全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第4期，2006年8月 651
低温条件下转AcInv反义基因马铃薯品系的干物质、淀粉和还原糖含量
变化
成娟1,2 张金文1,2,* 王蒂1
甘肃农业大学1 农学院，2 研究测试中心，兰州 730070
提要 检测低温(4℃)贮藏条件下转AcInv反义基因与否的马铃薯品系块茎中干物质、淀粉和还原糖含量变化的结果表明：
随着低温贮藏时间的延长，各转基因品系块茎中干物质含量变化不大，淀粉含量虽有下降但较为平缓；转基因品系中的
还原糖含量增加幅度比受体品种的明显降低，转 AcInv 反义基因的‘甘农薯 1 号’和‘大西洋’块茎抗低温糖化能力明
显高于未转 AcInv 反义基因的品系。
关键词 马铃薯；AcInv 反义基因；低温贮藏；干物质；淀粉；还原糖
Variations in Dry Material, Starch and Reducing Sugar Contents in Transgenic
Potato (Solanum tuberosum L.) Tuber with Antisense AcInv Gene at Low Tem-
perature
CHENG Juan1,2, ZHANG Jin-Wen1,2,*, WANG Di1
1College of Agronomy, 2Instrumental Research & Analysis Center, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
Abstract Transgenic lines of potato (Solanum tuberosum L.) tubers of ‘Atlantic’, ‘Cardinal’ and ‘Gannongshu
No.1’ were stored at 4℃. The dry material, starch and reducing sugar contents were measured and analyzed.
The results showed that the dry material content in transgenic tubers remained constantly or varied slightly; the
starch content decreased gradually; and the reducing sugar content increased but the extents of increasing of
‘Atlantic’ and ‘Gannongshu No.1’ were inferior to the control.
Key words potato (Solanum tuberosum L.); AcInv antisense gene; stored at low temperature; dry material;
starch; reducing sugar
收稿 2006-02-24 修定　 2006-04-13
资助　 国家自然科学基金项目(30270843)和甘肃省自然科学基
金项目(ZS991-A21-029-N)。
*通讯作者(E-mail: jwzhang305@163.com, Tel: 0931-
7632540)。
马铃薯(Solanum tuberosum L.)作为季节型收
获的农产品，其收获时间较为集中，自收获到加
工还需要一段时间，为了防止贮藏期间病害侵袭
和失水所造成的损失，通常采用低温贮藏方法以
延长其加工周期。但低温贮藏会造成块茎中还原
糖含量增加，即所谓的低温糖化(low temperature
sweetening)现象(Morrell 1986)，这会影响马铃薯
加工品质，降低出粉率。因此，选育耐低温贮
藏和还原糖含量低的品种对于马铃薯贮藏和加工都
有一定的积极意义。
低温糖化是贮藏块茎淀粉降解和糖酵解失衡
引起的生理反应(Isherwood 1973)，这一过程涉及
到一系列的酶。其中，在淀粉—糖代谢中比较重
要的酶有尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP glu-
cose pyrophosphorylase, UGPase)和酸性转化酶(acid
