淀粉專用型甘薯品質(zhì)形成規(guī)律及其與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

周志林 唐君 曹清河 趙冬蘭 張安

摘要：以4個中、高淀粉含量甘薯品種為試驗材料，于2013、2014年連續(xù)2年對其產(chǎn)量、品質(zhì)進(jìn)行調(diào)查及統(tǒng)計分析，研究不同發(fā)育階段淀粉積累規(guī)律及其與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性。結(jié)果表明：塊根迅速膨大期，干物質(zhì)及淀粉積累總體呈上升趨勢，基本在110 d時達(dá)到最大值。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，甘薯塊根淀粉積累與甘薯塊根干物率、薯干粗淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.97和0.91，P<0.01），與甘薯塊根鮮產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.61、0.75、0.71，P<0.05），與薯干粗蛋白含量、莖蔓鮮質(zhì)量、薯干還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r分別為-0.83、-0.72、-0.06，P<0.05），與分枝數(shù)、薯干可溶性糖含量相關(guān)性不大。通過主成分分析提取出2個主成分，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)94.62%，其中貢獻(xiàn)最大的是薯干粗淀粉含量和甘薯塊根干物率，基本反映了甘薯淀粉合成相關(guān)經(jīng)濟(jì)及品質(zhì)性狀的全部信息。

關(guān)鍵詞：甘薯;淀粉;品質(zhì);農(nóng)藝性狀

中圖分類號：S531.024文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2020）02-0277-07

Abstract：In this study， four sweet potato varieties with medium and high starch content were used as test materials. In 2013 and 2014， the yield and quality of sweet potato were investigated and statistically analyzed to study the starch accumulation law and its correlation with major agronomic traits at different development stages. The results showed that the accumulation of dry matter and starch in sweetpotato storage roots during rapid expanding period was on the rise， and reached the maximum at 110 d. The results of correlation analysis showed that the accumulation of starch in sweetpotato storage roots was very significantly correlated with dry matter content in storage roots and crude starch content in dry storage roots （r = 0.97 and r = 0.91， respectively， P < 0.01）， significantly correlated with sweetpotato fresh yield， dry yield and the number of storage roots （r=0.61， r=0.75， r=0.71， respectively， P < 0.05）， and significantly negatively correlated with stem fresh weight， crude protein content and reducing sugar content in dry storage roots （r=-0.72， r=-0.83， r=-0.06， respectively， P < 0.05）. It had little correlation with branch number and soluble sugar content in dry storage roots. Two principal components were extracted by principal component analysis， and the cumulative variance contribution rate reached 94.62%. The crude starch content in dry sweetpotato storage roots and dry matter content had great contribution to starch accumulation， which basically reftected all the information about economic and quality characters related to the synthesis of starch.

Key words：sweetpotato;starch;quality;agronomic traits

甘薯[Ipomoea batatas （L.） Lam.]是世界上重要的糧食、飼料、工業(yè)原料作物，在中國年種植面積約3.37×106 hm2，占世界種植面積的26.8%[1]。目前，中國甘薯品種中，鮮食類用途約占50%，淀粉加工用途占45%左右，飼料用等占5%左右;品種數(shù)量多，但突破性品種少;兼用型品種多，專用型品種少;專用型品種還不能滿足專業(yè)化用途需要，特別是適宜淀粉深加工的高產(chǎn)高干物率品種比較欠缺[2]。優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)淀粉專用型品種選育已成為甘薯新品種選育的一個重要方向[3]。

