脫毒對大蒜生長、碳氮代謝的影響

劉燦玉 楊峰 陸信娟 趙永強 張碧薇 楊青青 葛杰 樊繼德

摘要：以徐蒜917常規栽培種作為對照（CK），選用脫毒F1、F2、F3、F7代作為試驗材料，研究脫毒對大蒜生長、碳氮組分含量及其關鍵酶活性的影響。結果表明，脫毒有利于提高大蒜農藝性狀指標，且隨繁殖世代的增加，其綜合生長勢呈先增后降的趨勢，以F2代綜合長勢較好，F7代除假莖粗、葉長和葉寬仍顯著高于CK外，其他與CK無顯著差異。脫毒大蒜葉片色素含量隨繁殖世代的增加呈下降趨勢，且處理間差異在抽薹期大于鱗莖膨大期。在抽薹期和鱗莖膨大期，脫毒大蒜葉片總糖、還原糖和蔗糖含量均高于CK，蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性亦顯著增加，且均以F2代最高。隨繁殖世代的增加，脫毒大蒜葉片蔗糖合成酶（SS）活性在抽薹期呈先降后升的趨勢，而在鱗莖膨大期呈先升后降的趨勢。脫毒有利于提高大蒜葉片中抽薹期和鱗莖膨大期NO-3、可溶性蛋白和游離氨基酸含量，硝酸還原酶（NR）、谷酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）活性顯著增加，脯氨酸含量在鱗莖膨大期亦顯著增加。綜上所述，脫毒有利于大蒜生長，增強其碳氮代謝關鍵酶活性，促進碳氮吸收同化、糖的積累和蛋白質合成，但隨著脫毒大蒜繁殖世代的增加，其生長優勢會逐漸喪失。

關鍵詞：脫毒大蒜;抽薹期;鱗莖膨大期;生長;碳代謝;氮代謝;碳氮代謝關鍵酶

中圖分類號： S633.401? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）08-0141-04

大蒜屬無性繁殖作物，主要通過分瓣或形成氣生鱗莖的方式進行繁殖，母本鱗莖一旦被病毒侵入，就會導致病毒在大蒜植株體內世代積累[1-2]。隨著多年種植，主產區大蒜病毒病日趨嚴重，危害程度日益加劇，已成為限制大蒜優質高產的主要因素之一。病毒病可造成大蒜品種退化，產量顯著降低[3-4]，嚴重時可造成大蒜僵苗不發，甚至絕產不收[5]，同時會造成大蒜鱗莖整齊度差，進而影響大蒜商品性，降低其市場競爭力和經濟效益。當前，培育和栽培無病毒種苗是防治病毒病的根本措施[6]。吳青青等認為，控制病毒病的傳播目前最有效的做法是種苗脫毒[7]。趙碩等研究發現，脫毒大蒜原原種和原種的長勢和鱗莖質量均顯著好于常規大蒜種植[8];徐培文等研究發現，太倉大蒜脫毒后再次感染較慢，可在5代內仍保持高產[9];劉文英等研究表明，蒼山大蒜脫毒后種至第4代，仍有顯著增產效果，經濟效益明顯，脫毒原種在產區可利用至第5代[10]。與常規栽培種相比，大蒜脫毒后長勢旺盛，可顯著提高其產量和品質，但目前大多數報道僅局限于觀察、比較脫毒大蒜的增產效果，而對于脫毒影響大蒜生長的生理機制的研究較少。碳氮代謝作為植株最基本、最重要的生理代謝過程[11]，其在作物生育期間的動態變化直接影響光合產物的形成、轉化及蛋白質的合成等過程，對植物正常生長發育有著非常重要的影響[12]。本試驗研究脫毒對大蒜生長、碳氮組分含量及其關鍵酶活性的影響，以期為深入研究脫毒大蒜增產機理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗在江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所試驗示范基地進行，脫毒917大蒜由莖尖脫毒組培技術獲得試管苗（已病毒檢測為無病毒株），然后馴化獲得原原種，即為脫毒F1代，由原原種做種蒜獲得原種，即為脫毒F2代，以此類推。分別選擇脫毒F1、F2、F3、F7代作為試驗材料，以917常規栽培種作為對照（CK），于2019年10月4日播種于網室中，并加蓋防蟲網，每個試驗材料重復3次，隨機區組排列，每個小區面積為20 m2，其他栽培方式按照徐州當地高產栽培水平進行。