invertase, AcInv)，这两个酶对淀粉降解很重要
(Isherwood 1976)。Pressey (1966)的研究指出，
块茎低温糖化过程中 AcInv 是关键酶，它催化淀
粉降解的最后一步反应，即蔗糖进一步降解为葡
萄糖，这是一个不可逆的过程。虽然马铃薯的低
温糖化程度随品种不同而表现出遗传上的差异性，
但到目前为止还未发现对低温糖化有明显抗性的品
种(Oeller等 1991；Zrenner等 1996)。目前，采
用反义 RNA 技术，通过克隆 AcInv 基因，构建
反义植物表达载体，转化马铃薯品种以抑制低温
植物生理学通讯 第42卷 第4期，2006年8月652
糖化过程中 AcInv 基因的表达，从而降低其还原
糖含量，已成为培育抗低温糖化马铃薯优良加工
品种的一种重要途径而引起人们的重视(张金文等
2001)。
目前，我们已得到了一些转AcInv 反义基因
马铃薯品系(张金文等 2 0 0 1；张建全和张金文
2002)。本文对转AcInv反义基因的3个马铃薯品
系收获块茎在低温(4℃)贮藏下的干物质、淀粉、
还原糖含量的变化进行了测定，以此对转 AcInv
反义基因马铃薯块茎抗低温糖化的效果进行初步评
价，为采用基因工程技术培育抗低温糖化优良加
工型马铃薯新品种提供参考。
材料与方法
材料为马铃薯(Solanum tuberosum L.)品种‘大
西洋’(‘Atlantic’)、‘台湾红皮’(‘Cardinal’)
和‘甘农薯 1 号’(‘Gannongshu No.1’)的块
茎，以及由这 3 个品种获得的转 AcInv 反义基因
株系收获的块茎。所有材料均为5月播种，10 月
收获，块茎均达到正常成熟。统一收获后，挑
选无病虫害和机械损伤的块茎，先在贮藏室(16℃)
放置 15 d，以促进块茎表皮细胞木栓化；然后，
将各材料取3份(重复3次)，置于冰箱冷藏室(4℃)
中冷藏贮存。从低温贮藏日开始，每隔15 d 测定
一次，共测定 5 次。
干物质含量测定采用烘干前后称重法(黄伟坤
等 1989)，淀粉含量测定采用折光仪法(苏萍等
1999)，还原糖含量测定采用3,5-二硝基水杨酸比
色法(梅文泉等2003)。每个品系材料每次测定取
5个块茎，测定结果取平均数。
实验结果
1 贮藏期间干物质含量的变化
在低温贮藏条件下，不同贮藏期的各品系块
茎中的干物质含量及其变化趋势见图1和表1。从
总体上来讲，与贮藏初期相比，除转 AcInv 反义
基因‘大西洋’外，其余各材料的块茎干物质
含量在贮藏末期均有所下降，但不同品种在贮藏
期间呈现出的变化趋势不同。在整个贮藏期间，
转 AcInv 反义基因‘大西洋’和‘甘农薯 1 号’
的干物质含量变化情况与未转AcInv反义基因的相
差不是很大；转 AcInv 反义基因‘台湾红皮’与
未转AcInv反义基因的在贮藏30和45 d时干物质
含量有所交替，但在贮藏60 d时又归于相近(图1)。
在贮藏期间，转 A c I n v 反义基因‘大西洋’、
‘台湾红皮’、‘甘农薯 1 号’干物质平均含量分
别为25.09%、22.77%和 22.36%，相应未转AcInv
反义基因的品种块茎干物质平均含量分别为
24.83%、22.94%、21.48%。转 AcInv 反义基因
的‘大西洋’和‘甘农薯 1 号’干物质含量分
别比相应未转AcInv反义基因的品种高出0.26%和
0.88%，而转 AcInv 反义基因‘台湾红皮’块茎
图1 贮藏期间马铃薯块茎中干物质含量的变化
Fig.1 Variations in dry material contents in potato tubers during storage
植物生理学通讯 第42卷 第4期，2006年8月 653
干物质含量比未转AcInv反义基因的品种低0.17%
(表 1)。
2 贮藏期间淀粉含量的变化
低温贮藏不同时期的各材料中淀粉含量变化
趋势见图 2 和表 2。在低温贮藏期内，各品系块
茎淀粉含量总体上呈下降趋势，但转基因品系块
茎淀粉含量比对照品种块茎淀粉含量降低幅度要
小。在贮藏15 d 以前，3个品系的转AcInv 反义
基因块茎的淀粉含量与未转AcInv反义基因的相差
不大，但在贮藏 15 d 以后，转 AcInv 反义基因
块茎的淀粉含量下降趋势明显比未转AcInv反义基
