淀粉專用型甘薯品質形成規律及其與主要農藝性狀的相關性

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2年對其產量、品質進行調查及統計分析，研究不同發育階段淀粉積累規律及其與主要農藝性狀的相關性。結果表明：塊根迅速膨大期，干物質及淀粉積累總體呈上升趨勢，基本在110 d時達到最大值。相關性分析結果顯示，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關系（r分別為0.97和0.91，P<0.01），與甘薯塊根鮮產量、薯干產量、結薯數呈顯著正相關關系（r分別為0.61、0.75、0.71，P<0.05），與薯干粗蛋白含量、莖蔓鮮質量、薯干還原糖含量呈顯著負相關關系（r分別為-0.83、-0.72、-0.06，P<0.05），與分枝數、薯干可溶性糖含量相關性不大。通過主成分分析提取出2個主成分，累計方差貢獻率達94.62%，其中貢獻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經濟及品質性狀的全部信息。

關鍵詞：甘薯;淀粉;品質;農藝性狀

中圖分類號：S531.024文獻標識碼：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化用途需要，特別是適宜淀粉深加工的高產高干物率品種比較欠缺[2]。優質高產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形成規律的探明對于品種優質高效栽培、專用型新品種的選育等具有重要意義。研究發現，甘薯塊根淀粉含量在生長過程中表現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積累量和淀粉產量，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和塊根產量的增加[6];而增施氮肥會減少干物質在塊根中分配率，降低塊根淀粉的積累速率，顯著降低塊根產量[7]，高氮條件下外施多效唑有助于塊根淀粉積累及產量的提高。不同基因型與環境互作條件下，不同基因型甘薯間產量水平、干物率、淀粉含量及可溶性糖含量達差異極顯著水平[8];蛋白質含量表現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，在不同年份品質性狀的變異中，淀粉含量變異最小[9];不同生態條件下，甘薯塊根干物率的變異系數最小，單株鮮薯質量與蛋白質含量呈顯著負相關[10]。對于中高干物質含量品種，淀粉在生育中后期積累較快，干物質含量及淀粉含量的差異主要取決于品種的遺傳特性[11-12]。前人關于基因型與環境互作對產量的影響研究比較多[13-14]，但對于北方薯區，不同發育階段淀粉積累規律及與主要農藝及品質性狀相關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2年對其產量、品質進行調查分析，探討不同發育階段淀粉積累規律，及其與主要農藝、品質性狀的相關性，結合主成分分析，評價淀粉積累規律，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徐州甘薯試管苗庫。

1.2試驗設計

試驗在江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所試驗田進行。于2013、2014連續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壟小區栽插，每個小區100株，每壟20株，壟距為0.80 m，株距為0.33 m，設3次重復。田間管理同大田生產，8-9月份加強斜紋夜蛾監控及防治工作。于栽插后80 d、90 d、100 d、110 d、120 d，進行挖根取樣調查，每重復5株，重復3次。田間調查項目主要包括：分枝數、結薯數、莖蔓鮮質量、薯塊鮮產;室內測定及分析項目主要包括：薯塊干物率、薯干產量、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主要生物學特性調查及測定分枝數、結薯數、莖蔓鮮質量、薯塊鮮質量及薯塊干物率的調查和測定參照甘薯種質資源描述規范和數據標準進行[15]。

1.3.2主要品質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學模型分析[16-17]。

1.3.3薯干產量及薯塊淀粉含量的測定薯干產量=薯塊鮮質量×薯塊干物率，薯塊淀粉含量=薯塊鮮質量×薯塊干物率×干基粗淀粉含量。

1.4數據統計分析

試驗原始數據的整理及初步分析采用Microsoft Excel 97-2003軟件進行，用DPS15.10軟件進行相關性及主成分分析。

2結果與分析

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及淀粉積累呈現不同的變化趨勢（圖1、圖2）。在80～120 d，甘薯塊根干物質積累總體呈上升趨勢;尤其在80～110 d，4個品種的干物質積累呈上升趨勢，基本在110 d達到最大值，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的塊根干物質積累最多。而在110 d時，徐薯32的塊根干物質含量最高，其次為商薯19;110 d后，各品種干物質積累較少，甚至徐薯18的塊根干物率出現了下降。

在整個塊根膨大期，隨著塊根干物質積累及干物質含量的增加，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，變化范圍小。各品種基本在110 d時淀粉積累量達到最大。

2.2不同生長階段甘薯塊根主要品質特性的變化

對4個甘薯品種不同生長階段塊根干基主要營養品質進行測定分析，結果（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藝及品質性狀的相關性

