不同土壤類型和生態(tài)環(huán)境對(duì)紫色甘薯塊根品質(zhì)特性的影響

閆 會(huì)，李 強(qiáng)，張?jiān)蕜偅?欣，劉亞菊，后 猛，唐 維，馬代夫

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部 甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131)

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不同土壤類型和生態(tài)環(huán)境對(duì)紫色甘薯塊根品質(zhì)特性的影響

閆 會(huì)，李 強(qiáng)*，張?jiān)蕜偅?欣，劉亞菊，后 猛，唐 維，馬代夫

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部 甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131)

為研究紫肉甘薯主要塊根品質(zhì)性狀在不同土壤類型和生態(tài)環(huán)境的變異，選用18個(gè)紫肉甘薯品系，在鹽城和徐州2個(gè)試點(diǎn)進(jìn)行異地鑒定試驗(yàn)，分析不同土壤類型和生態(tài)環(huán)境下紫甘薯塊根品質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：基因型(G)、環(huán)境(E)和基因型×環(huán)境(G×E)互作對(duì)紫肉甘薯塊根花青苷、干率、淀粉、蛋白質(zhì)、還原性糖和可溶性糖影響均達(dá)顯著水平。花青苷含量的E效應(yīng)大于G和G×E互作效應(yīng)，其他品質(zhì)性狀則表現(xiàn)為G×E互作效應(yīng)較大。蛋白質(zhì)、還原糖和可溶性糖含量在徐州試點(diǎn)較高，粗淀粉含量和花青苷含量在鹽城試點(diǎn)較高。鹽城和徐州兩試點(diǎn)各品質(zhì)性狀變異系數(shù)變幅一致，均為：花青苷>還原糖>可溶性糖>蛋白質(zhì)>淀粉，其中花青苷含量變異系數(shù)以徐州較高，其他性狀變異系數(shù)鹽城試點(diǎn)較高。相關(guān)性分析表明，糖分含量與淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān), 與花青苷和蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著相關(guān)性，干率和淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，花青苷含量和其他品質(zhì)性狀無(wú)顯著相關(guān)性。

紫肉甘薯；品質(zhì)性狀；基因型；環(huán)境；變異

甘薯是世界上重要的糧食、飼料及能源作物，因其富含淀粉，適應(yīng)性強(qiáng)、耐貧瘠、耐干旱等優(yōu)良特性廣泛分布于世界各地[1]。中國(guó)甘薯種植面積和總產(chǎn)量分別占世界甘薯種植的45.1%和75.3%[2]，在我國(guó)糧食生產(chǎn)和能源安全中發(fā)揮著重要作用。沿海灘涂是重要的后備土地資源，江蘇省有亞洲最大的沿海灘涂濕地，面積達(dá)68.7萬(wàn)hm2，約占全國(guó)的1/4[3-4]。甘薯以其高適應(yīng)性已在低鹽含量的鹽堿灘涂濕地成功試種，但是土壤和氣候條件等生態(tài)因子不同造成甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)性狀產(chǎn)生差異[5]。

紫肉甘薯營(yíng)養(yǎng)豐富，花青苷起到主要的營(yíng)養(yǎng)和保健作用，被列為抗癌食物之首。花青苷、淀粉、蛋白質(zhì)、糖分含量等性狀成為衡量紫肉甘薯加工及食用品質(zhì)的重要指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外對(duì)甘薯品質(zhì)的影響的研究多集中于單個(gè)環(huán)境因子，如施肥、干旱脅迫等，且多集中于產(chǎn)量性狀[6-7]，對(duì)不同土壤和生態(tài)環(huán)境下紫薯品質(zhì)性狀的差異研究較少[8-9]，研究鹽堿土和壤土環(huán)境下紫色甘薯品質(zhì)性狀的報(bào)道更鮮見(jiàn)。甘薯雖然有一定耐鹽性，但不同基因型紫肉甘薯對(duì)鹽脅迫耐受性有很大差異，為此，本試驗(yàn)以江蘇徐州甘薯研究中心自主選育的18個(gè)優(yōu)異紫薯品系為材料，在鹽城和徐州2個(gè)試點(diǎn)種植，研究了自然環(huán)境鹽堿脅迫下花青苷、干率、淀粉、可溶性糖、還原糖和蛋白質(zhì)等塊根品質(zhì)性狀的變異，為研究紫肉甘薯在鹽堿灘涂的生長(zhǎng)適應(yīng)性及篩選耐鹽堿紫薯品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試點(diǎn)概況