因的要小，更趋于平缓(图 2)。与贮藏初期相比，
在贮藏末期转AcInv 反义基因‘大西洋’、‘台湾
红皮’、‘甘农薯 1 号’块茎淀粉含量分别减少
3.76%、1.29%、3.01%，而相应未转AcInv 反义
基因的块茎淀粉含量减少4.37%、2.67%、3.91%。
贮藏期间，转 AcI n v 反义基因‘大西洋’、‘台
湾红皮’、‘甘农薯 1 号’块茎平均淀粉含量比
相应未转 AcInv 反义基因的高 0.73%、0.85%、
1.08% (表 2)。
3 贮藏期间还原糖含量的变化
贮藏期间，马铃薯块茎的还原糖含量变化见
表 3 和图 3。随着贮藏时间的延长，块茎还原糖
含量逐渐上升，从贮藏初期的0.15%~0.22% 上升
到末期的0.39%~0.43%。转 AcInv 反义基因‘大
西洋’和‘甘农薯 1 号’块茎还原糖含量在贮
藏前期上升幅度比未转 AvInv 反义基因的明显减
小，在贮藏45 d以后与未转AvInv反义基因的差
表1 贮藏时间对马铃薯块茎中干物质含量的影响
Table 1 Effect of duration of storage on dry material contents in potato tubers
%
贮藏时间/d
品种 差值 平均值
0 60
‘ 大 西 洋 ’ 24.53 23.78 -0.75 24.83
转 A c I n v 反义基因‘大西洋’ 25.01 25.13 +0.12 25.09
‘台湾红皮’ 23.22 22.11 -0.11 22.94
转 A c I n v 反义基因‘台湾红皮’ 22.82 20.89 -1.93 22.77
‘甘农薯 1 号’ 23.69 20.22 -3.47 21.48
转 AcI n v 反义基因‘甘农薯 1号’ 23.97 21.43 -2.54 22.36
　　差值指最后一次测定值与第一次测定值之差；平均值指 5 次测定值的平均。
图2 贮藏期间马铃薯块茎中淀粉含量的变化
Fig.2 Variations in starch contents in potato tubers during storage
植物生理学通讯 第42卷 第4期，2006年8月654
图3 贮藏期间马铃薯块茎中还原糖含量的变化
Fig.3 Variations in reducing sugar contents in potato tubers during storage
表3 贮藏时间对马铃薯块茎还原糖含量的影响
Table 3 Effect of duration of storage on reducing sugar contents in potato tubers
%
贮藏时间/d
品种 差值 平均值
0 60
‘ 大 西 洋 ’ 0.16 0.43 +0.27 0.32
转 A c I n v 反义基因‘大西洋’ 0.15 0.40 +0.25 0.29
‘台湾红皮’ 0.22 0.40 +0.18 0.32
转 A c I n v 反义基因‘台湾红皮’ 0.22 0.39 +0.17 0.31
‘甘农薯 1 号’ 0.19 0.43 +0.24 0.31
转 AcI n v 反义基因‘甘农薯 1号’ 0.18 0.40 +0.22 0.27
　　差值指最后一次测定值与第一次测定值之差；平均值指 5 次测定值的平均。
距逐渐减小，在贮藏60 d时达到最小；而转AcInv
反义基因‘台湾红皮’块茎还原糖含量除在贮藏
15 d前后比未转AvInv反义基因的低外，在其余
测定时间与未转AvInv反义基因的相差很小甚至含
表2 贮藏时间对马铃薯块茎中淀粉含量的影响
Table 2 Effect of duration of storage on starch contents in potato tubers
%
贮藏时间/d
品种 差值 平均值
0 60
‘ 大 西 洋 ’ 19.26 14.89 -4.37 16.77
转 A c I n v 反义基因‘大西洋’ 19.44 15.68 -3.76 17.50
‘台湾红皮’ 15.82 13.15 -2.67 14.41
转 A c I n v 反义基因‘台湾红皮’ 15.98 14.69 -1.29 15.26
‘甘农薯 1 号’ 17.96 14.05 -3.91 15.85
转 AcI n v 反义基因‘甘农薯 1号’ 18.02 15.01 -3.01 16.93