對每一個品種塊根淀粉平均積累量與分枝數、莖蔓鮮質量等主要農藝性狀和薯干粗淀粉含量、還原糖含量等品質性狀的相關性分析結果（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關系（r=0.99，P<0.05），而與薯干粗淀粉含量、薯干產量、塊根鮮產量等存在較大正相關關系，與薯干粗蛋白含量、莖蔓鮮質量存在較大負相關關系。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關系（r=0.99，P<0.05），而與薯干產量、塊根鮮產量、薯干粗淀粉含量等存在較大正相關關系，與薯干粗蛋白含量及分枝數存在較大負相關關系。徐薯32淀粉積累量與薯干粗蛋白含量存在顯著負相關（r=-0.99，P<0.05），與薯干還原糖含量存在較大負相關關系，與薯塊干物率、薯干粗淀粉含量、薯干產量存在較大正相關關系。

2.4不同發育階段甘薯塊根淀粉積累量與其主要農藝及品質性狀的相關性

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

綜合分析不同品種甘薯塊根淀粉積累量與分枝數、莖蔓鮮質量等主要農藝性狀和薯干粗淀粉含量、還原糖含量等品質性狀的相關性，結果表明，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關系（r分別為0.97和0.91，P<0.01），與塊根鮮產量、薯干產量、結薯數呈顯著正相關關系（r分別為0.61、0.75、0.71，P<0.05），與莖蔓鮮質量、薯干還原糖含量呈顯著負相關關系（r分別為-0.72和-0.06，P<0.05），與分枝數、薯干可溶性糖含量相關性不大。

2.5影響甘薯淀粉積累各相關性狀的主成分分析

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

3討論

3.1不同發育階段甘薯塊根淀粉積累的差異

在北方薯區，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鍵時期，這個時期形成的產量約占總產量的50%左右，是甘薯淀粉積累及塊根產量形成的高峰[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時達到最高值，之后出現下降和上升的波動變化，直至收獲[19]。還有研究者發現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出顯著差異[4]。而本試驗結果表明，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含量達到最大，其中干物質含量較高的商薯19、徐薯32在塊根快速膨大期淀粉積累比較平穩，徐薯22、徐薯18整體上呈快速增加趨勢。因此綜合鮮薯產量、甘薯塊根干物率及薯干粗淀粉含量分析，我們認為高淀粉含量品種淀粉積累在整個塊根膨大期可能呈穩定積累的趨勢，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。在塊根發育過程中，淀粉積累出現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品質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濟及品質性狀的相關性

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之一[20]。品種間淀粉率變異系數達72.21%，差異顯著[21]，為高淀粉甘薯育種提供了基礎。研究發現，甘薯塊根淀粉含量與干物質含量存在極顯著正相關關系，與薯干可溶性糖含量呈極顯著負相關關系[11]。干物率和淀粉率均與淀粉產量呈顯著正相關關系[22]。本試驗結果表明，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關系，與薯塊鮮產量、薯干產量、結薯數呈顯著正相關關系，與莖蔓鮮質量、薯干還原糖含量呈顯著負相關關系，與分枝數、薯干可溶性糖含量的相關性不大。甘薯塊根品質分析結果表明，各品種基本在100 d時，淀粉含量達到最大值，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，由于蛋白質等營養品質物質的合成占據了一定優勢，導致淀粉積累量相對較少，因此建議在進行淀粉型品種選育時，在注重薯塊干物質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影響淀粉積累相關性狀指標的主成分

主成分分析法就是盡可能在少損失信息的情況下，通過少數幾個因子高度概括大量數據的信息，既減少了變量的個數，又體現了變量間的內在聯系[23]。主成分分析在品種評價[24]、果蔬品質評價[25-26]、加工品質評價[27]方面應用較多。本試驗通過對4個品種與淀粉積累相關的經濟及品質性狀進行主成分分析，發現其信息主要集中在2個主成分，第1主成分的方差貢獻率為53.57%，其中貢獻最大的是薯干粗淀粉含量，其次為薯干產量、塊根鮮產量等;第2主成分的方差貢獻率為41.05%，其中貢獻最大是塊根干物率，其次為結薯數、分枝數等。累計方差貢獻率達94.62%，基本反映了甘薯淀粉合成相關經濟及品質性狀的全部信息，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，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高積累率平穩增加趨勢，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、塊根鮮產量、薯干產量、結薯數呈極顯著、顯著正相關關系，與薯干粗蛋白含量等呈顯著負相關關系。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，還應適當考慮薯干低粗蛋白含量這一性狀。

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（責任編輯：張震林）