定植早期多效唑处理对甘薯块根发育及其蔗糖代谢的影响

作     者：赵添 辛曙丽 黄哲瑞 刘永华 朱国鹏 ZHAO Tian;XIN Shuli;HUANG Zherui;LIU Yonghua;ZHU Guopeng

作者机构：海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海南海口570228 保亭黎族苗族自治县农业服务中心海南保亭572316 海南大学三亚南繁研究院海南三亚572022 

出 版 物：《热带作物学报》 (Chinese Journal of Tropical Crops)

年 卷 期：2024年第45卷第4期

页      面：772-782页

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：海南省基础与应用基础研究计划(自然科学领域)高层次人才项目(No.2019RC146) 海南省自然科学基金项目(No.320RC476) 国家自然科学基金项目(No.32260440) 

主　　题：甘薯 多效唑 蔗糖代谢 蔗糖分解酶 块根发育 

摘      要：施用多效唑(PBZ)可显著提高甘薯块根产量并改善其品质,同时蔗糖分解酶在甘薯块根发育中发挥着重要的调控作用。但目前尚不清楚PBZ调控甘薯块根发育的生理生化机制,更不清楚蔗糖代谢在其中发挥的具体作用。本研究以海南鲜食甘薯主栽品种高系14为材料,研究栽培早期(定植后20~30 d)喷施PBZ对其块根产量、单薯鲜重和单株结薯数,以及不同发育阶段(定植后30、60、90、120 d)块根中的淀粉和可溶性糖(葡萄糖、果糖和蔗糖)含量、蔗糖分解酶活性及其基因家族成员表达水平的影响,以明确PBZ调控甘薯块根发育的蔗糖代谢相关生理生化机制。结果表明:(1)PBZ可通过提高块根单薯鲜重而不是单株结薯数来增加甘薯产量,同时还可以增加块根中的可溶性糖含量和淀粉含量,改善块根品质;但PBZ的增产和改善品质的效果仅发生在处理后的定植早期(定植后30~60 d),在定植后期(定植后90~120 d),PBZ处理对产量和品质无显著影响。(2)PBZ处理显著增加块根的蔗糖合成酶(Sus)、细胞壁转化酶(CWIN)和细胞质转化酶(CIN)活性,但对液泡转化酶(VIN)活性无显著影响。与CWIN和CIN相比,Sus活性上升的时间更早、幅度更大,即PBZ处理下Sus的活性在定植后30 d即显著上升,而CWIN和CIN的活性在定植后60 d才显著上升;在其他时期(特别是定植后期),PBZ处理对Sus、CWIN和CIN活性均无显著影响。(3)对Sus、CWIN和CIN基因表达量的测定表明,在块根中表达的5个Sus基因(IbSus2、IbSus5~7和IbSus9)的表达量在块根发育早期(定植后30 d)均受到PBZ的显著诱导。此外,在块根中表达的7个CIN基因中有3个CIN基因(IbCIN3、IbCIN7和IbCIN8)、在块根中表达的3个CWIN基因中有2个(IbCWIN2和IbCWIN4)基因的表达水平在定植后60 d受到显著诱导。但在其他时期(特别是定植后期),PBZ处理对相关基因家族成员表达水平均无显著影响。结合前人的研究结果,推测PBZ处理下Sus表达和活性增加的时间更早、幅度更大,可以促进淀粉的快速积累和块根的快速膨大,而随后CWIN和CIN表达和活性的上升则可增加块根中的可溶性糖含量,改善甘薯品质,同时为淀粉的合成和块根的膨大提供一定的能量供应。本研究还鉴定出上述3种蔗糖分解酶基因家族中受PBZ诱导表达的特定成员。PBZ对甘薯块根产量、品质、蔗糖分解酶活性及其基因表达水平的影响主要发生在PBZ处理后的短时期内,随着时间的延长,PBZ对上述指标的影响逐渐消失。因此,生产上为了提高甘薯产量,有必要在全生育期进行PBZ处理。上述研究结果可为下一步通过品种选育和栽培措施等手段实现优质、高产甘薯生产提供理论依据。