高密度短生育期基质栽培对甘薯产量和品质的影响

沈升法 项 超 吴列洪 李 兵

(浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所，浙江杭州 310021)

早熟、优质食用甘薯品种具有更好的市场价值，是国内外甘薯育种的重要目标之一[1-3]。 甘薯杂交后代的筛选通常采用五圃制:实生系圃→复选圃→鉴定圃→品比预试圃→品系比较圃，前2 个选种圃为选择阶段，一般需要2年时间。 通常杂交种子先在温室实生系苗床播种成苗后，可整株或剪成几株移栽到选种圃，从成千上万棵实生苗中选择，淘汰率达95%[4]。 在甘薯早熟性筛选上，已有研究认为实生系可分结薯性(栽插后约30 d 挖根)、膨大性(又称微型薯，栽插后约60 d 挖根)、早熟性(栽插后约90 d 挖根)3 个不同生育期进行筛选，块根早期膨大性因生长期短、受环境干扰少，在世代间表现稳定，利用块根膨大性筛选早熟性具有较强的可靠性，利用结薯性筛选早熟性虽然准确程度偏低，但仍有76.4%的早熟材料来自结薯性早的实生系[5-7]。 通过实生系的提早筛选可以实现一年多次的早熟性评价，加快育种进程[8-9]。 种植密度和生育期对甘薯的产量和品质性状有较大的影响[10-12]，但种植密度对甘薯品质的影响较生育期小[13]。 高密度短生育期基质栽培可用于马铃薯的脱毒微型薯生产和甘薯脱毒试管苗的基质扩繁[14-15]。 近年来，浙江省农业科学院利用高密度短生育期基质栽培方法开展了甘薯脱毒微型薯生产及甘薯实生系筛选的技术研究。 本研究以122 份甘薯品系为供试材料，进行密度为25株·m-2、 生育期60 d 的基质栽培与密度为5 株·m-2、生育期90 d 的大田常规早收栽培的对比试验，调查分析2 种栽培方法甘薯产量性状和品质性状的差异及相关性，以期为利用高密度短生育期基质栽培的甘薯实生系早熟性和品质筛选提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为2013年浙江省农业科学院杨渡试验农场选种圃选留的12 个甘薯杂交组合的122 份品系，其中，红肉品系43 份，白肉或淡黄肉品系52 份，紫肉品系27 份。

1.2 试验设计

试验设T1、T2 共2 个处理，T1:高密度短生育期基质栽培，在浙江省农业科学院内1 m 宽的大棚基质槽中横向种植，行距20 cm，每行5 株，每品系4 行，共20 株，密度为25 株·m-2；2014年3月28 日移栽，5月28 日收获，生育期60 d。 T2:选种圃大田常规早收栽培，在浙江省农业科学院杨渡试验农场内，单垄种植，垄距80 cm，株距25 cm，每品系单行20 株，密度为25株·m-2；2014年5月9 日移栽，8月7 日收获，生育期90 d。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量调查 收获后计量每品系20 株平均单株薯数、单株重，并从每品系中选取典型薯块3 个，平均计量最大处直径、长度、单薯重。

1.3.2 品质测定 收获后7 d，每品系取6 个典型薯块，3 个薯块测定鲜薯干物质、花青素和胡萝卜素含量，3 个薯块蒸熟品尝评定食味，并取样测定还原糖、可溶性糖含量。

干物质含量测定:用鲜薯烘干计重法，鲜薯刨丝，80℃烘干至恒重。

花青素含量测定:用柠檬酸—磷酸氢二钠缓冲液提取直接比色测定法[16]，根据公式计算花青素含量:

式中，C:花青素含量，mg·100 g-1FW；V:定容体积，mL；M:样品质量，g；A:530 nm 波长处提取液吸光度值；958:吸光度值转换为花青素含量的经验系数；100 000: 单位转换系数。

胡萝卜素含量测定:用丙酮提取直接比色测定法[17-18]，根据公式计算胡萝卜素含量:

式中，CA:胡萝卜素含量，mg·100 g-1FW；V:定容体积，mL；M:样品质量，g；A:454 nm 波长处丙酮提取液吸光度值；0.004:吸光度值转换为胡萝卜素含量的经验系数；100:单位转换系数。

还原糖和可溶性糖含量测定: 参照GB/T 5009.7-2008[19]直接滴定法。 准确称取1 g 熟薯，加9 mL 水，60℃水浴2 h，冷却后4 000 r·min-1离心10 min，取3 mL 上清液2 份，1 份采用山东省科学院生物中心制造的SGD-Ⅲ自动还原糖测定仪测定还原糖含量，另1 份加3 mL 1.5 mol·L-1盐酸，100℃水浴1 h，冷却后用于测定可溶性糖含量。

食味评价:鲜薯蒸熟后采用人工品尝打分法。 食味分为甜度、黏度、质地、香味、粗纤维5 个指标打分，每指标5 分制，并给予食味总评分(100 分制)，以南薯88 为参照，南薯88 每个指标分值为4 分，食味总评分为80 分，试验品系根据品尝食味与南薯88 的差异，给出相应的分值，分值高者为优。

1.4 数据处理

利用DPS v3.01 统计软件进行方差、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 2 种栽培方法薯块产量性状、品质性状的差异

由表1 可知，在产量性状上，T1 的单株重、单株结薯数及典型薯块直径、长度和单薯重均表现为极显著差于T2，T1 的微型薯平均单重仅12.7 g，而T2 的成薯平均单重40.8 g。 说明T1 会导致薯块产量性状的大幅度降低。 产量性状的变异系数表现为，单株重最大，其次是单薯重、单株结薯数，三者变异幅度均较大，而薯块直径、长度的变异系数相对较小，说明甘薯品系之间产量、结薯数、薯型大小的差异较大，而薯块形状的差异相对较小；比较2 种栽培方法的变异系数发现，T1产量性状的变异系数均较大。 综上表明T1 造成甘薯群体的产量性状明显降低、差异变大。

在营养成分上(表1)，T1 的干物质、胡萝卜素、花青素、熟薯可溶性糖和熟薯还原糖含量均低于T2，其中，二者的干物质、胡萝卜素、熟薯可溶性糖和熟薯还原糖含量差异极显著，花青素含量差异不显著，说明T1 由于生育期的缩短，对甘薯块根营养的积累产生了不利影响。 比较块根营养成分的变异系数，胡萝卜素含量最大，其次是花青素含量，二者变异幅度均较大，而熟薯还原糖、熟薯可溶性糖、干物质含量的变异系数相对较小，说明甘薯品系之间属于功能性物质的胡萝卜素、花青素含量差异较大，而属于块根碳水化合物的熟薯可溶性糖、熟薯还原糖、干物质含量差异相对较小；比较2 种栽培方法的变异系数，T1 的营养成分，除了胡萝卜素含量的变异系数小于T2 外，其余营养成分的变异系数均相对较大。 综上表明T1 会使甘薯品系群体营养品质下降、差异变大。

在食味指标上(表1)，T1 除质地与T2 无显著差异以及黏度极显著优于T2 外，甜度、香味、粗纤维均极显著差于T2，因此食味总评同样表现出极显著差于T2，说明T1 由于生育期缩短，营养成分积累不足，对甘薯食味产生了十分明显的不利影响。 食味指标的变异系数均小于10%，说明与甘薯营养成分的变异相比，甘薯品系之间的食味差异较小；比较2 种栽培方法的变异系数，T1 的甘薯食味指标，除了香味的变异系数与T2 大致相当外，其余均较小。 综上表明T1 会使甘薯品系群体食味变差、差异缩小。

表1 2 种栽培方法的产量性状、营养成分和食味指标指标差异Table 1 Differences in yield trait，nutritional composition and taste index between the two culture methods

