木薯农艺性状及品质对不同海拔梯度的响应

李月仙，周迎春，宋记明，张林辉，沈绍斌，姜太玲，段春芳,2，刘 倩，熊贤坤，严 炜，刘光华

（1云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南保山 678000；2保山全心农业科技有限公司，云南保山 678000；3云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，昆明 650205）

0 引言

木薯(Manihot esculantaCrantz.)是世界三大薯类（木薯、马铃薯和甘薯）之一[1]，有“地下粮仓”、“淀粉之王”和“能源作物”之美称[2-3]，有食用、饲用、工业上加工利用、综合利用等多种用途，其加工产品达2000 多种[4]，是一种用途广泛，经济价值较高的作物。木薯主要分布于热带、亚热带地区（简称热区）的海南、广东、广西、云南和福建等省区[5]。云南省热区气候类型多样，具有光照充足、终年气温较高、干湿季分明等特点，热区分布海拔为76～1600 m，其中海拔低于1500 m 均有木薯种植[6]。木薯产业是云南乡村振兴产业之一，近年来，在围绕木薯主要农艺性状、块根品质均有些研究[7-8]。罗兴录等[9]研究表明5 个木薯品种农艺性状和块根品质中淀粉含量有显著差异，淀粉产量综合反映木薯淀粉生产能力，可作为木薯品种品质评价的指标。徐娟等[10]研究表明木薯块根品质中的干物率与淀粉含量呈极显著正相关，因此木薯干物率可作为选育高淀粉木薯品种的重要参考指标。付海天等[11]通过不同木薯的农艺性状及块根品质中淀粉含量等综合评价，木薯新品种系‘老挝6’、‘越南食用’、‘老挝5’、‘HL-S10’适合广西南宁种植。杨开兴[12]研究了食用型木薯新品种在漳州市漳浦县适应性，结果表明，木薯品种‘SC6068’、‘水果木薯’、‘SC1424’和‘SC9’适应性好，具有块根产量高或淀粉含量高的优良特性。刘倩等[13]在云南6个不同气象条件及海拔的木薯种植区进行农艺性状研究表明，‘GR4'适应在海拔552 m（元阳县南沙镇）、海拔956 m（瑞丽市畹町镇）及海拔1152 m（沧源县班洪乡）种植，‘SC205'适应海拔750 m（保山市隆阳区潞江镇）及海拔1468 m（勐海县勐混镇）种植。但在同一区域木薯农艺性状及块根品质如何对不同海拔梯度的响应尚不清楚。因此，立足云南多样化气候条件，科学分析影响云南木薯农艺性状及块根品质的关键因子，差异化发展木薯品种的种植，合理布局品种结构是云南木薯产业急需解决的问题。

海拔梯度是由气温、湿气、阳光照射等因素构成的一个综合性环境因子，随着海拔梯度的变化，温度、湿度和光照强度等都会有不同程度的变化，对这些生态因子的长期适应使得不同海拔生长的植物形成了独特的生理生态适应机制，从而导致农艺性状和品质表现出差异性[14-15]。尚未有在同一区域不同海拔梯度对木薯农艺性状及块根品质影响的研究，但在其他作物上已有诸多报道。张翠仙等[16]研究发现帕拉英达芒果果实外观性状及品质性状中维生素C含量随着海拔的升高而降低。杨加存[17]研究发现玉米株高农艺性状随着海拔高度的升高而降低。徐胜涛等[18]研究表明不同海拔高度下香蕉维生素C、蛋白质等果实品质随着海拔高度的增加呈现显著性提升趋势。孙小红等[19]研究表明海拔高度的变化综合影响了香榧种子的部分外观性状和营养成分，其中随海拔高度升高蛋白含量呈降低趋势。因此，本研究以云南主栽木薯品种‘华南205’、‘桂热4’为材料，通过在同一区域不同海拔梯度下，在不同时期观测木薯株高、茎粗、主茎高等农艺性状及块根品质含量，探究这些指标随海拔梯度的变化规律，分析海拔对木薯生长和块根品质性状的影响，为不同海拔区段木薯品种选择及生产及提供理论和实践依据，进一步揭示木薯栽培同海拔梯度因子的响应关系。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省保山市隆阳区潞江镇高黎贡山区域的新寨村咖啡园。选择装有先进气象仪器，海拔为800、1000、1200、1400、1600 m 的5 个咖啡园做试验地（见表1）。试验地年平均气温19.4℃，最冷月平均气温13.6℃，最热月平均气温24.7℃，年降雨量418.7 mm，年平均湿度59.9%，日照时数286.4 min，光合有效曝辐量1.9 mol/m2，光合有效辐照度503.3 μmol/(m2·s)，该地地势跌宕起伏，生境条件呈现多样性，能满足理想的试验环境。