甘薯淀粉含量等主要品質(zhì)形成規(guī)律的探明對于品種優(yōu)質(zhì)高效栽培、專用型新品種的選育等具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，甘薯塊根淀粉含量在生長過程中表現(xiàn)為不斷增加的總趨勢，尤其在栽插后50～85 d和108～136 d變化程度最大[4]。施鉀可提高塊根干物質(zhì)積累量和淀粉產(chǎn)量，影響直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量[5];分期施氮有助于光合作用的增強(qiáng)和塊根產(chǎn)量的增加[6];而增施氮肥會減少干物質(zhì)在塊根中分配率，降低塊根淀粉的積累速率，顯著降低塊根產(chǎn)量[7]，高氮條件下外施多效唑有助于塊根淀粉積累及產(chǎn)量的提高。不同基因型與環(huán)境互作條件下，不同基因型甘薯間產(chǎn)量水平、干物率、淀粉含量及可溶性糖含量達(dá)差異極顯著水平[8];蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為隨緯度升高而增大的趨勢，淀粉和可溶性糖含量的變幅相對較小，在不同年份品質(zhì)性狀的變異中，淀粉含量變異最小[9];不同生態(tài)條件下，甘薯塊根干物率的變異系數(shù)最小，單株鮮薯質(zhì)量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[10]。對于中高干物質(zhì)含量品種，淀粉在生育中后期積累較快，干物質(zhì)含量及淀粉含量的差異主要取決于品種的遺傳特性[11-12]。前人關(guān)于基因型與環(huán)境互作對產(chǎn)量的影響研究比較多[13-14]，但對于北方薯區(qū)，不同發(fā)育階段淀粉積累規(guī)律及與主要農(nóng)藝及品質(zhì)性狀相關(guān)性還缺乏深入的研究。本研究于2013、2014年，以4個高干物率甘薯品種為試驗材料，連續(xù)2年對其產(chǎn)量、品質(zhì)進(jìn)行調(diào)查分析，探討不同發(fā)育階段淀粉積累規(guī)律，及其與主要農(nóng)藝、品質(zhì)性狀的相關(guān)性，結(jié)合主成分分析，評價淀粉積累規(guī)律，為淀粉專用型甘薯新品種的評價及選育提供理論和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1供試材料

選用的4個塊根干物率較高的甘薯品種，均為生產(chǎn)上主推淀粉型及淀粉食用兼用型品種（表1），所有品種均保存于國家種質(zhì)徐州甘薯試管苗庫。

1.2試驗設(shè)計

試驗在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗田進(jìn)行。于2013、2014連續(xù)2年，分別于6月15日、6月17日選擇生長健壯、無病蟲害健康薯苗，按照5壟小區(qū)栽插，每個小區(qū)100株，每壟20株，壟距為0.80 m，株距為0.33 m，設(shè)3次重復(fù)。田間管理同大田生產(chǎn)，8-9月份加強(qiáng)斜紋夜蛾監(jiān)控及防治工作。于栽插后80 d、90 d、100 d、110 d、120 d，進(jìn)行挖根取樣調(diào)查，每重復(fù)5株，重復(fù)3次。田間調(diào)查項目主要包括：分枝數(shù)、結(jié)薯數(shù)、莖蔓鮮質(zhì)量、薯塊鮮產(chǎn);室內(nèi)測定及分析項目主要包括：薯塊干物率、薯干產(chǎn)量、薯干粗淀粉含量、薯干還原糖含量、薯干可溶性糖含量、薯干粗蛋白含量。

1.3試驗方法

1.3.1主要生物學(xué)特性調(diào)查及測定分枝數(shù)、結(jié)薯數(shù)、莖蔓鮮質(zhì)量、薯塊鮮質(zhì)量及薯塊干物率的調(diào)查和測定參照甘薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[15]。

1.3.2主要品質(zhì)特性的測定塊根干基粗淀粉、還原糖、可溶性糖及粗蛋白含量的測定采用近紅外光譜數(shù)學(xué)模型分析[16-17]。

1.3.3薯干產(chǎn)量及薯塊淀粉含量的測定薯干產(chǎn)量=薯塊鮮質(zhì)量×薯塊干物率，薯塊淀粉含量=薯塊鮮質(zhì)量×薯塊干物率×干基粗淀粉含量。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗原始數(shù)據(jù)的整理及初步分析采用Microsoft Excel 97-2003軟件進(jìn)行，用DPS15.10軟件進(jìn)行相關(guān)性及主成分分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同生長階段甘薯塊根干物率和淀粉含量變化

