油樟精油對馬鈴薯發芽的影響

李金洋，龔 殊，楊丹寧，廖心茹，趙 鑫

（宜賓學院農林與食品工程學部，四川 宜賓 644000）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為茄科蔬菜作物，屬鮮活農產品，產量高且營養豐富，有廣泛加工用途，在保障中國糧食安全、平衡膳食營養、促進農民增收等方面有重要戰略意義[1,2]。馬鈴薯在貯藏期間發芽會導致其質量損失，品質劣變、產生毒性物質（如龍葵素），造成巨大經濟損失和食用安全隱患，其損耗占總產量的20%～25%，通過人為調控手段解決貯藏期馬鈴薯發芽問題成為長久以來的研究熱點和難點[3-5]。

馬鈴薯抑芽技術，主要分為物理方法、化學藥劑和植物藥劑3方面。低溫貯藏期間易發生低溫糖化，降低馬鈴薯加工品質[6]；輻射、軟電子技術存在建設投資大、能耗高等涉及成本控制的現實問題，且輻射劑量過大可能會加速食品衰老，過小又起不到滅菌防腐的效果[7]。馬鈴薯抑芽劑CIPC（Isoprophyl chloro-carbanilate）具有使用方便、抑芽效果強、毒性低的優點，但存在藥劑殘留的安全隱患。CIPC為代表的化學抑芽劑會造成許多環境問題，并影響到其他生物[8]。研究表明，具有抗氧化活性和抑菌防腐特性的薄荷、葛縷子、蒔蘿、留蘭香、茉莉、百里香、肉桂等植物精油[9-12]在抑芽方面表現出顯著效果，如薄荷精油能有效抑制馬鈴薯萌芽、降低薯塊失重率，其主要成分薄荷醇已被研制為有效的馬鈴薯抑芽劑[13]；迷迭香精油可以保留薯肉中的抗壞血酸和總多酚，維持馬鈴薯抗氧化活性，從而達到抑芽效果[14]。另有研究發現，在馬鈴薯休眠時薯肉會產生β-抑制劑維持馬鈴薯休眠狀態、抑制發芽，樟腦揮發物中有與β-抑制劑結構相似的物質，樟腦處理后4個品種馬鈴薯均產生明顯抑芽作用，表現為馬鈴薯薯塊芽點少、芽長短，部分芽頂端出現變黑，壞死現象[15]。油樟（Cinnamomum longepaniculatum）為樟科樟屬的珍貴樹種，是中國特有、盛產天然芳香油的經濟樹種，主產地為四川省宜賓市。油樟根、莖和葉含芳香油，可應用于香料、食品添加劑、醫藥等多個領域，具有重要經濟價值[16]。國內外學者對油樟精油的研究主要集中于抗氧化[17]、抑菌和殺菌[18]、對作物的化感作用[19]方面，在馬鈴薯抑芽領域的應用還有待開發。

本研究以不同濃度的油樟精油處理馬鈴薯，分析其對馬鈴薯發芽率、失重率、抗氧化酶活性[超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD），過氧化物酶（Peroxidase，POD），過氧化氫酶（Catalase，CAT）]、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量、總還原糖含量和可溶性蛋白含量的影響，以便篩選出抑制馬鈴薯發芽的最佳油樟精油濃度。研究結果可為精油抑制馬鈴薯發芽，延長馬鈴薯貯藏期研究提供科學依據，同時也為西南地區馬鈴薯產業發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以馬鈴薯‘V7’作為試驗材料，該品種高產、優質、抗逆性強，綜合性狀優良，是宜賓市當地的主栽品種之一。‘V7’為中熟品種，2020年9月6日收獲于宜賓菜壩，貯藏于油樟工程技術研究中心實驗室（黑暗、室溫25℃±2℃、相對濕度45%±5%）70 d，11月15日開展試驗。選取75個已過休眠期、大小均勻、無病蟲害的‘V7’薯肉。

