高密度短生育期基質(zhì)栽培對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

沈升法 項(xiàng) 超 吳列洪 李 兵

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所，浙江杭州 310021)

早熟、優(yōu)質(zhì)食用甘薯品種具有更好的市場價(jià)值，是國內(nèi)外甘薯育種的重要目標(biāo)之一[1-3]。 甘薯雜交后代的篩選通常采用五圃制:實(shí)生系圃→復(fù)選圃→鑒定圃→品比預(yù)試圃→品系比較圃，前2 個(gè)選種圃為選擇階段，一般需要2年時(shí)間。 通常雜交種子先在溫室實(shí)生系苗床播種成苗后，可整株或剪成幾株移栽到選種圃，從成千上萬棵實(shí)生苗中選擇，淘汰率達(dá)95%[4]。 在甘薯早熟性篩選上，已有研究認(rèn)為實(shí)生系可分結(jié)薯性(栽插后約30 d 挖根)、膨大性(又稱微型薯，栽插后約60 d 挖根)、早熟性(栽插后約90 d 挖根)3 個(gè)不同生育期進(jìn)行篩選，塊根早期膨大性因生長期短、受環(huán)境干擾少，在世代間表現(xiàn)穩(wěn)定，利用塊根膨大性篩選早熟性具有較強(qiáng)的可靠性，利用結(jié)薯性篩選早熟性雖然準(zhǔn)確程度偏低，但仍有76.4%的早熟材料來自結(jié)薯性早的實(shí)生系[5-7]。 通過實(shí)生系的提早篩選可以實(shí)現(xiàn)一年多次的早熟性評價(jià)，加快育種進(jìn)程[8-9]。 種植密度和生育期對甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)性狀有較大的影響[10-12]，但種植密度對甘薯品質(zhì)的影響較生育期小[13]。 高密度短生育期基質(zhì)栽培可用于馬鈴薯的脫毒微型薯生產(chǎn)和甘薯脫毒試管苗的基質(zhì)擴(kuò)繁[14-15]。 近年來，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用高密度短生育期基質(zhì)栽培方法開展了甘薯脫毒微型薯生產(chǎn)及甘薯實(shí)生系篩選的技術(shù)研究。 本研究以122 份甘薯品系為供試材料，進(jìn)行密度為25株·m-2、 生育期60 d 的基質(zhì)栽培與密度為5 株·m-2、生育期90 d 的大田常規(guī)早收栽培的對比試驗(yàn)，調(diào)查分析2 種栽培方法甘薯產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的差異及相關(guān)性，以期為利用高密度短生育期基質(zhì)栽培的甘薯實(shí)生系早熟性和品質(zhì)篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2013年浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡試驗(yàn)農(nóng)場選種圃選留的12 個(gè)甘薯雜交組合的122 份品系，其中，紅肉品系43 份，白肉或淡黃肉品系52 份，紫肉品系27 份。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)T1、T2 共2 個(gè)處理，T1:高密度短生育期基質(zhì)栽培，在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)1 m 寬的大棚基質(zhì)槽中橫向種植，行距20 cm，每行5 株，每品系4 行，共20 株，密度為25 株·m-2；2014年3月28 日移栽，5月28 日收獲，生育期60 d。 T2:選種圃大田常規(guī)早收栽培，在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡試驗(yàn)農(nóng)場內(nèi)，單壟種植，壟距80 cm，株距25 cm，每品系單行20 株，密度為25株·m-2；2014年5月9 日移栽，8月7 日收獲，生育期90 d。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量調(diào)查 收獲后計(jì)量每品系20 株平均單株薯數(shù)、單株重，并從每品系中選取典型薯塊3 個(gè)，平均計(jì)量最大處直徑、長度、單薯重。

1.3.2 品質(zhì)測定 收獲后7 d，每品系取6 個(gè)典型薯塊，3 個(gè)薯塊測定鮮薯干物質(zhì)、花青素和胡蘿卜素含量，3 個(gè)薯塊蒸熟品嘗評定食味，并取樣測定還原糖、可溶性糖含量。

