木薯農(nóng)藝性狀及品質(zhì)對(duì)不同海拔梯度的響應(yīng)

李月仙，周迎春，宋記明，張林輝，沈紹斌，姜太玲，段春芳,2，劉 倩，熊賢坤，嚴(yán) 煒，劉光華

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，云南保山 678000；2保山全心農(nóng)業(yè)科技有限公司，云南保山 678000；3云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 650205）

0 引言

木薯(Manihot esculantaCrantz.)是世界三大薯類（木薯、馬鈴薯和甘薯）之一[1]，有“地下糧倉”、“淀粉之王”和“能源作物”之美稱[2-3]，有食用、飼用、工業(yè)上加工利用、綜合利用等多種用途，其加工產(chǎn)品達(dá)2000 多種[4]，是一種用途廣泛，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物。木薯主要分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)（簡(jiǎn)稱熱區(qū)）的海南、廣東、廣西、云南和福建等省區(qū)[5]。云南省熱區(qū)氣候類型多樣，具有光照充足、終年氣溫較高、干濕季分明等特點(diǎn)，熱區(qū)分布海拔為76～1600 m，其中海拔低于1500 m 均有木薯種植[6]。木薯產(chǎn)業(yè)是云南鄉(xiāng)村振興產(chǎn)業(yè)之一，近年來，在圍繞木薯主要農(nóng)藝性狀、塊根品質(zhì)均有些研究[7-8]。羅興錄等[9]研究表明5 個(gè)木薯品種農(nóng)藝性狀和塊根品質(zhì)中淀粉含量有顯著差異，淀粉產(chǎn)量綜合反映木薯淀粉生產(chǎn)能力，可作為木薯品種品質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。徐娟等[10]研究表明木薯塊根品質(zhì)中的干物率與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，因此木薯干物率可作為選育高淀粉木薯品種的重要參考指標(biāo)。付海天等[11]通過不同木薯的農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)中淀粉含量等綜合評(píng)價(jià)，木薯新品種系‘老撾6’、‘越南食用’、‘老撾5’、‘HL-S10’適合廣西南寧種植。楊開興[12]研究了食用型木薯新品種在漳州市漳浦縣適應(yīng)性，結(jié)果表明，木薯品種‘SC6068’、‘水果木薯’、‘SC1424’和‘SC9’適應(yīng)性好，具有塊根產(chǎn)量高或淀粉含量高的優(yōu)良特性。劉倩等[13]在云南6個(gè)不同氣象條件及海拔的木薯種植區(qū)進(jìn)行農(nóng)藝性狀研究表明，‘GR4'適應(yīng)在海拔552 m（元陽縣南沙鎮(zhèn)）、海拔956 m（瑞麗市畹町鎮(zhèn)）及海拔1152 m（滄源縣班洪鄉(xiāng)）種植，‘SC205'適應(yīng)海拔750 m（保山市隆陽區(qū)潞江鎮(zhèn)）及海拔1468 m（勐海縣勐混鎮(zhèn)）種植。但在同一區(qū)域木薯農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)如何對(duì)不同海拔梯度的響應(yīng)尚不清楚。因此，立足云南多樣化氣候條件，科學(xué)分析影響云南木薯農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)的關(guān)鍵因子，差異化發(fā)展木薯品種的種植，合理布局品種結(jié)構(gòu)是云南木薯產(chǎn)業(yè)急需解決的問題。

