叶面喷施茉莉酸甲酯对马铃薯微型薯生长及产量的影响

杨天宇，韩小女，徐尤先，汤金香，展 康，吴劲松，王 蕾*

(1.中国科学院昆明植物研究所，云南 昆明 650201；2.宣威市马铃薯种薯研发中心，云南 宣威 655400；3.中国科学院大学，北京 100049)

马铃薯(Solanum tuberosum)块茎形成与植物的内源激素水平密切相关[1—5]。茉莉酸类植物激素是脂肪酸氧化后形成的植物内源激素，包括茉莉酸(Jasmonic acid, JA)、茉莉酸-异亮氨酸(Jasmonoyl-isoleucine, JA-Ile)及茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)等，具有抑制植物生长、萌发，促进衰老，提高病虫害抗性等生理功能[6]。研究发现，茉莉酸类激素还具有促进马铃薯块茎形成的作用，特别是 JA羟基化衍生物 12-OH-JA及其糖苷12-O-Glc-JA[7]。在适宜马铃薯结薯的低温及短日条件下，JA、12-OH-JA及12-O-Glc-JA积累增加[8]。当JA生物合成途径中关键的脂氧合酶(Lipoxygenases, LOX)含量降低后，植物内源JA水平下降，块茎形成受到显著抑制[9]。在体外培养条件下加入 JA能诱导结薯[10—12]。在雾培马铃薯生产过程中，在植株叶片上涂抹MeJA对马铃薯块茎有一定诱导作用[13]。但是，叶片涂抹的施加方式并不适用于大规模生产。

目前，马铃薯微型薯的生产主要有基质法及雾培法两种栽培方式，其中基质法栽培是将脱毒试管苗或扦插苗定植于网室内基质中，可以不受季节限制，光、温、水、肥均可实现人工调控，因此应用较为广泛。

为此，本研究在基质法生产马铃薯微型薯的过程中，以不同频率喷施MeJA于叶面，以明确外源茉莉酸提高马铃薯微型薯产量的施加方式。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘云薯 505’马铃薯(Solanum tuberosum‘Yunshu 505’)脱毒试管苗种植于山林土:珍珠岩=3:1基质。主要试剂为MeJA(95%，西亚试剂)与表面活性剂吐温-20[生工生物工程(上海)股份有限公司]。MeJA喷施液为100 μmol·L-1MeJA及0.1%吐温-20水溶液；对照组喷施液为0.1%吐温-20水溶液。

1.2 试验设计

试验于 2018 年 3～9 月在宣威市现代农业种业园7号棚进行，采用随机区组设计，共设4个处理组(T1、T2、T3、CK)(表 1)。脱毒试管苗移栽期为3月21日，种植密度70株·m-2，每处理种植10 m2，T3及CK处理额外种植50株用于茉莉酸含量测定。植株封行期、现蕾期、开花期分别为5月20日、6月15日、6月30日。在马铃薯块茎形成前(7月3日)喷施于叶面，喷施频率如表1，每次每处理共喷施4 L喷施液，直至种薯收获前(8月14日)停止，处理时间为42 d。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

1.3 茉莉酸含量测定

马铃薯块茎是从主茎底部发育的侧向匍匐茎衍生而来的，在环境条件适合时匍匐茎顶端逐渐膨大形成块茎，块茎发育初期可分为四个阶段：1阶段时未膨大，顶端具有弯钩结构；2阶段时块茎开始膨大，直径略粗于茎，约为1 mm；3阶段时膨大部分形成球形，直径达到茎的2倍，约为2 mm；4阶段时茎顶端明显膨大成椭圆形，直径约为4 mm[14]。测定茉莉酸含量的块茎样品于喷施处理15 d后收集(7月18日)，每组共5个重复，每重复取10株，分块茎发育的4个阶段收集，共计40个样品，每个样品约100 mg。参考Luo等[15]的方法测定。样品用液氮研磨至粉末状，加入含20 ng·mL-1D6-JA的乙酸乙酯提取液1 mL并充分震荡，13 000 r·min-1离心10 min (Eppendorf，Centrifuge 5424R)。收取上清液于真空浓缩仪(Eppendorf，Concentrator plus)在 30 ℃彻底蒸干上清液，再加入70%甲醇500 μL充分震荡，13 000 r·min-1离心 10 min，取上清液并用高效液相色谱-质谱仪(LCMS-8040 system, Shimadzu)测定。