1.2 測定項目與方法

根據《大蒜種質資源描述規范和數據標準》[13]調查大蒜農藝性狀。分別于抽薹期（2020年4月7日）、鱗莖膨大期（2020年5月7日）取大蒜葉片，用液氮速凍后放于-80 ℃冰箱中，用于指標測定。采用乙醇提取法測定葉片色素含量[14];硝態氮（NO-3-N）含量的測定采用趙世杰的方法[14];參考Saladin等的方法測定銨態氮（NH+4-N）、游離氨基酸和游離脯氨酸含量[15];采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量[16];總糖和蔗糖含量采用蒽酮比色法測定[17];還原糖含量的測定采用3，5-二硝基比色法[18];硝酸還原酶（NR）活性的測定采用活體法[14];參照Wang等的方法測定谷酰胺合成酶（GS）活性[19];參照Groat等的方法測定谷氨酸合酶（GOGAT）活性[20];蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）活性參照高俊鳳的方法測定[18]。

1.3 數據處理

分別采用Microsoft Excel 2003、DPS 7.5軟件進行試驗數據處理和處理間差異顯著性檢驗（Duncans新復極差法）。

2 結果與分析

2.1 脫毒對大蒜農藝性狀的影響

由表1可知，脫毒有利于提高大蒜農藝性狀指標。隨繁殖世代的增加，脫毒大蒜株高、假莖高及葉長均呈先增后降的趨勢，大體以F2代最好，F1代次之，F7代僅葉長仍顯著高于CK，其株高和假莖高與CK無差異。脫毒大蒜處理組間株幅呈下降趨勢，且F7代與CK無差異，顯著低于其他世代。脫毒大蒜間假莖粗無差異，均顯著高于CK。脫毒大蒜間葉寬以F7代最寬，顯著高于其他世代。脫毒大蒜葉片數僅F1代顯著高于CK，其他與CK無顯著差異。

2.2 脫毒對大蒜葉片色素含量的影響

由表2可知，脫毒有利于提高大蒜葉片色素含量。在抽薹期，與CK相比，脫毒大蒜葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均顯著增加，但隨繁殖世代的增加，脫毒大蒜的葉片色素含量呈下降趨勢，葉綠素a和b均以脫毒F1代含量最高，F2代次之，F3代與F7代差異不顯著，類胡蘿卜素含量在F1代和F2代間無差異，顯著高于F3代和F7代。至鱗莖膨大期，脫毒大蒜葉片色素含量隨繁殖世代的增加亦呈下降趨勢，但僅F1代顯著高于其他世代。

2.3 脫毒對大蒜葉片糖含量及酶活性的影響

由表3可知，與CK相比，脫毒有利于提高大蒜葉片糖含量。在抽薹期，隨繁殖世代的增加，脫毒大蒜葉片總糖、蔗糖含量及SPS活性均呈先增后降的趨勢，且均以F2代最高，而SS活性呈先降后升的趨勢，以脫毒F2代活性最低，與此同時，還原糖含量呈下降趨勢，脫毒F1代和脫毒F2代差異不顯著。鱗莖膨大期的大蒜葉片總糖、蔗糖含量及SPS活性等的變化趨勢與抽薹期基本一致，但SS活性與之相反，呈先升后降的趨勢，以脫毒F3代活性最高，脫毒F2代次之。

2.4 脫毒對大蒜葉片氮代謝相關物質含量及酶活性的影響

由表4可知，與CK相比，脫毒有利于提高大蒜葉片的NO-3、可溶性蛋白、游離氨基酸及脯氨酸含量。抽薹期，隨繁殖世代的增加，脫毒大蒜葉片NO-3、游離氨基酸含量及NR活性均呈先增后降的趨勢，以脫毒F2代含量最高;與此同時，NH+4含量呈增加趨勢，以脫毒F3含量最高;而可溶性蛋白含量及GS、GOGAT活性均呈下降趨勢，以脫毒F1代最高，脫毒F7代最低，且均顯著高于CK;各處理間脯氨酸含量差異不顯著。

