休眠期石蒜鱗莖NSC分布格局

蔡軍火 ，魏緒英，陳慧婷，馮 浪，張 瑤，馬美霞，張 露*

（1.江西農業大學園林與藝術學院，江西南昌 330045；2.江西財經大學藝術學院，江西南昌 330032）

【研究意義】石蒜在民間又被稱為蟑螂花、龍爪花，為石蒜科（Amaryllidaceae）石蒜屬（Lycoris）植物[1]，具有自發的“夏眠”特性[2]，秋季花后萌葉，花葉不相見，被稱為“魔術花”。其夏眠習性與亞熱帶地區的夏季濕潤氣候不相協調[3]，科學研究價值特殊。因其“花期難以有效調控”，在世界切花產業中至今“默默無聞”[4]。目前，國內外學者對石蒜屬植物做了大量研究，涉及育種、系統分類與進化、生長發育、繁殖栽培技術和資源開發等方面[5]。但從鱗莖“源?庫”功能轉化的視角探析石蒜的生長發育與休眠機制方面，卻鮮見報道。【前人研究進展】非結構性碳水化合物（NSC）是碳水化合物生產過剩時積累的暫時儲存和植物生長代謝過程中重要的能量供應物質，主要包括淀粉和可溶性糖（如蔗糖、葡萄糖、果糖等）[6?9]。淀粉作為光作合用的最終產物，在石蒜屬植物鱗莖中的含量約40%[10?11]。淀粉作為重要的長期存貯物質，主要供應植物將來生長發育的需求[12]，其合成也始終伴隨著生長過程[13]。可溶性糖是植物主要的光合產物和糖代謝及運轉形式[14?15]，在滲透調節中起關鍵作用[16?17]。蔗糖不僅是光合作用的第一產物，還是淀粉合成的底物，直接關系到鱗莖的營養狀況[18?19]。植物的生理休眠和解除與碳水化合物的積累、轉化、代謝關系甚密[20]?！暗蜏靥腔爆F象在許多球根類植物中存在[21?22]，在低溫破眠過程中淀粉水解成糖類，NSC含量升高[23]?！颈狙芯壳腥朦c】石蒜具有養分回收率高、耐瘠薄和干旱以及花葉不相見、根葉生長不同步等與眾不同的生態學和生物學特性[24]，其生理、生態機制缺乏深入研究。為探究紅花石蒜生理休眠與碳水化合物的積累、轉化、代謝關系，本文在前期的物候觀察與生長節律研究的基礎上，重點關注休眠期不同徑級鱗莖不同部位的NSC主要組份的含量及其分布格局?！緮M解決的關鍵問題】旨在從紅花石蒜鱗莖內的NSC時空分布視角（NSC含量與鱗莖的大小、部位、植物的發育階段的關系），初步解析了其休眠生理。

1 試驗材料和方法

1.1 供試材料

供試種球為引種的野生紅花石蒜（Lycoris radiata），以3種不同徑級（大球：3.5～4.0 cm、中球：2.5～3.0 cm、小球：1.5～2.0 cm）生長健壯的石蒜于2016年11月定植于江西業大學試驗基地。于2019年8月4日（休眠期），隨機挖掘3種不同徑級（大球：3.5～4.0 cm、中球2.5～3.0 cm、小球：1.5～2.0 cm）的地下鱗莖，各45粒，分3次重復（每次重復15粒），去除葉片、根系，洗凈后置于冰盒中，一并作為樣品待測。在低溫條件下取其鱗莖內層（1～4片）、中層（5～8片）、外層（9～12片）鱗片，切碎混勻，準確稱取0.5 g，裝袋密封（或用錫箔紙包好）、編號，液氮速凍后置于?80 ℃超低溫冰箱保存備用，用于測定各生理指標。

