云南高产优质冬作马铃薯种质的筛选及其养分利用特性分析*

2022-05-28胡明举董光美鲁晓健郭华春

云南农业大学学报(自然科学) 2022年3期

胡明举，董光美，鲁晓健，郭华春

(1.云南农业大学农学与生物技术学院/薯类作物研究所，云南昆明 650201；2.双江自治县农业技术推广中心，云南双江 677399)

马铃薯是全球第4 大粮食作物，是中国粮食安全的重要区域保障。云南冬马铃薯生产填补了中国春、夏季鲜食马铃薯供应不足的缺口，有调查表明：云南常年冬季马铃薯种植面积约20 万hm2，已成为全国冬马铃薯最大产区之一[1]；但冬马铃薯主要种植地为冬闲水稻田，冬季雨水少、气温低、日照短，诸多限制因素导致云南冬作马铃薯品种相对单一[2]。冬马铃薯售价较高，在生产中农户为追求更高的效益，过度施肥的情况普遍存在，由品种单一造成的养分利用效率低的问题日渐突出。相关调查表明：云南马铃薯单位面积N、P2O5和K2O 平均投入量分别是马铃薯需肥量的3 倍、7 倍和0.5 倍[3]，而合理施氮、磷、钾肥的农户仅占总调查农户的21.6%、30.7%和10.8%[4]。过量施用化肥会导致生产成本增加、农田土壤质量下降和环境污染，也会引起马铃薯肥料利用效率降低，品质难以保证[5]。因此，云南冬季马铃薯生产急需有效控制肥料的大量施用，同时筛选养分高效利用品种，以期在合理施肥的条件下保持高产水平，实现冬作马铃薯栽培的可持续发展。

提高养分利用的主要方法有调整肥料的施用量和施用比例[6-7]、选择适宜的耕作模式[8-9]以及选育养分利用效率高的品种等。然而，随着因全球可耕作土地持续减少、气候环境恶化和化肥农药过量施用等所导致的一系列生态问题[10]，通过传统的栽培管理手段提升作物的养分利用效率越来越有限，选育养分高利用效率的品种是进一步提升作物生产的关键[11]。程红[12]通过马铃薯氮营养效率开展系统评价，筛选出氮高效型马铃薯品种费乌瑞它和川芋117；韩新爱[13]也筛选出钾高效型马铃薯种质资源N6-22、中农Ⅷ-1、J-阿坝、疫红皮、971-12 和中农Ⅷ-3。目前，已有研究多集中于某一种养分高效型资源筛选，鲜有同时兼具氮、磷、钾高效品种筛选研究。此外，云南南部热区海拔较低，初春气温骤升，冬马铃薯块茎品质和商品薯率也受气温的影响。为了筛选适合在云南南部热区种植的冬马铃薯种质资源，本研究在冬马铃薯主产区临沧双江地区对23 份马铃薯种质进行产量和品质评价，为后续选育高产优质冬马铃薯提供后备种质材料。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和供试材料

试验于2019 年11 月—2020 年4 月在云南省临沧市双江县(N23.42°，E100.02°，海拔 1 050 m)进行。试验地土壤基本理化性质为：pH 5.9，有机质含量25.5 g/kg，全氮含量1.401 g/kg，全磷含量1.377 g/kg，全钾含量19.87 g/kg，碱解氮含量118 mg/kg，有效磷含量41.7 mg/kg，速效钾含量114 mg/kg。供试肥料为云天化配方肥(mN∶=15∶12∶18)。供试材料为云南农业大学薯类作物研究所选育的23 份高代品系，包括D54、D97、3S-12、3S-69、3S-120、3S-112、5S-30、6S-18、2012-Z4、2013-16、2014-119、14004、14004-SD100、14007、14009-23、14013-53、14013-111、14016、14017-73、14018、14022、1217和1325-D5，并以云南省主栽冬季马铃薯品种丽薯6 号(L6)为对照(CK)。

1.2 试验设计

采用裂区设计，施肥处理为主区，设施肥和未施肥；马铃薯品种为副区。随机排列，3 次重复，每重复30 株。株距为0.2 m，行距为0.6 m，行长3.3 m。施肥量为N 225 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2，肥料全部作为基肥一次性施用，无追肥。田间管理均一致。