海拔梯度是由氣溫、濕氣、陽光照射等因素構(gòu)成的一個(gè)綜合性環(huán)境因子，隨著海拔梯度的變化，溫度、濕度和光照強(qiáng)度等都會(huì)有不同程度的變化，對(duì)這些生態(tài)因子的長期適應(yīng)使得不同海拔生長的植物形成了獨(dú)特的生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，從而導(dǎo)致農(nóng)藝性狀和品質(zhì)表現(xiàn)出差異性[14-15]。尚未有在同一區(qū)域不同海拔梯度對(duì)木薯農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)影響的研究，但在其他作物上已有諸多報(bào)道。張翠仙等[16]研究發(fā)現(xiàn)帕拉英達(dá)芒果果實(shí)外觀性狀及品質(zhì)性狀中維生素C含量隨著海拔的升高而降低。楊加存[17]研究發(fā)現(xiàn)玉米株高農(nóng)藝性狀隨著海拔高度的升高而降低。徐勝濤等[18]研究表明不同海拔高度下香蕉維生素C、蛋白質(zhì)等果實(shí)品質(zhì)隨著海拔高度的增加呈現(xiàn)顯著性提升趨勢(shì)。孫小紅等[19]研究表明海拔高度的變化綜合影響了香榧種子的部分外觀性狀和營養(yǎng)成分，其中隨海拔高度升高蛋白含量呈降低趨勢(shì)。因此，本研究以云南主栽木薯品種‘華南205’、‘桂熱4’為材料，通過在同一區(qū)域不同海拔梯度下，在不同時(shí)期觀測(cè)木薯株高、莖粗、主莖高等農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)含量，探究這些指標(biāo)隨海拔梯度的變化規(guī)律，分析海拔對(duì)木薯生長和塊根品質(zhì)性狀的影響，為不同海拔區(qū)段木薯品種選擇及生產(chǎn)及提供理論和實(shí)踐依據(jù)，進(jìn)一步揭示木薯栽培同海拔梯度因子的響應(yīng)關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于云南省保山市隆陽區(qū)潞江鎮(zhèn)高黎貢山區(qū)域的新寨村咖啡園。選擇裝有先進(jìn)氣象儀器，海拔為800、1000、1200、1400、1600 m 的5 個(gè)咖啡園做試驗(yàn)地（見表1）。試驗(yàn)地年平均氣溫19.4℃，最冷月平均氣溫13.6℃，最熱月平均氣溫24.7℃，年降雨量418.7 mm，年平均濕度59.9%，日照時(shí)數(shù)286.4 min，光合有效曝輻量1.9 mol/m2，光合有效輻照度503.3 μmol/(m2·s)，該地地勢(shì)跌宕起伏，生境條件呈現(xiàn)多樣性，能滿足理想的試驗(yàn)環(huán)境。

表1 試驗(yàn)地概況

1.2 材料與方法

以云南主栽木薯品種‘華南205’(‘SC205’)‘、桂熱4’(‘GR4’)為為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)時(shí)間：2017 年5 月16 日種植，2018 年2 月5 日收獲及2018 年3 月16 日種植，2019 年1 月10 日收獲，田間管理按常規(guī)管理，在每個(gè)海拔梯度的咖啡園行間種植50 株，株行距為0.8 m×1.0 m，小區(qū)長8 m，寬5 m，小區(qū)面積為40 m2，重復(fù)3次。定值3個(gè)月后，固定20株并編號(hào)，每個(gè)月測(cè)量或觀察1次農(nóng)藝性狀，株高：用鋼卷尺測(cè)量植株從地面至最高點(diǎn)的高度；莖粗：用游標(biāo)卡尺測(cè)量離地面10 cm高處主莖的直徑；主莖高：用鋼卷尺測(cè)量植株從地面至主莖第一分枝處的高度；落葉高度：用鋼卷尺測(cè)量從地面至植株落葉處高度；木薯塊根品質(zhì)性狀測(cè)定，取樣后立即送往保山市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測(cè)中心進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定，淀粉測(cè)定參照GB/T 5009.9－2008 食品中淀粉的測(cè)定；蛋白質(zhì)測(cè)定參照GB/T5009.5－2010 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定；粗纖維測(cè)定參照GB/T5009.10－2003植物類食品中粗纖維的測(cè)定；L(+)－抗壞血酸測(cè)定參照GB 5009.86—2016食品中抗壞血酸含量的測(cè)定；氫氰酸的測(cè)定參照GB/T 5009.36—2003 食品中氰化物的測(cè)定，相關(guān)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)“木薯種質(zhì)資源描述規(guī)范”[20]。土壤指標(biāo)委托廣州市欣華農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和DPS V9.01軟件進(jìn)行處理，并采用Duncan差異顯著性分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔梯度下木薯農(nóng)藝性狀分析

