李莎莎 廖子杰 孫曉鵬 劉海利 牛義 張盛林

摘要：【目的】分析不同種魔芋（Amorphophallus konjac）球莖的機械損傷敏感性因素，為魔芋種芋調(diào)種運輸提供參考依據(jù)。【方法】測定花魔芋（A. konjac）、白魔芋（A. albus）、珠芽魔芋（A. bulbifer）、西盟魔芋（A. krausei）、疣柄魔芋（A. paeoniifolius）及紅薯（Sweet potato）、馬鈴薯（Potato）和芋（Taro）等8種薯芋類作物球莖的耐撞擊性、水含量、硬度及觀察其表皮細(xì)胞形態(tài)，比較分析不同種魔芋種芋與馬鈴薯、紅薯和芋的機械損傷敏感性因素差異?！窘Y(jié)果】各薯芋類作物的球莖撞擊損傷后27 ℃培養(yǎng)3 d，其中，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖發(fā)病腐爛，而疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖無任何發(fā)病特征。花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量分別為86.73%、82.34%、80.01%和80.32%，均不同程度高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋;花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的硬度較接近，相互間差異不顯著（P>0.05），其中花魔芋球莖的硬度最低，為14.40 kg/cm2，顯著低于紅薯（37.70 kg/cm2）和芋（34.17 kg/cm2）;花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細(xì)胞壁較薄，容易破裂，細(xì)胞排列不規(guī)則;西盟魔芋球莖的細(xì)胞較小，但細(xì)胞壁松弛，邊緣間隙不明顯，支持力較弱;疣柄魔芋和芋的細(xì)胞壁較松弛且粗糙，細(xì)胞排列不規(guī)則但相對密集;紅薯和馬鈴薯的細(xì)胞壁平滑堅挺，支持力較強。相關(guān)性分析結(jié)果表明，薯芋類作物球莖的機械損傷差異與其水含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05，下同），與細(xì)胞大小呈正相關(guān)，與硬度呈顯著負(fù)相關(guān);水含量 分別與硬度和細(xì)胞大小呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān);硬度與細(xì)胞大小呈負(fù)相關(guān)?！窘Y(jié)論】水含量高、硬度小、表皮細(xì)胞壁薄且體積大是不同種魔芋球莖機械傷敏感性高的關(guān)鍵因素，因此在調(diào)種環(huán)節(jié)應(yīng)采用有效的緩沖包裝材料對種芋進(jìn)行包裝后再運輸，以減輕魔芋種芋的機械損傷。

關(guān)鍵詞： 魔芋;機械損傷;敏感性因素;水含量;硬度;表皮細(xì)胞形態(tài)

中圖分類號： S632.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）04-0795-07

Abstract：【Objective】The aim of this study was to explore the key factors of mechanical damage sensitivity of diffe-rent species of Amorphophallus konjac root tuber，and provide reference for the allocating and transportation of A. konjac. 【Method】The impact resistance，water content and hardness of A. konjac，A. albus，A. bulbifer，A. krausei，A. paeoniifolius，sweet potato，potato and taro were determined and the morphology of epidermal cells was observed，in order to compare the different sensitive factors of mechanical damage of different species of A. konjac， potato，sweet potato and taro. 【Result】The bulbs of each tuble vegetable were cultured for 3 d at 27 ℃ after impact damage，A. konjac，A. albus，A. bulbifer，A. krausei have decayed，while A. paeoniifolius，sweet potato，potato，taro had no pathogenic features. The water contents of A. konjac，A. albus，A. bulbifer，A. krausei were 86.73%，82.34%，80.01% and 80.32%，respectively，which were higher than A. paeoniifolius，sweet potato and potato，taro. The hardness of the A. konjac，A. albus，A. bulbifer，A. krausei were close to each other，and the difference between them was not significant（P>0.05），The A. konjac bulb had the lowest hardness（14.40 kg/cm2），which was significantly lower than the sweet potato（37.70 kg/cm2） and taro（34.17 kg/cm2）. A. konjac，A. albus and A. bulbifer had thin cell walls，they were easily broken，and the cells were irregularly arranged. A. krausei cells were small，but the cell wall was slack，the marginal gap was not obvious，and the support was weak. The cell walls of A. paeoniifolius and taro were slack and rough，and the cells were arranged irregularly but relatively dense，and the cell walls of sweet potato and potato were smooth and firm，and the support was relatively strong. The correlation ana-lysis indicated that mechanical damage sensitivity of different species of A. konjac root tuber had significantly positive correlation with water content（P<0.05， the same below）， it had positive correlation with cell size， and had significantly ne-gative correlation with hardness. Water content was negatively correlated with hardness and positively correlated with cell size， hardness was negatively correlated with cell size. 【Conclusion】The high water content，low hardness， thin epidermal cell wall and large cell size are the key factors for the strong sensitivity of different kinds of A. konjac bulbs. A. konjac should be packaged in an efficient buffering material during the transportation of the allocating to reduce the mechanical damage to A. konjac for seeding.

