不同光照地区对马铃薯花青素含量及品质的影响

沈学善，王 平，吴翠平，屈会娟，黄 钢，宋 霞，陈尚洪，陈红琳

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川 成都 610066； 2.四川省农业科学院，四川 成都 610066；3.四川农业大学农学院，四川 温江 611130；4.四川旅游学院，四川 成都 610100)

不同光照地区对马铃薯花青素含量及品质的影响

沈学善1，王 平2*，吴翠平3，屈会娟2，黄 钢2，宋 霞4，陈尚洪1，陈红琳1

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川 成都 610066； 2.四川省农业科学院，四川 成都 610066；3.四川农业大学农学院，四川 温江 611130；4.四川旅游学院，四川 成都 610100)

【目的】研究不同光照地区对马铃薯花青素含量及品质的影响。【方法】采用实地调查，统一繁育种薯，并在盆周山地、平坝浅丘、盆地平原设3个不同光照试验点，种植‘黑美人’、‘川芋彩1号’和‘蓉芋紫5号’等3个不同基因型马铃薯品种，测定其花青素含量和主要品质指标。【结果】小金县(海拔3000 m)繁育的紫色马铃薯品种‘黑美人’生产种薯，在金堂县(海拔452 m)种植后，商品薯的花青素含量降低11.62 %～33.66 %；而马铃薯品种‘川芋彩1号’同一批原种分别在小金县和新都区(海拔472 m)种植，所繁育的生产种薯块颜色差异极显著。不同生产季节影响马铃薯花青素含量，将在光照条件较好的春马铃薯季收获的‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’原种，在光照条件较差的秋马铃薯季播种，收获的生产种花青素含量分别降低34.24 %和30.48 %。【结论】不同光照地区影响秋作紫色马铃薯花青素含量，盆周山地强光照区(北川试点)收获的‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’生产种，花青素含量显著高于成都平原弱光照区(游仙试点和温江试点)。

光照；海拔；基因型；马铃薯；花青素

【研究意义】紫色马铃薯富含具有抗氧化活性的花青素[1-4]，具有清除体内自由基[5]、抗肿瘤、抗癌[6-7]、抑制脂质过氧化和血小板凝集[8]、预防糖尿病[9]等许多生理保健功能。花青素苷作为紫色马铃薯重要的生理活性物质[10]，是当前功能性食品研究热点。四川盆地生态条件适宜普通马铃薯多季种植，主要种植模式为稻田“冬马铃薯-水稻-秋马铃薯”和旱地“冬马铃薯/玉米-秋马铃薯”[11]。近年来，四川盆地部分农户在将紫色马铃薯新品种代替普通马铃薯品种进行秋作时，发现紫色马铃薯肉色有变花、变淡，甚至紫色基本消失的现象，严重制约了紫色马铃薯新品种在四川盆地生产中的推广应用。生产中马铃薯种薯为块茎无性繁种，品种性状分离的可能性极小，且推广的紫色马铃薯均为脱毒种薯，品种退化的可能性也较小；因此，有可能是栽培环境的变化导致紫薯褪色。【前人研究进展】光是影响植物花青素合成的重要因子。对植物地上部，光强直接影响花青素的含量及比例，从而影响叶片的呈色[12]。光照强度低于全光照50 %以下时，花青素的浓度随光强的增加而增加。光照时间对花青素也有一定的影响，如光照时间达12 h以上时，紫叶李等彩叶植物叶色变化更明显，特别是连续阴雨过后，植物得到充分的光照，叶色更鲜艳[13]。对植物地下部，在不同基因型紫甘薯块根膨大高峰期(移栽后50～100 d)遮光40 %和遮光70 %，紫甘薯块根中的花青素含量和积累速率显著降低[14]。在紫色甘薯花色苷快速积累期(移栽后1～25 d)遮光50 %，‘渝苏紫43’块根花色苷含量显著降低，而‘渝紫263’和‘山川紫’块根花色苷显著升高，而在移栽后26～50 d遮光50 %，‘渝苏紫43’块根花色苷含量显著降低[15]。【本研究切入点】四川盆地区属弱光区，秋马铃薯季(8月下旬-12月中旬)平均日照时数为1.65～2.56 h/d，为全国日照时数最少的区域,仅为长江中下游秋马铃薯产区的35 %～40 %，且由于阴天多，到达地面的太阳总辐射量的50 %～70 %是散射辐射[16]。由于光照能影响作物地上、地下部花青素含量，且四川盆地为弱光区，因此，弱光胁迫可能是秋作紫马铃薯花青素含量降低的重要原因。【拟解决的关键问题】为此，本试验采用实地调查，脱毒种薯繁育，“盆周山地-平坝浅丘-盆地平原”联合试验，研究光照对紫色马铃薯花青素含量的影响。