1.2 試驗設計

1.2.1 油樟精油濃度梯度設置

75個馬鈴薯分為3組（各25個）在薯塊表皮標號（1～25號）后分別放入30 cm×40 cm×50 cm、體積0.06 m3的密封紙箱，室溫25℃、避光條件下采用油樟精油自然揮發處理馬鈴薯。

油樟精油處理組分別采用三角瓶、培養皿盛裝，自然揮發。將5 g油樟精油裝入250 mL三角瓶內，置于1號紙箱中，28 d揮發2.24 g；將35 g油樟精油裝入培養皿內，置于2號紙箱中，28 d揮發29.74 g。計算2個處理組28 d內各揮發的精油總量，得出日平均揮發量，除以紙箱體積即為紙箱中油樟精油質量濃度。1號紙箱空氣中油樟精油質量濃度：1.33 g/m3·d，為L組；2號紙箱空氣中油樟精油質量濃度：17.66 g/m3·d，為H組；3號箱放入馬鈴薯后不做任何處理，為對照（CK）組。

1.2.2 取樣時期及測定指標

試驗周期28 d，第0，7，14，21和28 d，記錄重量變化、發芽情況，并按照3組馬鈴薯樣本序號取樣，每組每次取樣5個馬鈴薯薯塊，每個薯塊隨機選取3處芽眼取樣。在貯藏第0，7，14，21和28 d，用酒精消毒后的不銹鋼刀片，以芽眼為中心取2 g薯肉。第14，21和28 d，馬鈴薯芽萌發后每組取5個發芽的馬鈴薯，隨機選取3處芽生長點，切取長于2 mm芽，測定各項生理指標。

計算發芽率、失重率，并測定薯肉和芽超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）、可溶性蛋白及薯肉總還原糖6項生理指標。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 發芽率與失重率測定

薯塊中長于2 mm的芽定義為發芽，發芽率（%）=發芽薯塊數/總薯×100[20]；失重率（%）=（g1-g2）/g1×100，g1為初始薯塊重量，g2為測定時薯塊重量[21]。

1.3.2 生理指標測定

SOD、POD、CAT活性測定分別采用氮藍四唑（Nitroblue tetrazolium chloride,NBT）光還原法[22-24]、愈創木酚法[25,26]、紫外分光光度測定法[25]；丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸（Thiobarbituric acid,TBA）法[26]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[27]；總還原糖含量采用蒽酮硫酸法測定[28]。

1.4 數據處理

采用Micorosoft Office 2016軟件和SPSS 25.0軟件進行統計和分析，使用Origin 2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 油樟精油對發芽率、失重率的影響

相較于CK組，油樟精油處理組馬鈴薯芽更小、長勢更弱，其中H組芽受抑制程度最大。油樟精油處理第14 d，隨機選取6個馬鈴薯觀察，H組馬鈴薯芽小，芽長最短；L組馬鈴薯芽短粗，一處芽眼有多個芽萌發；CK組馬鈴薯一個芽眼有一或多個芽萌發，芽更長且粗壯（圖1）。

圖1 不同濃度油樟精油對貯藏14 d馬鈴薯薯塊芽生長的影響Figure 1 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on growth of apical buds of potato tubers stored for 14 days

隨貯藏時間延長，馬鈴薯發芽率呈上升趨勢。處理組發芽率顯著低于CK組，油樟精油濃度越高，發芽率越低。貯藏第7 d，CK組發芽率為73.62%，處理28 d后發芽率達到96.18%。在第7 d時，H組發芽率較CK組低42.28%，L組較CK組低19.10%；在第28 d時，H組發芽率較CK組低30.88%，L組較CK組低21.72%（圖2A）。結果表明，油樟精油能抑制馬鈴薯芽萌發，H組抑制效果最佳。