1.3 产量、块茎品质和养分利用效率测定

(1)产量测定

收获时对各小区马铃薯单株产量、商品薯率和结薯数进行统计。

(2)块茎品质指标测定

选择无病虫害、大小一致的马铃薯块茎，称量得块茎鲜质量；清洗、切片，杀青后75 ℃下烘干至恒质量(块茎干质量)；干质量与鲜质量的比值即为块茎干物质比例。干物质测量完成后，烘干切片用打粉机打成细粉，过100 目筛，用自封袋保存用于块茎品质指标测定。淀粉含量采用碘—碘化钾比色法[14]测定；粗蛋白含量采用凯氏定氮法[15]测定；还原糖含量采用3,5-二硝基水杨酸比色法[16]测定。

(3)养分农学效率

农学效率(kg/kg)＝(施肥区作物产量-不施肥区作物产量)/施肥量[17]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 进行数据统计，采用SPSS 26.0软件对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对各品系马铃薯产量的影响

由表1 可知：与未施肥处理相比，施肥后各品系单株产量均增加。未施肥条件下，3S-120、3S-112、14022、2012-Z4、14016 和14009-23 的单株产量均显著高于CK(P＜0.05)，其中3S-120单株产量最高(0.40 kg)，其次是3S-112(0.38 kg)和14022(0.37 kg)；1325-D5 的单株产量最低，仅为0.08 kg；最高单株产量是最低单株产量的5 倍。在施肥条件下，3S-120 和D97 的单株产量显著高于对照品种L6(P＜0.05)，分别较CK 提高50.85%和40.68%；1325-D5 和6S-18 单株产量最低，仅为0.22 kg；最高单株产量是最低单株产量的4 倍。综上所述，无论施肥与否，3S-120 的单株产量均显著高于CK(P＜0.05)，而在未施肥条件下3S-112、14022、2012-Z4、14016 和14009-23的单株产量均显著高于CK，这说明上述6 个品系均可作为云南高产冬马铃薯品种选育的储备种质。与不施肥相比，施肥条件下最高单株产量与最低单株产量之间的差异更小，说明23 份供试材料的养分利用效率存在明显差异。

表1 各品系在施肥和未施肥处理下的单株产量Tab.1 Yield per plant of each line under fertilization or no fertilization treatment

2.2 施肥对各品系马铃薯产量构成因素的影响

由表2 可知：与未施肥相比，施肥能提高马铃薯单株结薯数、商品薯率和单薯质量。未施肥处理下，3S-120 单株结薯数最多(8.33 个)，6S-18和1325-D5 最少(1.00 个)，5S-30、3S-112、2013-16、3S-120、14016、14009-23、14004、14022和1217 的单株结薯数显著高于CK(P＜0.05)；14013-111 商品薯率最高(81.11%)，其次是D97(80.83%)，14007 最低(28.05%)；2013-16 单薯质量最小，为0.05 kg。施肥处理下，3S-120 单株结薯数最多(9.33 个)，6S-18 最少(1.00 个)，D97、3S-112、2013-16、3S-120、14009-23、14007 和 14022单株结薯数显著大于CK(P＜0.05)；2012-Z4 商品薯率最高(95.11%)，1325-D5 商品薯率最低(68.59%)。综上所述，无论施肥与否，3S-120、14022、14009-23、3S-112 和2013-16 的单株结薯数均显著高于CK(P＜0.05)。

表2 各品系马铃薯施肥和未施肥处理下产量构成变化Tab.2 Changes of potato yield formation of each line under fertilization or no fertilization treatment

2.3 各品系在施肥和不施肥处理下的品质变化

由表3 可知：施肥能提高大部分马铃薯品系块茎干物质、淀粉和粗蛋白含量，而对还原糖含量无明显的影响。整体上，各品系干物质含量在14.67%～24.67%之间，淀粉含量在8.45%～19.33%之间，粗蛋白含量在0.78%～1.77%之间，还原糖含量在0.01%～0.28%之间。未施肥处理下，14018和14004 的干物质含量最高(22.67%)，6S-18 最低(15.33%)，其中13 份参试材料的干物质含量显著高于CK(P＜0.05)；14018 的淀粉含量最高(17.65%)，3S-12 的淀粉含量最低(8.45%)；D54粗蛋白含量最高(1.45%)，D97 最低(0.78%)，除D97、6S-18、2013-16 和3S-12 外，其他品系的粗蛋白含量均高于CK，其中D54、14004 和14022的粗蛋白含量显著高于CK(P＜0.05)；CK 的还原糖含量最高(0.22%)，3S-12 最低(0.01%)。在施肥处理下，2014-119 的干物质含量最高(24.67%)，3S-12 最低(14.67%)；2014-119 的淀粉含量最高(19.33%)，2012-Z4 最低(10.33%)；3S-112 的粗蛋白含量最高(1.77%)，CK 最低(1.23%)，且3S-112 的粗蛋白含量显著高于CK(P＜0.05)；6S-18 的还原糖含量最高(0.28%)，14016 和14022 最低(0.01%)。综上所述，6S-18的品质较差，但其大部分品质性状仍优于丽薯6 号。

