三个紫薯品种花青素和干物质积累动态及相关分析

马佩勇，贾赵东，边小峰，郭小丁，谢一芝

(江苏省农业科学院 粮食作物研究所，江苏 南京 210014)

甘薯［Ipomoea Batatas(L.)Lam］是旋花科甘薯属蔓生性草本植物，既是重要的粮、饲兼用型作物，也是重要的工业原料作物和新兴能源作物［1-2］。紫薯是指薯块肉色呈紫色的一类甘薯，最早由日本育成并引入中国，继而中国也逐渐培育出一批自己的紫薯品种［3］。紫薯营养价值丰富，除了具有普通甘薯的营养价值外，还含有丰富的花青素。研究表明，紫薯块根中的花青素有很强的抗氧化作用，能去除活性氧，预防高血压和动脉硬化，改善肝功能，减少基因突变，抑制诱癌物质的产生，改善视力等保健作用［4-8］。而且紫薯花青素还具有很好的耐热耐光性，在食品、化妆品、医药方面也有广阔的应用前景［9］。甘薯中花青素的含量和组成直接关系到甘薯的生理保健功能和开发利用效益，是甘薯品质的重要物质基础和评定依据，也是甘薯育种、研究和开发利用的重要对象。目前研究甘薯块根花青素动态积累的报道较少［10-13］，特别是针对花青素积累与干物质积累和光合指标的动态变化的综合研究还鲜有报道。本研究利用花青素含量显著不同的3 个紫薯品种，研究栽插后60，75，90，105，120，135 d 块根花青素含量、块根干物质积累和光合指标的动态变化，以及花青素含量在块根膨大时期与主要经济性状的相关性分析，以期为高产花青素甘薯的育种、栽培和开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试甘薯品种

本文以3 个紫心甘薯品种Ayamurasaki、宁紫薯1 号和宁紫薯2 号为研究材料。其中Ayamurasaki引自日本，宁紫薯1 号和宁紫薯2 号为江苏省农业科学院粮食作物研究所选育的品种。这些品种在产量、块根花青素含量和块根干物质含量等性状指标具有显著差异。

1.2 田间设计与取样

田间试验于2012 年6 月9 日设置在江苏省农科院甘薯试验田(南京)。田间试验采用随机排列，每小区5 垄，垄长3 m，垄宽0.9 m，种植密度每667 m2折合3 200～3 500 株。试验的光照、土壤肥力和管理措施等条件一致。大田栽插后60，75，90，105，120，135 d 分别取样调查。每次取样时在小区中间3垄选相邻5 个单株(边株除外)，整株挖取，每个单株计为一个重复。

1.3 室内测定与分析

对取样单株分别测定单株茎鲜质量、叶鲜质量、块根鲜质量等指标。茎、叶分别混匀取样测定干物质含量，块根样品一部分用来测花青素含量，另一部分测定干物质含量。甘薯干物质含量和花青素含量测定方法参考张允刚等［14］方法进行。

净同化率指植物个体或小群体在一段时间(数天)内，单位叶面积在单位时间积累同化物的多少，它反映植物个体或群体在一个时期内的光合特性。

1.4 数据处理与分析

应用Excel 2010 和SPSS19 软件对试验数据进行处理与分析。这些数据包括:各时期的取样单株的花青素含量、茎鲜质量、叶鲜质量、茎叶鲜质量、块根鲜质量、整株鲜质量、茎干质量、叶干质量、茎叶干物质总量、块根干物质总量、整株干物质总量、块根干物率、蔓薯比、经济系数、叶面积指数和净同化率共16 个性状指标。分析每个品种块根生长过程中的花青素和干物质积累以及光合性状指标的动态变化，并分析花青素与干物质积累等各经济和产量性状指标的相关性。