貯藏期間馬鈴薯失重率逐漸升高，油樟精油可以抑制失重率的上升，處理組重量損失一直低于CK組（圖2B）。試驗前14 d，處理組與CK無顯著性差異。第21～28 d，CK組重量損失顯著高于2個處理組；第28 d，H組失重率為2.70%、L組失重率為2.66%、CK組失重率為3.40%。結果表明油樟精油處理可以抑制馬鈴薯重量下降，H組和L組無顯著性差異。

圖2 不同濃度油樟精油對馬鈴薯發芽率、失重率的影響Figure 2 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on germination rate and weigh loss rate of potato

2.2 油樟精油對薯肉抗氧化酶活性的影響

馬鈴薯貯藏過程中，油樟精油可以維持薯肉較高SOD活性。第7 d時，相較于CK組，油樟精油處理顯著提高薯肉SOD活性，第14 d時SOD活性有所下降，但仍保持較高水平（圖3A）。第7 d時，處理組與對照組SOD活性差異最大，L組、H組SOD分別是CK組的1.29和1.22倍。14 d效果逐漸減弱，到28 d與CK無顯著性差異。

貯藏前14 d，與對照相比油樟精油減緩馬鈴薯薯肉CAT活性下降，從第14 d開始處理組CAT活性下降，至對照組水平（圖3B）。在第14 d時，處理組的CAT活性顯著高于對照組，油樟精油H組的CAT活性為CK組的2.2倍，L組是CK組的2.0倍。油樟精油能在一定時間提高馬鈴薯薯肉CAT活性，隨貯藏時間延長效果減弱。

與對照相比，處理組薯肉POD活性更高（圖3C）。第14 d時，處理組POD活性均達到峰值且高于對照，其中H處理顯著高于CK。第28 d時，H組POD活性是CK組的1.28倍，POD活性始終保持在較高水平。

圖3 不同濃度油樟精油對薯肉抗氧化酶活性的影響Figure 3 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on antioxidant enzyme activities in potato tubers

2.3 油樟精油對薯肉MDA、可溶性蛋白、總還原糖含量的影響

第7 d時，3個試驗組MDA含量均有不同程度的升高，CK組上升幅度最大，處理組MDA含量顯著低于CK組，CK組MDA含量是H組1.82倍、是L組1.33倍（圖4A）。貯藏28 d后，3組MDA含量表現為CK組（2.10 μmol/g·FW）＞H組（1.97 μmol/g·FW）＞L組（1.53 μmol/g·FW），H組MDA含量與CK組無顯著性差異。

馬鈴薯貯藏期間薯肉可溶性蛋白含量呈下降趨勢，28 d時，H組、L組和CK組與初始相比分別下降了22.98%、9.73%和38.23%，油樟精油抑制了馬鈴薯薯肉可溶性蛋白含量下降（圖4B）。L組在前14 d保持了較高的可溶性蛋白含量，并達到峰值，是CK組的1.59倍。H組與CK組趨勢相同，H組可溶性蛋白含量始終顯著高于CK組。

隨貯藏時間延長，馬鈴薯薯肉總還原糖含量呈下降趨勢，28 d時，H、L處理和CK與初始相比分別下降35.29%、16.65%、40.95%（圖4C），油樟精油處理減緩馬鈴薯總還原糖含量下降。在前7 d，H組總還原糖含量高于CK，而在油樟精油處理14 d后L處理總還原糖含量顯著高于CK。在第28 d，表現為L組總還原糖含量為CK組的1.41倍。

圖4 不同濃度油樟精油對薯肉MDA、可溶性蛋白、總還原糖含量的影響Figure 4 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on MDA,soluble protein and total reducing sugar contents in potato tubers

2.4 油樟精油對芽抗氧化酶活性的影響

芽SOD活性呈先升高后降低變化趨勢（圖5A）。21～28 d，芽SOD活性差異表現為油樟精油處理組高于CK組。與CK組相比，油樟精油處理組芽SOD活性減緩下降，說明油樟精油可以抑制SOD活性降低。