1 材料与方法

1.1 田间调查

2012年12月18日和2013年5月10日，分别到成都市金堂县和新都区实地调查，收集马铃薯种薯和商品薯照片，测定块茎花青素含量。

1.2 种薯繁育

2014年5月20日至2015年7月10日，收集3个不同基因型马铃薯品种脱毒原原种：‘黑美人’、‘川芋彩1号’、‘蓉紫芋5号’，分别由甘肃省兰州陇神航天育种研究所、四川省农业科学院作物所和成都市农林科学院作物所选育。用原原种统一繁育脱毒原种，其中，‘黑美人’在绵阳市北川县禹里乡繁育，2015年2月9日播种，7月8日收获；‘川芋彩1号’在成都市新都区泰兴镇繁育，2014年12月16日播种，2015年5月6日收获；‘蓉紫芋5号’在巴中市通江县空山镇繁育，2015年1月28日播种，7月10日收获。测定原种花青素含量。

1.3 盆周山地-平坝浅丘-盆地平原联合试验

1.3.1 试验地概况 试验于2015年8-12月进行，设3个试验点，分别为绵阳市北川县通口镇井泉村，海拔高度1082 m，代表盆周山地；绵阳市游仙区松垭镇绵阳市农业科学研究院院内，海拔632 m，代表平坝浅丘；成都市温江区公平镇四川农业大学科研试验场，海拔高度558 m，代表盆地平原。3个试验点的秋马铃薯季(9-12月份)月平均日照时数和平均气温见表1～2。气象数据由四川省气象局提供。

1.3.2 供试品种 为3个不同基因型马铃薯品种：‘黑美人’、‘川芋彩1号’、‘蓉紫芋5号’，种薯为脱毒原种。

1.3.3 田间试验过程 北川试验点：前茬作物为玉米。采用小整薯播种，90 cm开厢、起垄，单垄双行，株距25 cm，密度90 000窝/hm2。播种时基施复合肥(纯N、P2O5、K2O含量均为15 %，下同)750 kg/hm2。

表1 不同光照地区9-12月日照时数和平均温度

表2 不同光照地区秋马铃薯全生育期气象资料

游仙试验点：11月10日中耕培土后感染晚疫病，于11月15日提早收获。前茬作物为甘薯育秧田。采用小整薯播种，1 m开厢、起垄，单垄双行，株距22 cm，密度90 000窝/hm2。播种时基施复合肥750 kg/hm2。

温江试验点：双行垄作错窝播种，垄距80 cm，行距30 cm，种植密度10 500窝/hm2。前茬作物为水稻。播种时基施纯N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2，K2O 225 kg/hm2。氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙和硫酸钾。

1.4 测定项目与方法

在收获期取样，每小区取长势均匀一致的植株10株，取部分鲜薯用比色法测定花青素含量[17]；取部分鲜薯切丁，105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重，称重，计算干物质含量，然后将烘干后的样品粉碎、过100目筛，用比重法测定淀粉含量[18]，用比色法测定可溶性糖含量[18]、用奈氏比色法测定蛋白质含量[18]。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2007和DPS 14.5统计软件计算与分析试验数据。

2 结果与分析

2.1 弱光胁迫对马铃薯花青素含量的影响

经实地调查，在强光照区的阿坝州小金县(日隆镇双桥村，海拔3000 m)繁育的紫色马铃薯品种‘黑美人’生产种薯，花青素含量为4.13 mg/100 g FW(图1A)，于2012年8月24日在位于弱光照区的成都市金堂县(竹篙镇凤凰村，海拔452 m)种植，为秋作马铃薯，2012年12月16日收获，商品薯的花青素含量降为2.74 mg/100 g FW(图1A)和3.65 mg/100 g FW(图1B)，降幅为11.62 %～33.66 %。

2012年12月22日至2013年5月8日，马铃薯品种‘川芋彩1号’同一批原种分别在位于强光照区的阿坝州小金县(日隆镇双桥村，海拔3000 m)和弱光照区的成都市新都区(泰兴镇四川省农业科学院现代农业科技创新示范园，海拔472 m)繁育生产种。其中，小金县生产种保持了‘川芋彩1号’的品种颜色特性(图2A)，新都区生产种薯块颜色变为极浅红色(图2B)。

图2 弱光条件下‘川芋彩1号’品种薯肉色变浅Fig.2 The tuber color in potato variety ‘Chuanyucai 1’ becoming lighter under the condition of weak light

(mg/100g FW)

注：同列不同小写字母表示0.05水平差异显著。下同。

Notes：Values followed by different letters within a column means significant difference at the 0.05 level. The same as below.