干物質(zhì)含量測定:用鮮薯烘干計(jì)重法，鮮薯刨絲，80℃烘干至恒重。

花青素含量測定:用檸檬酸—磷酸氫二鈉緩沖液提取直接比色測定法[16]，根據(jù)公式計(jì)算花青素含量:

式中，C:花青素含量，mg·100 g-1FW；V:定容體積，mL；M:樣品質(zhì)量，g；A:530 nm 波長處提取液吸光度值；958:吸光度值轉(zhuǎn)換為花青素含量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；100 000: 單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

胡蘿卜素含量測定:用丙酮提取直接比色測定法[17-18]，根據(jù)公式計(jì)算胡蘿卜素含量:

式中，CA:胡蘿卜素含量，mg·100 g-1FW；V:定容體積，mL；M:樣品質(zhì)量，g；A:454 nm 波長處丙酮提取液吸光度值；0.004:吸光度值轉(zhuǎn)換為胡蘿卜素含量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；100:單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

還原糖和可溶性糖含量測定: 參照GB/T 5009.7-2008[19]直接滴定法。 準(zhǔn)確稱取1 g 熟薯，加9 mL 水，60℃水浴2 h，冷卻后4 000 r·min-1離心10 min，取3 mL 上清液2 份，1 份采用山東省科學(xué)院生物中心制造的SGD-Ⅲ自動還原糖測定儀測定還原糖含量，另1 份加3 mL 1.5 mol·L-1鹽酸，100℃水浴1 h，冷卻后用于測定可溶性糖含量。

食味評價(jià):鮮薯蒸熟后采用人工品嘗打分法。 食味分為甜度、黏度、質(zhì)地、香味、粗纖維5 個(gè)指標(biāo)打分，每指標(biāo)5 分制，并給予食味總評分(100 分制)，以南薯88 為參照，南薯88 每個(gè)指標(biāo)分值為4 分，食味總評分為80 分，試驗(yàn)品系根據(jù)品嘗食味與南薯88 的差異，給出相應(yīng)的分值，分值高者為優(yōu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用DPS v3.01 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 種栽培方法薯塊產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀的差異

由表1 可知，在產(chǎn)量性狀上，T1 的單株重、單株結(jié)薯數(shù)及典型薯塊直徑、長度和單薯重均表現(xiàn)為極顯著差于T2，T1 的微型薯平均單重僅12.7 g，而T2 的成薯平均單重40.8 g。 說明T1 會導(dǎo)致薯塊產(chǎn)量性狀的大幅度降低。 產(chǎn)量性狀的變異系數(shù)表現(xiàn)為，單株重最大，其次是單薯重、單株結(jié)薯數(shù)，三者變異幅度均較大，而薯塊直徑、長度的變異系數(shù)相對較小，說明甘薯品系之間產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)、薯型大小的差異較大，而薯塊形狀的差異相對較?。槐容^2 種栽培方法的變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，T1產(chǎn)量性狀的變異系數(shù)均較大。 綜上表明T1 造成甘薯群體的產(chǎn)量性狀明顯降低、差異變大。

在營養(yǎng)成分上(表1)，T1 的干物質(zhì)、胡蘿卜素、花青素、熟薯可溶性糖和熟薯還原糖含量均低于T2，其中，二者的干物質(zhì)、胡蘿卜素、熟薯可溶性糖和熟薯還原糖含量差異極顯著，花青素含量差異不顯著，說明T1 由于生育期的縮短，對甘薯塊根營養(yǎng)的積累產(chǎn)生了不利影響。 比較塊根營養(yǎng)成分的變異系數(shù)，胡蘿卜素含量最大，其次是花青素含量，二者變異幅度均較大，而熟薯還原糖、熟薯可溶性糖、干物質(zhì)含量的變異系數(shù)相對較小，說明甘薯品系之間屬于功能性物質(zhì)的胡蘿卜素、花青素含量差異較大，而屬于塊根碳水化合物的熟薯可溶性糖、熟薯還原糖、干物質(zhì)含量差異相對較??；比較2 種栽培方法的變異系數(shù)，T1 的營養(yǎng)成分，除了胡蘿卜素含量的變異系數(shù)小于T2 外，其余營養(yǎng)成分的變異系數(shù)均相對較大。 綜上表明T1 會使甘薯品系群體營養(yǎng)品質(zhì)下降、差異變大。