2.1.1 不同海拔梯度下木薯株高生長量分析 隨著時(shí)間的增加，不同海拔梯度下木薯植株不斷長高，且在8—10月生長最快，11月生長相對(duì)緩慢，到12月生長基本停止。在同一時(shí)間段，海拔800 m生長最快，其次是海拔1000 m，而海拔1400 m生長最緩慢，說明隨海拔高度的升高，木薯植株生長量呈降低趨勢(shì)，海拔1200 m 生長較平緩，但1600 m均比1200 m和1400 m生長快（圖1），這為木薯栽培選地提供理論依據(jù)，木薯品種‘SC205’植株比‘GR4’生長快，從生長量方面考慮，可為選擇青貯飼料品種提供理論依據(jù)。

圖1 不同海拔梯度下木薯株高生長量變化

2.1.2 不同海拔梯度下木薯莖粗分析 隨著時(shí)間的增加，木薯莖粗不斷增粗，8—10 月份增粗最快，且在11月份生長達(dá)最粗。在同一時(shí)間段，海拔800 m 木薯莖粗增粗最快，其次是海拔1000 m，說明隨海拔高度的升高，木薯莖粗生長量呈降低趨勢(shì)，而生長最慢‘SC205’為1200 m，‘GR4’為1400 m，整體‘SC205’比‘GR4’增粗快，且海拔1600 m 均比1200 m、1400 m 生長快（圖2），這可能是試驗(yàn)地氣候因子、土壤環(huán)境及品種差異所致。

圖2 不同海拔梯度下木薯莖粗生長量變化

2.1.3 不同海拔梯度下木薯主莖高生長量分析 隨著時(shí)間的增加，木薯主莖高不斷長高，8—10 份增高最快，且在11月基本長到最高。在同一時(shí)間段，隨海拔的增加，木薯主莖高與其呈相反生長，海拔800 m木薯主莖高生長最快，其次是海拔1000 m，而生長最慢是1600 m，整體上‘SC205’比‘GR4’增長快（圖3），這可能是品種差異、土壤環(huán)境等因素所致。

圖3 不同海拔梯度下木薯主莖高生長量變化

2.1.4 不同海拔梯度下木薯落葉高度分析 隨著時(shí)間的增加，10月份后木薯落葉高度隨之增加，到12月木薯葉急劇脫落，到翌年1月份落葉高度達(dá)最高，且葉子基本脫落完。在同一時(shí)間段，隨著海拔的升高，落葉高度與其呈反比，落葉最高是海拔800 m，其次是1000 m，在11月份之前，海拔1200、1400、1600 m落葉高度基本不變，且‘GR4’落葉高度比‘SC205’高（圖4），可能是品種特性所致，這為選育抗寒品種提供一定的理論依據(jù)。

圖4 不同海拔梯度下木薯落葉高度變化

2.2 不同海拔梯度下木薯塊根品質(zhì)分析

2.2.1 不同海拔梯度下木薯淀粉含量比較 不同海拔梯度下，木薯塊根淀粉含量存在較大變化（見圖5）。‘SC205’在1200 m 海拔淀粉含量最低，僅為(16.90±0.30)g/100g，與其他海拔相比，其塊根淀粉含量均極顯著低于其他海拔，且除海拔800 m與海拔1000 m間差異不顯著，其他海拔間差異達(dá)極顯著；‘GR4’淀粉含量最低(27.67±2.12)g/100g出現(xiàn)在海拔1000 m，其均極著性低于海拔1200、1400、1600 m，但與800 m差異不顯著；‘SC205’和‘GR4’淀粉含量最高均出現(xiàn)在1400 m，分別為(32.00±0.10)g/100g、(41.17±0.56)g/100g，除海拔1600 m外，‘SC205’、‘GR4’品種間淀粉含量比較無顯著性差異外，其他4 個(gè)海拔同海拔品種間比較為差異顯著。