表1 试验地概况

1.2 材料与方法

以云南主栽木薯品种‘华南205’(‘SC205’)‘、桂热4’(‘GR4’)为为试验材料，试验时间：2017 年5 月16 日种植，2018 年2 月5 日收获及2018 年3 月16 日种植，2019 年1 月10 日收获，田间管理按常规管理，在每个海拔梯度的咖啡园行间种植50 株，株行距为0.8 m×1.0 m，小区长8 m，宽5 m，小区面积为40 m2，重复3次。定值3个月后，固定20株并编号，每个月测量或观察1次农艺性状，株高：用钢卷尺测量植株从地面至最高点的高度；茎粗：用游标卡尺测量离地面10 cm高处主茎的直径；主茎高：用钢卷尺测量植株从地面至主茎第一分枝处的高度；落叶高度：用钢卷尺测量从地面至植株落叶处高度；木薯块根品质性状测定，取样后立即送往保山市质量技术监督综合检测中心进行相关指标的测定，淀粉测定参照GB/T 5009.9－2008 食品中淀粉的测定；蛋白质测定参照GB/T5009.5－2010 食品中蛋白质的测定；粗纤维测定参照GB/T5009.10－2003植物类食品中粗纤维的测定；L(+)－抗坏血酸测定参照GB 5009.86—2016食品中抗坏血酸含量的测定；氢氰酸的测定参照GB/T 5009.36—2003 食品中氰化物的测定，相关测定标准依据“木薯种质资源描述规范”[20]。土壤指标委托广州市欣华农业技术开发有限公司检测。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel和DPS V9.01软件进行处理，并采用Duncan差异显著性分析方法。

2 结果与分析

2.1 不同海拔梯度下木薯农艺性状分析

2.1.1 不同海拔梯度下木薯株高生长量分析 随着时间的增加，不同海拔梯度下木薯植株不断长高，且在8—10月生长最快，11月生长相对缓慢，到12月生长基本停止。在同一时间段，海拔800 m生长最快，其次是海拔1000 m，而海拔1400 m生长最缓慢，说明随海拔高度的升高，木薯植株生长量呈降低趋势，海拔1200 m 生长较平缓，但1600 m均比1200 m和1400 m生长快（图1），这为木薯栽培选地提供理论依据，木薯品种‘SC205’植株比‘GR4’生长快，从生长量方面考虑，可为选择青贮饲料品种提供理论依据。

图1 不同海拔梯度下木薯株高生长量变化

2.1.2 不同海拔梯度下木薯茎粗分析 随着时间的增加，木薯茎粗不断增粗，8—10 月份增粗最快，且在11月份生长达最粗。在同一时间段，海拔800 m 木薯茎粗增粗最快，其次是海拔1000 m，说明随海拔高度的升高，木薯茎粗生长量呈降低趋势，而生长最慢‘SC205’为1200 m，‘GR4’为1400 m，整体‘SC205’比‘GR4’增粗快，且海拔1600 m 均比1200 m、1400 m 生长快（图2），这可能是试验地气候因子、土壤环境及品种差异所致。

图2 不同海拔梯度下木薯茎粗生长量变化

2.1.3 不同海拔梯度下木薯主茎高生长量分析 随着时间的增加，木薯主茎高不断长高，8—10 份增高最快，且在11月基本长到最高。在同一时间段，随海拔的增加，木薯主茎高与其呈相反生长，海拔800 m木薯主茎高生长最快，其次是海拔1000 m，而生长最慢是1600 m，整体上‘SC205’比‘GR4’增长快（图3），这可能是品种差异、土壤环境等因素所致。