在食味指標(biāo)上(表1)，T1 除質(zhì)地與T2 無顯著差異以及黏度極顯著優(yōu)于T2 外，甜度、香味、粗纖維均極顯著差于T2，因此食味總評同樣表現(xiàn)出極顯著差于T2，說明T1 由于生育期縮短，營養(yǎng)成分積累不足，對甘薯食味產(chǎn)生了十分明顯的不利影響。 食味指標(biāo)的變異系數(shù)均小于10%，說明與甘薯營養(yǎng)成分的變異相比，甘薯品系之間的食味差異較小；比較2 種栽培方法的變異系數(shù)，T1 的甘薯食味指標(biāo)，除了香味的變異系數(shù)與T2 大致相當(dāng)外，其余均較小。 綜上表明T1 會使甘薯品系群體食味變差、差異縮小。

表1 2 種栽培方法的產(chǎn)量性狀、營養(yǎng)成分和食味指標(biāo)指標(biāo)差異Table 1 Differences in yield trait，nutritional composition and taste index between the two culture methods

2.2 T1 塊根品質(zhì)變化類型分布

與T2 對比，把T1 的微型薯品質(zhì)變化分為3 種類型:劣變型、穩(wěn)定型和優(yōu)變型。 設(shè)定塊根營養(yǎng)成分含量差異在10%之內(nèi)的品系歸為穩(wěn)定型，差異超過10%的品系，按照營養(yǎng)成分變差、變好，分別歸為劣變型、優(yōu)變型；甘薯食味以食味總評變化評價(jià)，由于食味變異系數(shù)小，食味總評差異在1 分之內(nèi)的品系歸為穩(wěn)定型，差異超過1 分的品系，按照食味總評變差、變好，分別歸為劣變型、優(yōu)變型。 品質(zhì)變化歸類結(jié)果如圖1 所示，無論是干物質(zhì)、色素、熟薯糖分，還是食味總評，甘薯品系微型薯均存在3 種品質(zhì)變化類型，劣變型品系比例均超過試驗(yàn)品系數(shù)的50%，其中，熟薯可溶性糖、熟薯還原糖、干物質(zhì)含量的劣變型品系比例較高，均超過試驗(yàn)品系數(shù)的75%；優(yōu)變型品系比例最高的是花青素、胡蘿卜素含量，均超過試驗(yàn)品系數(shù)的25%，與熟薯糖分、干物質(zhì)含量和食味總評的優(yōu)變型品系比例差距在10 個(gè)百分點(diǎn)以上。 食味總評的穩(wěn)定型品系比例最高，達(dá)到試驗(yàn)品系數(shù)的31.15%，與營養(yǎng)成分的穩(wěn)定型品系比例差距均在10 個(gè)百分點(diǎn)以上。

圖1 在T2 對比下T1 的塊根品質(zhì)變化類型分布Fig.1 Change type distribution of root quality under T2 in contrast to T1

2.3 2 種栽培方法之間薯塊產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀的相關(guān)性

同一性狀不同栽培方法之間的相關(guān)性結(jié)果，單株重、單株結(jié)薯數(shù)和典型薯塊的單薯重存在顯著的正相關(guān)，薯塊直徑、長度存在弱正相關(guān)，說明T1 的微型薯能較好地表現(xiàn)甘薯的早熟性，微型薯的形狀也與品系薯塊的形狀特性相關(guān)，早熟性篩選是可靠的。

同一營養(yǎng)成分不同種栽培方法間均存在極顯著正相關(guān)，其中，胡蘿卜素、花青素含量的相關(guān)系數(shù)均為0.719，而干物質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)為0.512。 說明T1的微型薯能很好地表現(xiàn)品系營養(yǎng)品質(zhì)特性，尤其是色素含量篩選有很高的可靠性，干物質(zhì)含量篩選也有較高的可靠性。