2 结果与分析

2.1 块根花青素含量在块根生长过程中的动态变化

本研究的3 个紫薯品种块根花青素相对含量和总含量的动态变化趋势因品种不同而存在显著差异(图1)。对于相对花青素含量，Ayamurasaki 的块根花青素含量(每100 g)在60 d 时最高，为75.69 mg，之后快速下降，到105 d 时下降到最低58.25 mg，105～135 d 又缓慢升高，135 d 时达到67.71 mg，整个块根膨大期平均花青素含量为65.61 mg。而宁紫薯1 号和宁紫薯2 号的块根花青素相对含量变化趋势相似，都表现为先升后降的特点。其中，宁紫薯1 号的花青素含量(每100 g)在栽插后60～105 d 期间小幅缓慢增长，从16.94 mg 到19.03 mg，之后缓慢下降，135 d 时下降到15.77 mg，整个膨大期间的变化范围是15.77～19.03 mg，平均含量17.24 mg;而宁紫薯2 号则(每100 g)在32.83～39.79 mg 变化，平均含量为36.49 mg，具体表现为60～105 d 缓慢升高而105～135 d 逐渐下降。而对于块根花青素总含量，3个品种在整个块根生长期都在持续增长，而且都是在栽插后75 d 进入快速增长阶段，不同的是Ayamurasaki 的块根花青素总含量75～135 d 都处于快速增长阶段，而宁紫1 号和宁紫2 号在120 d 后花青素总含量增长速度明显放缓。

图1 栽插后不同时期3 个紫薯品种花青素积累的动态变化Fig.1 The dynamic variations of anthocyanin accumulation during different growing period of three purple-fleshed sweetpotato

2.2 块根干物质积累在块根生长过程中的动态变化

3 个紫薯品种的茎叶干物质总量在整个块根膨大期间的动态变化趋势相似，都表现为前期增长较快，中后期随着光合产物逐渐向地下部块根转移，叶片老化脱落，茎叶干质量逐渐下降。与茎叶的变化趋势不同，3 个紫薯品种的块根干物质总量在块根膨大期间的变化趋势都表现为逐渐上升，具体表现为60～75 d 干物质在块根缓慢积累，75～120 d 加速积累，120～135 d 积累速度又逐渐变缓的趋势。而块根干物率的动态变化在3 个紫薯品种间表现出不同的特点，Ayamurasaki 表现为曲折上升，60 d 时干物质率最低，为24.42%，135 d 最高，为36.58%。而宁紫1 号和宁紫2 号表现为先升后降的趋势，干物率最高的时间同为105 d，分别为35.60%和33.07%(图2)。

图2 栽插后不同时期3 个紫薯品种干物质积累的动态变化Fig.2 The dynamic variations of dry matter accumulation during different growing period of three purple-fleshed sweetpotato

2.3 紫薯品种光合生理指标在块根生长过程中的动态变化

3 个甘薯品种的叶面积指数(LAI)和净同化率(NAR)在块根生长过程中的动态变化趋势与茎叶干质量相似，都表现为前中期增加，后期减少。而不同品种叶面积指数达到最高值的时间不同，Ayamurasaki 和宁紫薯1 号的叶面积指数在105 d 时达到最高，分别为2.93 和3.49，而宁紫薯2 号的叶面积指数在90 d 时就达到最高，为3.37。3 个品种的净同化率达到最高值的时间与叶面积指数不同，Ayamurasaki 和宁紫薯1 号的净同化率是在90 d 时达到最高，分别为4.91 g/(m2·d)和5.75 g/(m2·d)，而宁紫2 号的净同化率是在105 d 时达到最高，为4.62 g/(m2·d)(图3)。

图3 3 个紫薯品种的光合生理指标在块根膨大期间的动态变化Fig.3 The dynamic variations of photosynthetic physiological index during different growing period of three purple-fleshed sweetpotato roots

2.4 3 个紫薯品种花青素含量与主要经济性状的相关分析

3 个紫薯品种在块根膨大期间的花青素含量与茎鲜质量、茎干质量等15 个主要经济性状的相关分析结果(表1)表明，块根花青素含量与各个经济性状的相关性受品种的影响很大，其相关程度因品种的不同而不同。Ayamurasaki 的块根花青素含量与茎鲜质量、茎叶鲜质量和整株鲜质量显著负相关，而与干物质积累等其它指标的相关性不显著;宁紫薯2 号的块根花青素含量与茎干质量、茎叶鲜质量、块根干物率和整株干物质总量显著正相关，与茎鲜质量和整株鲜质量极显著正相关，而与蔓薯比显著负相关;而宁紫薯1 号的块根花青素含量则仅与块根干物率极显著正相关，与其它性状相关性不显著。3 个紫薯品种的花青素含量与叶面积指数和净同化率2 个光合指标的相关性均不显著。