图3 不同海拔梯度下木薯主茎高生长量变化

2.1.4 不同海拔梯度下木薯落叶高度分析 随着时间的增加，10月份后木薯落叶高度随之增加，到12月木薯叶急剧脱落，到翌年1月份落叶高度达最高，且叶子基本脱落完。在同一时间段，随着海拔的升高，落叶高度与其呈反比，落叶最高是海拔800 m，其次是1000 m，在11月份之前，海拔1200、1400、1600 m落叶高度基本不变，且‘GR4’落叶高度比‘SC205’高（图4），可能是品种特性所致，这为选育抗寒品种提供一定的理论依据。

图4 不同海拔梯度下木薯落叶高度变化

2.2 不同海拔梯度下木薯块根品质分析

2.2.1 不同海拔梯度下木薯淀粉含量比较 不同海拔梯度下，木薯块根淀粉含量存在较大变化（见图5）。‘SC205’在1200 m 海拔淀粉含量最低，仅为(16.90±0.30)g/100g，与其他海拔相比，其块根淀粉含量均极显著低于其他海拔，且除海拔800 m与海拔1000 m间差异不显著，其他海拔间差异达极显著；‘GR4’淀粉含量最低(27.67±2.12)g/100g出现在海拔1000 m，其均极著性低于海拔1200、1400、1600 m，但与800 m差异不显著；‘SC205’和‘GR4’淀粉含量最高均出现在1400 m，分别为(32.00±0.10)g/100g、(41.17±0.56)g/100g，除海拔1600 m外，‘SC205’、‘GR4’品种间淀粉含量比较无显著性差异外，其他4 个海拔同海拔品种间比较为差异显著。

图5 不同海拔梯度下木薯块根淀粉含量变化

2.2.2 不同海拔梯度下木薯蛋白质分析 在不同海拔梯度间，木薯品种‘SC205’块根蛋白质含量最低出现在海拔1000 m，为(0.40±0.10)%，极显著低于海拔1400 m、1600 m，海拔800 m 与1000 m 间差异显著，其他差异不显著；木薯品种‘GR4’蛋白质含量最低出现在海拔800 m，为(0.50±0.10)%，其含量极显著低于海拔1400 m，但其他海拔间差异不显著；同海拔2 个品种间除海拔1400 m、1600 m间差异显著外，其他差异均不显著。2个品种蛋白质含量最高均出现在海拔1400 m，为(1.70±0.20)%、(1.33±0.15)%，其含量均极显著高于其他海拔，到1600 m时2个品种的蛋白质含量出现下降趋势（图6）。

图6 不同海拔梯度下木薯块根蛋白质含量变化

2.2.3 不同海拔梯度下木薯粗纤维含量分析‘SC205’粗纤维含量最低出现在海拔800 m，为(0.80±0.10)%，最高出现在海拔1200 m，为(1.10±0.20)%，其两个海拔间差异显著；‘GR4’粗纤维含量最低在海拔800 m，为(0.80±0.10)%，最高在海拔1400 m，为(0.93±0.06)%，其2 个海拔间差异不显著；同海拔不同品种间差异不显著（图7）。

图7 不同海拔梯度下木薯块根粗纤维含量变化

2.2.4 不同海拔梯度下木薯L(+)-抗坏血酸含量分析从图8 中可以看出，木薯品种‘SC205’块根的L(+)-抗坏血酸含量最低在海拔1000 m，仅为(6.70±0.20)mg/100g，与其他海拔相比，其含量均极显著低于其他海拔，最高在海拔1600 m，达(57.20±0.20)mg/100g，其含量均极显著高于其他海拔；‘GR4’块根的L(+)-抗坏血酸含量最低在海拔1600 m，为(28.30±0.60)mg/100g，与其他海拔相比其含量均极显著低于其他海拔，而在海拔1400 m 时含量最高，为(44.60±0.20)mg/100g，均极显著高于其他海拔；同海拔不同品种间差异均达极显著。

