不同土壤类型和生态环境对紫色甘薯块根品质特性的影响

闫 会，李 强，张允刚，王 欣，刘亚菊，后 猛，唐 维，马代夫

(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业部 甘薯生物学与遗传育种重点实验室/江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131)



不同土壤类型和生态环境对紫色甘薯块根品质特性的影响

闫 会，李 强*，张允刚，王 欣，刘亚菊，后 猛，唐 维，马代夫

(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业部 甘薯生物学与遗传育种重点实验室/江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131)

为研究紫肉甘薯主要块根品质性状在不同土壤类型和生态环境的变异，选用18个紫肉甘薯品系，在盐城和徐州2个试点进行异地鉴定试验，分析不同土壤类型和生态环境下紫甘薯块根品质的变化规律。结果表明：基因型(G)、环境(E)和基因型×环境(G×E)互作对紫肉甘薯块根花青苷、干率、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖影响均达显著水平。花青苷含量的E效应大于G和G×E互作效应，其他品质性状则表现为G×E互作效应较大。蛋白质、还原糖和可溶性糖含量在徐州试点较高，粗淀粉含量和花青苷含量在盐城试点较高。盐城和徐州两试点各品质性状变异系数变幅一致，均为：花青苷>还原糖>可溶性糖>蛋白质>淀粉，其中花青苷含量变异系数以徐州较高，其他性状变异系数盐城试点较高。相关性分析表明，糖分含量与淀粉含量呈极显著负相关, 与花青苷和蛋白质含量无显著相关性，干率和淀粉含量呈极显著正相关，花青苷含量和其他品质性状无显著相关性。

紫肉甘薯；品质性状；基因型；环境；变异

甘薯是世界上重要的粮食、饲料及能源作物，因其富含淀粉，适应性强、耐贫瘠、耐干旱等优良特性广泛分布于世界各地[1]。中国甘薯种植面积和总产量分别占世界甘薯种植的45.1%和75.3%[2]，在我国粮食生产和能源安全中发挥着重要作用。沿海滩涂是重要的后备土地资源，江苏省有亚洲最大的沿海滩涂湿地，面积达68.7万hm2，约占全国的1/4[3-4]。甘薯以其高适应性已在低盐含量的盐碱滩涂湿地成功试种，但是土壤和气候条件等生态因子不同造成甘薯产量和品质性状产生差异[5]。

紫肉甘薯营养丰富，花青苷起到主要的营养和保健作用，被列为抗癌食物之首。花青苷、淀粉、蛋白质、糖分含量等性状成为衡量紫肉甘薯加工及食用品质的重要指标。国内外对甘薯品质的影响的研究多集中于单个环境因子，如施肥、干旱胁迫等，且多集中于产量性状[6-7]，对不同土壤和生态环境下紫薯品质性状的差异研究较少[8-9]，研究盐碱土和壤土环境下紫色甘薯品质性状的报道更鲜见。甘薯虽然有一定耐盐性，但不同基因型紫肉甘薯对盐胁迫耐受性有很大差异，为此，本试验以江苏徐州甘薯研究中心自主选育的18个优异紫薯品系为材料，在盐城和徐州2个试点种植，研究了自然环境盐碱胁迫下花青苷、干率、淀粉、可溶性糖、还原糖和蛋白质等块根品质性状的变异，为研究紫肉甘薯在盐碱滩涂的生长适应性及筛选耐盐碱紫薯品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试点概况

试验在江苏盐城大丰盐土农业示范基地(120°13′ E，33°38′ N )和徐州甘薯研究中心试验基地(117°18′ E，34°26′ N )进行。盐城属典型的亚热带季风气候，年平均气温14 ℃，常年降雨1058.4 mm，寒暑显著，阳光充足，试点土壤为典型盐碱土，含盐量2‰～5‰；徐州属暖温带半湿润季风气候，年平均气温14 ℃，降水量800～930 mm，四季分明，春秋两季光照充足，昼夜温差大，试点土壤为典型壤土，土壤肥力中等。

1.2 试验材料与设计

本研究选用不同亲本来源的紫肉甘薯材料18个(表1)，分别在徐州、盐城种植，两试点随机取土样对土壤成分进行测定，4次重复，取平均值(表2)。材料顺序排列，3重复3行区，每行栽插5株，株距23.5 cm，垄宽85 cm。其他管理措施同常规大田管理。

