硼素營(yíng)養(yǎng)對(duì)魔芋品質(zhì)及幾種酶活性的影響

牛 義 王啟軍 張盛林 王志敏

（南方山地園藝學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶高校魔芋資源利用工程研究中心，重慶市蔬菜學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南大學(xué)園藝園林學(xué)院，重慶 400715）

魔芋（Amorphophallus）是天南星科魔芋屬的多年生草本植物。魔芋球莖中富含葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），它是一種水溶性的膳食纖維，也是一種理想的低熱、低脂肪物質(zhì)，具有防癌、防肥胖、降血脂、降血糖、抗衰老的特殊功效，同時(shí)，KGM具有良好的親水性、膠凝性、增稠性、粘結(jié)性、可逆性、成膜性等（劉佩瑛，2004），故在醫(yī)藥、紡織、印染以及化工等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。因此，如何提高魔芋品質(zhì)，生產(chǎn)出高品質(zhì)的魔芋已日益受到人們的關(guān)注。硼是植物必需的六大微量元素之一，盡管高等植物對(duì)硼的需求量很小，但其對(duì)養(yǎng)分平衡、促進(jìn)細(xì)胞壁的形成、糖類運(yùn)輸、核酸和蛋白質(zhì)的合成、生理代謝以及一些酶的活性起著不可代替的作用（牛義和張盛林，2003；石磊和徐芳森，2007）。有關(guān)硼素營(yíng)養(yǎng)的研究在其他作物上已有許多報(bào)道（王曉云和程炳篙，1994；李軍 等，2002；師進(jìn)霖 等，2007；賈景麗 等，2009；李淑儀 等，2010；張志華 等，2010），并且獲得了良好的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益，但在魔芋方面的研究鮮有報(bào)道。魔芋生長(zhǎng)所需的生態(tài)環(huán)境與煙草極其相近，重慶市植煙區(qū)的土壤普遍存在酸、瘦、缺乏微量元素等問(wèn)題，其中土壤缺硼尤為突出（如黔江、酉陽(yáng)、彭水、武隆、南川、綦江、石柱等地），嚴(yán)重影響了重慶煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量（張薇 等，2006；秦建成，2009）。生產(chǎn)中，筆者也觀察到魔芋種植區(qū)出現(xiàn)一些缺素現(xiàn)象，但是否由于缺硼造成的，目前不是很清楚。為此，本試驗(yàn)通過(guò)研究不同硼素濃度對(duì)魔芋品質(zhì)指標(biāo)與酶活性變化的影響，明確硼元素與魔芋品質(zhì)和酶活性變化的關(guān)系，為魔芋生產(chǎn)中通過(guò)合理施用硼肥來(lái)提高魔芋品質(zhì)、產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2010年3～10月在南方山地園藝學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的溫網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。供試材料為白魔芋（Amorphophallus albus Liu et Chen），選球莖大小基本一致，質(zhì)量為52～56 g，平均為54 g。本試驗(yàn)中，種芋為播種時(shí)的魔芋球莖；新芋為換頭后新長(zhǎng)出的魔芋球莖，但不成熟；商品芋為收獲時(shí)的魔芋，即可以出售并加工的魔芋，一般質(zhì)量在100 g以上。

1.2 試驗(yàn)方法

2010年3月20日選種芋開(kāi)始催芽，出芽后（約4月5日）移栽到花盆中，每盆4株，4次重復(fù)?；|(zhì)采用珍珠巖∶蛭石=2V∶1V，3 d澆一次蒸餾水，7 d澆一次營(yíng)養(yǎng)液，每個(gè)處理澆2.8 L。開(kāi)葉后進(jìn)行遮陰，常規(guī)管理。營(yíng)養(yǎng)液采用Hongland和Arnon配方。經(jīng)過(guò)2008～2009年的預(yù)備試驗(yàn)以及硼素營(yíng)養(yǎng)相關(guān)研究的結(jié)果（薛建明 等，1995；楊暹 等，2000；祁寒 等，2009；韋海忠 等，2010；張志華 等，2010），特別是薯芋類作物的硼素營(yíng)養(yǎng)研究方面的報(bào)道（孟凡華 等，1995；賈景麗 等，2009），確定了本試驗(yàn)的6個(gè)硼素濃度處理（表1）：處理1（B1），營(yíng)養(yǎng)液中含硼0 mg·L-1作對(duì)照；處理2（B2），營(yíng)養(yǎng)液中含硼0.25 mg·L-1。處理3（B3），營(yíng)養(yǎng)液中含硼0.5 mg·L-1；處理 4（B4），營(yíng)養(yǎng)液中含硼 1.0 mg·L-1；處理 5（B5），營(yíng)養(yǎng)液中含硼 2.0 mg·L-1；處理6（B6），營(yíng)養(yǎng)液中含硼4.0 mg·L-1。從5月15日開(kāi)始破壞性取樣測(cè)定（各個(gè)處理每次取1株，取魔芋球莖），每隔30 d測(cè)定1次，共測(cè)定5次（薛建明 等，1995）。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