CK與L組芽CAT活性隨貯藏時間的延長呈下降趨勢，而H組處理具有較高CAT活性且顯著高于其他處理（圖5B）。L組在第14和21 d時油樟精油處理組CAT活性高于CK組。結果表明油樟精油處理可以抑制CAT活性的下降，L組在短期內有一定效果，H組效果最佳。

馬鈴薯芽POD活性在油樟精油處理后呈先下降后升高趨勢。在14和28 d，馬鈴薯芽POD活性都表現為H組＞L組＞CK組（圖5C），說明油樟精油在一定時間能夠維持芽較高的POD活性。而處理第21 d，POD活性明顯下降且低于14與28 d。

圖5 不同濃度油樟精油對芽抗氧化酶活性的影響Figure 5 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on antioxidant enzyme activities in potato buds

2.5 油樟精油對芽MDA、可溶性蛋白含量的影響

試驗14～28 d，馬鈴薯芽的MDA含量有小幅度的下降（圖6A）。在14～21 d油樟精油處理組MDA含量高于對照組，表現為H組＞L組＞CK組，這與馬鈴薯薯肉MDA含量變化的結果（圖4）不同。結果表明，油樟精油處理下馬鈴薯薯肉MDA含量相較于CK組差異不大，而芽MDA含量顯著高于對照組。

隨著貯藏期延長，馬鈴薯芽可溶性蛋白含量呈下降趨勢。與CK組相比，油樟精油處理下馬鈴薯芽可溶性蛋白含量減緩下降，H組可溶性蛋白含量在第14、28 d顯著高于其他處理。在第14 d時，H組和L組可溶性蛋白含量分別是CK組1.65和1.2倍（圖6B）。

圖6 不同濃度油樟精油對芽MDA、可溶性蛋白含量的影響Figure 6 Effects of different concentrations of C.longepaniculatum essential oil on MDA and soluble protein contents in potato buds

3 討論

馬鈴薯發芽過程涉及多個代謝途徑，碳水化合物是主要的能源來源、蛋白質作為營養物質和調節物質、抗氧化酶決定一系列抗氧化物質代謝，這些物質都會影響馬鈴薯的發芽進程[29]。與正常貯藏的馬鈴薯相比，油樟精油抑制馬鈴薯芽萌發、芽小且數量少，其機理可能是通過影響營養物質、調節物質、抗氧化物質等物質代謝從而抑制芽的生長發育，減緩馬鈴薯發芽進程，降低發芽率。

馬鈴薯作為果蔬生命個體，貯藏期間只有通過消耗其體內儲存的營養成分（糖、蛋白質等有機物）來維持其采后生命活動。馬鈴薯解除休眠后，各種代謝活動加強，營養物質和水分被大量消耗用于芽的萌發，薯肉失水變軟變皺[30]。本試驗中油樟精油高濃度處理馬鈴薯失重率為2.70%、低濃度處理馬鈴薯失重率為2.66%、正常處理馬鈴薯失重率為3.40%，表明油樟精油明顯降低馬鈴薯養分消耗，減少馬鈴薯薯肉營養物質和水分的代謝。