至鱗莖膨大期，各處理間大蒜葉片NH+4含量無顯著差異;可溶性蛋白和游離氨基酸含量均隨繁殖世代的增加呈先增后降的趨勢，以脫毒F2代含量最高，脫毒F1代和脫毒F7代間差異不顯著;脯氨酸含量呈下降趨勢，以F1代最高;大蒜葉片NO-3含量及NR、GS、GOGAT活性變化趨勢與抽薹期基本一致。

3 討論與結論

前人研究認為，無性繁殖作物在長期生產上易受到病毒侵染和積累[4，21]，可導致植株生長勢減弱，葉片卷曲或壞死，最終導致產量和品質下降[22-23]。目前，種苗脫毒是減少和防止病毒造成損失的最有效方法[24-25]。蔣明權研究發現，甘薯脫毒后綜合生長勢優于常規栽培種[26]。本試驗結果表明，大蒜脫毒有利于提高其生長勢，且以脫毒F2代綜合生長勢較好，這可能是因為脫毒F2代無病毒侵染或再次侵染后病毒積累尚較少，且繁殖營養體較大利于后期營養生長[27]。隨著繁殖代數的增加，脫毒F7代的生長勢已逐漸趨于常規栽培種，表明脫毒大蒜的生長優勢會因病毒的再侵染和積累而逐漸喪失。

已有研究表明，植物被病毒侵染會造成其葉綠體結構變化，功能遭到破壞，影響碳同化和代謝[28]。蔣明權研究發現，種苗脫毒可提高甘薯整個生育期的葉綠素含量[26]。在本試驗中，大蒜脫毒后葉片色素含量顯著增加，這與劉文英等的研究結果[10]一致，表明種苗脫毒可避免病毒對大蒜葉綠體結構和功能的不良影響，從而為增強碳代謝提供基礎，但隨著繁殖世代的增加，葉片色素含量開始下降，這可能是由病毒的再侵染和積累造成的。目前有關脫毒對大蒜碳代謝影響的研究尚有欠缺，本試驗對此進行了初步研究，結果發現，脫毒大蒜總糖、還原糖和蔗糖含量在抽薹期和鱗莖膨大期2個生育期內均較高，且以F2代最高，SPS活性亦顯著增加，表明脫毒可提高大蒜葉中糖的合成代謝。此外，脫毒大蒜葉片SS活性在抽薹期低于常規栽培種，而在鱗莖膨大期反而上升，表明在抽薹期，大蒜脫毒在促進葉片碳同化和轉化的同時還降低了糖的分解代謝;而在鱗莖膨大期，脫毒大蒜葉片中糖的分解代謝增強，這可能與光合產物從葉中向地下鱗莖輸出有關。

前人研究發現，脫毒植株氮代謝活躍，葉片NR活性增強[26]，游離脯氨酸含量增加[24]。本試驗中，抽薹期和鱗莖膨大期脫毒大蒜葉片中NO-3含量和NR活性均顯著增加，至F7代時與常規栽培種差異逐漸變小，說明脫毒可增強植株對NO-3的吸收和同化能力，但隨繁殖世代的增加，病毒的再侵染和積累會導致其能力下降。與此同時，脫毒大蒜葉片中可溶性蛋白和游離氨基酸含量亦顯著增加，這可能與脫毒誘導了GS和GOGAT活性增加有關。脫毒F1代和F2代鱗莖膨大期脯氨酸含量明顯高于常規栽培種，而較高的脯氨酸含量可提高大蒜耐高溫能力[29]，避免此生育期內高溫引起的大蒜早衰，這或許是脫毒大蒜增產的原因之一。

在本試驗中，脫毒可提高大蒜長勢，葉綠素含量亦顯著增加，碳氮代謝關鍵酶活性增強，利于糖分積累和NO-3吸收同化，但隨著繁殖世代的增加，病毒的再侵染和積累可導致生長優勢下降，種性退化。

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