图3 不同光照地区对马铃薯块茎干物质含量的影响Fig.3 The dry matter content of potato tuber in different lighting areas

2.2 不同光照地区对马铃薯花青素含量的影响

由表3可以看出，不同生产季节对不同基因型马铃薯品种花青素含量的影响不同。其中，将在光照条件较好的春马铃薯季收获的‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’原种，在光照条件较差的秋马铃薯季播种，收获的生产种平均花青素含量分别降低1.387和1.306 mg/100 g FW，降低幅度分别为34.24 %和30.48 %；而将在弱光照区(新都区)冬马铃薯季收获的‘川芋彩1号’原种，在秋马铃薯季播种，收获的生产种花青素含量与原种基本一致。

在秋马铃薯生产季，不同光照地区对不同基因型马铃薯品种花青素含量的影响不同(表3)。其中，‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’表现规律一致，均是位于盆周山地的北川试点收获的生产种花青素含量显著高于位于平坝浅丘的游仙试点和位于盆地平原的温江试点，且游仙试点和温江试点差异不显著。而‘川芋彩1号’在3个试点收获的生产种花青素含量差异不显著。

图4 不同光照地区收获的紫马铃薯生产种块茎可溶性糖含量Fig.4 The soluble sugar content of potato tuber in different lighting areas

图5 不同光照地区收获的紫马铃薯块茎淀粉含量Fig.5 The starch content of tuber in potato cultivars harvested in different lighting areas

2.3 不同光照地区对马铃薯块茎干物含量的影响

由图3可见，不同光照地区对不同基因型马铃薯块茎干物质含量影响不同。其中，‘黑美人’和‘川芋彩1号’块茎干物质含量变化规律一致，均是北川试点和游仙试点差异不显著，但均显著高于温江试点，而‘蓉紫芋5号’块茎干物质含量在不同光照地区变化规律则相反。

2.4 不同光照地区对紫马铃薯块茎可溶性糖含量影响

不同光照地区对3个马铃薯品种块茎可溶性糖含量的影响规律一致(图4)，均表现为北川试点>游仙试点>温江试点，对‘黑美人’品种，北川试点的可溶性糖含量显著高于温江试点，而‘川芋彩1号’和‘蓉紫芋5号’的可溶性糖含量在不同试点间差异均达到显著水平，表明强光照区能显著提高马铃薯块茎可溶性糖含量。

2.5 不同光照地区对紫马铃薯块茎淀粉含量的影响

由图5可见，不同光照地区对不同基因型马铃薯块茎淀粉含量影响不同。其中，‘黑美人’和‘川芋彩1号’块茎淀粉含量变化规律一致，均是北川试点和游仙试点差异不显著，但均显著高于温江试点，而‘蓉紫芋5号’块茎淀粉含量在不同光照地区变化规律则相反。

图6 不同光照地区收获的紫马铃薯块茎蛋白质含量Fig.6 The protein content of potato tuber in different lighting areas

2.6 不同光照地区对紫马铃薯块茎蛋白质含量影响

由图6可见，不同光照地区对不同基因型马铃薯块茎蛋白质含量影响不同。其中，对‘黑美人’品种，温江试点的蛋白质含量显著高于游仙试点，但两者均与北川试点差异不显著。‘川芋彩1号’和‘蓉紫芋5号’在不同光照地区的块茎蛋白质含量变化规律一致，即游仙试点显著高于北川试点，但两者均与温江试点差异不显著。

3 讨 论

前人研究表明，马铃薯花色苷的合成受到光照、温度和降水等环境气候条件的影响[19]。其中，光照的影响最为重要，它是合成花色苷的必要前提。温度是影响花色苷合成的一个重要因素，在很多植物中，低温可以诱导花色苷生物合成基因的表达。同时，由于强烈的光照、低温等条件能够满足花青素形成所需糖的积累[20]，因而有利于花青素的形成。此外，干旱处理也能加快花色苷的积累[21]。

王卫强等[22]研究表明，栽培于重庆永川茶山上(海拔650 m)的紫云l号’，其花青素含量要多于种植在重庆江津先锋镇幼林果园(海拔320 m)与永川双竹镇(海拔314 m)。郑顺林等[23]研究表明，紫色马铃薯品种‘紫云1号’块茎表层花青素含量随着海拔高度的升高逐渐增加，且海拔2500、1800、800 m 之间差异达到极显著水平。本研究中，小金县(海拔3000 m)繁育的紫色马铃薯品种‘黑美人’生产种薯，在金堂县(海拔452 m)种植后，商品薯的花青素含量降低11.62 %～33.66 %；而马铃薯品种‘川芋彩1号’同一批原种分别在小金县和新都区(海拔472 m)种植，所繁育的生产种薯块颜色差异极显著，这与前人研究结果基本相符。