图8 不同海拔梯度下木薯块根L(+)-抗坏血酸含量变化

2.2.5 不同海拔梯度下木薯氢氰酸含量分析 从图9中可以看出，‘SC205’、‘GR4’两个参试品种在海拔800 m、1000 m、1200 m 的氢氰酸含量极显著性低于1400 m、1600 m；‘SC205’氢氰酸含量最低出现在海拔1000 m，为(5.90±0.20)mg/kg，其含量极显著低于其他海拔，之后随着海拔的上升而升高，最高出现在海拔1600 m，为(53.60±0.30)mg/kg，其含量极显著高于其他海拔；‘GR4’的氢氰酸含量最低为海拔800 m，为(5.33±0.35)mg/kg，其含量极显著低于其他海拔，随着海拔的上升氢氰酸含量升高，至1400 m时达到最高值(48.70±0.2)mg/kg，海拔达1600 m 时，氢氰酸含量又开始呈现下降趋势；同海拔不同品种间差异达极显著。

图9 不同海拔梯度下木薯块根氢氰酸含量变化

3 讨论与结论

3.1 不同海拔梯度下木薯农艺性状变化

海拔作为一个重要的生态因子，其变化会对气候环境、生态因子、作物生产等产生一定的影响，不同木薯品种的主要农艺性状有明显差异，而且这些农艺性状通常具有相对稳定的遗传[21-22]。本研究发现在不同海拔梯度下，随着时间的增加，2 个木薯品种植株、茎粗、主茎高不断增加，且在8—10 月生长最快，11—12月生长相对缓慢，到12 月基本不长高，这与陈冠喜等[23]、许泳清等[24]的研究结果基本一致，可能是低海拔热量高，利于木薯的生长；在同一时间段，木薯农艺性状随海拔高度升高呈降低趋势，这与随着海拔高度升高，黑籽花生的主茎生长量、单株分枝数量明显下降[25]，泡核桃树高及胸径呈减小趋势，长势较弱，树形矮小[26]结果一致，这可能是不同海拔梯度下气候因子、土壤差异及作物品种不同导致，这也为在不同海拔梯度下选育抗寒品种提供一定的理论依据。本研究结果显示海拔800 m生长最快，其次是海拔1000 m，而海拔1400 m 生长相对最缓慢，整体上‘SC205’比‘GR4’增长快，这可能是品种差异、遗传基因[27-28]及土壤环境等因素所致，而在同一时间段，落叶高度随着海拔的升高而降低，说明在一定海拔内低海拔有利于木薯生长，这与曾纪维[26]的在一定的海拔范围内，较低的海拔有利于泡核桃树高生长的结果基本一致，为在不同海拔梯度下选育抗寒木薯品种提供一定的理论依据。

3.2 不同海拔梯度下木薯块根品质变化

本研究对不同海拔梯度下木薯块根品质分析结果表明，随着海拔梯度升高，同一品种木薯块根淀粉、蛋白质、粗纤维、L(+)-抗坏血酸、氢氰酸含量呈上升趋势，这与徐胜涛等[29]、李俊南等[30]研究香蕉、娘青核桃坚果维生素C、粗纤维及蛋白含量等品质随着海拔的增加呈现显著提升趋势的结果一致，可能是因为海拔变化引起的温度变化不仅对作物生长发育、功能结构等方面有很重要的影响，也对作物的品质性状有显著影响，且随海拔梯度的变化，木薯形成了相应的响应机制，具体是什么因素控制，需要进一步的研究。本研究中，不同海拔木薯块根中蛋白质、L(+)-抗坏血酸含量差异达极显著，这与叶伟华等[31]研究茶叶蛋白质的含量随海拔的升高变化不显著，不同海拔茶叶中VC 含量差异显著的结果不一致，可能是因为不同作物形成相应品质的机制有所不同所致。本研究中，木薯块根品质含量最低在海拔1000 m 或800 m，最高大部分均在海拔1400 m，这与李俊南等[30]研究娘青核桃坚果中结果一致，可能是因为高海拔利于淀粉、蛋白质、L(+)-抗坏血酸等品质的形成。

综上所述，随海拔梯度的变化，木薯农艺性状及块根品质形成了相应的响应机制，且随海拔梯度升高，木薯农艺性状呈降低趋势，而块根品质含量则呈升高趋势；木薯在海拔800～1000 m木薯生长旺盛，海拔1400 m块根品质相对较好，因此，这为木薯青贮、育种及产业发展等方面，选择适宜的木薯种植海拔，提供了理论依据。