1.2 測定方法

鱗莖中的淀粉和可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，果糖、蔗糖、葡萄糖的含量使用北京索萊寶科技有限公司檢測試劑盒（Beijing Solarbio Science & Technology Co.，Ltd，型號分別為BC2460、BC2450、BC2500）和采用分光光度法檢測。蔗糖、果糖、葡萄糖與基質液作用，其產物分別在480，480，505 nm處有最大吸收峰。

先稱取0.1～0.2 g樣品，常溫研碎，加入1 mL提取液，適當研磨后快速轉移至離心管中，置于80 ℃（蔗糖和果糖）或沸水（葡萄糖）的水浴鍋中10 min（蓋緊管口，防止水分散失），振動3～5次，冷卻后，25 ℃下（蔗糖和葡萄糖）或常溫（果糖）下離心（4 000 r/s）10 min，取上清液；再加入1 mL提取液，25 ℃下（葡萄糖和果糖）或常溫下（蔗糖）離心（4 000 r/s）10 min，取上清液備用；混勻，置80 ℃（蔗糖和果糖）或25 ℃（葡萄糖）水浴中反應，保溫10 min，冷卻后于480 nm和505 nm波長下讀取吸光度。將可見分光光度計預熱30 min，波長調至相應波長，蒸餾水調零。

2 結果與分析

2.1 相同NSC組分在不同徑級鱗莖內的含量差異

從圖1可以得知，在鱗莖的相同部位，不同徑級（大、中、?。[莖內的淀粉含量差異顯著（P<0.05），以中球的淀粉含量最高。其中，中球中的中層和內層鱗片內的淀粉含量顯著高于小球，而小球又顯著高于大球；在外層鱗片內，盡管中球和大球中的淀粉含量顯著高于小球，但中球與大球間淀粉含量差異不顯著；在鱗莖盤內，中球的淀粉含量顯著高于大球和小球，但大球和小球內的鱗莖盤內淀粉含量差異不顯著。這表明，在石蒜的生長過程中，鱗莖的中層起到主要的貯藏功能——即“庫”的作用。

圖2表明，在鱗莖的相同部位，不同徑級（大、中、?。[莖內的可溶糖含量差異顯著（P<0.05），由大到小依次為中球、大球和小球。其中，外層、內層、鱗莖盤內的可溶性糖含量由大到小也均表現為中球、大球和小球，但大球、小球中的外層鱗片內可溶性糖含量無顯著差異；另外，小球中層鱗片內的可溶性糖含量顯著高于大球。

圖1 不同徑級鱗莖淀粉含量比較Fig.1 The comparison of starch content in bulbs of different diameters

圖2 不同徑級鱗莖可溶性糖含量比較Fig.2 The comparision of soluble sugar content in bulbs of differnet sizes

圖3 不同徑級鱗莖葡萄糖含量比較Fig.3 The comparision of glucose content in bulbs of differnet sizes

從圖3得知，與淀粉、可溶性糖含量表現不一致，在鱗莖的相同部位，不同徑級鱗莖內的葡萄糖含量差異顯著（P<0.05），由大到小依次為小球、大球和中球。小球的4個部位（內層、中層、外層鱗片及鱗莖盤）內的葡萄糖含量均分別顯著高于中球。除中層鱗片外，大球的內層、外層及鱗莖盤內的葡萄糖含量又分別均顯著高于中球。其中，中層鱗片葡萄糖含量以小球最高，顯著高于大、中球。這說明，在石蒜鱗莖成長（膨大）過程中，葡萄糖的含量變化表現為是由高至低的變化趨勢。

圖4顯示，大球的內層、中層及鱗莖盤內的蔗糖含量均分別顯著高于中球和小球。而中球的內層、中層、外層鱗片內的蔗糖含量又均顯著高于小球。但鱗莖盤內的蔗糖卻以大球最高，其次為小球，最低為中球。推測可能與蔗糖作為植物光合作用的第一產物，經鱗莖盤這個轉運平臺，由內向外運輸到外層鱗片（轉化為淀粉臨時貯藏）有關。因為在臨近開花的休眠期，中球鱗莖盤中的蔗糖首先向內層轉運（促使內層蔗糖含量升高），因而蔗糖含量快速下降。