分析不同栽培方式間同一食味指標(biāo)的相關(guān)性可知，甜度、黏度、香味、食味總評等熟薯食味指標(biāo)存在極顯著正相關(guān)，質(zhì)地、粗纖維存在弱正相關(guān)。 說明甘薯通過高密度短生育期基質(zhì)栽培篩選能很好地表現(xiàn)品系薯塊食味特性，食味篩選具有較高的可靠性。

3 討論

3.1 甘薯胡蘿卜素、花青素在甘薯品質(zhì)育種中的作用與實(shí)生系篩選

在甘薯的主要營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)中，對營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價(jià)貢獻(xiàn)最高的是胡蘿卜素、花青素、黃酮與多酚等甘薯功能物質(zhì)因子，其次是淀粉、蔗糖、果糖與葡萄糖等甘薯碳水化合物因子，而蛋白質(zhì)與礦物質(zhì)元素等甘薯營養(yǎng)物質(zhì)作為輔助因子貢獻(xiàn)最小，而且胡蘿卜素、花青素含量均與黃酮、多酚含量呈高度正相關(guān)，甘薯胡蘿卜素或花青素含量高的品種，往往黃酮、多酚含量也高[20-21]。 因此，胡蘿卜素、花青素含量是甘薯品質(zhì)育種的重要指標(biāo)。 但甘薯食味品質(zhì)，并非胡蘿卜素、花青素含量越高越好。 已有研究表明，花青素具有苦澀味，對甘薯食味指標(biāo)的甜度、香味、質(zhì)地均有不利的影響，且對甘薯蒸熟過程中可溶性糖的形成有明顯的抑制作用[22-23]；甘薯胡蘿卜素含量與干物質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，甘薯胡蘿卜素含量高的品種，往往干物質(zhì)含量較少，而干物質(zhì)含量是甘薯食味的基礎(chǔ)[24-25]。 因此，甘薯食用品種選育在加強(qiáng)胡蘿卜素、花青素含量的同時(shí)應(yīng)兼顧營養(yǎng)品質(zhì)與食味品質(zhì)。 本試驗(yàn)結(jié)果表明，T1 與T2 的胡蘿卜素、花青素含量均存在高度正相關(guān)，由于甘薯胡蘿卜素、花青素含量分別決定了橘紅肉和紫肉甘薯的肉色深淺，其變異系數(shù)大[26]，容易通過田間甘薯肉色目測分級進(jìn)行鑒別篩選，因此在高密度短生育期基質(zhì)栽培下，甘薯胡蘿卜素、花青素含量的品質(zhì)篩選既簡便又可靠，這為利用高密度短生育期基質(zhì)栽培進(jìn)行甘薯品質(zhì)育種的實(shí)生系篩選奠定了基礎(chǔ)。

表2 2 種栽培方法之間產(chǎn)量性狀、營養(yǎng)成分和食味指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of yield trait，nutritional composition and taste index between two culture methods

3.2 生育期對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

甘薯栽后60 d 處于塊根開始膨大、地上莖分枝時(shí)期，栽后90 d 處于塊根快速生長期、地上莖葉生長高峰期前后，2 個(gè)生育期的鮮薯產(chǎn)量、莖葉產(chǎn)量差距較大。 一般栽后60 d 塊根膨大期的鮮薯產(chǎn)量是栽后90 d 的30% 左右，地上莖葉鮮重不足栽后90 d 的70%[27-29]。 本試驗(yàn)中，T1 的鮮薯單株重僅有T2 的18.29%。 分析認(rèn)為由于生育期60 d(T1)時(shí)還遠(yuǎn)未達(dá)到地上莖葉生長高峰，在設(shè)施環(huán)境下T1 擁有更好的肥水調(diào)控條件，可以避免因密度多倍增加引起地上莖葉生長過量而造成鮮薯大幅減產(chǎn)，微型薯與T2 的產(chǎn)量巨大落差主要來源于生育期縮短，而非環(huán)境條件。

