光质对马铃薯茎秆糖苷生物碱积累的影响

光质对马铃薯茎秆糖苷生物碱积累的影响

糖苷衍生物（gsa）作为一种重要的植物二级代谢，主要存在于茄子和百合科植物中。作为一种广泛的生物活性，它对病毒、细菌、细菌、原生动物、昆虫、昆虫和其他植物和人类的生物作用。许多研究表明,SGAs在植物抵抗病虫害、调节种群动态以及维系种群间协同进化等方面具有重要作用[6,7,8,9,10,11,12,13]。马铃薯(SolanumtuberosumL.)是主要的茄科作物,也是大众化的食品,块茎中的SGAs含量影响到适口性和食品安全性。另外据研究结果,块茎中SGAs含量超过0.6～0.7mg/g时,人畜食用后均可引起中毒。因此,块茎低SGAs含量是马铃薯品种选育的重要目标之一。影响马铃薯块茎SGAs含量的因素是多方面的,除与品种的遗传特性有关外,还受栽培条件、块茎成熟度和贮藏条件的影响。不当的栽培条件(如高温、干旱、氮素过多、磷和钾素不足)、未成熟、受伤和染病等都会引起块茎中SGAs积累。但在生长期间或成熟后,如果块茎暴露在光照下薯皮都会“变绿”,同时SGAs含量比未照光块茎高。从种种迹象可以推测,光是诱导马铃薯块茎SGAs合成的重要信号。Percival研究了钠光源(黄光)、汞光源(类似自然光)和白光源对收获后马铃薯中SGAs积累的影响,得出钠光源和白光源处理下的块茎SGAs积累高于汞光源。迄今为止,还没有鉴定出诱导马铃薯块茎SGAs积累的最有效光质(波长)。本试验采用不同光质处理收获后的马铃薯块茎,探讨光质对SGAs积累诱导效果,找出SGAs积累的最有效光质,为进一步探索马铃薯块茎SGAs合成的代谢调控和选育低SGAs马铃薯品种提供参考。1材料和方法1.1材料和试剂1.1.1材料表面2个光敏型马铃薯品种(庄薯3号和渭薯1号)和2个光不敏型马铃薯品种(大西洋和夏波蒂)由甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室提供。1.1.2试剂及试剂糖苷生物碱标准品(纯度≥99%,美国Sigma公司)、浓硫酸(上海中秦化学试剂有限公司)、氨水(上海中秦化学试剂有限公司)、甲醛(上海中秦化学试剂有限公司)、次氯酸钠(烟台市双双化工有限公司)。1.2高速冷冻离心积分仪不透光罩子、滤光片(表1为各种光质技术参数)、人工气候箱、高速冷冻离心机、电子天平、紫外分光光度计。所有滤光片均由西安长征光学仪器厂提供,光照度都是按照每个滤光片的透光率来计算。1.3测试方法1.3.1糖苷原则标准溶液的制备精确称取5mg糖苷生物碱标准品,用1%的硫酸溶解,移入50ml容量瓶中,加入体积分数为1%的硫酸溶液至刻度,摇匀,制备糖苷生物碱标准溶液。分别取0ml、0.2ml、0.4ml、0.6ml、0.8ml、1.0ml糖苷生物碱标准溶液,用体积分数为1%的硫酸稀释至2ml,置冰浴中,逐渐加入5ml硫酸,1min后滴加2.5ml体积分数为1%的甲醛,放置90min后,于波长530nm下测定其吸光度。1.3.2马铃薯茎糖苷衍生物的提取选薯形均匀、大小一致的马铃薯块茎作为试验材料,用0.5%的次氯酸钠消毒1h,蒸馏水漂洗,常温下晾干。把马铃薯块茎分为8组,放在不透光罩子中,编号后分别用红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光、白光、黑暗(对照)处理144h,其中红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光用滤光片,黑暗对照用不透光罩子,白光用光照度20.5μmol/(m2·s)的白炽灯管。所有处理在人工气候箱中进行,温度15℃、相对湿度65%(保证新鲜薯块不被脱水)、除白光处理外光照度为37.5μmol/(m2·s)(保证各滤过片的光源一致)。