冬作馬鈴薯后代品系營養(yǎng)品質(zhì)評價

羅文彬 李華偉 許國春 許泳清 林志堅 紀(jì)榮昌 邱思鑫 湯浩

摘要：【目的】培育適宜在冬作區(qū)種植且具有早熟、耐寒、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等綜合性狀的馬鈴薯新品種?！痉椒ā坎捎锰飭栯S機區(qū)組試驗設(shè)計，以耐寒、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的閩薯2號為母本，早熟、優(yōu)質(zhì)的中龍薯I號為父本，對其27份雜交后代品系進行研究，分析其維生素C、還原糖、干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、礦質(zhì)元素和氨基酸等主要營養(yǎng)品質(zhì)的變異程度?！窘Y(jié)果】27份雜交后代品系的營養(yǎng)品質(zhì)性狀的變異程度較大，其中：維生素C和還原糖含量的變異系數(shù)（CV）分別為22.4%和18.3%。干物質(zhì)和蛋白質(zhì)含量的變異程度較小，CV值分別為10.8%和14.9%。礦質(zhì)元素中，鎂和鐵的變異程度較大，CV值分別為17.0%和24.2%;鉀和鋅的CV值分別為10.2%和12.1%。17種氨基酸組分的CV值范圍在12.9%～38.0%，CV值超過25%的組分有天門冬氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸和脯氨酸;總氨基酸的CV值為14.6%。通過主成分分析和聚類分析，對27份雜交后代品系進行營養(yǎng)品質(zhì)評價，初步篩選m 1320040、1320001、1320009等12份高營養(yǎng)品質(zhì)材料?！窘Y(jié)論】27份雜交后代品系的營養(yǎng)品質(zhì)性狀具有豐富的遺傳多樣性，試驗篩選出的12份高營養(yǎng)品質(zhì)材料可為進一步選育冬作馬鈴薯優(yōu)良新品種奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;后代品系;營養(yǎng)品質(zhì);評價

中圖分類號：S 532

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-0384（2021） 07-0742-08

Nutritional Quality of Winter-potato Progenies

LUO Wenbin. LI Huawei， XU Guochun. XU Yongqing， LIN Zhijian， JI Rongchang，

QIU Sixin. TANG Hao

（Crop Research Institute， Fujian Academy ofAgricultural Sciences/Scientific Observing and Experimental Station of Tuber andRoot Crops m South China， Ministry ofAgricultrue，P R China/Fujian Engineering Research CenterforCharacteristic Dry Crop VarieN Breeding， Fuzhou， Fujian 350013，China）

Abstract： 【Objective】 In preparation of breeding new earIy-mature. cold tolerant， high yield winter-potato varieties thenutritional quality of the hybrid candidates was evaluated. 【Method】 A randomized block experiment was conducted in thefield to compare the contents of vitamin C， reducing sugar， dry matters， protein， mineral elements. and amino acids in 27 hybridprogenies of a cold tolerant. high yield. high quality Minshu 2 as the female parent and a very early-mature， high qualityZhonglongshu l as the male parent. 【Result】 Significant variations on contents of the nutrients were found among the 27cultivars. The coefficient of variations （CV） on vitamin C and reducing sugar were 22.4% and 18 3%，respectively， and smallerCV on dry matters and protein 10.8% and 14.g%， respectively. On minerals， the greatest differentiations were shown on Mgand Fe contents with CVs at 17.0% on Mg and 24.2% on Fe. but lower at 10.2% on K. and 12.1% on Zn. The contents of 17amino acids varied in the CV range from 12.g% t0 38.0% with Asp， Glu， Cys， Agr， and Pro higher than 25%. and the totalamino acids at 14.6%. It appeared that these progemes were highly diverse geneticallv resulting in significant variations ontheir nutritional quality. Hence. careful selection of the hybrids would be necessary to maximize the nutritional quality of thenew breed. Using the principal component and cluster analyses， 12 high-quality candidates including 1320040. 1320001. and1320009 were preliminarily selected. 【Conclusion】The nutritional quality of the 27 hybrids with rich genetic diversity wascompared. Accordingly， 12 were chosen as candidates for breeding experimentation