葡甘聚糖含量的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸法（劉佩瑛，2004）。可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法；可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮法；淀粉含量的測(cè)定采用蒽酮顯色反應(yīng)法；過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用NBT法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法，參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》（李合生，2001）與《逆境生理學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)》（睢薇，2004）。多酚氧化酶（PPO）活性的測(cè)定采用分光光度法。具體步驟：①粗酶液的提取。將采集的白魔芋球莖放入4 ℃冰箱中預(yù)冷30 min后，取出洗凈、去皮，稱取3 g加入2.5 mL 磷酸鹽緩沖液（0.05 mol·L-1、pH 5.5），于冰浴中研磨后4 ℃下離心20 min（12000 r·min-1），吸出上清液后，再加入2.5 mL磷酸鹽緩沖液重復(fù)離心，合并兩次上清液于5 mL容量瓶中，用磷酸鹽緩沖液定容，即得粗酶液。②PPO活性的測(cè)定。取2只試管，分別加入1.9 mL磷酸緩沖液與1 mL兒茶酚溶液（0.1 mol·L-1），37 ℃下保溫10 min后加入1 mL粗酶液（空白調(diào)零為1 mL磷酸緩沖液代替粗酶液），迅速混勻，立即于410 nm下測(cè)定反應(yīng)體系的A值，每隔30 s記錄1次，共記錄5次。PPO活性單位U·g-1（FW），每分鐘A值改變0.001定義為1個(gè)酶活力單位。所有指標(biāo)均測(cè)定3次，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硼素濃度處理對(duì)魔芋品質(zhì)的影響

葡甘聚糖、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)是魔芋中的主要貯藏物質(zhì)，也是魔芋產(chǎn)量形成的主要成分，特別是葡甘聚糖含量的多少可反映魔芋品質(zhì)的優(yōu)劣。從表1看出，白魔芋在生長(zhǎng)期間（60～90 d），種芋的葡甘聚糖含量隨生長(zhǎng)而迅速下降。在90～120 d期間（7～8月），此期是“換頭”期，魔芋生長(zhǎng)正處于“新老交替”的時(shí)候，這時(shí)魔芋的種芋和新芋共存。新芋的葡甘聚糖含量在形成初期很低，“換頭”后開(kāi)始急劇增加，150 d時(shí)達(dá)到最高峰，之后略有下降。白魔芋種芋在“換頭”前各個(gè)處理的變化趨勢(shì)大體相同，“換頭”后B2、B3處理的葡甘聚糖含量明顯高于其他處理，最高值為B2處理，達(dá)到51.36%。挖收時(shí)（180 d），B2處理的葡甘聚糖含量最高，為51.16%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B2、B3處理與其他處理均存在顯著差異，這表明不同的硼素濃度對(duì)魔芋葡甘聚糖含量的影響較大，最有利于葡甘聚糖合成的硼素濃度范圍為0.25～0.50 mg·L-1。

表1 不同硼素濃度處理下魔芋葡甘聚糖含量變化

從表 2可知，種芋在生長(zhǎng)期間（60～90 d），可溶性糖含量呈上升的趨勢(shì)?！皳Q頭”后新芋的可溶性糖含量下降。挖收時(shí)（180 d），B3處理的可溶性糖含量較高，為7.28%，B1處理的可溶性糖含量較低，為4.24%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B3處理與其他處理的可溶性糖含量差異顯著。

