木薯块根β-胡萝卜素与采后腐烂的相关性研究

罗妙明 陈松笔 安飞飞 薛晶晶 蔡杰 罗秀芹

(1中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部木薯种质资源保护与利用重点实验室 海南海口571101;2广东省兴宁市宁中镇农业农村服务中心 广东兴宁514500)

木薯（Manihot esculantaCrantz）是世界亚热带和热带地区近8亿人的主要粮食作物［1］，在中国南方木薯主要作为淀粉工业和生物质能源的重要原料［2］。木薯贮藏根收获后，在24～72 h其周边部位逐渐出现褐变或青褐变，称为PPD［3］。木薯PPD过程主要分为初级变质和次级变质2种。初级变质是一个内在的生理生化过程，由酚类等物质氧化引起，可导致贮藏根变质［4］。木薯贮藏根采后24～72 h内迅速变质［5］，影响食用、加工及产品性能，给农民和淀粉及燃料乙醇加工企业造成严重的经济损失，阻碍木薯产业的进一步发展［3，6-8］。据统计，每年亚洲、拉丁美洲和加勒比海地区及非洲因木薯PPD所造成的经济损失分别为8%、10%和29%［3］），直接经济损失超过2亿美元［9-10］。

类胡萝卜素一种优良的抗氧化剂，具有抗衰老、提高免疫力等多种生物学功能，尤其在保护人类健康方面起着重要作用。Morante等［11］对21个木薯品种（系）开展筛选试验，发现贮藏根富含类胡萝卜素的木薯品种最高能延迟PPD 40 d左右。Sánchez等［12］对101个木薯品种（系）干物质和类胡萝卜素含量与PPD的相关性进行分析，结果显示，PPD与干物质含量关系不大，但与类胡萝卜素含量存在负相关，表明富含类胡萝卜素的木薯贮藏根有助于延缓PPD。Luo等［13］以SC9木薯为试验材料，通过杂交进行初步筛选，得到β-胡萝卜素含量不同的群体种质。

本研究以14个不同木薯种质为材料，种植10个月后收获块根；放置12 d观察其腐烂情况，并在0、3、6、9和12 d分别取样检测其β-胡萝卜素的含量，旨在探讨类胡萝卜素与木薯采后腐烂的相关性，为选育高含量β-胡萝卜素和耐PPD木薯新品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

随机选取14个不同木薯种质（以SC9木薯为母本的自然杂交种），编号分别为137、70、310、79、260、60、186、266、270、268、369、237、280、261）。

1.2 方法

1.2.1 材料处理与观察

将木薯种质种植于儋州木薯基地，10个月后采收；选取完好的木薯块根于25℃、40%湿度培养箱中放置；分别在0、3、6、9和12 d切开块根观察其变质情况，并切碎备用，每个种质每个时间点取样3份。

1.2.2β-胡萝卜素的提取

称取上述保存样品约0.3 g，放入2.0 mL的EP管中，加入400μL预冷水，2个2 mm的钢珠，放入打样机中以55 Hz研磨1 min；加入800μL的乙酸乙酯、100μL饱和氯化钠溶液，以涡旋振荡器混匀30 s，12 000 r/min离心2 min；加入200μL二氯甲烷，涡旋振荡器混匀30 s，以12 000 r/min离心2 min；加入50μL正己烷，涡旋振荡器混匀30 s，12 000 r/min离心5 min；吸上清，用0.22μm有机滤膜过滤，待测。

1.2.3β-胡萝卜素的测定

吸取200μL提取样品放置于样品瓶中，HPLC测定β-胡萝卜素含量。测定条件：流动相为甲醇/叔丁基甲醚（70/30）；检测波长450 nm；柱温（30±0.1）℃，进样量20μL，流速1 mL/min。β-胡萝卜标准品购自sigma公司，纯度99.0%。

2 结果与分析

2.1 采后腐烂观察

从图1可以看出，在相同条件下放置14个不同木薯种质块根，部分种质在3 d就开始出现腐烂现象，后期逐渐出现腐烂加剧现象；大部分种质块根放置12 d基本都出现了不同程度的腐烂；但也有部分种质如268、237、70、60放置12 d仍然比较完好；部分如270、310、79出现个体差异，即放置9 d出现腐烂，12 d块根却完好。

2.2 采后腐烂等级划分

国际热带农业中心（CIAT）将木薯PPD分为6个等级，其中没有任何PPD为完好；PPD 10%以下为一级腐烂；10%～20%为二级腐烂；20%～40%为三级腐烂；40%～60%为四级腐烂；60%～80%为五级腐烂；80%～100%为六级腐烂。从图1可知，14个不同木薯种质块根等级划分见表1，但也会存在肉眼误差。

2.3 β-胡萝卜素含量分析

从图2可以看出，实验选取木薯种质的块根β-胡萝卜素在收获后几乎都出现不同程度的增加，6 d达到峰值，之后呈现不断下降的趋势；同时结合采后腐烂情况可以看出，β-胡萝卜素含量相对较高的种质其耐采后腐烂能力较强，即有一定的相关性，具体机理还需要进一步研究。随着放置天数的增加，β-胡萝卜素含量整体降低，其腐烂程度也出现加重情况。

图1 十四个木薯种质采后腐烂观察

表1 十四个木薯种质PPD等级划分

3 讨论

本研究对不同木薯种质调查后发现，β-胡萝卜素含量高的木薯种质，其块根PPD发生相对较为延缓。Sánchez等［12］报道称，木薯块根中β-胡萝卜素含量较高的品种，PPD发生要比常规品种延迟1～2 d。本研究发现，在放置6 d时β-胡萝卜素上升，6 d之后出现逐渐下降的趋势；比如60号种质，在放置6 d时β-胡萝卜素达到高峰，放置12 d时还比较完好；推测这是因为类胡萝卜素参与了木薯采后的抗氧化过程，类胡萝卜素是一种优良的抗氧化剂，在一定程度上能及时清除PPD发生过程中产生的ROS，对木薯块根PPD发生起到抑制作用［3，8，14］。但也存在PPD跟β-胡萝卜素含量不相关的情况，比如70号种质β-胡萝卜素含量很低，但是其能在12 d后表现出相对完好的状态；266号种质β-胡萝卜素含量相对比较高，但是其放置3 d时即出现了腐烂情况。Chavez等［15］报道称，木薯贮藏根类胡萝卜素含量达到一定水平可降低PPD程度，认为0.5μg/g的β-胡萝卜素含量是评价木薯PPD耐性的阈值，当β-胡萝卜素含量高于阈值时，可使贮藏根PPD发生程度下降30%。木薯采后生理腐烂是一个复杂的过程，目前许多发达国家（包括美国、英国、瑞士等）加大了对影响木薯初级变质的各种因子的研究力度，尤其是耐初级变质木薯种质的创制成为木薯研究热点；而次级变质主要是由于微生物侵染所导致，是引起后期变质的主要原因。关于类胡萝卜素抑制采后腐烂的机理尚未有明确的报道，本研究结果为木薯采后腐烂机制研究提供理论基础，为培育高含量β-胡萝卜素耐采后腐烂的木薯品种提供科学依据。

图2 十四个木薯种植放置12 dβ-胡萝卜素的含量变化趋势