不同生態(tài)區(qū)馬鈴薯品種（系）營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

李 梅，田世龍*，胡新元，李守強(qiáng)，葛 霞，程建新，田甲春

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省果蔬貯藏加工技術(shù)創(chuàng)新中心，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

中國(guó)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一位，馬鈴薯成為繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物[1]；甘肅省是中國(guó)馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)，種植面積連續(xù)穩(wěn)定在67萬hm2以上，鮮薯產(chǎn)量1 200萬t左右，均位居全國(guó)前三位[2]；馬鈴薯耐旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)，種植區(qū)域非常廣泛[3]，在甘肅省復(fù)雜的地形、氣候條件下形成了不同的主栽品種，以隴薯系列、天薯系列、莊薯系列、甘農(nóng)薯為主的“甘味”馬鈴薯已成為甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)和名片，享譽(yù)海內(nèi)外[4]。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已成為帶動(dòng)全省農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民脫貧致富的特色優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)馬鈴薯品種的品質(zhì)要求不僅在外觀上，更注重內(nèi)在品質(zhì)和風(fēng)味；而且隨著中國(guó)馬鈴薯加工業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)的馬鈴薯已從一個(gè)單純的糧食作物轉(zhuǎn)變成具有多種用途的經(jīng)濟(jì)作物，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化也對(duì)品種品質(zhì)特性提出了更多、更高的要求[5]。馬鈴薯塊莖的品質(zhì)性狀是由復(fù)雜的微效多基因控制的數(shù)量性狀，除品種自身的遺傳性狀外，其品質(zhì)優(yōu)劣很大程度上取決于外界條件，包括自然氣候、土壤肥力、栽培管理技術(shù)條件等[6]，即使同一品種在不同地域種植時(shí)，所處的環(huán)境和氣候條件有差異，也會(huì)對(duì)馬鈴薯的品質(zhì)產(chǎn)生很大的影響[7]。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，很多學(xué)者利用灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)馬鈴薯進(jìn)行各方面的研究。李建武和王蒂[8]應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析，研究馬鈴薯種質(zhì)生理生化指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系，得出葉片相對(duì)含水量、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量等指標(biāo)可作為抗旱性鑒定指標(biāo)的結(jié)論。研究者運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析還在馬鈴薯育種數(shù)量性狀[9]、新品種栽培性狀[10]以及產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀、氣候因子[11,12]等方面做了分析研究，明確了馬鈴薯產(chǎn)量與收獲株數(shù)、單株塊莖重、主莖數(shù)等數(shù)量性狀以及與溫度、水分、光照等氣候因子的相關(guān)關(guān)系，但利用灰色關(guān)聯(lián)度分析綜合評(píng)價(jià)馬鈴薯塊莖品質(zhì)，進(jìn)而作為依據(jù)進(jìn)行馬鈴薯區(qū)域合理布局方面的研究還未見報(bào)道。

為此，本研究采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對(duì)甘肅省4個(gè)不同生態(tài)區(qū)的13個(gè)主栽馬鈴薯品種（系）的部分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為甘肅省各區(qū)域調(diào)整馬鈴薯種植結(jié)構(gòu)、品種科學(xué)合理布局及利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯：供試13個(gè)馬鈴薯品種（系）分別為‘隴薯7號(hào)’‘隴薯8號(hào)’‘隴薯9號(hào)’‘隴薯10號(hào)’‘隴薯11號(hào)’‘隴 薯14 號(hào)’‘L1027-10’‘L1036-34’‘L1039-6’‘LY08104-12’‘青薯9號(hào)’‘天薯11號(hào)’和‘中薯18號(hào)’，原種均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所會(huì)川試驗(yàn)站提供。

1.2 試驗(yàn)不同生態(tài)區(qū)及主要?dú)夂驐l件

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)不同生態(tài)區(qū)。中部半干旱區(qū)屬南溫帶半濕潤(rùn)氣候，平均海拔2 080 m，年均溫度5.7～7.7℃，無霜期122～160 d，年均降雨量350～600 mm；高寒陰濕區(qū)屬溫帶大陸性氣候，平均海拔2 936 m，年均溫度6.8℃，無霜期166 d，年均降雨量500 mm左右；隴東半干旱區(qū)屬溫帶季風(fēng)性大陸氣候，平均海拔1 204 m，年均溫度9.5～10.7℃，無霜期140～180 d，年均降雨量400～600 mm；河西綠洲灌區(qū)屬大陸性氣候，平均海拔1 850 m，年均溫度6℃，無霜期112～165 d，年均降雨量131 mm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016、2017和2018年進(jìn)行，試驗(yàn)為兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，因素分別為品種（系）和試驗(yàn)點(diǎn)。品種（系）13 個(gè)，試驗(yàn)點(diǎn)4 個(gè)，分別設(shè)在甘肅省定西、渭源、慶陽(yáng)和張掖；試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積50 m×3 m=150 m2，4行區(qū)，行距為70 cm，株距為30 cm，每行種植152 株，每個(gè)品種種植608株。4個(gè)不同生態(tài)區(qū)采用相同試驗(yàn)方案。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)所用分析材料均為各試驗(yàn)點(diǎn)田間統(tǒng)一收獲的馬鈴薯塊莖。各試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)材料由各地收獲后及時(shí)運(yùn)輸至甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，貯藏于3～5℃恒溫庫(kù)，試驗(yàn)材料全部收集后，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)測(cè)試中心在7 d內(nèi)測(cè)定完成。

