外源乙烯对马铃薯发芽的调控机制研究

Potato, the world's fourth-largest crop, is easy to sprout in approriate environment and produce toxic substances, such as solanine. The edible and process value of patatoes reduced or lost completely, which brought huge economic lose and potential safety hazard to consumers and manufacturers. Study on the proper control methods in potato sprouting has become the hotspot in potato research field and industry in recent years. Disvantages of present technologies lied in the weak adaptability and potential safety hazard. The former research results by our research team indicated that exogenous ethylene would influence potato sprouting, however, the control mechanism was not clear yet. .In this research, effects of exogenous ethylene on changes and transforms of carbohydrates in strch-sugar metabolism pathway of potato tube were studied, based on the control effect of exogenous ethylene in potato sprouting; then, key enzymys in the pathmay could be found, furthermore, the enzyme activity change and gene expression of those enzymes affected by exogenous ethylene was studied, At last, control mechanism of exogenous ethylene in potato sprouting could be revealed, which provided the theory and technique support for the proper control in potato sprouting.

马铃薯是世界第四大农作物，但易发芽而产生龙葵素等有毒物质，降低或失去了食用和加工价值，给生产商和消费者带来了巨大的经济损失和安全隐患。对马铃薯的发芽进行合理地人为调控，是当今马铃薯研究领域和产业中亟待解决的关键问题。现有技术手段存在适用性差、有安全隐患等缺点。前期的研究表明，外源乙烯可大幅推迟马铃薯的发芽时间，但其作用机制尚不清晰。本项目从外源乙烯对马铃薯发芽的调控作用出发，研究外源乙烯作用后马铃薯块茎淀粉-糖代谢途径中碳水化合物的变化特点和转化规律，找出主要路径和关键调控酶，阐释乙烯对该酶的活性变化规律和基因表达的影响，揭示外源乙烯对马铃薯发芽的调控机制，为合理调控马铃薯发芽提供理论支持和技术支撑。

1．外源乙烯可以控制马铃薯的发芽.外源乙烯可对马铃薯的发芽起到一定的抑制作用，但发芽进程无法完全抑制。增加用量可以提高抑芽效果，浸蘸及重复使用效果更好，另外使用时，环境温度越低效果越好。.2．乙烯通过马铃薯碳水化合物代谢过程影响了发芽.马铃薯贮藏过程中，外源乙烯可以轻微地减缓其呼吸强度整体的下降趋势，并提高其总糖的含量，减缓还原糖含量的下降。葡萄糖、果糖蔗糖含量显著降低，但葡萄糖和果糖的变化较小，蔗糖的降低速度则显著加快，且与剂量有着显著的正相关性。对淀粉的影响因其剂量的改变而不同。其中，与其发芽情况相关性较大的是总糖、总还原糖及其蔗糖的变化。.研究结果表明，马铃薯货架期期间，随着贮藏时间的延长，转化酶的活性逐渐增强。未处理的马铃薯中转化酶的活性变化较小。经外源乙烯处理后，马铃薯中的中性转化酶和酸性转化酶的的反应不同，酸性转化酶受到激活且与乙烯的用量成正相关，而中性转化酶受到乙烯的影响并不明显。.未处理的马铃薯中，淀粉酶的活性维持较高水平，蔗糖合酶、蔗糖磷酸合成酶活性逐渐增强，淀粉磷酸化酶活性随着实验的进行，其活性也有轻微的上升趋势。乙烯处理后，淀粉酶的活性与对照相比进一步增强，且变化趋势差异较大。外源乙烯对蔗糖合酶及蔗糖磷酸合酶的的活性有很明显的影响，酶的活性因外源乙烯的干扰显著提高。淀粉磷酸化酶的活性变化不明显，这可能和淀粉磷酸化酶降解淀粉的途径和乙烯处理后底物淀粉含量的降低有关。.3．乙烯对马铃薯其它代谢路径的影响.乙烯对酚类物质代谢、内源激素、膜脂过氧化、总蛋白及氧化还原酶活性均有较大影响。.4．乙烯处理对马铃薯加工品质的影响.(1) 鲜切马铃薯褐变：外源乙烯提高了马铃薯的呼吸强度，增加了褐变度，提高PPO，POD的活性，而1-MCP则起到了抑制作用。.(2) 外源乙烯可以提高油炸马铃薯片的含水量、脂肪含量和丙烯酰胺的含量，而经1-MCP和乙烯+1-MCP处理的马铃薯，油炸马铃薯片的含水量增加，但含油量和丙烯酰胺的含量下降，其中1-MCP效果最好。. 以上结果表明，乙烯处理可以作为一种有效的马铃薯抑芽技术来使用，主要通过糖代谢路径的调控影响发芽，但对加工品质有一定影响。另外，乙烯影响了发芽过程中的其他代谢路径，需要结合蛋白质组学、代谢组学、转录组学等手段开展进一步的研究工作。