Key words： Amorphophallus konjac; mechanical damage; sensitivity factor; water content; hardness; epidermal cell morphology

0 引言

【研究意義】魔芋（Amorphophallus konjac）別名蒟蒻、花桿蓮和花稈南星等，屬天南星科（Araceae）魔芋屬（A. blume）多年生宿根草本植物，是目前唯一能大量合成葡甘露聚糖（KGM）的經(jīng)濟作物，而葡甘露聚糖是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)最優(yōu)質(zhì)的可溶性膳食纖維（張盛林，2005）。近幾年來，隨著魔芋用途的不斷開發(fā)，我國魔芋需求量逐年增長，種植面積不斷擴大（楊學(xué)智，2010;鄧龍交和敖文，2016），種植基地板塊建設(shè)呈老基地穩(wěn)步增加、新基地迅速崛起的態(tài)勢，種芋缺乏已成為魔芋新基地發(fā)展的限制因素，需通過調(diào)種解決種芋不足的問題。魔芋雖與馬鈴薯和紅薯同為薯芋類作物，但使用與馬鈴薯或紅薯同樣粗放的運輸方式運輸魔芋種芋會導(dǎo)致其嚴(yán)重?fù)p傷，引起魔芋軟腐病病菌（歐文氏桿菌）入侵，最終導(dǎo)致魔芋低產(chǎn)甚至絕收。因此，探究魔芋機械損傷的敏感性因素，對減少其種芋運輸過程中的機械損傷及促進(jìn)魔芋產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，全世界共發(fā)現(xiàn)魔芋屬植物163種，其中我國發(fā)現(xiàn)并命名的有21種（其中9種為我國特有種）（劉佩瑛，2004;李川，2006;潘程，2012），且分布地區(qū)廣泛。魔芋可分為葡甘聚糖型、淀粉型和中間型3種類型，其中葡甘聚糖型有花魔芋（A. konjac）和白魔芋（A. albus）等，淀粉型有疣柄魔芋（A. paeoniifolius）和南蛇棒（A. dunnii）等，中間型有攸樂魔芋（A. yuloensis）、西盟魔芋（A. krausei）和珠芽魔芋（A. bulbifer）等（劉佩瑛，2004;袁莉等，2018）。在魔芋栽培方面，梁艷麗等（2010）研究表明，珠芽魔芋是繁殖方式獨特的野生馴化魔芋種，其染色體屬三倍體（2n=39）的極少數(shù)種，因其生長習(xí)性特殊，國內(nèi)未大面積種植;孟凡冰等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，疣柄魔芋分布較廣泛。在魔芋機械損傷方面，司玉芹等（2006）、張偉（2009）、何峰等（2011）、葛瑋珍（2013）研究發(fā)現(xiàn)，機械傷口是魔芋軟腐病菌（歐文氏桿菌）入侵的主要途徑;周麟（2012）、高祥伍等（2014）、馬軍妮等（2016）、王曉娥等（2017）、曾旭等（2017）研究認(rèn)為，魔芋種芋受傷后不會立即發(fā)病，出苗初期魔芋長勢較好，但地下球莖已開始腐爛，最終造成魔芋低產(chǎn)甚至絕收，因此，在種芋運輸過程中應(yīng)防傷、控溫和控濕，且種植前需對魔芋進(jìn)行藥劑處理，后期進(jìn)行防病。【本研究切入點】至今，前人對魔芋機械損傷的研究多數(shù)集中在運輸方式、種植前藥劑處理及種植后期的防病等方面，鮮見從魔芋機械損傷敏感性因素差異上進(jìn)行相關(guān)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】測定分析5個不同種魔芋與馬鈴薯、紅薯和芋的水含量、硬度、表皮細(xì)胞形態(tài)及耐機械傷差異性，探究影響魔芋機械損傷敏感性的因素，為魔芋產(chǎn)業(yè)安全調(diào)種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗于2017年10月在重慶市北碚區(qū)歇馬魔芋資源圃和魔芋生物學(xué)研究實驗室進(jìn)行，以從北碚歇馬魔芋資源圃挖收的新鮮花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋、西盟魔芋、疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋8種薯芋類作物為供試材料，各材料球莖重90～95 g/個。

1. 2 測定項目及方法

1. 2. 1 不同材料耐機械傷敏感性差異比較 將不同供試材料在40 cm高度自由下落，之后在27 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，3 d后觀察記錄其發(fā)病情況并進(jìn)行拍照。