試驗(yàn)主要測(cè)定指標(biāo)為干物質(zhì)、淀粉、還原糖、蛋白質(zhì)和維生素C（VC）含量，均參照GB 5009系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，其中干物質(zhì)含量參照GB 5009.4-2016[13]，淀粉含量參照NY/T11-1985[14]，還原糖含量參照GB/T 5009.7-2016[15]，蛋白質(zhì)含量參照GB/T 5009.5-2016[16]，維生素C 含量參照GB/T 5009.86-2016[17]。

1.5 分析原理與方法

基于灰色關(guān)聯(lián)度分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度理論和模糊數(shù)學(xué)方法中的權(quán)重決策法[18-20]，確定VC含量、干物質(zhì)含量、還原糖含量、淀粉含量和蛋白質(zhì)含量5個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，作灰色關(guān)聯(lián)度分析。參試品種以X 表示，指標(biāo)以k表示，各參試品種X在指標(biāo)k處的值構(gòu)成比較數(shù)列Xi（i=1,2,......,13），X0是所有參試品種（系）各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值構(gòu)成的參考列，作為理想?yún)⒖计贩N，記為{X0（k）}（k=1,2,....5），各項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)作為比較數(shù)列，即參評(píng)指標(biāo)觀測(cè)值集合，記為{Xi（k）}（i=1,2,......,13；k=1,2,....5）。采用均值化方式對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理，并根據(jù)公式（1）、（2）和（3），分別計(jì)算各自的絕對(duì)離差、關(guān)聯(lián)系數(shù)、等權(quán)關(guān)聯(lián)度；參考判斷矩陣法給各指標(biāo)賦權(quán)重（4），進(jìn)一步根據(jù)公式（5）計(jì)算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度越大，則參試品種（系）越接近理想?yún)⒖计贩N（系），其綜合性狀評(píng)價(jià)表現(xiàn)越優(yōu)；關(guān)聯(lián)度越小，則參試品種（系）越遠(yuǎn)離理想?yún)⒖计贩N（系），其綜合性狀評(píng)價(jià)表現(xiàn)越差。

以上公式中，k為指標(biāo)數(shù)量，i為品種編號(hào)，Xi為參評(píng)數(shù)列，X0為理想?yún)⒖剂校褳榉直媛氏禂?shù)，通常情況取值為0.5，n為參評(píng)指標(biāo)總數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用3年測(cè)定的平均值，統(tǒng)計(jì)分析在Excel 2016軟件中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）的主要品質(zhì)指標(biāo)及參考品種的確定

4個(gè)不同生態(tài)區(qū)參試馬鈴薯品種（系）的干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、還原糖和VC含量5個(gè)基本成分含量均存在差異。參試馬鈴薯品種（系）的VC 含量為6.07～43.74 mg/100 g，其中最高的品種是高寒陰濕渭源產(chǎn)區(qū)的‘天薯11號(hào)’，最低的品種是隴東半干旱慶陽(yáng)產(chǎn)區(qū)的‘LY08104-12’。干物質(zhì)含量為17.30～33.89 g/100 g，其中最高的品種是高寒陰濕渭源產(chǎn)區(qū)的‘隴薯8號(hào)’，最低的品種是河西綠洲灌區(qū)張掖產(chǎn)區(qū)的‘隴薯10號(hào)’。還原糖含量為0.06～1.48 g/100 g，其中最低的品種是河西綠洲灌區(qū)張掖產(chǎn)區(qū)的‘隴薯8號(hào)’，最高的品種是隴東半干旱慶陽(yáng)產(chǎn)區(qū)的‘隴薯8號(hào)’。淀粉含量為11.00～26.30 g/100 g，其中最高的品種是高寒陰濕渭源產(chǎn)區(qū)的‘隴薯8號(hào)’，最低的品種是隴東半干旱慶陽(yáng)產(chǎn)區(qū)的‘LY08104-12’。蛋白質(zhì)含量為1.83～3.76 g/100 g，其中最高的品種是河西綠洲灌區(qū)張掖產(chǎn)區(qū)的‘L1027-10’，最低的品種是中部半干旱定西產(chǎn)區(qū)‘L1027-10’。