表3 马铃薯各品系施肥和未施肥处理下品质指标Tab.3 Quality of each line under fertilization or no fertilization treatment %

2.4 各马铃薯品系养分农学效率差异

由图1 可知：马铃薯各品系养分农学效率为5.30～68.59，各品系间总体上存在差异。D97 的养分农学效率最高，且显著高于CK(P＜0.05)；3S-120、14009-23 和14022 的养分农学效率均高于CK，但无显著差异；14004-SD100、1217 和3S-69 的养分农学效率均略低于CK，6S-18 的养分农学效率最低；14018、14007、2013-16、3S-12、5S-30、1325-D5、14013-111、14016、2012-Z4 和6S-18 的养分农学效率显著低于CK(P＜0.05)。

图1 各马铃薯品系养分农学效率Fig.1 Agronomic efficiency of various potato lines

3 讨论

研究表明：施肥处理能显著增加马铃薯产量，与不施肥相比氮磷配施及氮磷钾配施均能使陇薯3 号产量增加，增产幅度为12.5%～32.6%[18]；当N、P2O5和K2O 施用量分别为250、135 和300 kg/hm2时，马铃薯品种紫花851 可增产141.38%[19]；N、P2O5和K2O 施用量分别为225、75 和270 kg/hm2时，克新1 号增产幅度为15.46%[20]。在本研究中，当N、P2O5和K2O 施用量分别为225、180 和270 kg/hm2时，各品系增产幅度介于46.67%～240.00%之间，其中，14018、D97、1325-D5 和3S-69 增产率分别为240.00%、196.43%、175.00%和238.46%，增产幅度均较高，反映出自主培育的部分高代品系在生产上具有更大的潜力。不同作物或同种作物的不同基因型对养分的利用效率存在一定差异[21]。岳超等[22]研究表明：相同施氮处理下云薯902 的农学利用效率高于合作88；魏峭嵘等[23]发现低氮处理下东农308 的农学利用率高于延薯4 号；黄雪丽等[24]研究表明HEK-1 和HEK-2 的钾利用效率高于合作88。本研究表明：D97、3S-120、14022 和14009-23 的养分农学效率最高，与不施肥相比，施肥增产率较大，表现出高产和养分高效的协同，这些高代品系可用于后续水肥高效品种的选育和基础研究。

研究表明：单株结薯数、单薯质量和商品薯率是影响马铃薯产量的主要因素[25-26]。云南南部热区初春气温骤升，高温不利于马铃薯商品薯的形成[27]。本研究发现：品系2013-16 和14007 的结薯数虽然最高，但是商品薯率和单薯质量均出现最小值，故其低单株产量是不耐热所致；而品系6S-18 和1325-D5 的商品薯率和单薯质量较高，但单株结薯数最小，说明养分效率低是导致其单株产量低的原因；高产品系3S-120、14022和D97 保持最高的单株结薯数、单薯质量和商品薯率，表明它们可能具备耐热和养分效率高的特点。此外，本研究还发现：在施肥和未施肥处理下，3S-120、14022、D97 和14009-23 单株产量均高于丽薯6 号，1325-D5 和6S-18 单株产量最低。综上所述，3S-120、14022、D97 和14009-23 为云南冬季高产品系，1325-D5 和6S-18 不适合在云南冬作热区进行推广。

过量施肥会造成马铃薯品质下降，陈华等[28]研究表明：当N、P2O5和K2O 施肥量分别为 0～111.54、0～44.98 和0～203.30 kg/hm2时，马铃薯块茎中淀粉、粗蛋白、还原糖和Vc 含量呈增加趋势，超过该施肥量范围时品质下降。本研究发现：在N、P2O5和K2O 用量分别为225、180 和270 kg/hm2时，部分品系品质亦下降，表明双江冬季马铃薯种植传统施肥可能存在过量的情况，建议对施肥量进行调整。马铃薯品质受品种特性影响较大，产品加工对马铃薯品质有特殊的要求，通常淀粉含量大于18%的品种(系)为高淀粉材料，加工型马铃薯的还原糖含量需低于0.3%。本研究发现：20 份高代品系还原糖含量均不超过0.3%，2014-119 和14016 淀粉含量均超过18.00%，在生产加工方面应用潜力较大，可作为良好的育种亲本。大部分材料品质性状均优于丽薯6 号或与其相当，在推广和生产上可作为优质潜力种质材料应用。