Key words： potato; progenies; nutritional quality; evaluate

0 引言

【研究意義】馬鈴薯是世界上最重要的非禾本科作物[1]，其營養(yǎng)全面豐富，塊莖干物質(zhì)主要由淀粉組成，必需氨基酸含量高，富含賴氨酸，是人體內(nèi)膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)、植物營養(yǎng)素的重要來源[2-3]。南方冬作區(qū)是我國馬鈴薯栽培區(qū)劃中的重要組成部分[4]，該區(qū)域冬作馬鈴薯收獲期與國內(nèi)其他栽培區(qū)的鮮薯供應(yīng)期錯開，擁有較大市場，田間收購價較高，具有明顯的效益優(yōu)勢[5-6]。為滿足春節(jié)期間國內(nèi)市場對鮮薯的需求，選用早熟新品種，提早鮮薯上市期，有助于進一步提升南方冬作馬鈴薯產(chǎn)業(yè)價值。此外，由于冬作馬鈴薯生長期與南方氣溫最低季節(jié)重疊，易遭受持續(xù)低溫脅迫及早霜和晚霜危害[7-9];而在馬鈴薯生育期的中后期，南方地區(qū)氣溫逐漸回升，降雨增多，導(dǎo)致晚疫病的發(fā)病頻率高[10-12]。因此，選育早熟、優(yōu)質(zhì)、耐寒、抗病的馬鈴薯新品種對發(fā)展南方冬作馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】雜交育種是目前國內(nèi)外植物新品種選育中應(yīng)用最普遍、最有成效的一種育種方法[1.l3]，該方法通過特定品種間的雜交和后代定向選擇，可選育出符合育種目標(biāo)、集雙親優(yōu)點于一體的新材料或新品種[14-16]。在雜交育種中，選擇遺傳基礎(chǔ)差異大（不同親緣關(guān)系、地理來源、生態(tài)型等）的材料作為親本，由于其后代能產(chǎn)生豐富的變異，可為篩選出目標(biāo)材料提供更大可能【17】。例如：王虹等[13]通過3個親本多元雜交，篩選出不同類型的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿材料;盧道寬等[16]研究了野生大豆和栽培大豆雜交后代秸稈的營養(yǎng)品質(zhì)，獲得一份具有優(yōu)質(zhì)牧草潛力的材料。雜交育種是目前選育馬鈴薯新品種的基本方法，現(xiàn)有主栽品種多數(shù)由雜交技術(shù)育成。進入21世紀(jì)以來，我國已育成馬鈴薯品種200多個，遺傳背景狹窄的問題也得到逐步改善，選育出一批高產(chǎn)和抗晚疫病、青枯病、早疫病新品種[18]。雜交選育的中薯、克新、鄂薯、隴薯、青薯等系列品種在我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[1]。【本研究切入點】目前我國馬鈴薯育種T作主要以高產(chǎn)、抗病及淀粉加工、炸片、炸條等專用型品種為目標(biāo)，對新品種的評價也重點針對產(chǎn)量和病害抗性等性狀，缺少對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)性狀的關(guān)注和育種投入，導(dǎo)致生產(chǎn)上缺少營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的品種資源。【擬解決的關(guān)鍵問題】前期本課題組以優(yōu)質(zhì)耐寒馬鈴薯材料閩薯2號為母本，早熟優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種中龍薯1號為父本配制雜交組合，經(jīng)多年多點無性世代的選擇與評價，篩選獲得27份綜合性狀較優(yōu)的高代品系。在此基礎(chǔ)上本研究對閩薯2號/中龍薯1號的27份高代雜交品系材料的營養(yǎng)品質(zhì)性狀進行評價，分析塊莖主要營養(yǎng)成分、礦質(zhì)元素和氨基酸等營養(yǎng)品質(zhì)性狀的差異，并結(jié)合應(yīng)用主成分分析法和聚類分析法，對雙親及27份后代品系材料的綜合品質(zhì)進行評價與篩選，以期為培育具有優(yōu)良營養(yǎng)品質(zhì)性狀的馬鈴薯新品種提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和種質(zhì)材料。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料包括2個馬鈴薯親本閩薯2號（母本）和中龍薯1號（父本），以及從2個親本雜交后代中篩選出的27份優(yōu)良品系。親本的來源與基本性狀見表1。

1.2試驗設(shè)計

試驗地點位于福建省霞浦縣沙江鎮(zhèn)小馬村（ 119°93'E，26°79'N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候類型，試驗地前茬為水稻，土壤類型為砂壤土。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共29個處理，每個處理3壟，小區(qū)面積20m2，3次重復(fù)。試驗于2018年12月21日播種，單壟雙行種植，壟寬1.2 m，密度為7.5萬株.hm-2。田間的水肥管理、病蟲草防治等措施一致。

1.3品質(zhì)測定方法

于馬鈴薯成熟期在各小區(qū)取塊莖樣品，分別采用烘干法測定干物率，凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量，2，6-二氯靛酚法測定維生素C含量，3，5--硝基水楊酸比色法測定還原糖含量。鉀、鎂、鐵、鋅元素含量的測定分別參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉀、納測定》（ GB 5009.91-2017）[21]，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎂的測定》（ GB 5009.241-2017）[22]，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鐵的測定》（ GB 5009.902016）[23]、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鋅的測定》（ GB 5009.14-2017）[24]進行測定。參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測定方法》（ GB 5009.1242016）[25]，使用全自動氨基酸分析儀進行氨基酸含量的測定。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel計算各性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)差/平均值）。參照汪明華等[26]的方法，采用SPSS軟件進行主成分分析，對9個品質(zhì)性狀進行降維轉(zhuǎn)化，建立新的綜合指標(biāo)，并計算品質(zhì)綜合評價指數(shù)（Q）。根據(jù)Q值，采用SPSS軟件進行聚類分析（系統(tǒng)聚類組間連接法）。

