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Sci Hortic| 山东农业工程学院果蔬贮藏保鲜团队在乙烯抑制马铃薯发芽机理研究方面取得新进展

2026-06-04 00:01:56

近日，Scientia Horticulturae在线发表了山东农业工程学院果蔬贮藏保鲜团队题为“Ethylene inhibits potato tuber sprouting during storage by regulating stress resistance and development”的研究论文。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2026.114646

研究背景

马铃薯（Solanum tuberosum）具有丰富的营养价值，加工方式多样，是世界范围内的主食。然而，采后马铃薯在贮藏期间由于发芽问题造成块茎失水皱缩、营养物质降解、毒素积累，使马铃薯的品质下降，直接影响它的商品价值。外源乙烯抑芽效果显著，同时不存在药剂残留的潜在危险，已经得到广泛应用。乙烯诱导的抑芽是一个复杂的过程，涉及多种代谢途径。本文全面揭示了外源乙烯抑制马铃薯发芽的分子机制，为优化和开发马铃薯抑芽技术提供理论依据。

研究结果

1. 乙烯抑制马铃薯块茎发芽

本研究在25℃条件下采用固体乙烯释放剂对休眠期后的马铃薯进行持续熏蒸处理，观察乙烯处理组（ET）和对照组（CK）的发芽情况。CK组在第2 d顶芽开始萌发，第4天侧芽开始萌发；而ET组少数顶芽在储存第6 d开始萌发，侧芽在第10 d开始萌发。储存至第10 d时，CK组的顶芽长度约为11 mm，而ET组仅约5mm（图1）。CK组的马铃薯发芽率显著高于ET组。结果表明，持续施用外源性固体乙烯释放剂可有效抑制马铃薯发芽。

图1 乙烯抑制马铃薯块茎发芽

2.乙烯对还原糖和可溶性糖含量的影响

对马铃薯块茎顶芽的还原糖及可溶性糖含量进行了测定，结果如图2所示。休眠期后的马铃薯在室温存放过程中，还原糖含量和可溶性糖含量呈下降趋势，还原糖由2.5 mg/g下降至1 mg/g，可溶性糖由21 mg/g下降至6 mg/g，说明马铃薯发芽过程中伴随着糖的消耗。ET组还原糖含量在处理第2、6、10 d均显著高于CK，可溶性糖含量在第6、10 d显著高于CK，说明乙烯处理通过抑制糖的利用延缓马铃薯块茎发芽。

图2 乙烯对还原糖和可溶性糖的影响

3.乙烯对活性氧代谢的影响

我们检测了乙烯对马铃薯活性氧代谢相关指标的影响，结果如图3所示。马铃薯发芽过程中丙二醛（MDA）含量增加，乙烯处理能够抑制丙二醛的产生，在储藏第2、6、10 d和CK相比均达到显著性差异。过氧化氢酶（CAT）活性在储藏过程中先升高后下降，超氧化物歧化酶（SOD）活性呈现上升趋势。乙烯处理提高了CAT和SOD活性，尤其是在第6 d、10 d，均达到显著性差异。说明乙烯处理通过提高CAT和SOD酶的活性抑制MDA的产生，延缓马铃薯发芽。

图3 乙烯对活性氧代谢的影响

4.乙烯处理上调抗逆相关基因及下调生长发育相关基因的表达

外源乙烯处理上调基因多数与植物抵抗逆境胁迫相关，并且多集中在处理2 d时，其中29个基因参与了MAPK信号途径和植物激素信号转导，例如病原菌侵染、乙烯信号、茉莉酸信号、脱落酸信号。上调基因中多个基因参与了物质的合成与代谢，并且处理2 d时上调基因较多。这些基因参与了半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、倍半萜类和三萜类化合物的生物合成以及谷胱甘肽的合成与代谢。

外源乙烯处理2 d时下调基因主要参与了细胞分裂素信号、赤霉素信号、生长素信号、细胞壁的合成、光合作用，处理6 d时下调基因参与信号通路增加了油菜素内酯信号、细胞周期、苯丙烷类物质的生物合成与代谢，并且处理6 d时各通路基因数量多于处理2 d。

5. 结论

本研究表明外源乙烯持续处理能有效抑制马铃薯发芽，并解析乙烯通过以下机制抑制马铃薯发芽（图4）：

（1）乙烯处理组具有较高的还原糖及可溶性糖含量，说明乙烯通过抑制马铃薯块茎中的物质利用抑制发芽。

（2）乙烯处理降低了丙二醛含量，提高了SOD和CAT活性，说明乙烯处理提高了马铃薯块茎中的活性氧代谢，从而抑制马铃薯发芽。

（3）乙烯处理提高了病原菌侵染、乙烯、茉莉酸、脱落酸等抗逆相关信号途径中基因的表达，降低了生长素、赤霉素、油菜素内酯、细胞周期、细胞壁合成、光合作用等与发育相关的信号途径基因的表达，通过调节抗逆与生长抑制马铃薯发芽。

图4 乙烯抑制马铃薯发芽的机制

团队或作者（第一或者[和]通讯作者简介）

第一作者：王君，博士，山东农业工程学院食品科学与工程学院讲师，从事果蔬采后贮藏技术及机理研究。主持校级科研项目1项，参与国家级和省部级项目3项。以第一作者在Journal of Integrative Plant Biology、Scientia Horticulturae、Biochemical and Biophysical Research Communications发表文章3篇。

通讯作者：陈庆敏，教授，硕士生导师，山东省有突出贡献的中青年专家，齐鲁巾帼科技创新之星，山东省农业产业技术体系蔬菜体系贮藏加工岗岗位专家。主要从事果蔬采后品质控制关键技术及新产品研发与应用。获得山东省技术发明一等奖，山东省科技进步三等奖，中国商业联合会科技进步一等奖，山东省高等学校科学技术三等奖等奖项；主持国家自然科学基金、山东省重点研发计划等省部级以上课题10余项，发表论文60余篇。授权国家专利15项，其中发明专利10项，实用新型3项。