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析的原理，參考各參試品種（系）的5個(gè)主要品質(zhì)指標(biāo)構(gòu)成的參比數(shù)列Xi（k）設(shè)計(jì)構(gòu)建一個(gè)適于本區(qū)域生產(chǎn)條件下理想的參考品種，為保證關(guān)聯(lián)度的正向性，考慮品種的區(qū)域適應(yīng)性，依據(jù)參試品種（系）的5 個(gè)主要品質(zhì)指標(biāo)的最佳值，其中VC、干物質(zhì)、淀粉和蛋白質(zhì)含量取最大值，還原糖含量取最小值（但該品種不存在），構(gòu)成參考數(shù)列X0（k）（表1）。

2.2 不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）主要品質(zhì)指標(biāo)的無量綱化處理

由于所測(cè)原始數(shù)據(jù)單位不同，為消除不同量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)品質(zhì)評(píng)價(jià)的影響，保證各品質(zhì)因素具有等效性和同序性，采用初值化法對(duì)馬鈴薯塊莖的5個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行初始化（各品質(zhì)指標(biāo)值與理想值間距離的絕對(duì)值），即數(shù)值的無量綱化處理，得到數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理值（表2）。

2.3 不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）主要品質(zhì)指標(biāo)的絕對(duì)離差

根據(jù)公式（1），分別計(jì)算4個(gè)不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）主要品質(zhì)指標(biāo)的絕對(duì)離差，計(jì)算結(jié)果見表3。

2.4 不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）主要品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)

利用公式（2），分別計(jì)算4個(gè)不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）主要品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表4。

2.5 不同生態(tài)區(qū)不同參試品種（系）等權(quán)關(guān)聯(lián)度與加權(quán)關(guān)聯(lián)度的排名

利用前述關(guān)聯(lián)系數(shù)值，由公式（3）、（4）、（5）計(jì)算不同區(qū)域不同品種（系）馬鈴薯品質(zhì)的等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度值是參試品種與參考品種間的密切程度的表現(xiàn)，按關(guān)聯(lián)分析原則，值越大，說明該參試品種與參考品種越密切，即該品種越接近“理想品種”。從表5可以看出，4個(gè)不同生態(tài)區(qū)馬鈴薯品種（系）的加權(quán)關(guān)聯(lián)度和等權(quán)關(guān)聯(lián)度得出的排序基本一致，但加權(quán)關(guān)聯(lián)度值能更為真實(shí)地反映品種品質(zhì)的綜合表現(xiàn)，因此本試驗(yàn)中綜合評(píng)價(jià)采用加權(quán)關(guān)聯(lián)度；其中，中部半干旱定西產(chǎn)區(qū)‘隴薯8號(hào)’與“理想品種”最為接近（r*=0.912 9），綜合品質(zhì)最好，其次是‘隴薯9號(hào)’（r*=0.890 9），‘L1027-10’的關(guān)聯(lián)度與“理想品種”相差最大（r*=0.672 6），綜合品質(zhì)最差，其余品種（系）綜合品質(zhì)居中。高寒陰濕渭源產(chǎn)區(qū)‘隴薯8號(hào)’與“理想品種”最為接近（r*=0.793 9），綜合品質(zhì)最好，其次是‘L1039-6’（r*=0.733 0），‘隴薯10號(hào)’的關(guān)聯(lián)度與“理想品種”相差最大（r*=0.569 4），綜合品質(zhì)最差，其余品種（系）綜合品質(zhì)居中。隴東半干旱慶陽(yáng)產(chǎn)區(qū)‘隴薯8號(hào)’與“理想品種”最為接近（r*=0.798 3），綜合品質(zhì)最好，其次是‘L1039-6’（r*=0.794 0），‘LY08104-12’的關(guān)聯(lián)度與“理想品種”相差最大（r*=0.557 4），綜合品質(zhì)最差，其余品種（系）綜合品質(zhì)居中。河西綠洲灌區(qū)張掖產(chǎn)區(qū)‘L1039-6’與“理想品種”最為接近（r*=0.847 9），綜合品質(zhì)最好，其次是‘隴薯8號(hào)’（r*=0.816 5），‘隴薯10號(hào)’的關(guān)聯(lián)度與“理想品種”相差最大（r*=0.574 9），綜合品質(zhì)最差，其余品種（系）綜合品質(zhì)居中。