由表3可知，種芋栽培后（60～90 d）可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸增加，“換頭”后，隨著生長(zhǎng)天數(shù)的延長(zhǎng)，其可溶性蛋白質(zhì)含量又呈減少的趨勢(shì)。挖收時(shí)（180 d），B2處理的可溶性蛋白質(zhì)含量較高，為9.34%，B6處理的可溶性蛋白質(zhì)含量較低，為5.34%。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，各處理間的白魔芋可溶性蛋白質(zhì)含量變化存在差異，其中B2、B3、B4處理與其他處理差異顯著。

從表4可知，白魔芋在生長(zhǎng)期間（60～90 d），種芋的淀粉含量呈降低趨勢(shì)，這與種芋的葡甘聚糖含量變化趨勢(shì)一致。在“換頭”期，新芋相比種芋來(lái)說(shuō)，各處理的淀粉含量明顯增加，“換頭”后，各個(gè)處理的新芋淀粉含量又下降。方差分析與多重比較的結(jié)果表明，“換頭”后，B2處理與其他處理間差異達(dá)到顯著水平。

表2 不同硼素濃度處理下魔芋可溶性糖含量變化

表3 不同硼素濃度處理下魔芋可溶性蛋白質(zhì)含量變化

表4 不同硼素濃度處理下魔芋淀粉含量變化

2.2 不同硼素濃度處理對(duì)魔芋SOD、POD、PPO活性及MDA含量的影響

植物體內(nèi)活性氧自由基積累必然會(huì)引起保護(hù)酶SOD和POD的活性變化，其中SOD能有效清除植物體內(nèi)過(guò)剩的活性氧自由基以保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，而POD活性大小可間接反映植物的衰老趨勢(shì)，植物體內(nèi)活性氧自由基一般保持在一個(gè)較低的水平，當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，這 2種酶互相影響、協(xié)同作用，清除植物體內(nèi)的活性氧自由基。由圖 1可看出，白魔芋整個(gè)生長(zhǎng)期，在相同硼素濃度下，B1、B2、B3和B4處理隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，白魔芋SOD活性逐漸升高，隨后又下降，而B(niǎo)5和B6處理呈現(xiàn)先降低再升高，然后再降低的趨勢(shì)。從圖2可看出，在相同硼素濃度下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，白魔芋POD活性逐漸升高，隨后又下降。在同一時(shí)間點(diǎn)，隨著硼素濃度的增加，SOD、POD活性大致呈現(xiàn)逐漸升高，隨后又降低的態(tài)勢(shì)。在開(kāi)葉后生長(zhǎng)90～120 d時(shí)，即“換頭”期SOD、POD活性達(dá)到最大值。由圖3可知，相同處理?xiàng)l件下，MDA含量隨著白魔芋的生長(zhǎng)，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)；在“換頭”期，MDA含量隨著硼素濃度的增加（0.25～1.00 mg·L-1），呈現(xiàn)先降低后增加又降低的趨勢(shì)。在120 d時(shí)，B6處理的MDA含量最高，B2與B3處理最低。這表明，適當(dāng)硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）能增強(qiáng)POD、SOD活性，缺硼或高硼濃度導(dǎo)致酶活性降低，清除自由基及過(guò)氧化物的能力減弱，膜脂過(guò)氧化作用加劇，直接表現(xiàn)為MDA含量增加。從圖4可看出，在B1與B6處理的條件下，PPO活性隨著植株的生長(zhǎng)一直呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；在“換頭”期，B2與B3處理的PPO活性最大，而在后期又最小，分別為11.5 U·g-1（FW）與11.2 U·g-1（FW）。