圖4 不同徑級鱗莖蔗糖含量比較Fig.4 The comparision of sucrose content in bulbs of differnet sizes

圖5 不同徑級鱗莖果糖含量比較Fig.5 The comparision of fruitose content in bulbs of differnet sizes

果糖為單糖，是葡萄糖的同分異構體，以游離狀態大量存在于石蒜鱗莖的漿液中。從圖5可知，不同徑級的石蒜鱗莖內的果糖差異顯著。其中，小球中的內、中、外層鱗片中的果糖含量均顯著高于中球，中球又顯著大于大球。但鱗莖盤內的果糖含量卻以大球最高，其次為小球，中球最低，與蔗糖的含量表現一致。說明，果糖也是作為NSC轉運物質之一，其轉運路徑與蔗糖相似。

綜合圖1～5可知，在不同徑級的紅花石蒜鱗莖中，相同的NSC組分（淀粉、可溶性糖、葡萄糖、蔗糖、果糖）差異顯著。但不同徑級鱗莖內NSC含量的差異（即中球>大球>小球）在0.05水平不顯著（圖6）。而在同一徑級鱗莖中的不同部位，NSC的總含量差異顯著（P<0.05）。這說明，鱗莖的大小較鱗莖的部位對NSC含量的影響更小。

圖6 不同徑級鱗莖內NSC總含量比較Fig.6 Comparision of NSC content in bulbs of differnet sizes

2.2 相同NSC組分含量在鱗莖內不同部位間的差異

圖7表明，在小徑級（1.5～2.0 cm）的石蒜鱗莖中，相同NSC組份在4種不同部位中的含量差異顯著，由大到小依次為中層、內層、外層鱗片和鱗莖盤。而相同部位中的不同NSC組份差異也顯著，由大到小依次為淀粉、可溶性糖、果糖、蔗糖和葡萄糖。其中，淀粉、可溶性糖、葡萄糖及果糖的含量均以中層鱗片最高，而蔗糖含量以外層鱗片最高。此外，果糖在小鱗莖的內層鱗片和鱗莖盤中的含量無顯著差異。

圖7 小球不同部位NSC含量比較Fig.7 The comparision of NSC content in different parts of small bulb

圖8表明，在中等徑級（2.5～3.0 cm）的石蒜鱗莖中，相同NSC組份在4種不同部位中的含量差異也在0.05水平顯著，由大到小依次為中層、內層、外層鱗片和鱗莖盤。相同部位中的不同NSC組份差異也顯著，由大到小依次為淀粉、可溶性糖、果糖、蔗糖和葡萄糖。其中，蔗糖含量以外層鱗片最高，而其余4種NSC組份（淀粉、可溶性糖、葡萄糖、果糖）的含量均以中層鱗片最高，與小球的表現基本一致。不同的是，葡萄糖分別在中球的3個部位（內層鱗片、外層鱗片和鱗莖盤）中的含量無顯著差異，但果糖在中球的內層和鱗莖盤內的含量差異顯著。

圖9表明，大徑級的石蒜鱗莖（3.5～4.0 cm）中，4種不同部位中的相同NSC組份含量差異顯著而相同部位中的不同NSC組份差異也顯著，由大到小依次為淀粉、可溶性糖、果糖、蔗糖和葡萄糖。其中，淀粉、可溶性糖的含量均以中層鱗片最高，而葡萄糖以外層鱗片含量最高，蔗糖和果糖的含量卻均以鱗莖盤最高。推測可能是在休眠期后期，大徑級鱗莖（即開花種球）的內層鱗片需要為石蒜后續抽葶準備大量活躍態的能源物質，從而導致中層鱗片更多的活躍態NSC輸出和外層鱗片內淀粉水解的增強，從而導致鱗莖盤內轉運糖分（果糖）的增加。

