不同甘薯品种块根营养品质与产量综合评价

李思明　司成成　刘永华　梁清干　黄婷　朱国鹏

摘  要：為筛选适合热带地区种植的甘薯品种，以18份甘薯种质资源为研究对象，采用生理生化方法测定块根主要营养品质，通过隶属函数与因子分析，综合评价甘薯块根营养品质特征。结果表明：不同甘薯品种间产量和营养品质指标差异显著;相关性分析表明，块根各营养品质组分既相互独立又相互联系，大多数品质指标之间具有一定的相关性;7个营养品质指标转化数据经因子分析提取3个公因子，被提取的3个公因子累积方差贡献率达85.51%，3个公因子对7个指标变量贡献范围为0.78～0.95，其中影响块根品质的关键因子依次为：可溶性糖、蔗糖、类黄酮、干率组成的公因子1，淀粉、纤维素组成的公因子2，可溶性蛋白组成的公因子3;不同甘薯品种营养品质综合评价差异达到显著水平（P<0.05），综合评价筛选出5个综合性状优良的品种，分别为‘福建1号‘海口3‘美国番薯‘文昌6‘龙岩2，这些品种可以用于进一步的推广利用。

关键词：甘薯;块根;营养品质

中图分类号：S531      文献标识码：A

Comprehensive Evaluation of Nutrient Quality and Yield of Different Sweet Potato Varieties

LI Siming， SI Chengcheng， LIU Yonghua， LIANG Qinggan， HUANG Ting， ZHU Guopeng*

Sweet potato Research Center， Horticulture College of Hainan University / Key Laboratory for Quality Regulation of Tropical Horticultural Crops of Hainan Province， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract： In order to select the sweet potato varieties suitable for tropical area， eighteen sweet potato materials were chosen to measure the soluble sugar， sucrose， starch， cellulose， flavonoids， soluble protein contents using the physiological and biochemical assay. With comprehensive evaluation of nutritional quality characteristics of sweet potato roots through membership function and principal factor analysis， the results showed that there were significant differences in yield and nutritional quality indicators of different sweet potato varieties. There was a certain correlation among most nutrient quality indexes. From seven nutrition quality indexes converted data matrix and factor analysis， the cumulative variance contribution of three principal factors extracted was approximately 85.51%. The contribution of three common factors to seven indicator variables ranged from 0.78 to 0.95. The key factors that affected the quality of storage root were common factor 1 composed of soluble sugar， sucrose， flavonoids， and dry content; common factor 2 composed of starch and cellulose; and common factor 3 composed of crude protein. The comprehensive evaluation of nutritional quality showed a significant difference in different sweet potato varieties （P<0.05）. Finally， five varieties with excellent comprehensive traits were selected through comprehensive evaluation， including ‘Fujian 1 ‘Haikou 3‘American sweet potato‘Wenchang 6， and ‘Longyan 6， which would provide key cues for the further promotion and utilization.

Keywords： sweet potato; storage root; nutrient quality

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.015

甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]又名红薯、地瓜等，在世界范围内广泛栽培，是重要的粮食、工业原料、饲料、新型能源及保健作物[1]。中国是世界上最大甘薯种植国之一，年种植面积占世界总甘薯种植面积的36.65%，鲜薯产量占世界总产量的63.84%[2]。近年来，随着人民生活水平的提高和健康饮食意识的增强，人们不仅对鲜食型甘薯的消费需求增加，而且对其营养品质如可溶性糖、淀粉、纤维素、类黄酮、可溶性蛋白等关注度日趋增高。优质甘薯品种选育，以及高产优质栽培已成为甘薯研究的两大主攻方向。海南岛地处热带北缘，属热带季风气候，是我国唯一与甘薯起源地气候条件极相似的地区，也是我国甘薯重要发源地之一，尤其是在南繁育种上发挥重要作用。尽管甘薯种植近400年，历史悠久，但海南甘薯生产因长期缺少科研投入和系统化的研究，其产业相对落后，存在专属良种少，主栽的品种单一、退化、混杂等问题。因此，引进筛选适合本地种植的优质高产甘薯品种，对海南省甘薯产业发展具有重要意义。