2 結(jié)果與分析

2.1雜交后代品質(zhì)性狀的差異

2.1.1主要營養(yǎng)成分 對親本及其雜交后代的4種主要營養(yǎng)成分的測定結(jié)果表明，雜交后代蛋白質(zhì)和維生素C含量均值高于親本均值，而干物率和還原糖含量較親本均值低（表2）。27份雜交后代塊莖主要營養(yǎng)成分存在不同程度的差異，維生素C和還原糖含量的差異較大，變異系數(shù)（CV）分別為22.4%和18.3%，其中維生素C含量最大值與最小值之間相差2倍以上;干物率和蛋白質(zhì)含量的差異相對較小，CV值為10.8%和14.9%。

2 .1.2礦質(zhì)元素 由表3可知，雜交后代塊莖中鉀和鎂含量均值低于兩個親本，而鋅和鐵含量高于親本均值。雜交后代中4種礦質(zhì)元素含量差異最大的為鐵，變異系數(shù)達24.2%，最大值是最小值的2.8倍;鎂的差異也較大，CV值為17.0%;其次為鋅，CV值為12.1%;鉀的差異最小，CV值為10.2%。

2.1.3氨基酸 27份雜交后代的氨基酸組分及總氨基酸含量均值都高于親本均值，且存在不同程度的差異（表4）。胱氨酸和脯氨酸的變異系數(shù)高于其他組分，CV值均大于30%;天門冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸和精氨酸的變異系數(shù)介于20%～30%;而纈草氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸以及總氨基酸含量的變異系數(shù)相對較小，CV值均小于15%。

2.2品質(zhì)性狀的相關(guān)關(guān)系

9個品質(zhì)性狀兩兩之間的相互關(guān)系達顯著水平以上的有6對。由表5可知，干物率與礦質(zhì)元素含量的關(guān)系較緊密，其與鉀、鎂、鋅含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.659、0.611和0.554;鉀含量與鎂、鋅含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.467和0.441;蛋白質(zhì)含量與總氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.927;其余品質(zhì)性狀之間相關(guān)不顯著。

2.3優(yōu)質(zhì)品系篩選

2.3.1主成分分析 對29份供試材料9個品質(zhì)性狀的隸屬函數(shù)值進行主成分分析，根據(jù)特征值≥1的原則提取了3個主成分，它們的貢獻率分別為30.362%、24.642%和15.303%，累計貢獻率達70.307%（表6）。由表6可知，第1主成分對應(yīng)的特征向量中載荷較大的因子有干物率、鉀、鎂和鋅，第2主成分載荷較大的因子有蛋白質(zhì)和總氨基酸，第3主成分在還原糖和鐵元素上的載荷較大。結(jié)果表明，這3個主成分包含了9個品質(zhì)性狀中的大部分信息。因此，可將這9個品質(zhì)性狀轉(zhuǎn)化為3個綜合性指標(biāo)，進一步對雜交后代的品質(zhì)進行評價。

2.3.2品質(zhì)綜合評價指數(shù) 通過對主成分得分值和貢獻率之積進行累加，計算各材料的品質(zhì)綜合評價指數(shù)（Q），Q值越大表示綜合品質(zhì)越好。29份材料Q值介于1.11～0.53，根據(jù)Q值大小對參試材料進行排序，得到O值大于0.5的雜交后代有1320040和1320001，綜合品質(zhì)性狀居前兩位;Q值小于0.5的雜交后代有1320071、1320062和1320003，綜合品質(zhì)性狀劣于父母本，品質(zhì)相對較差。由表7還可知，共有6份雜交后代的綜合品質(zhì)優(yōu)于雙親。

2.3.3聚類分析 圖1是對親本和雜交后代的O值進行聚類分析的結(jié)果。采用系統(tǒng)聚類組間連接法將29份參試材料分為3類（圖1）。第1類為高品質(zhì)材料，包括1320040、1320001、1320009等12份材料，占41 .4%，Q值變幅為0.22～0.53;第Ⅱ類為中等品質(zhì)材料，包括1320045、1320069、1320011等14份材料，占48.3%，Q值變幅為0.42～0.17;第Ⅲ類為低品質(zhì)材料，共3份，占10.3%，包括1320071、1320062和1320003，Q值變幅為1.11—0.73。