圖8 中球不同部位NSC含量比較Fig.8 The comparision of NSC content in different parts of medium bulb

圖9 大球不同部位NSC含量比較Fig.9 The comparision of NSC content in different parts of large bulb

2.3 相關性分析

表1顯示，NSC總含量、淀粉、可溶性糖均與鱗莖的大小無顯著相關性，卻均與鱗莖的器官部位顯著負相關（R=0.74、0.67、0.75）；而鱗莖的大小與石蒜鱗莖內的蔗糖含量呈極顯著的正相關（R=0.47），與果糖的含量呈極顯著負相關（R=?0.64）。這表明，鱗莖越大，蔗糖含量越高，果糖含量越低。

表1 鱗莖內不同NSC組分間的相關性分析Tab.1 The correlation analysis among different NSC components in bulbs

此外，NSC總含量與淀粉、可溶性糖的含量呈極顯著的正相關（R=0.96），淀粉與可溶性糖的含量間也呈極顯著的正相關（R=0.85），且二者均與鱗莖的部位呈極顯著的負相關（內層高于外層）。

3 結論與討論

3.1 不同徑級的石蒜鱗莖內NSC的分配特征

NSC是石蒜鱗莖內重要的貯藏、代謝和調控物質，對其生長發育至關重要。植物組織中NSC含量在一定程度上反映其可供利用的物質水平[25?26]。有研究表明，薯塊越大，所含淀粉的粒徑越小，粘度越低[27]。本試驗卻表明，對于紅花石蒜的3種不同徑級的鱗莖，NSC總含量及淀粉、可溶性糖的含量由大到小均表現為中球、大球和小球，但不同徑級的NSC總含量差異不顯著（P<0.05）。這與在3種不同規格的中國石蒜鱗莖中，大（積累型淀粉）、小淀粉粒（動態型淀粉）的比例沒有顯著差異的結果相近[28]。

為什么中徑級鱗莖內的NSC（淀粉和可溶性糖）的質量濃度會相對高于大球和小球？推測在鱗莖的動態發育過程中，小球在生長發育過程中分別主要以發揮“源”的功能為主，而大球主要以“庫”的功能為主，而中球處于“庫?源”相對平衡階段（鱗莖內養分的消耗和積累均較活躍），NSC含量相對較最高。但不同徑級的NSC含量差異不顯著。因為不同質量的鱗莖球內部物質代謝規律相同，球徑大小不影響鱗片內的生長發育模式[11]。但不排除與淀粉的粒徑變化有關。

3.2 在同一鱗莖內不同部位間的NSC分布特征

淀粉粒在鱗莖的縱向分布上是均勻的，而在橫向分布上是不均勻的[28]。石蒜鱗莖不同部位的淀粉和糖的含量均有明顯差別，前者由大到小依次為內層鱗片、中層鱗片、外層鱗片和鱗莖盤，可溶性糖由大到小依次為外層鱗片、中層鱗片、內層鱗片和鱗莖盤[28]。在本研究中，處于休眠期的石蒜鱗莖內NSC、淀粉、可溶性糖的含量均以中層鱗片最高，總體由大到小依次為中層、內層、外層鱗片和鱗莖盤；大球的外層鱗片中的葡萄糖含量顯著高于其他部位，而蔗糖（水解后為葡萄糖和果糖）和果糖含量以鱗莖盤中最高；而在中、小球中，外層鱗片中的蔗糖含量明顯高于其他3個部位，果糖含量仍以中層鱗片最高。這從側面證實了鱗莖盤內的代謝活動較弱，以能量和物質轉運（同化物代謝的中轉站）和臨時儲藏淀粉為主要功能[28]。這與王曉靜[11]和邵京[28]的結果部分相似，但不完全相同。這可能與試驗材料（物種）、取樣時間（如籽鱗莖分生時）的不同有關。因為在不同發育期，鱗莖各部位鱗片的物質變化幅度不同，鱗莖盤與鱗片的物質變化趨勢也不完全相同[28]。