环境气候条件影响马铃薯花色苷的合成。吴晓敏等[24]试验结果表明，内蒙产的紫色马铃薯花色苷含量显著高于山东产的紫色马铃薯，可能是不同的地理环境(如光照、温度、海拔、降雨量等)对马铃薯中花色苷含量的影响所致。于振等[19]研究结果表明，甘肃、山东和贵州3个产地紫色马铃薯薯肉中的总花色苷含量存在显著差异，甘肃产地含量最高，贵州含量最低。其原因可能是因为甘肃产区为中温带干旱半干旱气候，年均气温和降水量均显著低于山东和贵州，年平均日照和山东产区无显著差异，均显著高于贵州。贵州产区属于亚热带季风性湿润气候，年均气温和山东差异不显著，年降水量显著高于其他产区，年平均日照却为三个产区中最低。本研究中，一是不同生产季节影响马铃薯花青素含量，将在光照条件较好的春马铃薯季收获的‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’原种，在光照条件较差的秋马铃薯季播种，收获的生产种花青素含量分别降低34.24 %和30.48 %。二是不同光照地区影响秋作紫色马铃薯花青素含量，‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’均是位于盆周山地强光照区的北川试点收获的生产种花青素含量显著高于位于成都平原若光照区的游仙试点和温江试点，且游仙试点和温江试点差异不显著。

不同海拔或不同产地包含了光照、温度、降雨、土壤肥力等多种因素，要明确日照时数、日照强度对紫色马铃薯花青素含量的影响，需在同一季节，同一地点设置单因素试验进一步研究。

4 结 论

不同光照地区影响秋作紫色马铃薯花青素含量，盆周山地强光照区(北川试点)收获的‘黑美人’和‘蓉紫芋5号’生产种，花青素含量显著高于成都平原弱光照区(游仙试点和温江试点)。

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EffectsofLightonAnthocyaninContentandQualityofPotatoinDifferentNaturalLightingAreas

SHEN Xue-shan1, WANG Ping2*, WU Cui-ping3, QU Hui-juan2, HUANG Gang2, SONG Xia4, CHEN Shang-hong1, CHEN Hong-lin1

(1.Soil and Fertilizer Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066，China; 2.Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Sichuan Chengdu 610066，China; 3.College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Sichuan Wenjiang 611130，China; 4.Sichuan Tourism University, Sichuan Chengdu 610100，China)

【Objective】The present study was conducted to study effects of light on anthocyanin content and quality of different potato cultivars in different natural lighting areas.【Method】On the base of field survey and seed tuber propagation of same source, a field experiment was conducted using three different genotype potato varieties such as ‘Heimeiren’, ‘Chuanyucai1’ and ‘Rongziyu 5’ which were planted in mountainous area (Beichuan county), shallow hill area (Youxian district), and basin plain area (Wenjiang district) in Sichuan. 【Result】When the production seed potato of ‘Heimeiren’ that be breed in Xiaojin (3000 m altitude) planting in Jintang (452 m altitude), the anthocyanin containment of commercial potato was decreased by 11.62 %-33.66 %; nevertheless, the difference of tuber color of production seed potato was extremely significant when the same resource of stock seed potato planting in Xiaojin and Xindu (472 m altitude). The production season affects anthocyanin content of purple potato. Under the condition of the stock seed potato of ‘Heimeiren’ and ‘Rongziyu 5’ harvested from better light condition area in spring potato season planting in poor light condition area in autumn potato season, the anthocyanin content of tuber potato was dicreased 34.24 % and 30.48 %, respectively. 【Conclusion】The anthocyanin content of tuber potato cultivar ‘Heimeiren’ and ‘Rongziyu 5’ harvested from strong light area in mountainous area (Beichuan county) was significantly higher than that from weak light area in Chengdu plain (Youxian and Wenjiang).

Light; Altitude; Genotype; Potato; Anthocyanin

1001-4829(2017)12-2667-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.009

2017-10-12

国家自然科学基金项目“四川盆地弱光胁迫影响紫马铃薯花青素合成的酶学机制与调控途径研究”(31401345)；“十三五”四川省财政创新能力提升专项”紫色薯专用新品种提质增效生产技术研究”(2016GYSH-027)；“十三五”四川省农作物及畜禽育种攻关项目“突破性粮油作物新品种提质增效关键栽培技术研究与示范”(2016NYZ0051)；四川省科技支撑计划项目“紫色马铃薯高产高效关键技术研究及产业化示范”(2015NZ0054)

沈学善(1981-)，男，副研究员，博士后，主要从事薯类作物高产栽培生理生态研究，E-mail：shenxueshan@126.com，*为通讯作者。

S532

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(责任编辑李 洁)