試驗(yàn)在江蘇鹽城大豐鹽土農(nóng)業(yè)示范基地(120°13′ E，33°38′ N )和徐州甘薯研究中心試驗(yàn)基地(117°18′ E，34°26′ N )進(jìn)行。鹽城屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，常年降雨1058.4 mm，寒暑顯著，陽(yáng)光充足，試點(diǎn)土壤為典型鹽堿土，含鹽量2‰～5‰；徐州屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，降水量800～930 mm，四季分明，春秋兩季光照充足，晝夜溫差大，試點(diǎn)土壤為典型壤土，土壤肥力中等。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本研究選用不同親本來(lái)源的紫肉甘薯材料18個(gè)(表1)，分別在徐州、鹽城種植，兩試點(diǎn)隨機(jī)取土樣對(duì)土壤成分進(jìn)行測(cè)定，4次重復(fù)，取平均值(表2)。材料順序排列，3重復(fù)3行區(qū)，每行栽插5株，株距23.5 cm，壟寬85 cm。其他管理措施同常規(guī)大田管理。

表1 試驗(yàn)材料及其親本來(lái)源

表2 徐州和鹽城試驗(yàn)點(diǎn)土壤成分分析

注：同列數(shù)字后不同大寫(xiě)字母表示在0.01水平上差異顯著。下同。

1.3 試驗(yàn)方法

徐州試點(diǎn)于5月27日栽插，11月7日收獲，生育期165 d；鹽城試點(diǎn)于6月4日栽插，11月10日收獲，生育期159 d。在成熟期每個(gè)材料的3個(gè)重復(fù)全部收獲、測(cè)產(chǎn)，2周內(nèi)進(jìn)行塊根品質(zhì)性狀分析[8]。甘薯花青苷提取采用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液法[10]。薯干淀粉、蛋白質(zhì)、還原性糖和可溶性糖含量測(cè)定采用VECTOR22/N型傅立葉變換近紅外反射光譜儀(德國(guó)BRUKER光譜儀器公司)法[11-12]。

用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪制圖表，用DPS 8.01處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[13],處理間用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，環(huán)境與基因型及其互作方差分析采用隨機(jī)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫肉甘薯塊根品質(zhì)性狀的變異來(lái)源

鹽城和徐州2個(gè)試點(diǎn)的塊根品質(zhì)在基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境互作差異均達(dá)到顯著水平(表3)。除花青苷含量外，其他品質(zhì)性狀的基因型×環(huán)境互作差異均大于基因型效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明花青素含量主要受環(huán)境影響，烘干率、淀粉、蛋白質(zhì)、可溶性糖和還原糖含量則主要受基因型和環(huán)境共同影響。

2.2 不同生態(tài)環(huán)境下紫肉甘薯塊根品質(zhì)性狀的變化

紫肉甘薯品質(zhì)性狀受土壤和生態(tài)環(huán)境影響顯著(表3)，各品質(zhì)差異性均達(dá)極顯著水平(表4)。對(duì)兩試點(diǎn)的紫肉甘薯品質(zhì)進(jìn)行Duncan’s多重比較。鹽城試點(diǎn)花青苷含量、干率和粗淀粉含量均極顯著高于徐州試點(diǎn)，而徐州試點(diǎn)蛋白質(zhì)、還原糖和可溶性糖含量均極顯著高于鹽城試點(diǎn)。