2.2 T1 块根品质变化类型分布

与T2 对比，把T1 的微型薯品质变化分为3 种类型:劣变型、稳定型和优变型。 设定块根营养成分含量差异在10%之内的品系归为稳定型，差异超过10%的品系，按照营养成分变差、变好，分别归为劣变型、优变型；甘薯食味以食味总评变化评价，由于食味变异系数小，食味总评差异在1 分之内的品系归为稳定型，差异超过1 分的品系，按照食味总评变差、变好，分别归为劣变型、优变型。 品质变化归类结果如图1 所示，无论是干物质、色素、熟薯糖分，还是食味总评，甘薯品系微型薯均存在3 种品质变化类型，劣变型品系比例均超过试验品系数的50%，其中，熟薯可溶性糖、熟薯还原糖、干物质含量的劣变型品系比例较高，均超过试验品系数的75%；优变型品系比例最高的是花青素、胡萝卜素含量，均超过试验品系数的25%，与熟薯糖分、干物质含量和食味总评的优变型品系比例差距在10 个百分点以上。 食味总评的稳定型品系比例最高，达到试验品系数的31.15%，与营养成分的稳定型品系比例差距均在10 个百分点以上。

图1 在T2 对比下T1 的块根品质变化类型分布Fig.1 Change type distribution of root quality under T2 in contrast to T1

2.3 2 种栽培方法之间薯块产量性状、品质性状的相关性

同一性状不同栽培方法之间的相关性结果，单株重、单株结薯数和典型薯块的单薯重存在显著的正相关，薯块直径、长度存在弱正相关，说明T1 的微型薯能较好地表现甘薯的早熟性，微型薯的形状也与品系薯块的形状特性相关，早熟性筛选是可靠的。

同一营养成分不同种栽培方法间均存在极显著正相关，其中，胡萝卜素、花青素含量的相关系数均为0.719，而干物质含量的相关系数为0.512。 说明T1的微型薯能很好地表现品系营养品质特性，尤其是色素含量筛选有很高的可靠性，干物质含量筛选也有较高的可靠性。

分析不同栽培方式间同一食味指标的相关性可知，甜度、黏度、香味、食味总评等熟薯食味指标存在极显著正相关，质地、粗纤维存在弱正相关。 说明甘薯通过高密度短生育期基质栽培筛选能很好地表现品系薯块食味特性，食味筛选具有较高的可靠性。

3 讨论

3.1 甘薯胡萝卜素、花青素在甘薯品质育种中的作用与实生系筛选

在甘薯的主要营养品质指标中，对营养品质的综合评价贡献最高的是胡萝卜素、花青素、黄酮与多酚等甘薯功能物质因子，其次是淀粉、蔗糖、果糖与葡萄糖等甘薯碳水化合物因子，而蛋白质与矿物质元素等甘薯营养物质作为辅助因子贡献最小，而且胡萝卜素、花青素含量均与黄酮、多酚含量呈高度正相关，甘薯胡萝卜素或花青素含量高的品种，往往黄酮、多酚含量也高[20-21]。 因此，胡萝卜素、花青素含量是甘薯品质育种的重要指标。 但甘薯食味品质，并非胡萝卜素、花青素含量越高越好。 已有研究表明，花青素具有苦涩味，对甘薯食味指标的甜度、香味、质地均有不利的影响，且对甘薯蒸熟过程中可溶性糖的形成有明显的抑制作用[22-23]；甘薯胡萝卜素含量与干物质含量呈极显著负相关，甘薯胡萝卜素含量高的品种，往往干物质含量较少，而干物质含量是甘薯食味的基础[24-25]。 因此，甘薯食用品种选育在加强胡萝卜素、花青素含量的同时应兼顾营养品质与食味品质。 本试验结果表明，T1 与T2 的胡萝卜素、花青素含量均存在高度正相关，由于甘薯胡萝卜素、花青素含量分别决定了橘红肉和紫肉甘薯的肉色深浅，其变异系数大[26]，容易通过田间甘薯肉色目测分级进行鉴别筛选，因此在高密度短生育期基质栽培下，甘薯胡萝卜素、花青素含量的品质筛选既简便又可靠，这为利用高密度短生育期基质栽培进行甘薯品质育种的实生系筛选奠定了基础。

表2 2 种栽培方法之间产量性状、营养成分和食味指标的相关系数Table 2 Correlation coefficients of yield trait，nutritional composition and taste index between two culture methods