1. 2. 2 水含量測定 采用烘干稱重法測定水含量。選取8種材料大小均勻的球莖進(jìn)行鮮重稱量，失水前重量記為m1，切片置于托盤中在105 ℃恒溫條件下烘干至恒重，此時的重量記為m2，最后計算不同樣品水含量。

水含量（%）=（m1-m2）/m1×100

1. 2. 3 硬度測定 將各材料球莖的兩個對稱面削去表皮，用GY-4水果硬度計的探頭部分插入待測材料，記錄全過程中的峰值，即為該材料的硬度值。

1. 2. 4 球莖表皮電鏡觀察 參照張國云等（2016）、黃遠(yuǎn)潔等（2017）、林婷婷等（2018）的方法進(jìn)行各材料球莖表皮電鏡觀察。在各材料新鮮球莖表面剝?nèi)￠L寬均為0.5 cm的表皮，放入100 mL燒杯中，加入pH 6.8的2.5%戊二醛固定液，于4 ℃下固定12 h;再用pH 6.8的0.1 mol/L PBS緩沖液常溫漂洗3次，每次漂洗15 min;然后依次用30%、50%、70%和90%乙醇脫水1次，每次脫水15 min;用100%乙醇脫水3次，每次脫水15 min。脫水結(jié)束后在25 ℃烘箱中再次干燥，保證材料中無水分和乙醇?xì)埩簦悦飧蓴_后期操作;最后粘臺、在E-1010 ION SPUTTER中鍍金、用S-3000N型掃描電子顯微鏡觀察。

以上所有試驗樣品均重復(fù)測定3次，取平均值。

1. 3 統(tǒng)計分析

各材料球莖的表皮細(xì)胞數(shù)量性狀[長（L）和寬（W）]采用CAD 2008進(jìn)行測量，結(jié)合電鏡顯微標(biāo)尺長度計算其實際長度;試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計，以SPSS 22.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 薯芋類作物球莖的機械損傷差異性比較

從圖1可看出，受相同機械損傷、在27 ℃下培養(yǎng)3 d后，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖均已發(fā)病，且表現(xiàn)出不同程度的病斑，病斑周圍組織松軟，而疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖無任何發(fā)病特征。說明花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的種芋比其他4種薯芋類作物更易發(fā)生機械損傷并腐爛。

2. 2 薯芋類作物球莖機械損傷敏感性與水含量的關(guān)系

從圖2可看出，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量分別為86.73%、82.34%、80.01%和80.32%，均明顯高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋的水含量（分別為72.68%、76.31%、75.93%和78.80%），其中花魔芋球莖的水含量顯著高于疣柄魔芋、馬鈴薯、紅薯和芋（P<0.05，下同），白魔芋的水含量顯著高于疣柄魔芋、馬鈴薯和紅薯，而同為魔芋屬的疣柄魔芋水含量最低，且顯著低于其他4種魔芋和芋。說明水含量高是花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋機械損傷的敏感性因素。

2. 3 薯芋類作物球莖機械損傷敏感性與硬度的關(guān)系

從圖3可看出，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的硬度較接近且均較小，分別為14.40、15.50、16.03和15.97 kg/cm2，相互間無顯著差異（P>0.05），而同屬疣柄魔芋球莖的硬度為27.23 kg/cm2，顯著高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋，可能與其不含葡甘露聚糖有關(guān)。紅薯、芋和疣柄魔芋球莖的硬度（分別為37.70、34.17和27.23 kg/cm2）均顯著高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋，馬鈴薯球莖的硬度（19.87 kg/cm2）明顯高于花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋。說明硬度小是花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋易受機械損傷的一個關(guān)鍵因素，即硬度小也是這4種魔芋機械損傷的敏感性因素之一。

2. 4 薯芋類作物球莖表皮細(xì)胞的電鏡觀察結(jié)果

從圖4可看出，花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細(xì)胞壁較薄，容易破裂，細(xì)胞排列不規(guī)則;西盟魔芋球莖的細(xì)胞較小，但細(xì)胞壁松弛，邊緣間隙不明顯，支持力較弱;疣柄魔芋和芋球莖的細(xì)胞壁較松弛且粗糙，邊緣有不同程度的小褶皺，細(xì)胞排列不規(guī)則但相對密集;紅薯和馬鈴薯球莖的細(xì)胞壁平滑堅挺，支持力較強，細(xì)胞邊緣間隙明顯，紅薯球莖的細(xì)胞排列相對整齊，呈縱向走勢，而馬鈴薯球莖的細(xì)胞排列相對散亂。參照曾妮（2016）關(guān)于氣孔器形態(tài)描述的分類結(jié)果，可將8種薯芋類作物球莖表皮細(xì)胞分為橢圓形[1.35≤長寬比（L/W）≤1.55]、長橢圓形[長寬比（L/W）>1.55]和寬橢圓形[長寬比（L/W）<1.35]3種類型。由表1可知，花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的細(xì)胞長度顯著長于西盟魔芋、疣柄魔芋、紅薯和芋，馬鈴薯與魔芋球莖的細(xì)胞長度較接近;各材料的細(xì)胞寬度間也存在一定差異，但與長度相比差異較小，因此長度較長的細(xì)胞也較大。西盟魔芋和芋球莖的細(xì)胞形狀為橢圓形，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋、疣柄魔芋、紅薯和馬鈴薯球莖的細(xì)胞形狀為長橢圓形。