在不同土壤和生態(tài)環(huán)境下，紫肉甘薯塊根品質(zhì)性狀變幅較大(表5)，鹽城和徐州兩試點(diǎn)的品質(zhì)性狀變幅一致，均為花青苷>還原糖>可溶性糖>蛋白質(zhì)>淀粉。徐州試點(diǎn)花青苷含量在基因型間變異系數(shù)最大，達(dá)56.77%；其他性狀變異系數(shù)均為鹽城試點(diǎn)高于徐州試點(diǎn)；粗淀粉的變異系數(shù)最小，兩試點(diǎn)均低于10%。

表3 紫肉甘薯在不同土壤和生態(tài)環(huán)境下塊根品質(zhì)性狀方差分析(F值)

注：*和**分別表示顯著性達(dá)到95%和99%置信區(qū)間。下同。

表4 不同土壤和生態(tài)環(huán)境下紫肉 甘薯塊根品質(zhì)性狀的變化

2.3 紫肉甘薯花青苷含量變化的環(huán)境效應(yīng)及相關(guān)性分析

花青苷含量表現(xiàn)為環(huán)境效應(yīng)大于基因型效應(yīng)和基因型×環(huán)境效應(yīng)(表3)，表明環(huán)境是影響花青苷含量的關(guān)鍵因素。對(duì)不同試點(diǎn)的花青苷進(jìn)行提取、測(cè)定，發(fā)現(xiàn)鹽城試點(diǎn)薯肉顏色明顯加深(圖1)，花青苷含量均極顯著高于徐州試點(diǎn)(表6)，如徐1311301在鹽城試點(diǎn)花青苷含量為35.57 mg/100 g，比徐州試點(diǎn)高27.67%；低花青苷品系徐1303503鹽城試點(diǎn)比徐州點(diǎn)高156.94%。相關(guān)性分析表明，兩試點(diǎn)花青苷含量與其他品質(zhì)性狀間均無(wú)顯著相關(guān)性(表7)。

表5 不同土壤和生態(tài)環(huán)境下紫肉甘薯品質(zhì)性狀的變異系數(shù)

圖1 不同環(huán)境下不同品種的花青苷含量 表6 不同生態(tài)環(huán)境下花青苷含量的差異比較

品系名稱鹽城徐州品系名稱鹽城徐州131130135.57A27.86B130440411.61A7.16B130400618.28A15.57B130060211.35A9.31B130730217.55A12.48B130280710.20A6.20B130351615.48A11.48B13035119.72A7.17B131100914.09A9.92B13028019.60A7.41B130510413.80A10.74B13028098.94A6.76B130320712.62A5.22B13023057.99A5.64B130350512.28A9.43B13028067.37A5.46B130210912.14A6.08B13035035.37A2.09B

2.4 不同土壤和生態(tài)環(huán)境下紫肉甘薯糖分含量與其他品質(zhì)性狀的相關(guān)性

糖分含量是評(píng)價(jià)甘薯食味和加工品質(zhì)的重要指標(biāo)，為進(jìn)一步了解各品質(zhì)性狀的相互關(guān)系，對(duì)不同土壤和生態(tài)環(huán)境下18個(gè)紫肉甘薯的還原性糖和可溶性糖與其他品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析(表8)。結(jié)果表明，2個(gè)試點(diǎn)的還原性糖、可溶性糖含量與花青苷和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)較低，而與淀粉含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)，鹽城試點(diǎn)淀粉含量與兩種糖的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)-0.80和-0.90。

表7 不同生態(tài)環(huán)境下花青苷含量與 其他品質(zhì)性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

