，顶芽萌发的顶端优势期，顶端优势消失期[15]。本试验在催芽28 d时，T2和T3处理已见侧芽的生长，但顶芽优势仍较明显，说明两者介于顶端优势期和顶端优势消失期之间，而T1尚处于顶端优势期。虽然T2和T3的芽数显著高于T1，但是芽数并不能作为判断生理年龄和预测主茎数的依据[16]，而主茎数则是反映种薯的生理年龄可靠指标[7, 17-18]，刘奎彬等[16]研究认为萌芽温度在一定程度上提高主茎数，但未达显著水平，其在收获愈伤后进行温度处理，然后紧接播种，从收获到播种时间较短，主茎数无显著差异；Knowles等[7]在种薯愈伤后进行温度处理，其后经过195 d左右的4 ℃低温贮藏，出苗后主茎数有显著差异；Danieli等[18]研究发现，2 ℃条件下贮藏时间130～190 d的种薯出苗主茎数显著低于贮藏210～270 d种薯，说明主茎数差异是否显著，是温度和贮藏时间共同作用的结果，与种薯生理年龄有关。本试验结果表明，马铃薯出苗后，各处理主茎数随催芽温度的升高而增加，种薯生理年龄越大，主茎数越多，这与多数研究结果一致。

催芽温度不同造成种薯生理年龄差异，从而引起出苗后植株个体生长和群体数量不同，最终导致结薯的差异[6-7, 19-20]。Herman[6]和Knowles[7]等研究发现，通过一定温度处理促进种薯老化，可以提高马铃薯主茎数和结薯数，同时改变结薯大小的分布，生理年龄越大的种薯，大薯比例减少，但并不一定会对商品薯率造成显著影响，而与品种本身特性有关系，本试验结果表明，不同催芽温度虽然改变了薯块大小分布，却未对商品薯率造成显著影响，这可能与品种特性和分级规则有关。在薯块大小的分布变化中，大薯减少，小薯增多，对经济价值的影响是正面还是负面，这取决于市场对薯块大小的需求[19]。在马铃薯生产中提倡使用30～50 g的整薯播种[22-23]，在本研究中，催芽温度的上升提高了单株结薯数，同时由于单薯重的下降幅度小于单株结薯数的上升幅度，从而增加了单株薯重和鲜薯产量，同时≥90 g的薯块比例下降，而30～60 g 的薯块比例相应增加，这有利于种薯生产。如果市场需求是用于鲜食和加工，需要>60 g的薯块，通过增加种薯生理年龄，促进结薯数增加也可能获得较高经济价值(T2>T1>T3)。有研究表明，通过减少栽培密度来缓解单穴主茎数增加导致的群体竞争加剧，实现群体数量和薯块大小分布的平衡，从而降低种薯投入，实现经济价值的提升[7, 23]，这对于种薯价格较高的紫色马铃薯生产具有重要的借鉴意义，有待进一步研究。

4 结 论

在催芽28 d时，T1处理马铃薯种薯4种激素含量均处于最低水平。不同催芽温度处理之间紫色马铃薯激素含量差异最大的时期出现在第一阶段结束前后(14 d)，之后逐渐减小。马铃薯出苗后，各处理主茎数随催芽温度的升高而增加，种薯生理年龄越大，主茎数越多。催芽温度升高造成≥90 g薯块比例减少，30～60 g薯块比例增加，播种前适当提高催芽温度可以提高群体数量，增加结薯个数，增加产量，改变薯块大小分布。