马铃薯块茎糖苷生物碱提取参照Dao等和Sotelo等的方法,有所变动。称取不同光质照射下的马铃薯薯皮(厚度2～3mm)10g,切成碎片(长约3mm,宽约2mm),用体积分数为0.5%的硫酸室温提取4h,纱布过滤,得浸提液。滤渣重复提取1次,合并2次滤液,氨水调pH值至11以上,室温放置过夜。弃去上清,剩余液在4℃、2348g冷冻离心15min,得到沉淀,即为糖苷生物碱。以上试验每个处理重复3次。1.3.3硫酸和甲醛吸收剂用量的测定根据宁正详的测定方法,将提取的样品用体积分数1%的硫酸溶解,定容到10ml。取2ml样品溶液,置冰浴中逐渐加入5ml体积分数1%的硫酸(应在3min以上的时间滴完),放置1min,然后滴加2.5ml体积分数1%的甲醛(在2min以上时间滴完),放置90min后,于波长530nm下测定其吸光度,以1%的硫酸为空白对照。1.4糖苷氧化物提取糖苷生物碱含量计算公式:X=(ρ×ν×500)/M,式中,X为样品中所含糖苷生物碱的量(mg/kg);ρ为待测样品的标准质量浓度(mg/ml);V为样品提取之后定容的总体积(ml);M为样品量(g)。所有数据用Excel软件进行数据处理,利用SPSS11.5进行统计分析。2结果2.1回归分析结果以糖苷生物碱标准质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线(图1)。回归分析结果表明,回归方程的相关系数r=0.9958,决定系数R2﹦0.9916,因此,回归方程有效,回归方程为Y﹦0.0007x+0.0155。说明SGAs含量与530nm处吸光度接近于线性关系。2.2基于光照对马铃薯茎sgas积累的影响不同光质照射2个光敏型马铃薯品种(庄薯3号和渭薯1号)以后,SGAs含量测定结果(表2)表明,马铃薯块茎SGAs含量均有明显的变化。其中红光照射庄薯3号比橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光照射及暗贮藏的SGAs含量分别提高54.33%、76.32%、108.99%、34.32%、110.13%、64.95%;红光照射渭薯1号比橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光照射及暗贮藏的SGAs含量分别提高123.58%、170.54%、58.35%、48.65%、105.73%、181.56%,说明红光对马铃薯块茎SGAs积累起到主要作用,蓝光次之。在6个处理和1个黑暗对照中,红光照射庄薯3号处理的块茎SGAs含量显著提高,其余处理间在0.01和0.05水平均未达到差异显著。对于渭薯1号红光照射相对橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光照射在0.01和0.05水平均达到显著,其余光质之间差异不显著。进一步表明红光是导致马铃薯块茎SGAs积累的主要光质。同列中不同大小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05),每个数值均为3次重复的平均值。2.3深化时间和光照,于花的gsas含量。据整体分布,香港特区总光谱为进一步分析不同品种马铃薯块茎SGAs含量的差异,试验中又增加了2个光不敏型材料大西洋和夏波蒂。由图2可见,不同光质照射下马铃薯块茎SGAs含量差异较大,其中庄薯3号SGAs含量是红光>蓝光>白光>橙光>黑暗>黄光>绿光>紫光,渭薯1号SGAs含量是红光>蓝光>绿光>白光>橙光>黄光>黑暗>紫光,大西洋SGAs含量红光>蓝光>白光>橙光>绿光>黄光>黑暗>紫光,夏波蒂SGAs含量红光>蓝光>黄光>白光>绿光>橙光>黑暗>紫光。