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魔芋種芋的機械損傷敏感性因素分析

2019-09-10 07:22:44李莎莎廖子杰孫曉鵬劉海利牛義張盛林
南方農業學報 2019年4期

李莎莎 廖子杰 孫曉鵬 劉海利 牛義 張盛林

摘要:【目的】分析不同種魔芋(Amorphophallus konjac)球莖的機械損傷敏感性因素,為魔芋種芋調種運輸提供參考依據。【方法】測定花魔芋(A. konjac)、白魔芋(A. albus)、珠芽魔芋(A. bulbifer)、西盟魔芋(A. krausei)、疣柄魔芋(A. paeoniifolius)及紅薯(Sweet potato)、馬鈴薯(Potato)和芋(Taro)等8種薯芋類作物球莖的耐撞擊性、水含量、硬度及觀察其表皮細胞形態,比較分析不同種魔芋種芋與馬鈴薯、紅薯和芋的機械損傷敏感性因素差異。【結果】各薯芋類作物的球莖撞擊損傷后27 ℃培養3 d,其中,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖發病腐爛,而疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖無任何發病特征。花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量分別為86.73%、82.34%、80.01%和80.32%,均不同程度高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋;花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的硬度較接近,相互間差異不顯著(P>0.05),其中花魔芋球莖的硬度最低,為14.40 kg/cm2,顯著低于紅薯(37.70 kg/cm2)和芋(34.17 kg/cm2);花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細胞壁較薄,容易破裂,細胞排列不規則;西盟魔芋球莖的細胞較小,但細胞壁松弛,邊緣間隙不明顯,支持力較弱;疣柄魔芋和芋的細胞壁較松弛且粗糙,細胞排列不規則但相對密集;紅薯和馬鈴薯的細胞壁平滑堅挺,支持力較強。相關性分析結果表明,薯芋類作物球莖的機械損傷差異與其水含量呈顯著正相關(P<0.05,下同),與細胞大小呈正相關,與硬度呈顯著負相關;水含量 分別與硬度和細胞大小呈負相關和正相關;硬度與細胞大小呈負相關。【結論】水含量高、硬度小、表皮細胞壁薄且體積大是不同種魔芋球莖機械傷敏感性高的關鍵因素,因此在調種環節應采用有效的緩沖包裝材料對種芋進行包裝后再運輸,以減輕魔芋種芋的機械損傷。

關鍵詞: 魔芋;機械損傷;敏感性因素;水含量;硬度;表皮細胞形態

中圖分類號: S632.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼: A 文章編號:2095-1191(2019)04-0795-07

Abstract:【Objective】The aim of this study was to explore the key factors of mechanical damage sensitivity of diffe-rent species of Amorphophallus konjac root tuber,and provide reference for the allocating and transportation of A. konjac. 【Method】The impact resistance,water content and hardness of A. konjac,A. albus,A. bulbifer,A. krausei,A. paeoniifolius,sweet potato,potato and taro were determined and the morphology of epidermal cells was observed,in order to compare the different sensitive factors of mechanical damage of different species of A. konjac, potato,sweet potato and taro. 【Result】The bulbs of each tuble vegetable were cultured for 3 d at 27 ℃ after impact damage,A. konjac,A. albus,A. bulbifer,A. krausei have decayed,while A. paeoniifolius,sweet potato,potato,taro had no pathogenic features. The water contents of A. konjac,A. albus,A. bulbifer,A. krausei were 86.73%,82.34%,80.01% and 80.32%,respectively,which were higher than A. paeoniifolius,sweet potato and potato,taro. The hardness of the A. konjac,A. albus,A. bulbifer,A. krausei were close to each other,and the difference between them was not significant(P>0.05),The A. konjac bulb had the lowest hardness(14.40 kg/cm2),which was significantly lower than the sweet potato(37.70 kg/cm2) and taro(34.17 kg/cm2). A. konjac,A. albus and A. bulbifer had thin cell walls,they were easily broken,and the cells were irregularly arranged. A. krausei cells were small,but the cell wall was slack,the marginal gap was not obvious,and the support was weak. The cell walls of A. paeoniifolius and taro were slack and rough,and the cells were arranged irregularly but relatively dense,and the cell walls of sweet potato and potato were smooth and firm,and the support was relatively strong. The correlation ana-lysis indicated that mechanical damage sensitivity of different species of A. konjac root tuber had significantly positive correlation with water content(P<0.05, the same below), it had positive correlation with cell size, and had significantly ne-gative correlation with hardness. Water content was negatively correlated with hardness and positively correlated with cell size, hardness was negatively correlated with cell size. 【Conclusion】The high water content,low hardness, thin epidermal cell wall and large cell size are the key factors for the strong sensitivity of different kinds of A. konjac bulbs. A. konjac should be packaged in an efficient buffering material during the transportation of the allocating to reduce the mechanical damage to A. konjac for seeding.