3討論

3.1品質(zhì)性狀差異

本研究是在前期雜交以及對其后代品系鑒定試驗的基礎(chǔ)上進行的。前期試驗主要圍繞后代品系地上部生長勢、熟性、塊莖外觀品質(zhì)、產(chǎn)量、耐寒性和抗晚疫病等表型性狀進行選擇，共篩選出27份綜合性狀較優(yōu)的高代品系，但未對其營養(yǎng)品質(zhì)進行鑒定。根據(jù)早熟、優(yōu)質(zhì)、耐寒和抗晚疫病的育種目標(biāo)，本研究對27份后代品系的營養(yǎng)品質(zhì)進行了遺傳變異性分析。分析結(jié)果表明，27份后代品系的營養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)出一定的遺傳差異性，維生素C、還原糖、鎂、鐵，以及天門冬氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸和脯氨酸等氨基酸組分的變異系數(shù)在17.0%～38.0%，表明具有較為豐富的遺傳多樣性，可為選育出高營養(yǎng)品質(zhì)的后代材料提供更多可能。較大的遺傳差異與兩個親本的地理和生態(tài)型差異大、親緣關(guān)系較遠(yuǎn)不無關(guān)系[17]。干物率、蛋白質(zhì)、鉀、鋅及氨基酸含量的變異系數(shù)相對較小，遺傳性相對穩(wěn)定。以礦質(zhì)元素鋅為例，其變異系數(shù)為12.1%，與李輝等[27]的研究結(jié)果相似。值得一提的是，馬鈴薯的品質(zhì)性狀不僅受基因型影響，也取決于栽培環(huán)境及其與基因型的互作[28-30]，本研究也不例外，所測定的主要營養(yǎng)成分、礦質(zhì)元素和氨基酸等的含量是基因與環(huán)境共同作用下的綜合表現(xiàn)。因此，本研究相關(guān)結(jié)果并非完全由基因型產(chǎn)生的，還受到生育期內(nèi)環(huán)境條件的影響，后續(xù)研究還應(yīng)開展多點不同生態(tài)型的鑒定工作。

3.2高品質(zhì)品系的評價與篩選

在雜交育種后代選擇的過程中，通常根據(jù)單個或少數(shù)幾個性狀來評價后代資源的表現(xiàn)，并依此進行篩選，存在一定的主觀性和片面性[31]。主成分分析法通過降維的方式可將數(shù)個相關(guān)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個相互獨立的綜合指標(biāo)，實現(xiàn)用少量的綜合性指標(biāo)來反映所有變量信息[32]。該方法在馬鈴薯無性系選擇和資源評價中已得到有效應(yīng)用[31.33-34]。本研究利用主成分分析法，將9個品質(zhì)性狀轉(zhuǎn)化為3個綜合指標(biāo)，其累計貢獻率超過70%，說明新構(gòu)建的3個綜合指標(biāo)解釋了9個品質(zhì)性狀的大部分信息，可進一步利用這3個綜合指標(biāo)的權(quán)重建立品質(zhì)綜合評價指數(shù)（Q）。根據(jù)Q值大小，借助聚類分析，將29份參試材料分為高品質(zhì)、中等品質(zhì)和低品質(zhì)3類，在高品質(zhì)類別中，包括1320001、1320040、1320007等品系，這些品系的Q值排名均位居前列（表7），亦證明本研究聚類分析結(jié)果可靠。但是，通過主成分分析和聚類分析篩選出的高品質(zhì)材料的遺傳穩(wěn)定性還有待進行多點繼代觀察和檢驗，以確保篩選出的高品質(zhì)材料的遺傳穩(wěn)定性。

4結(jié)論

27份后代品系營養(yǎng)品質(zhì)性狀的遺傳分離明顯，其中維生素C、還原糖、鎂和鐵的變異系數(shù)較大，分別為22.41%、18.3%、17.0%和24.2%;后代品系氨基酸組分的變異系數(shù)為12.9%～38.0%，分離較大的組分有天門冬氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸和脯氨酸。本試驗結(jié)果表明，27份后代品系的營養(yǎng)品質(zhì)具有豐富的遺傳多樣性。運用主成分分析和聚類分析法對27份后代品系進行綜合營養(yǎng)品質(zhì)的評價和篩選，初步篩選出1320040、1320001、1320009等12份高品質(zhì)材料。

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（責(zé)任編輯：楊小萍）

收稿日期：2020-11-12初稿;202004-12修改稿

作者簡介：羅文彬（ 1976-），男，副研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術(shù)研究（E-mail： lwb9630@163com）

通信作者：湯浩（ 1968-），男，研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術(shù)研究（ E-mail： 762590126@qqcom）

基金項目：福建省科技計劃公益類專項（ 2020R1031004）;福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院閩寧協(xié)作項目（MN2019-05;福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對外合作項目（DEC201914）