进一步说明红光对光敏型和光不敏型马铃薯块茎SGAs积累均起决定作用,蓝光次之,紫光影响最小,而其他几种光质对SGAs含量影响没有一定规律。2.4影响多种光质马铃薯条下sgas的含量为了分析同一光质对不同品种马铃薯块茎SGAs含量的影响差异,对各种光质下的SGAs含量做了多重比较。由表3可知,同一光质对不同品种马铃薯块茎SGAs含量影响差异明显,红光照射下SGAs含量依次X为渭薯1号>庄薯3号>大西洋>夏波蒂。渭薯1号比大西洋和夏波蒂SGAs含量分别提高14.43%、30.33%;庄薯3号比大西洋和夏波蒂SGAs含量分别提高6.49%、21.17%。说明红光对不同品种的马铃薯块茎SGAs含量影响不同,对光敏型影响大于光不敏型。橙光照射下糖苷生物碱含量:庄薯3号>夏波蒂>大西洋>渭薯1号;黄光照射下SGAs含量:夏波蒂>庄薯3号>大西洋>渭薯1号;绿光照射下SGAs含量:渭薯1号>夏波蒂>大西洋>庄薯3号;蓝光照射下SGAs含量:夏波蒂>庄薯3号>渭薯1号>大西洋;紫光照射下SGAs含量:庄薯3号>夏波蒂>渭薯1号>大西洋;白光照射下SGAs含量:庄薯3号>渭薯1号>夏波蒂>大西洋。橙光、黄光、绿光、紫光对4个不同品种马铃薯块茎SGAs含量影响没有规律性,表明这几种光质不是影响SGAs积累的主要光质,在诱导糖苷生物碱合成中作用不明显;同时蓝光虽然对不同品种的马铃薯块茎SGAs影响没有一定的规律性,但对同一品种有诱导效应,而且仅次于红光。另外白光对光敏型SGAs积累大于光不敏型。由表3还可以看出:庄薯3号与渭薯1号红光照射与白光处理、红光照射与黑暗处理分别达到显著差异(P<0.05)。紫光照射下庄薯3号SGAs含量最低。说明相对于红光、橙光、黄光、绿光、蓝光以及白光,紫光对光敏感型马铃薯块茎糖苷生物碱积累抑制能力较强。大西洋与夏波蒂红光照射与黑暗对照达到了显著差异(P<0.05),紫光照射下SGAs含量低于红光、橙光、黄光、绿光、蓝光以及白光,说明紫光不引起光不敏感型马铃薯块茎SGAs积累,相反起到一定的抑制作用。4个马铃薯品种块茎SGAs含量白光照射都大于黑暗对照,这与马铃薯块茎在自然环境中照光薯皮容易变绿一致。同行中不同小写字母表示差异显著(P<0.05),每个数值均为3次重复的平均值。3不同光质马铃薯茎段叶片sgas积累的影响在一定光照条件下,不同温度处理对马铃薯块茎SGAs影响不同。本试验在15℃下用不同光质照射不同品种马铃薯,对其SGAs含量测定结果表明,白光照射明显高于黑暗对照,说明15℃适合马铃薯块茎SGAs积累,同李春禄报道结果相同。Percival研究了白光、高压钠光源、低压汞光源、高压汞光源对马铃薯块茎SGAs积累的影响,结果表明:不同品种间SGAs积累量不同;4种光源处理对马铃薯SGAs含量影响差异明显,钠光源和白光处理下SGAs积累高于高压汞光源和低压汞光源。本试验结果也表明不同光质对不同品种马铃薯块茎SGAs含量影响不同;同时发现红光和白光对光敏型马铃薯块茎糖苷生物积累大于光不敏型。蓝光虽然对马铃薯块茎SGAs积累影响较大,但没有规律性,其原因有待进一步研究。在光质对马铃薯块茎SGAs含量影响的研究中,Lachman等试验表明,在发射黄光的钠光源和白光的荧光源照射下,块茎中SGAs积累;而在发射波长较短的汞灯光源照射下,块茎中SGAs积累变化无常。本研究发现不同光质对马铃薯块茎SGAs含量影响不同,其中红光影响最大,蓝光次之;而橙光、黄光、绿光虽有所影响,但不同品种之间SGAs含量变化没有规律性,其机理有待进一步研究。紫光对光敏感型和光不敏型马铃薯块茎SGAs积累作用不明显,调控机制尚不清楚。目前已知至少有3类接收