其中，大球的外層鱗片因年齡較老，在紅花石蒜的休眠后期（即將抽葶），主要作為“營養源”，為內層鱗葉生長提供營養；而中層鱗葉主要作為備用“營養源”，與外層鱗葉共同向內層鱗葉（生長發育的主要活動中心）的生長發育提供營養物質[28]。因此，外層鱗片的可溶性糖和淀粉均顯著低于內層。這與鱗莖更新時，母鱗莖淀粉含量總體下降，新鱗莖內鱗片內的淀粉含量上升[29]，蔗糖與可溶性糖總量明顯增加（尤其是外層鱗片）的原理相似[30]。

3.3 NSC各組分與鱗莖大小、部位相關性分析

紅花石蒜鱗莖中的淀粉含量以休眠期最高（約30%），其次為抽葶期和枯葉期，以展葉期最低[28]。鱗片中淀粉含量的急劇下降（生育前期）或增加（功能葉完全展開后），分別是其作為“源”或“庫”的標志[31]。這說明，鱗莖內的NSC含量與石蒜的生長發育密切相關。在本實驗中，休眠期石蒜鱗莖中的蔗糖與鱗莖的大小呈極顯著正相關，果糖則正好相反；而NSC總含量、淀粉、可溶性糖、葡萄糖含量均與鱗莖的大小無顯著相關性。這說明鱗莖的大小僅會在一定程度上顯著影響其NSC組分的構成，但作用有限。另外，NSC、淀粉、可溶性糖含量均與鱗莖的器官部位顯著負相關（內層高于外層）。這在很大程度上與石蒜鱗莖的特殊結構及其能量物質運轉方式有關。

可溶性糖是淀粉合成的底物，其含量的高低與淀粉積累密切相關[15,18?19]。本實驗也表明，NSC總含量、淀粉、可溶性糖含量之間呈極顯著的正相關?？扇苄蕴鞘侵参镏苯涌衫玫奶妓衔镄问剑浜扛叩腕w現了可直接利用態的物質和能量供給狀況[32]。但作為還原糖的葡萄糖含量卻與鱗莖大小、部位及NSC的其他組分（淀粉、可溶性糖、蔗糖、果糖）均無顯著相關性。這可能與該階段石蒜地下部分處于休眠狀態有關（呼吸作用弱、沒有光合作用和劇烈的糖代謝活動、體內碳水化合物的運轉強度低）。

蔗糖作為光合作用的第一產物，是可溶性糖中最重要和比例最高的糖分[33]，也是碳水化合物運輸的主要途徑[34]。然而，在本實驗中，蔗糖的含量卻明顯偏低（甚至低于果糖）。推測在休眠期，石蒜鱗莖內的蔗糖部分水解為果糖。

4 展 望

石蒜鱗莖不僅生物堿含量較高，還富含淀粉和膠質，可用于制作漿糊、鋼件鑄造粘合劑[35]和純天然淀粉[36]，開發前景廣闊。鱗莖是石蒜養分、非結構性碳和水分的存貯庫[24]。糖和淀粉是石蒜屬植物鱗莖主要的養分轉運形式和養分貯藏形式[28]。本文在前期的物候與生長節律觀察的基礎上，重點關注了休眠期鱗莖內NSC含量與鱗莖的大小、部位、植物的發育階段的相關性，從NSC分布格局的視角初步解析了其休眠生理，提出將NSC含量及其時空分布格局作為判別其發育階段的標識之一。然而，對石蒜的全生育期、全株不同器官（葉片、鱗莖、根系）間的比較研究還有待深入，以進一步揭示紅花石蒜的生理休眠和解除與碳水化合物的積累、轉化、代謝關系或鱗莖“庫?源”轉化的生理機制。