表1 试验材料及其亲本来源

表2 徐州和盐城试验点土壤成分分析

注：同列数字后不同大写字母表示在0.01水平上差异显著。下同。

1.3 试验方法

徐州试点于5月27日栽插，11月7日收获，生育期165 d；盐城试点于6月4日栽插，11月10日收获，生育期159 d。在成熟期每个材料的3个重复全部收获、测产，2周内进行块根品质性状分析[8]。甘薯花青苷提取采用柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液法[10]。薯干淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖含量测定采用VECTOR22/N型傅立叶变换近红外反射光谱仪(德国BRUKER光谱仪器公司)法[11-12]。

用Microsoft Excel 2003进行数据处理及绘制图表，用DPS 8.01处理软件进行数据分析[13],处理间用Duncan’s新复极差法进行多重比较，环境与基因型及其互作方差分析采用随机模型。

2 结果与分析

2.1 紫肉甘薯块根品质性状的变异来源

盐城和徐州2个试点的块根品质在基因型、环境以及基因型与环境互作差异均达到显著水平(表3)。除花青苷含量外，其他品质性状的基因型×环境互作差异均大于基因型效应和环境效应，达到极显著水平，说明花青素含量主要受环境影响，烘干率、淀粉、蛋白质、可溶性糖和还原糖含量则主要受基因型和环境共同影响。

2.2 不同生态环境下紫肉甘薯块根品质性状的变化

紫肉甘薯品质性状受土壤和生态环境影响显著(表3)，各品质差异性均达极显著水平(表4)。对两试点的紫肉甘薯品质进行Duncan’s多重比较。盐城试点花青苷含量、干率和粗淀粉含量均极显著高于徐州试点，而徐州试点蛋白质、还原糖和可溶性糖含量均极显著高于盐城试点。

在不同土壤和生态环境下，紫肉甘薯块根品质性状变幅较大(表5)，盐城和徐州两试点的品质性状变幅一致，均为花青苷>还原糖>可溶性糖>蛋白质>淀粉。徐州试点花青苷含量在基因型间变异系数最大，达56.77%；其他性状变异系数均为盐城试点高于徐州试点；粗淀粉的变异系数最小，两试点均低于10%。

表3 紫肉甘薯在不同土壤和生态环境下块根品质性状方差分析(F值)

注：*和**分别表示显著性达到95%和99%置信区间。下同。

表4 不同土壤和生态环境下紫肉 甘薯块根品质性状的变化

2.3 紫肉甘薯花青苷含量变化的环境效应及相关性分析

花青苷含量表现为环境效应大于基因型效应和基因型×环境效应(表3)，表明环境是影响花青苷含量的关键因素。对不同试点的花青苷进行提取、测定，发现盐城试点薯肉颜色明显加深(图1)，花青苷含量均极显著高于徐州试点(表6)，如徐1311301在盐城试点花青苷含量为35.57 mg/100 g，比徐州试点高27.67%；低花青苷品系徐1303503盐城试点比徐州点高156.94%。相关性分析表明，两试点花青苷含量与其他品质性状间均无显著相关性(表7)。

表5 不同土壤和生态环境下紫肉甘薯品质性状的变异系数

图1 不同环境下不同品种的花青苷含量 表6 不同生态环境下花青苷含量的差异比较

品系名称盐城徐州品系名称盐城徐州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 不同土壤和生态环境下紫肉甘薯糖分含量与其他品质性状的相关性

糖分含量是评价甘薯食味和加工品质的重要指标，为进一步了解各品质性状的相互关系，对不同土壤和生态环境下18个紫肉甘薯的还原性糖和可溶性糖与其他品质性状进行相关性分析(表8)。结果表明，2个试点的还原性糖、可溶性糖含量与花青苷和蛋白质含量的相关系数较低，而与淀粉含量均呈极显著负相关，盐城试点淀粉含量与两种糖的相关系数分别达-0.80和-0.90。

表7 不同生态环境下花青苷含量与 其他品质性状间的相关系数

3 结论与讨论

本研究表明，紫肉甘薯块根烘干率、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖含量等性状的G×E互作效应均达极显著水平，而花青苷含量的环境效应达极显著水平，说明土壤和生态环境对紫肉甘薯薯块花青苷含量影响较大，其他品质性状则受环境和基因型共同影响。不同土壤和生态环境下各品质性状差异均达极显著水平，蛋白质、还原糖和可溶性糖含量在徐州试点较高，花青苷含量、烘干率和粗淀粉含量在盐城试点较高，各品质性状变异系数：花青苷>还原糖>可溶性糖>蛋白质>淀粉。