在甘薯品种选育过程中，如何科学有效地评价其营养品质是其中核心环节。前人多从生长发育动态[3]、田间试验处理[4-5]和基因型与环境效应[6]等方面研究甘薯块根营养品质特征，分析甘薯块根中蛋白质、碳水化合物等物质的含量及其变化。这种单一的评价手段已经不能满足现代育种需要，也不够全面客观。因此，亟需利用现代先进仪器和数据分析手段，建立综合的分析方法[7-9]，综合评价甘薯块根重要营养品质特征和差异，为甘薯育种及综合利用提供技术支撑。随着作物评价体系日趋完善，越来越多的作物从因子分析的角度进行综合评价[10-13]。在甘薯研究上，唐忠厚等[14]利用隶属函数与因子分析对30份不同肉色甘薯综合评价发现，不同肉色甘薯品种营养品质综合评价差异显著。

本研究对18份甘薯品种进行试种栽培试验，采用常规生理生化方法测定甘薯块根主要营养品质指标，通过隶属函数与因子分析对甘薯营养品质进行综合评价，以初步评判适合在海南地区推广应用的甘薯品种。

1  材料与方法

1.1  材料

本研究利用海南大学园艺学院甘薯研究中心从国内外收集的甘薯种质资源，在前期试种基础上遴选出在海南长势良好、块根肉色典型、适于鲜食的17份甘薯品种为试料，以‘高系14（海南主栽品种）为对照，进行品种试种栽培试验。18份甘薯种质资源详见表1。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  田间试验于2018年在海南省文昌市文城镇下水村进行，供试土壤为沙壤土，0～20 cm土壤有机质含量0.26%，碱解氮25.6 mg/kg，速效磷2.15 mg/kg，速效钾33.33 mg/kg。每667 m2施复合肥（N-P-K为10-10-15）50 kg，作为基肥一次性施用。试验采用随机区组设计，每个品种重复3次，小区面积为4.8 m2。大垄双行定植，垄距1.2 m，垄沟宽60 cm，垄高30 cm，行距40 cm，株距25 cm。于2018年10月定植，2019年3月收获，定植时间为150 d;一般高产田间栽培管理措施。

1.2.2  单株鲜薯重和干率  于收获期测定每小区鲜薯产量。每小区选择外观无破损、无病虫害的薯块约200 g，洗净、切片，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，称重，计算干率。

1.2.3  营养品质指标测定  可溶性糖、蔗糖、淀粉含量等[15]采用蒽酮比色法测定;多酚采用Folin-Ciocalteus法[16]测定;类黄酮测定参照陆国权等[17]方法测定;可溶性蛋白、纤维素测定参照王学奎[18]的方法测定。

1.3  数据处理

试验所得数据采用Excel 2019軟件处理，采用SPSS 22.0软件进行多重比较分析。利用隶属函数与因子分析对甘薯营养品质进行综合评价。隶属函数值计算公式为：

U（X_i）=（X_i?X_imin）/（X_imax?X_imin）

式中，X_i为指标测定值;X_imax和X_imin分别为实验材料某一指标的最大值和最小值。权重W_i计算公式为：

W_i=P_i/∑P_i （i=1，2，……n）

式中，P_i为供试材料第i个公因子的贡献率。综合评价值计算公式为：

D_i=∑[U（X_i）*W（X_i）]（i=1，2，……n）

式中，D_i为试材用综合指标评价所得综合评价值。

2  结果与分析

2.1  不同甘薯品种鲜薯产量和薯干产量

由表2可知，‘迈号1‘迈号4‘迈号9‘川山紫‘宁紫薯2块根产量极显著高于‘高系14（P<0.01），‘文昌6‘印尼番薯‘迈号5块根产量显著高于‘高系14（P<0.05）;‘印尼番薯 ‘迈号7‘迈号1‘迈号4‘三角宁‘迈号9‘川山紫‘宁紫薯2薯干产量极显著高于‘高系14（P<0.01），‘迈号5薯干产量显著高于‘高系14（P<0.05）。