Key words: Amorphophallus konjac; mechanical damage; sensitivity factor; water content; hardness; epidermal cell morphology

0 引言

【研究意義】魔芋(Amorphophallus konjac)別名蒟蒻、花桿蓮和花稈南星等,屬天南星科(Araceae)魔芋屬(A. blume)多年生宿根草本植物,是目前唯一能大量合成葡甘露聚糖(KGM)的經濟作物,而葡甘露聚糖是現今發現最優質的可溶性膳食纖維(張盛林,2005)。近幾年來,隨著魔芋用途的不斷開發,我國魔芋需求量逐年增長,種植面積不斷擴大(楊學智,2010;鄧龍交和敖文,2016),種植基地板塊建設呈老基地穩步增加、新基地迅速崛起的態勢,種芋缺乏已成為魔芋新基地發展的限制因素,需通過調種解決種芋不足的問題。魔芋雖與馬鈴薯和紅薯同為薯芋類作物,但使用與馬鈴薯或紅薯同樣粗放的運輸方式運輸魔芋種芋會導致其嚴重損傷,引起魔芋軟腐病病菌(歐文氏桿菌)入侵,最終導致魔芋低產甚至絕收。因此,探究魔芋機械損傷的敏感性因素,對減少其種芋運輸過程中的機械損傷及促進魔芋產業發展具有重要意義。【前人研究進展】目前,全世界共發現魔芋屬植物163種,其中我國發現并命名的有21種(其中9種為我國特有種)(劉佩瑛,2004;李川,2006;潘程,2012),且分布地區廣泛。魔芋可分為葡甘聚糖型、淀粉型和中間型3種類型,其中葡甘聚糖型有花魔芋(A. konjac)和白魔芋(A. albus)等,淀粉型有疣柄魔芋(A. paeoniifolius)和南蛇棒(A. dunnii)等,中間型有攸樂魔芋(A. yuloensis)、西盟魔芋(A. krausei)和珠芽魔芋(A. bulbifer)等(劉佩瑛,2004;袁莉等,2018)。在魔芋栽培方面,梁艷麗等(2010)研究表明,珠芽魔芋是繁殖方式獨特的野生馴化魔芋種,其染色體屬三倍體(2n=39)的極少數種,因其生長習性特殊,國內未大面積種植;孟凡冰等(2016)研究發現,疣柄魔芋分布較廣泛。在魔芋機械損傷方面,司玉芹等(2006)、張偉(2009)、何峰等(2011)、葛瑋珍(2013)研究發現,機械傷口是魔芋軟腐病菌(歐文氏桿菌)入侵的主要途徑;周麟(2012)、高祥伍等(2014)、馬軍妮等(2016)、王曉娥等(2017)、曾旭等(2017)研究認為,魔芋種芋受傷后不會立即發病,出苗初期魔芋長勢較好,但地下球莖已開始腐爛,最終造成魔芋低產甚至絕收,因此,在種芋運輸過程中應防傷、控溫和控濕,且種植前需對魔芋進行藥劑處理,后期進行防病。【本研究切入點】至今,前人對魔芋機械損傷的研究多數集中在運輸方式、種植前藥劑處理及種植后期的防病等方面,鮮見從魔芋機械損傷敏感性因素差異上進行相關研究。【擬解決的關鍵問題】測定分析5個不同種魔芋與馬鈴薯、紅薯和芋的水含量、硬度、表皮細胞形態及耐機械傷差異性,探究影響魔芋機械損傷敏感性的因素,為魔芋產業安全調種提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗于2017年10月在重慶市北碚區歇馬魔芋資源圃和魔芋生物學研究實驗室進行,以從北碚歇馬魔芋資源圃挖收的新鮮花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋、西盟魔芋、疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋8種薯芋類作物為供試材料,各材料球莖重90~95 g/個。