3 討論

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，該方法將灰色系統(tǒng)中模糊的灰色關(guān)系進(jìn)行序列化和模式化，進(jìn)而量化和序化灰色關(guān)系，從而對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素進(jìn)行全面的、客觀的綜合評(píng)價(jià)，較客觀的反映出供試品種品質(zhì)方面的綜合表現(xiàn)[21,22]。本研究運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)甘肅4 個(gè)不同生態(tài)區(qū)、13個(gè)不同品種（系）馬鈴薯的5個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次排名與實(shí)際馬鈴薯品質(zhì)基本保持一致，全面且真實(shí)地反映了參試品種的實(shí)際表現(xiàn)，中部半干旱定西產(chǎn)區(qū)加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名前5位的馬鈴薯品種（系）依次為‘隴薯8 號(hào)’‘隴薯9 號(hào)’‘L1039-6’‘天薯11號(hào)’和‘L1036-34’，排名最后的是‘L1027-10’，綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)最差；高寒陰濕渭源產(chǎn)區(qū)加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名前5位的馬鈴薯品種（系）依次為‘隴薯8號(hào)’‘L1039-6’‘LY08104-12’‘天薯11號(hào)’和‘隴薯7號(hào)’，排名最后的是‘隴薯10號(hào)’，綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)最差；隴東半干旱慶陽(yáng)產(chǎn)區(qū)加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名前5 位的馬鈴薯品種（系）依次為‘隴薯8 號(hào)’‘L1039-6’‘天薯11號(hào)’‘L1036-34’和‘隴薯9號(hào)’，排名最后的是‘LY08104-12’，綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)最差；河西綠洲灌區(qū)張掖產(chǎn)區(qū)加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名前5位的馬鈴薯品種（系）依次為‘L1039-6’‘隴薯8號(hào)’‘天薯11號(hào)’‘隴薯7號(hào)’和‘L1036-34’，排名最后的是‘隴薯10號(hào)’，綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)最差。這與陳雷等[23]對(duì)區(qū)試花生品種品質(zhì)評(píng)價(jià)和孫萬斌等[24]對(duì)甘肅不同區(qū)域紫花苜蓿品種品質(zhì)評(píng)價(jià)的可行性一致。

有關(guān)不同區(qū)域不同馬鈴薯品種的品質(zhì)評(píng)價(jià)，研究者也做了一些研究，如張鳳軍等[25]對(duì)西北7 個(gè)不同生態(tài)區(qū)的6 個(gè)馬鈴薯品種的淀粉含量、還原糖含量[26]、維生素C 含量[27]分別進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，以篩選適宜不同生態(tài)區(qū)的優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種；但由于各地生產(chǎn)條件不同，生產(chǎn)用途各異，對(duì)于馬鈴薯品種各性狀的重要程度不同，利用單一因素篩選優(yōu)質(zhì)品種，難免會(huì)出現(xiàn)誤差。應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法將灰色系統(tǒng)中各個(gè)要素進(jìn)行綜合量化，對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素進(jìn)行全面的、客觀的綜合評(píng)價(jià)，克服了依靠單一性狀評(píng)價(jià)品種優(yōu)劣的弊端，提高了對(duì)品種綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和有效性，該方法能較客觀的反映出供試品種品質(zhì)方面的綜合表現(xiàn)[28-31]。本研究利用3年時(shí)間，對(duì)甘肅不同生態(tài)區(qū)不同馬鈴薯品種（系）的具代表性的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用灰色關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以確定其對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性，從整體來看，灰色關(guān)聯(lián)度分析法能較全面的反映參試材料的綜合品質(zhì)性能，采用該方法對(duì)馬鈴薯薯塊品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)是切實(shí)可行的，對(duì)馬鈴薯品種（系）比較和生態(tài)適應(yīng)性研究具有一定的指導(dǎo)和應(yīng)用價(jià)值。

馬鈴薯薯塊的品質(zhì)主要受品種和植地環(huán)境2方面因素的影響，本試驗(yàn)在選取評(píng)價(jià)性狀時(shí)，只選取了品質(zhì)指標(biāo)，未能將馬鈴薯品質(zhì)與不同區(qū)域的環(huán)境因子聯(lián)系起來；另外，衡量馬鈴薯薯塊的品質(zhì)指標(biāo)涉及多個(gè)方面，本試驗(yàn)只對(duì)VC、干物質(zhì)、還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)含量5 個(gè)基本指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，未能將礦物元素、氨基酸組成、相關(guān)酶活特性等品質(zhì)指標(biāo)納入評(píng)價(jià)中，這些因子同樣也是影響馬鈴薯品種品質(zhì)綜合性能的關(guān)鍵因子，對(duì)此將在后續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)一步系統(tǒng)深入研究。