在甘薯塊根快速膨大期，4個品種的塊根干物質(zhì)及淀粉積累呈現(xiàn)不同的變化趨勢（圖1、圖2）。在80～120 d，甘薯塊根干物質(zhì)積累總體呈上升趨勢;尤其在80～110 d，4個品種的干物質(zhì)積累呈上升趨勢，基本在110 d達(dá)到最大值，相對于80 d時的干物率，徐薯18、徐薯22、徐薯32、商薯19干物質(zhì)積累分別增加了3.72%、2.98%、2.31%、2.20%;因此，在80～110 d，徐薯18的塊根干物質(zhì)積累最多。而在110 d時，徐薯32的塊根干物質(zhì)含量最高，其次為商薯19;110 d后，各品種干物質(zhì)積累較少，甚至徐薯18的塊根干物率出現(xiàn)了下降。

在整個塊根膨大期，隨著塊根干物質(zhì)積累及干物質(zhì)含量的增加，除徐薯32和徐薯22在90 d時有一些波動，不同品種甘薯塊根的淀粉含量總體呈增加趨勢。徐薯18、徐薯22、商薯19、徐薯32淀粉含量的變化范圍為14.58%～17.28%、16.03%～17.99%、18.11%～19.64%、17.68%～19.43%，其中商薯19淀粉積累比較平穩(wěn)，變化范圍小。各品種基本在110 d時淀粉積累量達(dá)到最大。

2.2不同生長階段甘薯塊根主要品質(zhì)特性的變化

對4個甘薯品種不同生長階段塊根干基主要營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行測定分析，結(jié)果（圖3～圖6）表明，不同品種塊根粗淀粉含量、可溶性糖含量、粗蛋白含量在80～120 d這個生長階段處于上下波動變化中。徐薯18、徐薯22、商薯19、徐薯32的塊根粗淀粉含量變化范圍分別為60.47%～62.18%、60.72%～63.52%、63.63%～65.63%、61.70%～64.50%，商薯19和徐薯32的塊根具有較高的粗淀粉含量。塊根干基含量較高的成分是粗蛋白，不同品種不同時期粗蛋白含量變化范圍為6.63%～8.33%，徐薯22和徐薯18具有較高的粗蛋白含量，不同時期平均值分別為7.99%和7.65%。而徐薯32具有最高的可溶性糖含量（6.26%），其次徐薯18為5.24%，商薯19和徐薯22為4.5%左右。但是，不同品種在整個生長階段還原糖含量基本保持穩(wěn)定增長，只有微小波動，在120 d時徐薯32和商薯19具有較高的還原糖含量，分別為4.58%和3.38%，而徐薯18和徐薯22的還原糖含量約為3.0%。

2.3甘薯塊根淀粉積累量與其主要農(nóng)藝及品質(zhì)性狀的相關(guān)性

對每一個品種塊根淀粉平均積累量與分枝數(shù)、莖蔓鮮質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀和薯干粗淀粉含量、還原糖含量等品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析結(jié)果（表2）表明，徐薯18塊根淀粉積累量與塊根干物率存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.99，P<0.05），而與薯干粗淀粉含量、薯干產(chǎn)量、塊根鮮產(chǎn)量等存在較大正相關(guān)關(guān)系，與薯干粗蛋白含量、莖蔓鮮質(zhì)量存在較大負(fù)相關(guān)關(guān)系。徐薯22和商薯19淀粉積累量與塊根干物率均存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.99，P<0.05），而與薯干產(chǎn)量、塊根鮮產(chǎn)量、薯干粗淀粉含量等存在較大正相關(guān)關(guān)系，與薯干粗蛋白含量及分枝數(shù)存在較大負(fù)相關(guān)關(guān)系。徐薯32淀粉積累量與薯干粗蛋白含量存在顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.99，P<0.05），與薯干還原糖含量存在較大負(fù)相關(guān)關(guān)系，與薯塊干物率、薯干粗淀粉含量、薯干產(chǎn)量存在較大正相關(guān)關(guān)系。