馬鈴薯薯肉休眠解除可受外源性活性氧的誘導，而抗氧化酶在維持薯肉活性氧產生和清除平衡中起關鍵作用[20]。植物體內清除活性氧的酶促系統主要包括SOD、CAT和POD[31]。SOD作為抗氧化酶，可以清除植物體內有害自由基，有效抑制活性氧積累，其活性越高，活性氧積累越少，越不利于馬鈴薯薯肉休眠解除。本試驗中油樟精油處理馬鈴薯SOD活性在短時間內（0～14 d）高于對照，因此較高SOD在短期內能夠有效減緩馬鈴薯發芽進程，抑制芽萌發。CAT與SOD、POD相互協調配合，活化抗氧化系統清除過剩自由基，消除馬鈴薯薯肉中的ROS，抑制馬鈴薯萌芽[29]。本試驗中油樟精油在較短的時間內，特別是在第14 d時，馬鈴薯在油樟精油H與L處理下CAT活性分別為對照的2.2和2.0倍，因此油樟精油能夠短期提高CAT活性，減少薯肉中過氧化氫積累，從而抑制其發芽。POD是具有清除過氧化氫能力的一類氧化還原酶，可抑制過氧化氫積累，減緩ROS積累，從而抑制馬鈴薯發芽。此外，有研究表明POD具有氧化分解吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）的功能，其活性與IAA含量呈反比[32]。IAA是芽生長所必需的植物激素，對休眠解除起促進作用，休眠解除過程中POD含量下降，IAA含量升高。POD可能通過調控IAA的濃度來調控休眠[33]。油樟精油處理使馬鈴薯薯肉在短期內保持較高POD活性，降低薯肉IAA含量，抑制薯肉發芽。在馬鈴薯[34]、葡萄[35]休眠完成后，POD活性迅速下降，而在本研究中第21 d所有處理POD活性下降，表明油樟精油在短期內能夠有效抑制馬鈴薯發芽，隨著時間的增加薯肉已經開始萌芽，芽酶活性開始變化，因此在第21 d后POD活性逐漸升高，這與獨蒜蘭[36]、洋蔥[37]中的研究一致。過氧化氫酶（CAT）屬于抗氧化酶，具有催化過氧化氫分解，快速地將其轉化為其他無害或毒性較小的物質，避免過氧化氫對植物體造成損害。

丙二醛（MDA）作為植物組織和膜脂過氧化反應的主要產物，MDA積累會導致植物細胞功能喪失、細胞膜降解，常被用于衡量細胞膜過氧化的程度和活性氧清除系統的代謝[29]。MDA產生于植物體受逆境傷害或植物體衰老時，其含量能在一定程度上反映植物體受傷害程度。本試驗結果表明，油樟精油處理組馬鈴薯薯肉MDA含量在前7 d低于對照組，生理狀態更佳。第28 d，油樟精油處理（H組）與CK差異不顯著，表明油樟精油處理隨時間延長減弱對MDA積累的抑制效果。芽MDA含量與其生長呈負相關性，MDA含量越高越不利于芽萌發，芽表現為處理組MDA含量（14～21 d）高于對照組，與薯肉結果不同。

馬鈴薯解除休眠后，各種代謝活動加強，薯肉作為能量來源，其中的大分子營養物質降解作為代謝和能源物質，供給芽生長發育。可溶性蛋白是馬鈴薯薯肉的重要營養物質，被消耗用于芽生長發育，因此隨著貯藏時間的延長其含量持續降低[32]。可溶性蛋白含量高低在一定程度上反映薯肉生命活動的強弱，其含量低表明薯肉中蛋白質被大量消耗用于芽生長。馬鈴薯貯藏期間薯肉可溶性蛋白含量呈下降趨勢，在28 d時，精油高濃度、低濃度、正常處理與初始相比下降了22.98%、9.73%和38.23%，表明油樟精油能夠抑制馬鈴薯薯肉中可溶性蛋白含量下降，芽的萌發受抑制程度高。總還原糖為馬鈴薯生長的主要供能物質，油樟精油可能抑制了總還原糖含量下降，降低馬鈴薯代謝強度，從而抑制芽生長發育。此外，貯藏期間馬鈴薯薯肉細胞積累還原糖以提高抗逆性，其含量越高越利于延長貯藏時間[38]。馬鈴薯薯肉還原糖的利用程度與芽的萌發呈正相關性：芽生長越旺盛，發芽指數越高，馬鈴薯薯肉總還原糖下降越快，含量越低[29]。說明油樟精油可以抑制還原糖的利用，進而抑制芽生長發育，前期H組效果好，后期L組效果更佳。