1.4 马铃薯植株性状与产量测定方法

在植株喷施处理30 d后测定株高、茎粗、叶绿素含量(SPAD)，并观察统计苗势、叶色、茎色、花色、株型、植株覆盖度、花繁茂性、天然结实性及生育期[16—18]；数据测定均采用五点取样法，每个点测4株并取平均值。2018年9月15日采收，每处理组连续取20株，计算平均单株结薯数及单株薯重；在每处理组种植区(10 m2)统计小区内的总薯数、合格薯数、小薯数、合格薯重、小薯重及总薯重。

1.5 数据分析

采用Microsoft Office Excel软件统计数据并制图，误差线表示数据的标准误，采用 Studentt-test进行差异比较并计算P值。

2 结果与分析

2.1 马铃薯块茎形成中JA含量变化

马铃薯在块茎形成初期JA含量快速上升，提示在此时期外源补充 JA可能增加马铃薯产量。由于MeJA在植物中可以快速转化为JA[19]，且比其他茉莉酸类化合物便宜易得，故在基质法生产微型薯的块茎形成阶段，以三种不同频率喷施 100 μmol·L-1MeJA于植株叶面(表1)。为了明确叶面喷施 MeJA后，块茎中内源JA含量是否增加，进一步测定MeJA处理15 d后，T3组的内源JA含量，并与CK组比较。结果显示，T3处理组中块茎发育4个阶段的JA含量均有提升，1～4阶段分别比对照高41%、37%、22%、25%。随着茎端逐渐膨大，4个发育阶段的‘云薯505’微型薯块茎JA含量逐步增加(图1)，CK组微型薯发育至4阶段时JA含量达到1阶段的3.1倍(图1)，表明JA可能在马铃薯的块茎形成中发挥重要作用。

图1 马铃薯块茎形成初期的4个阶段内源JA含量Fig. 1 JA contents in four stages of potato tuber initial formation

2.2 MeJA处理对马铃薯植株性状的影响

MeJA处理结薯期植株叶片30 d后，T1、T3组的株高较CK组变化不大，T2组的株高较CK虽然有所增加，但未达显著差异(图2: A)，表明喷施MeJA处理对植株的株高影响不大；而3种频率喷施MeJA处理的茎粗较CK分别增加22.4%、36.1%及15.7%，T2组与对照有显著差异(图2: B)；叶绿素含量仅T1组极显著降低 20.1%(图 2: C)，表明高频率喷施MeJA会抑制植物光合作用。

图2 MeJA处理对马铃薯株高、茎粗及叶绿素含量的影响Fig. 2 The effect of MeJA on plant height, stem diameter and chlorophyll content of potato

此外，三个喷施MeJA组的苗势、叶色、茎色、花色、株型、植株覆盖度、花繁茂性、天然结实性等植株性状均与CK组无差异(表2)。T1与CK的生育期为121 d，比T2及T3少5 d，表明较低频率喷施MeJA可延长马铃薯的生育期。

综合植株生长数据及植株性状可以看出，3种频率喷施MeJA对马铃薯植株生长的影响较小，T1组植株叶绿素含量较低，说明该频率喷施MeJA可能抑制植株生长。

表2 叶面喷施MeJA对马铃薯植株性状及生育期的影响Table 2 Effects of foliar spraying MeJA on physiological characteristics and growth period of potato