本研究表明，紫肉甘薯塊根烘干率、淀粉、蛋白質(zhì)、還原性糖和可溶性糖含量等性狀的G×E互作效應(yīng)均達(dá)極顯著水平，而花青苷含量的環(huán)境效應(yīng)達(dá)極顯著水平，說(shuō)明土壤和生態(tài)環(huán)境對(duì)紫肉甘薯薯塊花青苷含量影響較大，其他品質(zhì)性狀則受環(huán)境和基因型共同影響。不同土壤和生態(tài)環(huán)境下各品質(zhì)性狀差異均達(dá)極顯著水平，蛋白質(zhì)、還原糖和可溶性糖含量在徐州試點(diǎn)較高，花青苷含量、烘干率和粗淀粉含量在鹽城試點(diǎn)較高，各品質(zhì)性狀變異系數(shù)：花青苷>還原糖>可溶性糖>蛋白質(zhì)>淀粉。

表8 不同生態(tài)環(huán)境下糖分含量與其他品質(zhì)性狀的相關(guān)系數(shù)

鹽城和徐州兩試點(diǎn)光照時(shí)間、年平均氣溫和降水量大致相同，氣候條件差異較小，鹽城試點(diǎn)為典型的鹽堿灘涂地，試點(diǎn)土壤成分中鉀素含量基本在150 mg/g以上，鹽分在2‰左右，而徐州試點(diǎn)為典型壤土，鉀素含量中等，說(shuō)明土壤中的鹽分和鉀素含量是引起紫色甘薯塊根品質(zhì)變異的可能因素，還需要深入研究。

花青苷含量是衡量紫肉甘薯品質(zhì)的重要性狀，其合成與積累受肥料、光照和pH等眾多因素調(diào)控[14]。鉀元素是花青苷合成的激活和調(diào)節(jié)劑，許多作物上的研究表明鉀肥能夠促進(jìn)花青苷的合成[15]。本研究中，鹽城試點(diǎn)花青苷含量顯著高于徐州試點(diǎn)，說(shuō)明富鉀的鹽堿灘涂土質(zhì)促進(jìn)了紫肉甘薯花青苷的合成，這與史春余等的研究結(jié)果[16]相同。因此，在紫肉甘薯栽培上可以通過(guò)增加鉀肥的施用量來(lái)提高花青苷的積累。

烘干率是評(píng)價(jià)甘薯加工品質(zhì)的重要指標(biāo)。前人在鹽脅迫對(duì)不同基因型甘薯生物學(xué)特性的影響方面進(jìn)行了較多研究，如謝逸萍等[17]研究了不同基因型甘薯(徐薯22、徐薯18等淀粉型品種)對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)，表明鹽脅迫下不同基因型甘薯品種的產(chǎn)量和干率均有所下降；龔秋等[18]研究了鹽脅迫對(duì)不同紫肉甘薯品種(徐紫5號(hào)、徐紫6號(hào)等食用紫薯品種)干物質(zhì)積累的影響，14個(gè)紫肉甘薯品種烘干率變化趨勢(shì)不同。本研究中鹽城試點(diǎn)烘干率和粗淀粉含量分別比徐州試點(diǎn)高2.35%和8.94%，該結(jié)果與前人結(jié)果有所差異，可能是因?yàn)椴煌蛐透适韺?duì)鹽脅迫耐受性不同，而且本試驗(yàn)是在鹽堿地直接鑒定，與盆栽試驗(yàn)直接通過(guò)NaCl鹽脅迫處理方法及試驗(yàn)條件不同。

糖分含量是評(píng)價(jià)甘薯食味的重要指標(biāo)，因花青苷微苦，所以還原糖和可溶性糖含量成為影響紫肉甘薯鮮食口感的關(guān)鍵因素。徐州試點(diǎn)紫肉甘薯薯塊還原糖和可溶性糖含量顯著高于鹽城試點(diǎn)，淀粉含量顯著低于鹽城試點(diǎn)。對(duì)兩試點(diǎn)的食味進(jìn)行考種評(píng)價(jià)，鹽城試點(diǎn)紫肉甘薯普遍偏咸，甜度低，但黏度較高，該結(jié)果與鹽城試點(diǎn)紫肉甘薯烘干率和淀粉含量高，糖含量低的結(jié)果相符。相關(guān)性分析表明兩個(gè)試點(diǎn)的還原性糖和可溶性糖與淀粉含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明甘薯塊根中淀粉和糖類可相互轉(zhuǎn)化，因此可通過(guò)延長(zhǎng)儲(chǔ)藏時(shí)間提高糖類轉(zhuǎn)化量，提高鮮食口感。