圖5 不同海拔梯度下木薯塊根淀粉含量變化

2.2.2 不同海拔梯度下木薯蛋白質(zhì)分析 在不同海拔梯度間，木薯品種‘SC205’塊根蛋白質(zhì)含量最低出現(xiàn)在海拔1000 m，為(0.40±0.10)%，極顯著低于海拔1400 m、1600 m，海拔800 m 與1000 m 間差異顯著，其他差異不顯著；木薯品種‘GR4’蛋白質(zhì)含量最低出現(xiàn)在海拔800 m，為(0.50±0.10)%，其含量極顯著低于海拔1400 m，但其他海拔間差異不顯著；同海拔2 個(gè)品種間除海拔1400 m、1600 m間差異顯著外，其他差異均不顯著。2個(gè)品種蛋白質(zhì)含量最高均出現(xiàn)在海拔1400 m，為(1.70±0.20)%、(1.33±0.15)%，其含量均極顯著高于其他海拔，到1600 m時(shí)2個(gè)品種的蛋白質(zhì)含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖6）。

圖6 不同海拔梯度下木薯塊根蛋白質(zhì)含量變化

2.2.3 不同海拔梯度下木薯粗纖維含量分析‘SC205’粗纖維含量最低出現(xiàn)在海拔800 m，為(0.80±0.10)%，最高出現(xiàn)在海拔1200 m，為(1.10±0.20)%，其兩個(gè)海拔間差異顯著；‘GR4’粗纖維含量最低在海拔800 m，為(0.80±0.10)%，最高在海拔1400 m，為(0.93±0.06)%，其2 個(gè)海拔間差異不顯著；同海拔不同品種間差異不顯著（圖7）。

圖7 不同海拔梯度下木薯塊根粗纖維含量變化

2.2.4 不同海拔梯度下木薯L(+)-抗壞血酸含量分析從圖8 中可以看出，木薯品種‘SC205’塊根的L(+)-抗壞血酸含量最低在海拔1000 m，僅為(6.70±0.20)mg/100g，與其他海拔相比，其含量均極顯著低于其他海拔，最高在海拔1600 m，達(dá)(57.20±0.20)mg/100g，其含量均極顯著高于其他海拔；‘GR4’塊根的L(+)-抗壞血酸含量最低在海拔1600 m，為(28.30±0.60)mg/100g，與其他海拔相比其含量均極顯著低于其他海拔，而在海拔1400 m 時(shí)含量最高，為(44.60±0.20)mg/100g，均極顯著高于其他海拔；同海拔不同品種間差異均達(dá)極顯著。

圖8 不同海拔梯度下木薯塊根L(+)-抗壞血酸含量變化

2.2.5 不同海拔梯度下木薯氫氰酸含量分析 從圖9中可以看出，‘SC205’、‘GR4’兩個(gè)參試品種在海拔800 m、1000 m、1200 m 的氫氰酸含量極顯著性低于1400 m、1600 m；‘SC205’氫氰酸含量最低出現(xiàn)在海拔1000 m，為(5.90±0.20)mg/kg，其含量極顯著低于其他海拔，之后隨著海拔的上升而升高，最高出現(xiàn)在海拔1600 m，為(53.60±0.30)mg/kg，其含量極顯著高于其他海拔；‘GR4’的氫氰酸含量最低為海拔800 m，為(5.33±0.35)mg/kg，其含量極顯著低于其他海拔，隨著海拔的上升氫氰酸含量升高，至1400 m時(shí)達(dá)到最高值(48.70±0.2)mg/kg，海拔達(dá)1600 m 時(shí)，氫氰酸含量又開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；同海拔不同品種間差異達(dá)極顯著。