已有研究表明，在甘薯生育過程中，胡蘿卜素和花青素含量在品種間存在差異和分化；橘紅肉品種胡蘿卜素含量可分為總體平穩(wěn)型、一直增加型和曲折上升型3 種變化類型，生育期60 d 高于90 d 的品種僅在總體平穩(wěn)型中出現(xiàn)；紫肉品種花青素含量可分為緩慢增加型、波動變化型和曲折上升型3 種變化類型，生育期60 d 高于90 d 的品種僅在波動變化型中出現(xiàn)；多數(shù)品種生育期60 d 的胡蘿卜素或花青素含量低于90 d 的，但一般含量高的品種始終含量較高[30-31]。 在本試驗(yàn)中，在群體水平上，與T2 相比，T1 的甘薯營養(yǎng)成分顯著下降，但花青素含量與T2 無明顯差異，這是由于甘薯花青素含量主要由基因型決定的，受環(huán)境影響小[32-33]。 同時(shí)胡蘿卜素、花青素、干物質(zhì)、熟薯可溶性糖和熟薯還原糖含量均存在劣變型、穩(wěn)定型和優(yōu)變型3 種品質(zhì)變化類型，但劣變型品系至少占試驗(yàn)品系數(shù)的50%以上，隨著生育期縮短，干物質(zhì)、熟薯可溶性糖和熟薯還原糖等碳水化合物的含量最容易變差，胡蘿卜素、花青素含量變高的可能性相對較大，食味的穩(wěn)定性相對較高。

3.3 T1 的實(shí)生系篩選指標(biāo)

方正義等[5]測得25 個(gè)組合塊根早期微型薯產(chǎn)量與早熟性的相關(guān)值為0.367(P＜0.05)，且該性狀在實(shí)生系與無性早代間有高度的穩(wěn)定性，相關(guān)系數(shù)為0.484(P＜0.01)，認(rèn)為生育期約60 d 時(shí)微型薯的早熟性篩選是可靠的；王鐵華等[7]通過5年45 個(gè)雜交組合的實(shí)生系早期篩選，認(rèn)為60 d 膨大期的高產(chǎn)篩選是可靠的。 方正義等[5]和陶家蘭等[34]認(rèn)為實(shí)生系早期與后期的干物質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，干物質(zhì)含量只需在實(shí)生系早期篩選即可。 在本試驗(yàn)中，薯塊的營養(yǎng)成分、食味在不同栽培方法間均存在極顯著正相關(guān)，其中胡蘿卜素、花青素和干物質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.719、0.719 和0.512，關(guān)聯(lián)度較高；單株重、單株結(jié)薯數(shù)、單薯重等產(chǎn)量性狀存在顯著正相關(guān)，典型薯塊的長度、寬度存在一定的正相關(guān)。 因此，利用高密度短生育期基質(zhì)栽培，既可以為實(shí)生系擴(kuò)繁育苗又可以提早篩選，以薯肉色、干物質(zhì)含量和食味為品質(zhì)篩選指標(biāo)，以單株重、結(jié)薯數(shù)、典型薯塊單重和形狀為早熟性篩選指標(biāo)，進(jìn)行以目測、品嘗等為主的較為直觀、簡單的篩選。

4 結(jié)論

與T2 生產(chǎn)的塊根相比，T1 生產(chǎn)的微型薯，除了花青素含量差異較小外，其產(chǎn)量和品質(zhì)性狀均極顯著下降。 單株重、單薯重和單株結(jié)薯數(shù)等產(chǎn)量性狀在2 種栽培方法間均呈顯著正相關(guān)，因此，T1 微型薯的早熟性篩選有較好的可靠性。 在品質(zhì)性狀上，T1 微型薯的花青素、胡蘿卜素、干物質(zhì)、熟薯可溶性糖、熟薯還原糖含量和食味均存在劣變型、穩(wěn)定型和優(yōu)變型3 種品質(zhì)變化類型，而薯塊品質(zhì)性狀在2 種栽培方法間均呈極顯著正相關(guān)，因此，在高密度短生育期基質(zhì)栽培下，微型薯的薯肉色、干物質(zhì)含量和食味等品質(zhì)篩選具有較高的可靠性。