1. 2 測定項目及方法

1. 2. 1 不同材料耐機械傷敏感性差異比較 將不同供試材料在40 cm高度自由下落,之后在27 ℃恒溫培養箱中培養,3 d后觀察記錄其發病情況并進行拍照。

1. 2. 2 水含量測定 采用烘干稱重法測定水含量。選取8種材料大小均勻的球莖進行鮮重稱量,失水前重量記為m1,切片置于托盤中在105 ℃恒溫條件下烘干至恒重,此時的重量記為m2,最后計算不同樣品水含量。

水含量(%)=(m1-m2)/m1×100

1. 2. 3 硬度測定 將各材料球莖的兩個對稱面削去表皮,用GY-4水果硬度計的探頭部分插入待測材料,記錄全過程中的峰值,即為該材料的硬度值。

1. 2. 4 球莖表皮電鏡觀察 參照張國云等(2016)、黃遠潔等(2017)、林婷婷等(2018)的方法進行各材料球莖表皮電鏡觀察。在各材料新鮮球莖表面剝取長寬均為0.5 cm的表皮,放入100 mL燒杯中,加入pH 6.8的2.5%戊二醛固定液,于4 ℃下固定12 h;再用pH 6.8的0.1 mol/L PBS緩沖液常溫漂洗3次,每次漂洗15 min;然后依次用30%、50%、70%和90%乙醇脫水1次,每次脫水15 min;用100%乙醇脫水3次,每次脫水15 min。脫水結束后在25 ℃烘箱中再次干燥,保證材料中無水分和乙醇殘留,以免干擾后期操作;最后粘臺、在E-1010 ION SPUTTER中鍍金、用S-3000N型掃描電子顯微鏡觀察。

以上所有試驗樣品均重復測定3次,取平均值。

1. 3 統計分析

各材料球莖的表皮細胞數量性狀[長(L)和寬(W)]采用CAD 2008進行測量,結合電鏡顯微標尺長度計算其實際長度;試驗數據采用Excel 2013進行統計,以SPSS 22.0進行方差分析。

2 結果與分析

2. 1 薯芋類作物球莖的機械損傷差異性比較

從圖1可看出,受相同機械損傷、在27 ℃下培養3 d后,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖均已發病,且表現出不同程度的病斑,病斑周圍組織松軟,而疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖無任何發病特征。說明花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的種芋比其他4種薯芋類作物更易發生機械損傷并腐爛。

2. 2 薯芋類作物球莖機械損傷敏感性與水含量的關系

從圖2可看出,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量分別為86.73%、82.34%、80.01%和80.32%,均明顯高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋的水含量(分別為72.68%、76.31%、75.93%和78.80%),其中花魔芋球莖的水含量顯著高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋(P<0.05,下同),白魔芋的水含量顯著高于疣柄魔芋、馬鈴薯和紅薯,而同為魔芋屬的疣柄魔芋水含量最低,且顯著低于其他4種魔芋和芋。說明水含量高是花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋機械損傷的敏感性因素。

2. 3 薯芋類作物球莖機械損傷敏感性與硬度的關系

從圖3可看出,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的硬度較接近且均較小,分別為14.40、15.50、16.03和15.97 kg/cm2,相互間無顯著差異(P>0.05),而同屬疣柄魔芋球莖的硬度為27.23 kg/cm2,顯著高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋,可能與其不含葡甘露聚糖有關。紅薯、芋和疣柄魔芋球莖的硬度(分別為37.70、34.17和27.23 kg/cm2)均顯著高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋,馬鈴薯球莖的硬度(19.87 kg/cm2)明顯高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋。說明硬度小是花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋易受機械損傷的一個關鍵因素,即硬度小也是這4種魔芋機械損傷的敏感性因素之一。