2.3 MeJA处理对马铃薯单株产量及块茎性状的影响

每个处理组中连续取样20株统计单株结薯数、单株薯重、单株合格薯数及合格薯率。结果显示，T1处理的单株结薯数大幅增加，达4.10粒，较对照组的2.60粒多57.69%，T2处理与T3处理分别为2.55粒、2.65粒，与CK相近；T1处理的单株薯重亦最大，为34.96 g，比CK的19.13 g多出82.75%，T2与T3处理分别为20.85 g、18.74 g，与CK相近。从单株合格薯数与合格率来看，T1处理的合格薯数最高，为3.00粒，较对照组1.80粒多66.67%，T2与T3处理分别为1.85 粒、1.80粒，与CK相近；合格率最高的为T1处理，达73.17%，比CK的69.23%多出3.94%，T2与T3的合格率分别比CK高出1.36%与0.58%，与CK相近(表3)。

观察块茎性状发现，T1、T2、T3处理的匍匐茎长度、块茎大小整齐度、薯形、皮色、肉色、薯皮类型、芽眼深浅、裂薯率、大薯空心率等各项性状均与CK处理相同(表4)，说明3种频率喷施MeJA均不影响块茎形态和生长。

表3 叶面喷施MeJA对马铃薯单株产量的影响Table 3 Effects of foliar spaying MeJA on yield of potato plant

表4 叶面喷施MeJA对马铃薯块茎性状的影响Table 4 Effects of foliar spaying MeJA on potato tuber traits

2.4 MeJA处理对马铃薯小区产量的影响

统计每个处理小区(10 m2)的产量显示，T2、T3处理组均增加了小区内马铃薯总重，其中以T3处理增幅最大，比CK增加16.36%，T3处理的单产量也最高，比CK增加12.11%。T1处理增加了单株结薯数(表3)，但其小区结薯个数比CK低得多，这是由于T1处理植株存活率最低，仅为45.57%，远低于CK的87.29%，而T2、T3处理均提高植株的存活率，达 100.00%(表 5)。

表5 叶面喷施MeJA对马铃薯小区(10 m2)产量的影响Table 5 Effects of foliar spaying MeJA on potato yield (10 m2)

3 讨论

茉莉酸类植物激素具有促进马铃薯块茎形成的作用[7]，但是如何将其应用于实际生产以提高马铃薯产量还不明确。在块茎形成的起始阶段，茉莉酸(JA)的合成基因LOX1在块茎中的表达随块茎膨大急剧增加[9]，本实验也发现，在块茎形成的起始阶段，JA在块茎中积累增加(图 1)，因此，在该阶段外源增加JA可能有增产的效果。进一步通过叶面喷施MeJA，发现即使喷施频率仅为每2天1次(T3)，块茎中的内源JA含量也显著增加，特别是在块茎膨大的起始阶段，叶片喷施MeJA使内源JA含量增加41%(图1)。从单株结薯情况看，每天喷施2次MeJA明显增加结薯个数，但显著降低植株存活率，导致小区结薯总数降低。JA具有抑制植物生长的生理功能，也具有促进植物衰老的作用[20—22]，高频率喷施MeJA处理可能导致植株提前衰老，每天喷施 2次MeJA处理的 SPAD值显著低于对照也支持这一推测。而较低频率喷施MeJA处理并不会增加植株死亡率，反而提高植物的存活率(表5)。综合来看，每2 d喷施1次MeJA增产效果最为明显，成本也最低。

以实验中的浓度及频率叶面喷施MeJA对植株的叶色、茎色、花色、株型、植株覆盖度、花繁茂性及天然结实性等生长性状均没有影响。此外，马铃薯块茎的各种性状包括块茎大小整齐度、薯形、皮色、肉色、薯皮类型、芽眼深浅、裂薯率、大薯空心率等也不受叶面喷施MeJA的影响。

总之，本研究探明了马铃薯块茎形成初期内源茉莉酸的含量，并明确使用MeJA提高基质法生产马铃薯微型薯产量的给入方式及剂量，为植物生长调节物质茉莉酸应用于生产实践提供了理论支撑。