2.2  不同甘薯品种块根的营养品质比较

从表3可知，供试的不同甘薯品种块根营养品质指标含量均有一定差异。在可溶性糖含量方面，‘福建1号和‘儋州1号块根可溶性糖含量极显著高于‘高系14（P<0.01）;在蔗糖含量方面，‘福建1号块根蔗糖含量极显著高于‘高系14（P<0.01）;在淀粉含量上，‘迈号7‘迈号1‘迈号4‘龙岩2‘美国番薯块根淀粉含量高于对照品种，但未达显著水平（P<0.01）;在纤维素含量方面，‘京薯6‘川山紫‘宁紫薯2块根纤维素含量极显著低于‘高系14（P<0.01）;在类黄酮含量上，‘儋州1号‘文昌6‘福建1号‘三角宁‘迈号9‘川山紫‘宁紫薯2块根类黄酮含量极显著高于‘高系14（P<0.01）;在可溶性蛋白含量上，‘海口3‘三角宁‘龙岩2‘美国番薯块根可溶性蛋白含量极显著高于‘高系14（P<0.01）;在干率方面，‘迈号7‘迈号1‘迈号4‘三角宁‘龙岩2块根干率极显著高于‘高系14（P<0.01）。

2.3  不同甘薯品种块根品质指标相关性分析

由表4可知，可溶性糖与蔗糖、类黄酮呈极显著正相关，与干率呈极显著负相关（P<0.01）;蔗糖与类黄酮呈极显著正相关（P<0.01），与干率呈显著负相关（P<0.05）;类黄酮与干率呈极显著负相关（P<0.01）;淀粉与纤维素、干率呈正相关，但差异不显著。相关性分析结果表明，块根各营养品质组分既相互独立又相互联系，大多数品质指标之间具有一定的相关性。

2.4  不同甘薯品种块根营养品质指标因子分析和综合评价

由表5不同甘薯品种块根营养品质指标经因子分析结果可知，7个品质指标经因子分析后提取3个公因子，3个公因子的贡献率分别为46.97%、22.16%、16.38%，累计贡献率达85.51%，即3个公因子所含信息占总体信息的85.51%，3个公因子对7个指标变量贡献范围为0.78～0.95。由于因子载荷反应了变量与公因子的相关性，绝对值越大，相关的密切程度越高。因此，公因子1中起主要贡献的指标为可溶性糖、蔗糖、类黄酮、干率，方差贡献率和权重系数分别为46.97%、0.549，在3个公因子中最大;公因子2中起主要贡献的指标为淀粉、纤维素，方差贡献率和权重系数分别为22.16%、0.259;公因子3中起主要贡献的指标为可溶性蛋白，方差贡献率和权重系数分别为16.38%、0.192。结果表明，因子分析可以将多个变量归入代表性公因子当中去，从而降低变量数，获得影响甘薯块根营养品质主要因子。

利用公式计算各因子的隶属函数值以及权重，再利用综合评价公式计算出综合评价值D，以D值的大小反映供试甘薯材料块根营养品质综合评价高低。本研究中不同甘薯品种营养品质综合评价差异显著（P<0.05）。由图1可知，‘福建1号‘海口3‘美国番薯‘文昌6‘龙岩2综合评价D值高于‘高系14，综合评价D值分别比对照高37.00%、24.32%、14.14%、6.65%、6.24%。