圖1 不同硼素濃度處理下魔芋SOD活性變化

圖2 不同硼素濃度處理下魔芋POD活性變化

圖3 不同硼素濃度處理下魔芋MDA含量變化

圖4 不同硼素濃度處理下魔芋PPO活性變化

3 結(jié)論與討論

硼素對(duì)植物體內(nèi)碳水化合物的轉(zhuǎn)化和運(yùn)輸是必不可少的，它能促進(jìn)體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)輸和代謝（牛義 等，2003；石磊 等，2007），供硼充足時(shí)，葡萄糖主要進(jìn)入糖酵解途徑進(jìn)行代謝，硼脅迫造成植株生長(zhǎng)異常，幼葉干物質(zhì)含量顯著下降，葡萄糖則容易進(jìn)入磷酸戊糖途徑進(jìn)行代謝形成酚類物質(zhì)（年夫照 等，2008；韋海忠 等，2010），造成RNAase活性明顯增加，使RNA分解加劇，從而使RNA、DNA含量下降，進(jìn)而引起蛋白質(zhì)合成受阻，細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量急劇減少（王震宇 等，1995）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，可溶性糖、葡甘聚糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量的變化主要在“換頭”期。魔芋在“換頭”前，養(yǎng)分來(lái)源靠母體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解來(lái)提供生長(zhǎng)所需，這個(gè)時(shí)期對(duì)外界所提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)反應(yīng)并不靈敏，但是到了“換頭”后期，魔芋進(jìn)入“自養(yǎng)”階段，母體的養(yǎng)分已經(jīng)耗盡，魔芋的生長(zhǎng)和物質(zhì)的積累進(jìn)入旺期，需要外界不斷供給養(yǎng)分，此時(shí)對(duì)外界的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)反應(yīng)敏感，因而在不同硼素濃度的條件下，魔芋“換頭”后期，球莖內(nèi)主要內(nèi)含物發(fā)生顯著變化。B2、B3處理的葡甘聚糖、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量相對(duì)較高，B1（缺硼）、B6（高硼濃度）處理的可溶性糖、葡甘聚糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)含量低，而且B2、B3處理與其他處理差異顯著。由于缺硼或高硼使魔芋光合能力下降，葉片的糖類向下運(yùn)輸受到阻礙，光合產(chǎn)物運(yùn)輸不出去，最后導(dǎo)致魔芋球莖中的可溶性糖、葡甘聚糖含量減少。這說(shuō)明適宜的硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）可提高白魔芋的可溶性糖和葡甘聚糖含量，這與孟凡華等（1995）、付其如和何紀(jì)榮（1995）、年夫照等（2008）對(duì)甜菜、甘蔗、甘藍(lán)型油菜的研究結(jié)果相一致。可見(jiàn)，合理施用硼素營(yíng)養(yǎng)對(duì)于發(fā)揮魔芋品質(zhì)潛力是必要的。

植物在環(huán)境脅迫的條件下，內(nèi)源保護(hù)系統(tǒng)的抗脅迫能力及生物膜的穩(wěn)定性是決定植物對(duì)逆境脅迫響應(yīng)特征的關(guān)鍵因素。PPO是多酚氧化酶，可將酚類化合物氧化成毒性很高的醌，醌類物質(zhì)雖然可與蛋白質(zhì)形成共價(jià)鍵，對(duì)緩解外界病蟲的為害有一定的作用，但其本身會(huì)使植物產(chǎn)生毒性氧，使植物受到傷害（胡瑞波和田紀(jì)春，2004），而魔芋球莖是很容易褐變的，在褐變過(guò)程中PPO活性的高低可直接反映褐變的程度。本試驗(yàn)中，細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的保護(hù)酶類活性在魔芋生長(zhǎng)90～180 d期間，各個(gè)處理間有明顯的差異。在120～180 d期間，相同處理下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，POD、SOD的活性逐漸降低，MDA含量增加，這與在普通白菜和青花菜上的研究結(jié)果相一致（熊漢鋒 等，1994；楊暹 等，2000；祁寒 等，2009）。適宜的硼素濃度（0.25～0.50 mg·L-1）可增加魔芋球莖的POD、SOD活性，降低PPO活性，低于或高于此濃度范圍，POD、SOD活性有降低的趨勢(shì)，而PPO活性增強(qiáng)，推測(cè)可能是與生物膜的完整性、活性和代謝作用有關(guān)。適宜的硼素濃度能有效地抑制生物氧自由基對(duì)生物膜的破壞作用，維護(hù)生物膜的穩(wěn)定性與透性，促進(jìn)細(xì)胞保護(hù)酶活性提高，降低其脂質(zhì)過(guò)氧化作用，促進(jìn)植株的光合作用與正常的能量代謝，從而提高魔芋的品質(zhì)，增加魔芋產(chǎn)量。因此在魔芋的生長(zhǎng)過(guò)程中，特別是在“換頭”期應(yīng)合理施用硼肥，以促進(jìn)魔芋的正常生長(zhǎng)。

付其如，何紀(jì)榮.1995.微量元素硼對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育的影響.四川師范學(xué)院學(xué)報(bào)，6（4）：294-298.

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