圖9 不同海拔梯度下木薯塊根氫氰酸含量變化

3 討論與結(jié)論

3.1 不同海拔梯度下木薯農(nóng)藝性狀變化

海拔作為一個(gè)重要的生態(tài)因子，其變化會(huì)對(duì)氣候環(huán)境、生態(tài)因子、作物生產(chǎn)等產(chǎn)生一定的影響，不同木薯品種的主要農(nóng)藝性狀有明顯差異，而且這些農(nóng)藝性狀通常具有相對(duì)穩(wěn)定的遺傳[21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)在不同海拔梯度下，隨著時(shí)間的增加，2 個(gè)木薯品種植株、莖粗、主莖高不斷增加，且在8—10 月生長最快，11—12月生長相對(duì)緩慢，到12 月基本不長高，這與陳冠喜等[23]、許泳清等[24]的研究結(jié)果基本一致，可能是低海拔熱量高，利于木薯的生長；在同一時(shí)間段，木薯農(nóng)藝性狀隨海拔高度升高呈降低趨勢(shì)，這與隨著海拔高度升高，黑籽花生的主莖生長量、單株分枝數(shù)量明顯下降[25]，泡核桃樹高及胸徑呈減小趨勢(shì)，長勢(shì)較弱，樹形矮小[26]結(jié)果一致，這可能是不同海拔梯度下氣候因子、土壤差異及作物品種不同導(dǎo)致，這也為在不同海拔梯度下選育抗寒品種提供一定的理論依據(jù)。本研究結(jié)果顯示海拔800 m生長最快，其次是海拔1000 m，而海拔1400 m 生長相對(duì)最緩慢，整體上‘SC205’比‘GR4’增長快，這可能是品種差異、遺傳基因[27-28]及土壤環(huán)境等因素所致，而在同一時(shí)間段，落葉高度隨著海拔的升高而降低，說明在一定海拔內(nèi)低海拔有利于木薯生長，這與曾紀(jì)維[26]的在一定的海拔范圍內(nèi)，較低的海拔有利于泡核桃樹高生長的結(jié)果基本一致，為在不同海拔梯度下選育抗寒木薯品種提供一定的理論依據(jù)。

3.2 不同海拔梯度下木薯塊根品質(zhì)變化

本研究對(duì)不同海拔梯度下木薯塊根品質(zhì)分析結(jié)果表明，隨著海拔梯度升高，同一品種木薯塊根淀粉、蛋白質(zhì)、粗纖維、L(+)-抗壞血酸、氫氰酸含量呈上升趨勢(shì)，這與徐勝濤等[29]、李俊南等[30]研究香蕉、娘青核桃堅(jiān)果維生素C、粗纖維及蛋白含量等品質(zhì)隨著海拔的增加呈現(xiàn)顯著提升趨勢(shì)的結(jié)果一致，可能是因?yàn)楹０巫兓鸬臏囟茸兓粌H對(duì)作物生長發(fā)育、功能結(jié)構(gòu)等方面有很重要的影響，也對(duì)作物的品質(zhì)性狀有顯著影響，且隨海拔梯度的變化，木薯形成了相應(yīng)的響應(yīng)機(jī)制，具體是什么因素控制，需要進(jìn)一步的研究。本研究中，不同海拔木薯塊根中蛋白質(zhì)、L(+)-抗壞血酸含量差異達(dá)極顯著，這與葉偉華等[31]研究茶葉蛋白質(zhì)的含量隨海拔的升高變化不顯著，不同海拔茶葉中VC 含量差異顯著的結(jié)果不一致，可能是因?yàn)椴煌魑镄纬上鄳?yīng)品質(zhì)的機(jī)制有所不同所致。本研究中，木薯塊根品質(zhì)含量最低在海拔1000 m 或800 m，最高大部分均在海拔1400 m，這與李俊南等[30]研究娘青核桃堅(jiān)果中結(jié)果一致，可能是因?yàn)楦吆０卫诘矸?、蛋白質(zhì)、L(+)-抗壞血酸等品質(zhì)的形成。

綜上所述，隨海拔梯度的變化，木薯農(nóng)藝性狀及塊根品質(zhì)形成了相應(yīng)的響應(yīng)機(jī)制，且隨海拔梯度升高，木薯農(nóng)藝性狀呈降低趨勢(shì)，而塊根品質(zhì)含量則呈升高趨勢(shì)；木薯在海拔800～1000 m木薯生長旺盛，海拔1400 m塊根品質(zhì)相對(duì)較好，因此，這為木薯青貯、育種及產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面，選擇適宜的木薯種植海拔，提供了理論依據(jù)。