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

Anthocyanin content in purple potato tuber is the most important quality indicators while light and is the most important environmental factor that affects anthocyanin synthesis. Autumn and winter of Sichuan basin belong to the typical climate of low-light and short day and low-light stress may be the primary factor that leads to the tuber color of purple potato change lighter in autumn and winter. Meanwhile, the application of exogenous regulating material could significantly increase anthocyanin content. Nevertheless, there is rarely research about the effects of light and exogenous regulating material on the anthocyanin synthesis of purple potato. Based on the former research of shading and application of exogenous regulating material in purple potato growing, the applicant would use “combined experiment of plateau mountainous area and basin plain in Sichuan”and “combined experiment of pot plant and phytotron” and set different light region, light intensity, sunshine hours and exogenous regulating material. Through the measure of many index such as plant photosynthesis characteristics, key enzyme activity of anthocyanin biosynthesis, total soluble sugars, phenylalanine anthocyanin content in tuber of purple potato, to research the enzymatic regulation mechanism of low-light stress on anthocyanin biosynthesis in potato tuber, explain the enzymatic regulation mechanism of exogenous regulating material on anthocyanin biosynthesis, then make clear the suitable adjustment measures that could increase anthocyanin content of purple potato under the condition of low-light stress. The implementation of the project would afford important theoretical and production practice basis of guiding the planting division and pigment quality optimization for purple potato.

花青素含量是紫马铃薯最重要的品质指标，而光是影响花青素合成最重要的环境因子。四川盆地秋冬季属于典型的弱光短日照气候，弱光胁迫有可能是导致该区域秋冬作紫马铃薯块茎颜色变浅、变花的首要原因。同时，喷施外源调控剂可显著提高植物花青素含量。然而，有关光和外源调控剂对紫马铃薯花青素合成影响的研究极少。申请者在前期对紫马铃薯遮光和喷施外源调控剂研究的基础上，拟采用“盆周高原山区-盆地平原区联合试验”和“盆栽-人工气候室联合试验”，设置不同光照区、光照强度、日照时数及外源调控剂处理，通过对植株光合特性、块茎花青素合成关键酶活性及可溶性总糖、苯丙氨酸、花青素含量等指标的测定，研究弱光胁迫影响紫马铃薯花青素合成的酶学机制，探明外源调控剂对花青素合成调控的酶学机理，明确弱光胁迫下提高紫马铃薯花青素含量适宜的调控措施。项目的实施对指导紫马铃薯种植区划及色素品质调优栽培有重要的理论和生产实践意义。

本研究开展了“高原山区-平坝浅丘-盆地平原”试验和“温室盆栽试验”。. 1、不同光照地区对马铃薯花青素含量及品质的影响。（1）小金县（海拔3000 m）繁育的黑美人生产种薯，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%。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 %。（2）2016年，黑美人的块茎花青素含量均表现为高原山区试点>盆地平原试点>平坝浅丘试点，且地点间差异均达显著水平。蓉紫芋5号块茎花青素含量则表现为高原山区试点和盆地平原试点差异不显著，但均显著高于平坝浅丘试点。. 2、光照时间和光照强度对紫马铃薯花青素合成与品质的影响。（1）不同光照时间：2015年，2h光照处理的平均单株块茎重和花青素含量较4h光照处理高32.29%和15.14%，且块茎CHI、DFR、干物质率、可溶性糖、总淀粉含量也表现为2h光照处理高于4h光照处理，但2016年花青素含量、PAL、UFGT、粗蛋白含量则相反。2015年和2016年，2h光照块茎苯丙氨酸含量与4h光照处理基本相同。（2）不同光照强度：单株块茎重均表现为强光>中光>弱光，且处理间差异均达显著水平。2015年2h光照处理和2016年2h、4h光照时间处理平均块茎花青素含量表现为强光>中光>弱光,且强光处理与中光处理差异不显著，但显著高于弱光处理。苯丙氨酸含量、花青素合成酶活性和品质指标基本表现为强光和中光处理高于弱光处理。. 3、光照时间和外源调控剂对紫马铃薯单株块茎重和花青素含量的影响。（1）2015年，2h光照处理的平均单株块茎重和花青素含量较4h光照处理高，2016年则相反。（2）2015年和2016年，单株块茎重和花青素含量均是GA处理最高，其次是KH2PO4处理，CaCl2和H2O2处理最低。其中，2015年2h、4h光照时间和2016年2h、4h光照时间下，GA处理花青素含量较清水对照分别高6.64%、28.04%、62.95%、11.21%。. 研究结果为指导紫马铃薯种植区划及色素品质调优栽培提供了数据支撑。