低温预处理蒜瓣对非抽薹与抽薹基因型大蒜生长及产量的影响机制研究

本研究针对大蒜生产受气候与栽培管理限制的问题，探讨了低温预处理（0、2、4、6周）对两种意大利大蒜基因型（‘Gravina’非抽薹型、‘Rosso di Sulmona’抽薹型）生长及产量的影响。结果表明，4周低温处理显著提高鳞茎直径（55.6 mm）、单重（50.2 g）及产量（11.5 t ha?1），且‘Gravina’响应更优。该研究为优化大蒜栽培技术、应对气候变化挑战提供了重要理论与实践依据。

　　

大蒜（Allium sativum L.）作为全球广泛种植的重要蔬菜作物，不仅具有独特的风味和营养价值，还富含多种生物活性化合物，如类黄酮、酚类化合物和氮氧化物，其中大蒜素（allyl disulfide oxide）更是赋予其抗菌、抗真菌及多种保健功能的关键成分。然而，近年来全球大蒜生产面临严峻挑战：气候变迁、病虫害加剧、劳动力成本上升以及不当的农业管理措施导致种植面积和产量显著下滑。例如，欧洲过去二十年大蒜种植面积减少28%，意大利2023年产量较1961年暴跌47%。这些趋势凸显了通过技术创新提升大蒜生产韧性和效率的迫切性。

在此背景下，温度调控作为影响大蒜关键物候阶段（如蒜瓣发芽、出苗、鳞茎 initiation 和成熟）的核心环境因子，成为研究的焦点。特别是低温预处理种用鳞茎，虽在观赏植物中广泛应用以促进开花，但在大蒜等地下器官繁殖的蔬菜作物中潜力尚未充分挖掘。已有研究表明，低温（如5°C）处理可打破休眠、提前出苗、刺激花序形成和根系生长，并最终提高鳞茎大小和产量。然而，不同基因型（如抽薹与非抽薹品种）对低温的响应差异及其机制尚不明确，这限制了该技术在实践中的精准应用。

为此，研究人员在意大利南部Matera的田间试验站开展了为期两个生长季（2016-2017和2017-2018）的实证研究，选取两个当地主栽品种——非抽薹型‘Gravina’和抽薹型‘Rosso di Sulmona’，并设置0（对照）、2、4、6周4个低温（5±0.2°C）预处理梯度，系统评估了低温持续时间对大蒜形态建成、产量形成及生理响应的调控效应。该研究旨在为地中海环境下大蒜生产的品种选择与栽培管理提供科学依据，论文发表在《Italian Journal of Agronomy》。

研究采用裂区试验设计，主区为品种，副区为低温处理持续时间。主要技术方法包括：田间农艺性状调查（鳞茎重量、直径、鳞芽数、假茎直径等）；干物质含量测定（65°C烘箱法）；叶面积指数（LAI）动态监测；产量及收获指数（HI）计算；以及主成分分析（PCA）等多变量统计方法，以解析品种与处理的交互效应。所有数据分析在RStudio (v4.2.2) 上完成，经正态性和方差齐性检验后，采用双因素ANOVA和SNK事后检验进行差异显著性判断。

3.1. 品种和低温持续时间对形态性状的影响

结果表明，品种和低温处理持续时间均显著影响大蒜的形态指标。在两个生长季中，‘Gravina’在鳞茎直径、假茎直径和鳞芽数方面均优于‘Rosso di Sulmona’，而‘Rosso di Sulmona’的鳞芽平均重量更高。低温处理中，4周处理的效果最为显著，尤其在第二年度，其鳞茎平均重量、鳞芽重量均达到最高。交互作用分析显示，‘Gravina×4周’组合在第二年度获得最大鳞茎直径（55.6 mm）和鳞茎重量（50.2 g），表明非抽薹品种对较长低温处理的响应更佳。

3.2. 品种和低温持续时间对产量性状的影响

产量相关参数同样受到品种和处理的显著影响。‘Gravina’在两个年度均表现出更高的鳞茎干物质含量、总干生物量及收获指数。低温处理中，4周和6周处理在第一年度增产效果最好，而第二年度则以2周和4周处理更为有效。具体而言，‘Gravina×4周’在第二年度获得最高鳞茎产量（11.5 t ha?1），较对照显著提升，凸显了低温预处理在提升产量方面的潜力。

3.3. 品种与低温持续时间的交互效应

交互效应分析进一步揭示了基因型与处理时间的复杂互作。第一年度，‘Rosso di Sulmona×4周’在鳞茎重量和鳞芽重量上表现最优，而‘Gravina×6周’在干物质积累方面领先。第二年度，‘Gravina×4周’在所有形态和产量指标上均达到峰值，而‘Rosso di Sulmona’则对较短处理（2周）响应更佳。这表明抽薹品种可能更适应短期低温诱导，而非抽薹品种则受益于更长的冷激时间。

3.4. ‘Gravina’和‘Rosso di Sulmona’的叶面积指数与鳞茎化动态

叶面积指数（LAI）和单株鳞芽数的动态监测显示，低温处理显著促进了两品种的早期生长和鳞茎分化。‘Gravina’表现出更早的鳞茎启动（较‘Rosso di Sulmona’提前约一个月），且6周处理在其LAI峰值（1.2）和鳞芽数最大化方面作用突出。第二年度，所有处理组的鳞茎分化均早于第一年度，可能与年度间气候差异（如降雨量增加20%）有关，进一步证实环境因子与栽培措施的互作效应。

3.5. 主成分分析（PCA）

PCA结果清晰地将两个年度的数据分离，并识别出7个原始变量中的两个主成分（PC1和PC2），累计解释方差达90.90%。PC1主要代表鳞茎干物质、总干生物量、鳞茎直径、重量、鳞芽重量及产量等产量相关性状，而PC2则主要与收获指数（HI）相关。得分图显示，‘Gravina’集中于高PC1和高PC2象限，表明其整体表现优于‘Rosso di Sulmona’；同时，4周和6周处理与0周和2周处理明显分离，证实较长低温处理对形态和产量参数的积极影响。

4. 讨论

本研究系统阐明了大蒜基因型与低温预处理互作对其生长和产量的影响机制。低温处理通过促进淀粉水解、碳水化合物动员及内源激素（如赤霉素和生长素）合成，加速了鳞茎分化和干物质积累。非抽薹品种‘Gravina’对长期低温（4-6周）响应更佳，可能与其避开了抽薹相关的资源消耗有关；而抽薹品种‘Rosso di Sulmona’则更适合短期处理（2-4周），以避免过度冷激导致的早期衰老和产量损失。年度间差异（如第二年度降雨量增加）进一步调制了处理效果，强调环境因子在实践应用中的重要性。

5. 结论

该研究证实，预种植低温处理是提升大蒜产量和品质的有效策略，但其效果取决于基因型和处理持续时间的精准匹配。非抽薹型‘Gravina’在4周低温处理下实现最大产量增益，而抽薹型‘Rosso di Sulmona’则受益于较短处理。这一发现为地中海气候区的大蒜生产提供了品种特异性栽培指南，有助于应对气候变化带来的生产不确定性。未来研究应拓展至更多基因型，并整合品质性状（如酚类、花青素含量）评估，以全面优化大蒜生产的可持续性和市场竞争力。