3.2 生育期对甘薯产量和品质的影响

甘薯栽后60 d 处于块根开始膨大、地上茎分枝时期，栽后90 d 处于块根快速生长期、地上茎叶生长高峰期前后，2 个生育期的鲜薯产量、茎叶产量差距较大。 一般栽后60 d 块根膨大期的鲜薯产量是栽后90 d 的30% 左右，地上茎叶鲜重不足栽后90 d 的70%[27-29]。 本试验中，T1 的鲜薯单株重仅有T2 的18.29%。 分析认为由于生育期60 d(T1)时还远未达到地上茎叶生长高峰，在设施环境下T1 拥有更好的肥水调控条件，可以避免因密度多倍增加引起地上茎叶生长过量而造成鲜薯大幅减产，微型薯与T2 的产量巨大落差主要来源于生育期缩短，而非环境条件。

已有研究表明，在甘薯生育过程中，胡萝卜素和花青素含量在品种间存在差异和分化；橘红肉品种胡萝卜素含量可分为总体平稳型、一直增加型和曲折上升型3 种变化类型，生育期60 d 高于90 d 的品种仅在总体平稳型中出现；紫肉品种花青素含量可分为缓慢增加型、波动变化型和曲折上升型3 种变化类型，生育期60 d 高于90 d 的品种仅在波动变化型中出现；多数品种生育期60 d 的胡萝卜素或花青素含量低于90 d 的，但一般含量高的品种始终含量较高[30-31]。 在本试验中，在群体水平上，与T2 相比，T1 的甘薯营养成分显著下降，但花青素含量与T2 无明显差异，这是由于甘薯花青素含量主要由基因型决定的，受环境影响小[32-33]。 同时胡萝卜素、花青素、干物质、熟薯可溶性糖和熟薯还原糖含量均存在劣变型、稳定型和优变型3 种品质变化类型，但劣变型品系至少占试验品系数的50%以上，随着生育期缩短，干物质、熟薯可溶性糖和熟薯还原糖等碳水化合物的含量最容易变差，胡萝卜素、花青素含量变高的可能性相对较大，食味的稳定性相对较高。

3.3 T1 的实生系筛选指标

方正义等[5]测得25 个组合块根早期微型薯产量与早熟性的相关值为0.367(P＜0.05)，且该性状在实生系与无性早代间有高度的稳定性，相关系数为0.484(P＜0.01)，认为生育期约60 d 时微型薯的早熟性筛选是可靠的；王铁华等[7]通过5年45 个杂交组合的实生系早期筛选，认为60 d 膨大期的高产筛选是可靠的。 方正义等[5]和陶家兰等[34]认为实生系早期与后期的干物质含量呈极显著正相关(P＜0.01)，干物质含量只需在实生系早期筛选即可。 在本试验中，薯块的营养成分、食味在不同栽培方法间均存在极显著正相关，其中胡萝卜素、花青素和干物质含量的相关系数分别为0.719、0.719 和0.512，关联度较高；单株重、单株结薯数、单薯重等产量性状存在显著正相关，典型薯块的长度、宽度存在一定的正相关。 因此，利用高密度短生育期基质栽培，既可以为实生系扩繁育苗又可以提早筛选，以薯肉色、干物质含量和食味为品质筛选指标，以单株重、结薯数、典型薯块单重和形状为早熟性筛选指标，进行以目测、品尝等为主的较为直观、简单的筛选。

4 结论

与T2 生产的块根相比，T1 生产的微型薯，除了花青素含量差异较小外，其产量和品质性状均极显著下降。 单株重、单薯重和单株结薯数等产量性状在2 种栽培方法间均呈显著正相关，因此，T1 微型薯的早熟性筛选有较好的可靠性。 在品质性状上，T1 微型薯的花青素、胡萝卜素、干物质、熟薯可溶性糖、熟薯还原糖含量和食味均存在劣变型、稳定型和优变型3 种品质变化类型，而薯块品质性状在2 种栽培方法间均呈极显著正相关，因此，在高密度短生育期基质栽培下，微型薯的薯肉色、干物质含量和食味等品质筛选具有较高的可靠性。