2. 4 薯芋類作物球莖表皮細胞的電鏡觀察結果

從圖4可看出,花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細胞壁較薄,容易破裂,細胞排列不規則;西盟魔芋球莖的細胞較小,但細胞壁松弛,邊緣間隙不明顯,支持力較弱;疣柄魔芋和芋球莖的細胞壁較松弛且粗糙,邊緣有不同程度的小褶皺,細胞排列不規則但相對密集;紅薯和馬鈴薯球莖的細胞壁平滑堅挺,支持力較強,細胞邊緣間隙明顯,紅薯球莖的細胞排列相對整齊,呈縱向走勢,而馬鈴薯球莖的細胞排列相對散亂。參照曾妮(2016)關于氣孔器形態描述的分類結果,可將8種薯芋類作物球莖表皮細胞分為橢圓形[1.35≤長寬比(L/W)≤1.55]、長橢圓形[長寬比(L/W)>1.55]和寬橢圓形[長寬比(L/W)<1.35]3種類型。由表1可知,花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細胞長度顯著長于西盟魔芋、疣柄魔芋、紅薯和芋,馬鈴薯與魔芋球莖的細胞長度較接近;各材料的細胞寬度間也存在一定差異,但與長度相比差異較小,因此長度較長的細胞也較大。西盟魔芋和芋球莖的細胞形狀為橢圓形,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋、疣柄魔芋、紅薯和馬鈴薯球莖的細胞形狀為長橢圓形。

綜上所述,花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的表皮細胞壁薄且細胞大,西盟魔芋球莖的表皮細胞松弛,支持力較弱,因此花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋對機械損傷的敏感性更強,即花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的表皮細胞壁薄或細胞壁松弛也是其機械損傷的敏感性因素之一。

2. 5 薯芋類作物球莖主要機械損傷指標的相關性分析結果

從表2可看出,薯芋類作物球莖的機械損傷差異性與水含量的相關系數為0.714,呈顯著正相關,與細胞大小的相關系數為0.514,呈正相關,與硬度的相關系數為-0.750,呈顯著負相關;水含量與硬度和細胞大小分別呈負相關和正相關,硬度與細胞大小呈負相關。說明水含量高、硬度小及細胞較大且細胞壁松弛均是影響魔芋機械損傷敏感性的重要因素。因此,在調種過程中,應采用有效的緩沖包裝材料對魔芋種芋進行包裝后再運輸,以減輕調種過程中種芋的機械損傷。綜上所述,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖水含量高、硬度小、表皮細胞體積大且薄是影響其與其他薯芋類作物機械損傷敏感性差異的關鍵因素。

3 討論

已有研究表明,果蔬在采前和采后會因為相互碰撞或受到外力碰擊產生損傷,損傷程度因影響因素不同而異,如跌落高度、碰撞能量、碰撞次數、碰撞或跌落時其表面特性和果蔬的成熟度及大小等(Blahovec and Papr?tein,2005),而損傷的敏感性又因品種而異(Pasini et al.,2004)。本研究中,不同薯芋類作物的球莖跌落損傷后,疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖未表現出明顯損傷,而花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖發生損傷且腐爛,表明薯芋類作物的機械損傷敏感性因品種不同而存在差異,與Berardinelli等(2005)對意大利地區3個梨品種、Li等(2010)對三腔室和四腔室番茄進行模擬振動試驗的研究結果一致。

本研究結果表明,花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量明顯高于其他4種試材,且比其他4種材料更容易產生機械損傷而發生病害,其機械損傷的敏感性與水含量呈顯著正相關,與Analooei(2012)的研究結果一致。

楊曉清和王春光(2008)研究表明,影響果蔬變形的主要因素有壓力、力作用時間和果實硬度,果實變形超過極限值就會產生損傷,因此損傷程度與壓力、力作用時間和果實硬度密切相關。果蔬在受到碰撞和跌落沖擊時會產生沖擊損傷,是因為沖擊力超過了果蔬自身的硬度(虢露葭等,2013)。本研究中,薯芋類作物的球莖在受到相同的機械損傷時,硬度小的花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋出現了腐爛,而其他4種材料完好,說明薯芋類作物的種芋自身硬度與機械損傷敏感性呈反比,與蘇晶(2011)對蘋果的研究結果一致。

果蔬的外壁結構不同,對機械損傷的敏感性也存在差異。本研究結果表明,薯芋類作物球莖表皮細胞的細胞壁越薄、細胞越大、排列無規則,其受到同樣程度機械損傷時的敏感性越強,與吳主蓮(2012)研究認為果蔬種類和品種的外皮保護能力越強、組織彈性越大,其機械損傷敏感性越低、反之越高的觀點一致。

4 結論

水含量高、硬度小、表皮細胞壁薄且體積大是不同種魔芋球莖機械傷敏感性高的關鍵因素,因此在調種環節應采用有效的緩沖包裝材料對種芋進行包裝后再運輸,以減輕魔芋種芋的機械損傷。

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(責任編輯 思利華)

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