表8 不同生态环境下糖分含量与其他品质性状的相关系数

盐城和徐州两试点光照时间、年平均气温和降水量大致相同，气候条件差异较小，盐城试点为典型的盐碱滩涂地，试点土壤成分中钾素含量基本在150 mg/g以上，盐分在2‰左右，而徐州试点为典型壤土，钾素含量中等，说明土壤中的盐分和钾素含量是引起紫色甘薯块根品质变异的可能因素，还需要深入研究。

花青苷含量是衡量紫肉甘薯品质的重要性状，其合成与积累受肥料、光照和pH等众多因素调控[14]。钾元素是花青苷合成的激活和调节剂，许多作物上的研究表明钾肥能够促进花青苷的合成[15]。本研究中，盐城试点花青苷含量显著高于徐州试点，说明富钾的盐碱滩涂土质促进了紫肉甘薯花青苷的合成，这与史春余等的研究结果[16]相同。因此，在紫肉甘薯栽培上可以通过增加钾肥的施用量来提高花青苷的积累。

烘干率是评价甘薯加工品质的重要指标。前人在盐胁迫对不同基因型甘薯生物学特性的影响方面进行了较多研究，如谢逸萍等[17]研究了不同基因型甘薯(徐薯22、徐薯18等淀粉型品种)对盐胁迫的响应，表明盐胁迫下不同基因型甘薯品种的产量和干率均有所下降；龚秋等[18]研究了盐胁迫对不同紫肉甘薯品种(徐紫5号、徐紫6号等食用紫薯品种)干物质积累的影响，14个紫肉甘薯品种烘干率变化趋势不同。本研究中盐城试点烘干率和粗淀粉含量分别比徐州试点高2.35%和8.94%，该结果与前人结果有所差异，可能是因为不同基因型甘薯对盐胁迫耐受性不同，而且本试验是在盐碱地直接鉴定，与盆栽试验直接通过NaCl盐胁迫处理方法及试验条件不同。

糖分含量是评价甘薯食味的重要指标，因花青苷微苦，所以还原糖和可溶性糖含量成为影响紫肉甘薯鲜食口感的关键因素。徐州试点紫肉甘薯薯块还原糖和可溶性糖含量显著高于盐城试点，淀粉含量显著低于盐城试点。对两试点的食味进行考种评价，盐城试点紫肉甘薯普遍偏咸，甜度低，但黏度较高，该结果与盐城试点紫肉甘薯烘干率和淀粉含量高，糖含量低的结果相符。相关性分析表明两个试点的还原性糖和可溶性糖与淀粉含量均呈极显著负相关，说明甘薯块根中淀粉和糖类可相互转化，因此可通过延长储藏时间提高糖类转化量，提高鲜食口感。

蛋白质含量在甘薯中含量虽然较低[19-20]，但甘薯蛋白质富含多种氨基酸，具有较强的抗氧化活性和增强免疫力、抗癌等功效[21]。甘薯蛋白质具有显著环境效应，其积累表现出随纬度增高而逐渐增大的趋势[8]，徐州和盐城纬度差异较小，徐州试点试验品种蛋白质平均含量为8.1 g/100 g，比盐城试点高37.4 %，所以蛋白质含量的差异可能是由土壤类型不同造成的。前人研究表明低盐胁迫对甘薯的生物学特性影响不显著[17]，因此本试验中盐城试点紫肉甘薯薯块蛋白质含量降低可能是因为盐碱浓度过高抑制了蛋白质的积累，具体原因有待进一步研究。

致谢：感谢江苏徐州甘薯研究中心张会琴协助完成紫甘薯块根品质性状分析；感谢盐城大丰盐土农业示范基地协助完成土样测定及甘薯田间管理工作。

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(责任编辑：许晶晶)

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

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-11，甘薯)；江苏省农业科技自主创新资金[CX(13)2032]；江苏省重点研发计划(现代农业)项目(BE2015313)。

闫会(1988─)，女，助理研究员，硕士，主要从事甘薯遗传育种研究。*通讯作者：李强。

S531

A

1001-8581(2016)12-0008-05