表1 3 个紫薯品种花青素含量与主要经济性状的相关系数Tab.1 The correlation coefficients between anthocyanin content and economic traits in 3 purple-fleshed sweetpotato varieties

3 讨论

研究表明，紫薯块根花青素含量在块根膨大过程中的变化因品种不同而存在差异。Yoshinaga等［11］根据块根花青素含量的高低将其研究的10 个紫薯品种分为花青素含量高和低两类，而且它们的花青素含量的变化都表现为同一种类型，即栽后21～42 d 的快速增加阶段、42～84 d 的小幅变动阶段、84～119 d 的略微增加阶段的变化类型，并由此认为紫薯块根花青素含量在栽后40 d 时就基本定型，并且在其后的生长发育过程中也不会有明显的上升或下降过程。而傅玉凡等［10］研究了13 个紫薯品种花青素含量在栽插后20～140 d 的变化，根据变化趋势把花青素变化类型分为3 种类型:缓慢增加型、曲折上升型和波动变化型。明兴加等［13］对紫薯块根花青素的积累动态研究后发现，栽插后90 d 之前块根中花青素的百分比含量呈上升趋势，90 d 之后呈下降趋势，然而块根花青素总量一直呈上升趋势，说明块根花青素的合成速度在块根膨大后期变缓，可能和块根生长后期蛋白质和淀粉的合成速度加快有关。本文主要研究栽插后60～135 d 的块根膨大期的块根花青素含量变化，结果表明研究中的3 个紫薯品种块根花青素的总含量在整个生长期都是不断增长的，只是前期和后期增长速度较慢，而中期增长较快。块根花青素相对含量的动态变化则表现出两种类型，一种以品种AY 为代表的块根膨大前期含量高，中期下降，后期又升高的变化类型;而另一种是以宁紫1 号和宁紫2 号为代表的块根膨大前中期相对含量缓慢升高而后期又逐渐下降的变化类型。本研究进一步证实了紫薯块根花青素含量的动态变化因品种不同而存在显著差异。

甘薯干物质的积累主要来自地上部叶片的光合产物，而在不同的生长发育阶段，光合产物会优先分配给不同的优势器官。在甘薯生长的前期，光合产物主要集中用于在地上部植株生长，在块根形成与膨大的后期，光合产物不断向地下部分转移，形成经济产量［15-16］。本研究结果表明，3 个紫薯品种不管是叶面积指数和净同化率，还是地上部茎叶干物质含量的动态趋势相近，都是在90～105 d 时达到最高，之后表现为光合性能下降，干物质加速在块根积累，块根中干物质总量持续增加。而块根干物率的动态变化在3 个品种间差异较大，Ayamurasaki 表现为曲折上升，宁紫薯1 号和宁紫薯2 号则表现为先升后降的趋势，这种现象可能也是由品种差异造成的。另外，甘薯块根干物质的积累也易受气候、土壤条件、肥力水平和栽插密度等因素的影响［17-19］。

在甘薯块根生长发育过程中，会发生如茎叶鲜质量、块根鲜质量、叶面积指数等形态和生理方面的一系列变化，而块根花青素的积累对这些经济性状发育动态的生物学响应随品种类型不同而各不相同［10］。在本研究中，Ayamurasaki 的块根花青素含量主要与地上部鲜质量指标呈显著负相关;宁紫薯1号和宁紫薯2 号则主要表现与块根干物质含量指标呈显著正相关。这对育种实践具有积极的指导意义，说明在选育高花青素的优质甘薯品种时，注意选择地上部茎叶产量适中，块根干物率偏高的材料，容易增加选育的成功率。

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