　　差值指最后一次测定值与第一次测定值之差；平均值指 5 次测定值的平均。
植物生理学通讯 第42卷 第4期，2006年8月 655
量相同。收获时作为高淀粉加工型品种的‘甘农
薯 1 号’的还原糖含量为 0.19%，转 AcInv 反义
基因品系为0.18%；低温贮藏60 d 后，还原糖含
量分别为0.43%和 0.40%，比初始值增加122.22%
和 126.32%；在贮藏15、30、45、60 d 时，转
AcInv反义基因品系比未转AvInv反义基因的块茎
还原糖含量分别低 23.08%、15.63%、21.62% 和
9.68%，平均降低幅度达 17.50%。转 AcInv 反
义基因‘大西洋’块茎还原糖含量平均值为
0.29%，未转 AvInv反义基因的块茎为0.32%，两
种相比相差0.03%；在贮藏15、30、45、60 d时，
转 AcInv 反义基因品系块茎还原糖含量分别比
未转AvInv 反义基因的块茎低 21.43%、17.14%、
7.50% 和 6.98%，平均降低幅度 13.26%；‘台
湾红皮’转AcInv 反义基因和未转 AvInv 反义基
因的块茎还原糖含量最大值为0.39%和0.40%，比
初期增加 177.27% 和 181.82%；在贮藏 15、30、
45、60 d时还原糖含量转AcInv反义基因比未转
AvInv 反义基因的块茎低 11.11%、3.03%、0%、
2.50%，平均降低幅度 4.16%。
讨　　论
当前，我国马铃薯加工过程中，低温贮藏是
保存原料的一种较为经济有效的措施，能明显抑
止发芽、延长贮藏期和减少烂薯等，但低温同时
又会导致块茎还原性己糖积累，产生“低温糖
化”现象。块茎还原糖含量高低是确定一个品种
是否适合于炸片(条)的重要条件，如果还原糖含
量过高，在油炸过程中，其还原糖中的醛类与氨
基酸和蛋白质中的游离氨基反应，产生褐化物
质，即Mailard反应(Shailenberger等1959；陈芳
和胡小松 1998)，影响炸片颜色和品质。一般来
说，还原糖含量越低，炸片的颜色越好。炸片
品种育种目标要求还原糖含量在0.1%为最好，上
限不超过0.4% (孙慧生 2003)。马铃薯块茎在低
温下贮藏时还原糖增加，必须在加工前将低温贮
藏的块茎放在10℃以上再贮藏一段时间进行“回
暖”(reconditioning)，让体内的部分还原糖逆转为
淀粉或通过呼吸代谢消耗掉，但这种措施会增加
生产成本和原料消耗，并不能从根本上解决问
题。因此，培育在低温贮藏条件下可直接加工的
品种是当前国内外炸片(条)马铃薯育种的重点，
抗低温糖化性状的改良已成为马铃薯加工品质育种
的主要目标之一。
在本文中，与未转AcInv 反义基因的块茎相
比，转 AcI n v 反义基因的‘大西洋’和‘甘农
薯 1 号’块茎中还原糖含量在低温贮藏的各个时
期测定都明显减少，对块茎“低温糖化”现象
产生明显的抑制作用。由此可以看出，AcInv 反
义基因在植物体内是发挥了作用的，达到了预期
效果。但同时也看到，转 AcI n v 反义基因‘台
湾红皮’块茎则与其未转 AcInv 反义基因的块茎
还原糖含量相差很小，抗“低温糖化”作用不
明显，未能达到预期目标。产生这种转基因效果
的品种差异现象的原因是多方面的，我们认为这
可能与外源基因在受体品种基因组染色体上的整合
位点有关，即产生“位置效应”(position effect)
(Fladung 1999；王关林和方宏筠2002)，不同的
整合位点必然会影响到基因的表达( 徐明良等
1996)，进而影响到反义基因与正义基因之间的互
作，其中机制值得探讨。
转AcInv 反义基因马铃薯块茎的干物质含量
在整个贮藏期未发生明显改变，这可能与低温下
马铃薯块茎不易失水有关。淀粉含量在贮藏期间
有所下降，这可能与低温下部分淀粉转变为还原
糖(葡萄糖和果糖)有关。
在整个贮藏期，转AcInv 反义基因的‘大西
洋’和‘甘农薯 1 号’块茎的还原糖含量均比未
转AcInv反义基因块茎中的明显低，但干物质和淀
粉含量变化不明显。由此可以初步确定，本文采
用的反义 R N A 技术抑制“低温糖化”现象是比
较成功的。我们认为，这对今后选育抗低温糖化
的优良加工型马铃薯品种可能有一定的参考价值。
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