蛋白質(zhì)含量在甘薯中含量雖然較低[19-20]，但甘薯蛋白質(zhì)富含多種氨基酸，具有較強(qiáng)的抗氧化活性和增強(qiáng)免疫力、抗癌等功效[21]。甘薯蛋白質(zhì)具有顯著環(huán)境效應(yīng)，其積累表現(xiàn)出隨緯度增高而逐漸增大的趨勢(shì)[8]，徐州和鹽城緯度差異較小，徐州試點(diǎn)試驗(yàn)品種蛋白質(zhì)平均含量為8.1 g/100 g，比鹽城試點(diǎn)高37.4 %，所以蛋白質(zhì)含量的差異可能是由土壤類型不同造成的。前人研究表明低鹽脅迫對(duì)甘薯的生物學(xué)特性影響不顯著[17]，因此本試驗(yàn)中鹽城試點(diǎn)紫肉甘薯薯塊蛋白質(zhì)含量降低可能是因?yàn)辂}堿濃度過(guò)高抑制了蛋白質(zhì)的積累，具體原因有待進(jìn)一步研究。

致謝：感謝江蘇徐州甘薯研究中心張會(huì)琴協(xié)助完成紫甘薯塊根品質(zhì)性狀分析；感謝鹽城大豐鹽土農(nóng)業(yè)示范基地協(xié)助完成土樣測(cè)定及甘薯田間管理工作。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

Effects of Soil Type and Ecological Environment on Root Tuber Quality Traits of Purple-fleshed Sweet Potato

YAN Hui, LI Qiang*, ZHANG Yun-gang, WANG Xin, LIU Ya-ju, KOU Meng, TANG Wei, MA Dai-fu

(Xuzhou Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai Region of Jiangsu / Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Sweet Potato, Ministry of Agriculture / Xuzhou Sweet Potato Research Center of Jiangsu, Xuzhou 221131, China)

In order to study the variations in main quality traits of root tuber of purple-fleshed sweet potato in different types of soil and various ecological environments, the author carried out identification tests for 18 purple-fleshed sweet potato lines in Yancheng and Xuzhou separately, and analyzed the change rule of root tuber quality of these lines in different types of soil and various ecological environments. The results showed that genotype (G), environment (E) and G×E interaction all had significant impacts on the anthocyanin content, dry matter rate, starch content, protein content, reducing sugar content and soluble sugar content in root tubers of purple-fleshed sweet potato. The E effect of anthocyanin content was greater than its G effect and G×E interaction effect. However, the G×E interaction effect of other 5 quality traits was greater than their G effect and E effect. The contents of starch and anthocyanin in Yancheng were higher than those in Xuzhou, while the contents of protein, reducing sugar and soluble sugar were higher in Xuzhou. The variation coefficient of various quality traits in Yancheng and Xuzhou all showed the following order: anthocyanin > reducing sugar > soluble sugar > protein > starch, the variation coefficient of anthocyanin content was higher in Xuzhou, and that of other 5 quality traits was higher in Yancheng. The correlation analysis indicated that the reducing sugar and soluble sugar content was very significantly negatively correlated with starch content, and was not significantly correlated with anthocyanin content and protein content. There was a very significantly positive correlation between dry matter rate and starch content, while anthocyanin content had no significant correlation with other quality traits.

Purple-fleshed sweet potato; Quality trait; Genotype; Environment; Variation

2016-06-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-11，甘薯)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[CX(13)2032]；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè))項(xiàng)目(BE2015313)。

閆會(huì)(1988─)，女，助理研究員，碩士，主要從事甘薯遺傳育種研究。*通訊作者：李強(qiáng)。

S531

A

1001-8581(2016)12-0008-05