3  讨论

陆国权[19]研究了全国不同地区450多份甘薯种质资源，认为甘薯主要品质性状与基因型显著相关;Tumwegamire等[20]研究90份东非甘薯资源发现，不同种质资源之间块根营养品质含量差异显著。甘薯作为旋花科块根类作物，其遗传背景比较复杂。苏一钧等[21]利用SSR分子标记技术对我国303份甘薯地方种质资源进行遗传多样性分析，结果表明，303份地方种材料遗传距离为0.028～0.947，遺传多样性比较丰富;李强等[22]利

用ISSR标记，对中国62份甘薯种质资源主要亲本的遗传多样性进行研究，结果表明，中国甘薯主要亲本遗传距离为0.158～0.924，遗传差异较大，遗传多样性较丰富。本课题组前期利用SSR分子标记技术对从国内外收集的30份甘薯种质资源进行遗传多样性分析，结果表明，30份甘薯遗传距离为0.42～0.96，供试甘薯品种之间遗传多样性丰富，遗传差异较大[23]。而本试验选取的18份甘薯品种在栽培条件一致的情况下，不同甘薯种质资源营养品质性状差异明显，因此，充分反映其遗传背景有明显差异，遗传背景差异引起的营养品质性状变异幅度大，增加甘薯综合评价的难度。

作物品质性状是由多个因素共同组成的综合而复杂的概念，单凭某一个或几个指标优良很难在不同品种之间进行比较，同时，各指标对品质既有单方面作用，又有多指标间的交互作用，因此需要综合考虑各方面的因素。已有不少研究利用不同的统计分析方法对不同作物进行综合评价[10-14，24-26]。甘薯是重要的地下块根类作物，其块根主要营养品质性状包括碳水化合物类物质、蛋白质、维生素类物质、花青素、胡萝卜素、多酚类物质、黄酮类物质、矿物质等营养组分含量，已有研究多数集中在这些营养品质指标含量变化及分析比较上[5，19]，对于营养品质性状综合评价的研究较少。另外，不同营养品质指标的计量单位或衡量标准不同，数据量纲也不一致，不便于进行数据的分析。因此，本研究利用隶属函数对原始数据进行转化，数据经旋转后各因子中的载荷值趋于两极分化，使各个因子都具有一定的统计学意义与生物学意义。本研究分析了与甘薯块根营养品质密切相关的7个指标，利用因子分析将这7个指标综合成3个公因子，3个公因子累计方差贡献率为85.51%，即3个因子所含信息占总体信息的85.51%，且3个公因子彼此之间相互独立，从而达到减少变量数目的目的。

由以上分析可知，不同供试甘薯品种块根产量和营养品质指标差异显著。相关性分析结果表明，块根各营养品质组分既相互独立又相互联系，大多数品质指标之间具有一定的相关性。利用隶属函数对营养品质指标进行转化，7个品质指标经因子分析，提出3个公因子，3个公因子的贡献率分别为46.97%、22.16%、16.38%，累积贡献率达85.51%，即3个因子所含信息占总体信息的85.51%，3个公因子对7个指标变量贡献范围为0.78～0.95。本研究中不同甘薯品种综合评价差异显著（P<0.05）。综合评价筛选出‘福建1号‘海口3‘美国番薯‘文昌6‘龙岩2等5个性状优良的品种。综合评价较高的5个品种中，除三角宁在海南省海口市有一定的种植面积以外，其余4个品种在海南地区并未推广，这可能与品种结薯特性、口感以及当地种植习惯有一定的关系。

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責任编辑：白  净

收稿日期  2020-01-02;修回日期  2020-03-25

基金项目  海南甘薯主要病毒鉴定及主栽品种高效脱毒技术体系研究（No. S100006019003036）;海南大学世界一流学科建设经费（No. RZZX201910）。

作者简介  李思明（1990—），男，硕士研究生，研究方向：甘薯种质资源评价及栽培生理。*通信作者（Corresponding author）：朱国鹏（ZHU Guopeng），E-mail：guopengzhu@163.com。