2.4不同發(fā)育階段甘薯塊根淀粉積累量與其主要農(nóng)藝及品質(zhì)性狀的相關(guān)性

不同甘薯品種在不同生長階段塊根淀粉積累量與分枝數(shù)、莖蔓鮮質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀和薯干粗淀粉含量、還原糖含量等品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析結(jié)果（表3）表明，80～90 d甘薯塊根淀粉積累量與塊根鮮產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.95，P<0.05），與塊根干物率、薯干粗淀粉含量、薯干產(chǎn)量、薯干可溶性糖含量等呈正相關(guān)關(guān)系，與莖蔓鮮質(zhì)量、薯干粗蛋白含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;90～100 d塊根淀粉含量與塊根鮮產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.99，P<0.05），與塊根干物率和薯干粗淀粉含量呈正相關(guān)關(guān)系，與分枝數(shù)、薯干粗蛋白含量等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;100～110 d塊根淀粉積累量與塊根干物率、薯干粗淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.85和0.43，P<0.01），與薯干產(chǎn)量等呈正相關(guān)關(guān)系，與分枝數(shù)和莖蔓鮮質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;110～120 d塊根淀粉積累量與塊根鮮產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.51，P<0.05），與薯干粗淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.99，P<0.01），與塊根干物率、薯干產(chǎn)量等呈正相關(guān)關(guān)系。

綜合分析不同品種甘薯塊根淀粉積累量與分枝數(shù)、莖蔓鮮質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀和薯干粗淀粉含量、還原糖含量等品質(zhì)性狀的相關(guān)性，結(jié)果表明，甘薯塊根淀粉積累與塊根干物率、薯干粗淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.97和0.91，P<0.01），與塊根鮮產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.61、0.75、0.71，P<0.05），與莖蔓鮮質(zhì)量、薯干還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r分別為-0.72和-0.06，P<0.05），與分枝數(shù)、薯干可溶性糖含量相關(guān)性不大。

2.5影響甘薯淀粉積累各相關(guān)性狀的主成分分析

為了反映各相關(guān)重要性狀指標(biāo)對薯塊淀粉合成的貢獻(xiàn)率，對4個不同品種中與淀粉積累相關(guān)的農(nóng)藝及品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析。由表4可知，提取出的2個主成分的貢獻(xiàn)率分別為53.57%和41.05%，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)94.62%，反映了絕大部分原始數(shù)據(jù)的信息。第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為53.57%，對應(yīng)特征向量中，數(shù)量較大的性狀為塊根鮮產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、薯干粗淀粉含量，相關(guān)系數(shù)分別為0.384、0.414、0.421，主要反映甘薯塊根產(chǎn)量及淀粉品質(zhì);第2個主成分的方差貢獻(xiàn)率為41.05%，對應(yīng)特征向量中，數(shù)量較大的性狀為塊根干物率、結(jié)薯數(shù)、分枝數(shù)、薯干還原糖含量、薯干可溶性糖含量，相關(guān)系數(shù)分別為0.434、0.423、0.402、0.342、0.331，主要反映甘薯地上、地下部生物學(xué)性狀及塊根營養(yǎng)品質(zhì)（表5）。

3討論

3.1不同發(fā)育階段甘薯塊根淀粉積累的差異

在北方薯區(qū)，夏薯栽插后80 d左右到收獲，是塊根迅速膨大及淀粉積累的關(guān)鍵時期，這個時期形成的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的50%左右，是甘薯淀粉積累及塊根產(chǎn)量形成的高峰[18]。淀粉型品種在塊根膨大初期總淀粉含量迅速升高，在栽插60 d時達(dá)到最高值，之后出現(xiàn)下降和上升的波動變化，直至收獲[19]。還有研究者發(fā)現(xiàn)50～85 d淀粉積累速率最快，其次是108～136 d，但在前期淀粉含量沒有明顯差異，只是在生育后期才表現(xiàn)出顯著差異[4]。而本試驗結(jié)果表明，4個品種在栽插后80～120 d，塊根淀粉的積累雖有一些波動，但總體呈增加趨勢，基本在栽插后110 d塊根淀粉含量及干物質(zhì)含量達(dá)到最大，其中干物質(zhì)含量較高的商薯19、徐薯32在塊根快速膨大期淀粉積累比較平穩(wěn)，徐薯22、徐薯18整體上呈快速增加趨勢。因此綜合鮮薯產(chǎn)量、甘薯塊根干物率及薯干粗淀粉含量分析，我們認(rèn)為高淀粉含量品種淀粉積累在整個塊根膨大期可能呈穩(wěn)定積累的趨勢，而低淀粉含量品種的淀粉積累主要集中在塊根迅速膨大期。在塊根發(fā)育過程中，淀粉積累出現(xiàn)的波動一方面可能是因為塊根膨大速度不同改變了淀粉含量，另一方面可能是除了淀粉外其他營養(yǎng)品質(zhì)成分積累影響了淀粉的積累，至于不同品種的淀粉積累變化趨勢可能是由其遺傳特性決定的。