綜上所述，花魔芋、白魔芋和珠芽魔芋球莖的表皮細(xì)胞壁薄且細(xì)胞大，西盟魔芋球莖的表皮細(xì)胞松弛，支持力較弱，因此花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋對機械損傷的敏感性更強，即花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的表皮細(xì)胞壁薄或細(xì)胞壁松弛也是其機械損傷的敏感性因素之一。

2. 5 薯芋類作物球莖主要機械損傷指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果

從表2可看出，薯芋類作物球莖的機械損傷差異性與水含量的相關(guān)系數(shù)為0.714，呈顯著正相關(guān)，與細(xì)胞大小的相關(guān)系數(shù)為0.514，呈正相關(guān)，與硬度的相關(guān)系數(shù)為-0.750，呈顯著負(fù)相關(guān);水含量與硬度和細(xì)胞大小分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)，硬度與細(xì)胞大小呈負(fù)相關(guān)。說明水含量高、硬度小及細(xì)胞較大且細(xì)胞壁松弛均是影響魔芋機械損傷敏感性的重要因素。因此，在調(diào)種過程中，應(yīng)采用有效的緩沖包裝材料對魔芋種芋進(jìn)行包裝后再運輸，以減輕調(diào)種過程中種芋的機械損傷。綜上所述，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖水含量高、硬度小、表皮細(xì)胞體積大且薄是影響其與其他薯芋類作物機械損傷敏感性差異的關(guān)鍵因素。

3 討論

已有研究表明，果蔬在采前和采后會因為相互碰撞或受到外力碰擊產(chǎn)生損傷，損傷程度因影響因素不同而異，如跌落高度、碰撞能量、碰撞次數(shù)、碰撞或跌落時其表面特性和果蔬的成熟度及大小等（Blahovec and Papr?tein，2005），而損傷的敏感性又因品種而異（Pasini et al.，2004）。本研究中，不同薯芋類作物的球莖跌落損傷后，疣柄魔芋、紅薯、馬鈴薯和芋的球莖未表現(xiàn)出明顯損傷，而花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋的球莖發(fā)生損傷且腐爛，表明薯芋類作物的機械損傷敏感性因品種不同而存在差異，與Berardinelli等（2005）對意大利地區(qū)3個梨品種、Li等（2010）對三腔室和四腔室番茄進(jìn)行模擬振動試驗的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋球莖的水含量明顯高于其他4種試材，且比其他4種材料更容易產(chǎn)生機械損傷而發(fā)生病害，其機械損傷的敏感性與水含量呈顯著正相關(guān)，與Analooei（2012）的研究結(jié)果一致。

楊曉清和王春光（2008）研究表明，影響果蔬變形的主要因素有壓力、力作用時間和果實硬度，果實變形超過極限值就會產(chǎn)生損傷，因此損傷程度與壓力、力作用時間和果實硬度密切相關(guān)。果蔬在受到碰撞和跌落沖擊時會產(chǎn)生沖擊損傷，是因為沖擊力超過了果蔬自身的硬度（虢露葭等，2013）。本研究中，薯芋類作物的球莖在受到相同的機械損傷時，硬度小的花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋和西盟魔芋出現(xiàn)了腐爛，而其他4種材料完好，說明薯芋類作物的種芋自身硬度與機械損傷敏感性呈反比，與蘇晶（2011）對蘋果的研究結(jié)果一致。

果蔬的外壁結(jié)構(gòu)不同，對機械損傷的敏感性也存在差異。本研究結(jié)果表明，薯芋類作物球莖表皮細(xì)胞的細(xì)胞壁越薄、細(xì)胞越大、排列無規(guī)則，其受到同樣程度機械損傷時的敏感性越強，與吳主蓮（2012）研究認(rèn)為果蔬種類和品種的外皮保護(hù)能力越強、組織彈性越大，其機械損傷敏感性越低、反之越高的觀點一致。

4 結(jié)論

水含量高、硬度小、表皮細(xì)胞壁薄且體積大是不同種魔芋球莖機械傷敏感性高的關(guān)鍵因素，因此在調(diào)種環(huán)節(jié)應(yīng)采用有效的緩沖包裝材料對種芋進(jìn)行包裝后再運輸，以減輕魔芋種芋的機械損傷。

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