3.2塊根淀粉含量變化與主要經(jīng)濟(jì)及品質(zhì)性狀的相關(guān)性

甘薯是一種塊根類淀粉作物，提高塊根淀粉率是甘薯育種的主要目標(biāo)之一[20]。品種間淀粉率變異系數(shù)達(dá)72.21%，差異顯著[21]，為高淀粉甘薯育種提供了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，甘薯塊根淀粉含量與干物質(zhì)含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與薯干可溶性糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[11]。干物率和淀粉率均與淀粉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[22]。本試驗結(jié)果表明，甘薯塊根淀粉積累量與薯塊干物率、薯干粗淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與薯塊鮮產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與莖蔓鮮質(zhì)量、薯干還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與分枝數(shù)、薯干可溶性糖含量的相關(guān)性不大。甘薯塊根品質(zhì)分析結(jié)果表明，各品種基本在100 d時，淀粉含量達(dá)到最大值，尤其商薯19和徐薯32具有較高淀粉含量;而徐薯22和徐薯18具有較高的粗蛋白含量，平均值分別為7.99%和7.65%;徐薯32的可溶性糖含量最高（6.26%），其次為徐薯18;各品種在生長期還原糖含量基本保持穩(wěn)定增長，在收獲時徐薯32和商薯19具有較高的還原糖含量。由本試驗結(jié)果可知，淀粉含量較低的品種在淀粉合成的過程中，由于蛋白質(zhì)等營養(yǎng)品質(zhì)物質(zhì)的合成占據(jù)了一定優(yōu)勢，導(dǎo)致淀粉積累量相對較少，因此建議在進(jìn)行淀粉型品種選育時，在注重薯塊干物質(zhì)含量及淀粉含量的前提下，選擇薯干粗蛋白含量較低的品種。

3.3影響淀粉積累相關(guān)性狀指標(biāo)的主成分

主成分分析法就是盡可能在少損失信息的情況下，通過少數(shù)幾個因子高度概括大量數(shù)據(jù)的信息，既減少了變量的個數(shù)，又體現(xiàn)了變量間的內(nèi)在聯(lián)系[23]。主成分分析在品種評價[24]、果蔬品質(zhì)評價[25-26]、加工品質(zhì)評價[27]方面應(yīng)用較多。本試驗通過對4個品種與淀粉積累相關(guān)的經(jīng)濟(jì)及品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)其信息主要集中在2個主成分，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為53.57%，其中貢獻(xiàn)最大的是薯干粗淀粉含量，其次為薯干產(chǎn)量、塊根鮮產(chǎn)量等;第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為41.05%，其中貢獻(xiàn)最大是塊根干物率，其次為結(jié)薯數(shù)、分枝數(shù)等。累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)94.62%，基本反映了甘薯淀粉合成相關(guān)經(jīng)濟(jì)及品質(zhì)性狀的全部信息，可為淀粉型品種鑒定評價提供借鑒，有助于淀粉型甘薯新品種的選育。

在北方薯區(qū)，不同品種在塊根迅速膨大期，塊根淀粉的積累整體呈增加趨勢，淀粉含量高的品種呈現(xiàn)高積累率平穩(wěn)增加趨勢，而淀粉含量相對較低的品種呈快速增加趨勢，但基本在栽插后110 d達(dá)到最大。甘薯塊根淀粉積累量與塊根干物率、薯干粗淀粉含量、塊根鮮產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)呈極顯著、顯著正相關(guān)關(guān)系，與薯干粗蛋白含量等呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。建議在鑒定評價淀粉型品種時，除了考慮塊根高干物率、薯干粗淀粉含量等性狀外，還應(yīng)適當(dāng)考慮薯干低粗蛋白含量這一性狀。

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（責(zé)任編輯：張震林）