西北地區不同馬鈴薯種質資源產量和營養品質綜合分析與評價

吳琪瀅，李德明，郭志乾，何 萍*

（1.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業農村部植物營養與肥料重點實驗室，北京 100081；2.定西市農業科學研究院，甘肅 定西 743099；3.寧夏農林科學院固原分院，寧夏 固原 756200）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.），糧、菜、飼、藥兼用，是中國乃至全球第四大糧食作物，具有極高的產量潛力和營養價值[1,2]。馬鈴薯塊莖含有的營養物質十分豐富，包括人和動物所必需的礦物質、多種維生素、還原糖、蛋白質和淀粉等，廣泛應用于馬鈴薯各種生產加工用途中[3-5]。在中國，馬鈴薯生產長期以追求高產為目標，而忽略對專用型品種的選育和改良[6]，造成加工專用型馬鈴薯品種占比不足總量的10%，且種植品種類型單一，所占比例相對較高的為鮮食型和飼料型，分別為64.66%和16.86%，這種狀況下導致鮮食品種市場過剩，而加工型品種卻供不應求，嚴重制約了中國馬鈴薯產業的全面發展[7,8]。因此，對不同馬鈴薯種質資源產量和品質進行綜合分析、評價和分類，可以為篩選出符合不同用途的專用型優質馬鈴薯品種提供理論依據。

根據用途馬鈴薯品種大致可分為3類：鮮食型品種、油炸加工型品種和淀粉加工型品種[9]。干物質、淀粉、蛋白質、維生素C、還原糖等指標是評價馬鈴薯品質性狀的主要指標[10]，對于淀粉加工專用型馬鈴薯品種要求淀粉含量在18%以上[11,12]，而油炸加工型品種要求還原糖含量在0.4%以下，同時對馬鈴薯塊莖的芽眼、薯形和薯肉顏色也有相應的要求[13,14]。滿足蛋白質含量大于2%且維生素C含量高于15 mg/100 g的馬鈴薯品種適宜用作鮮食[8]。原霽虹等[15]通過隸屬函數法綜合分析9個馬鈴薯品種的營養品質指標，篩選出4 個綜合營養品質最佳的品種。趙春波等[16]對14 個馬鈴薯品種的干物質、淀粉、蛋白質、維生素C 和還原糖含量進行測定分析，并通過隸屬函數法對各品質指標進行綜合評價，篩選出5個綜合營養品質較高的品種。王丹等[17]采用聚類分析等方法，將22份當地主栽的馬鈴薯品種根據其對營養品質的分析和評價，將其劃分為3種類型，分別為鮮食類型、油炸加工類型和淀粉加工類型。閆海鋒等[18]利用隸屬函數法對廣西冬作區25份馬鈴薯品種的干物質、淀粉、蛋白質、維生素C和還原糖含量進行綜合分析與評價，利用系統聚類分析法將供試品種分為3大類，最終篩選出1份鮮食型，1份鮮食和油炸加工兼用，2份油炸加工型和2份淀粉加工型品種。

關于不同馬鈴薯品種營養品質分析評價的研究已有大量報道[16-18]，但不同地區的地質地貌、氣候和土壤等環境因素存在較大差別，現有研究中大部分供試品種并不適宜作為西北地區寧夏和甘肅的主栽品種種植。寧夏和甘肅作為北方一作區馬鈴薯種植的主要分布區域，適合該地區種植的馬鈴薯種質資源通過自主選育和引進日漸豐富，但將這些品種進行系統性分析、評價及分類的研究鮮見報道。因此，本研究采用相關性分析和隸屬函數法，對自主選育和引進的159份馬鈴薯品種的產量和主要營養品質指標進行分析和綜合評價，明確不同馬鈴薯品種間產量及品質性狀的差異，以期為篩選出適合西北地區種植且符合不同用途且綜合營養品質較好的專用型馬鈴薯品種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗品種和地點

試驗供試品種共159份，分別設置在經緯度和氣候類型比較相近的寧夏（試驗地點1，76個品種，編號1～76）和甘肅（試驗地點2，83個品種，編號77～159）（表1）。

表1 供試馬鈴薯品種（系）及編號Table 1 Test potato varieties (lines) and numbers

試驗地點1位于寧夏回族自治區固原市西吉縣馬蓮鄉張堡塬村國家馬鈴薯產業技術體系固原綜合試驗站的試驗地，介于 E 105°20′～106°4′、N 35°35′～36°14′， 海 拔 1 688～2 633 m。 年 平 均 氣 溫12.7℃，年平均降水量570.2 mm，全年無霜期198 d。試驗地前茬作物為玉米，土壤為灰褐土，品種播種采取隨機排列，不設重復，小區長16.5 m，寬4 m，每小區種植4 行，小區面積66 m2，測產時全區收獲。于2020年4月23日播種，采用機械起壟，人工點播方式種植，行距90 cm，株距25 cm。播種前施有機肥3 750 kg/hm2，復合肥（N∶P2O∶5K2O=15∶15∶15）750 kg/hm2，6月10日開始滴灌2次，每次追施尿素（N 46%）75 kg/hm2，磷酸二氫鉀（P2O552%，K2O 35%）15 kg/hm2。于 2020 年 9 月 15 日收獲。統一進行田間管理及病蟲害防治。

試驗地點2位于甘肅省定西市安定區國家馬鈴薯產業技術體系定西試驗站香泉示范基地，E 104°37′，N 35°32′，海拔2 020 m。年平均氣溫5.9℃，年平均降水量500 mm，全年無霜期128 d。試驗地前茬作物為馬鈴薯，土壤為黃綿土，品種播種采取隨機排列，不設重復，小區長30 m，寬11 m，9 行區，小區面積330 m2，每個小區測產面積13.34 m2。于2020年4月28日播種，采用機械起壟，人工點播方式種植，行距90 cm，株距25 cm。播種時施復合肥（N∶P2O∶5K2O=10∶15∶20）1 200 kg/hm2，馬鈴薯生育期灌水一次，無追肥，于2020年9月24日收獲。統一進行田間管理及病蟲害防治。

1.2 樣品制備與測定方法

馬鈴薯成熟收獲后，每個品種選取3株馬鈴薯的塊莖，在清洗其表面泥土晾干后，放置于4℃冰箱保存。選擇新鮮薯塊用于測定塊莖的維生素C 含量，且在一周內完成其維生素C含量的測定。將塊莖切片、殺青后80℃烘干至恒重，粉碎制成干樣后，用于測定塊莖的干物質、淀粉、還原糖和蛋白質含量。各品質指標均重復測定3次，取其平均值作為各品種的試驗結果。采用烘干稱重法[19]測定塊莖干物質含量、蒽酮比色法[20]測定塊莖淀粉含量、3,5-二硝基水楊酸比色法[19]測定塊莖還原糖含量、凱氏定氮法[19]測定塊莖蛋白質含量、2,6-二氯靛酚滴定法[19]測定塊莖維生素C含量。

1.3 數據處理與分析

應用 Microsoft Excel 2010 和 Origin 2019 軟件完成數據整理分析與圖表制作，利用隸屬函數法對馬鈴薯塊莖的產量和營養品質進行綜合評價[21]。計算公式如下:

式中，W 為馬鈴薯某一品種某一指標的測定值；Wmax、Wmin分別為所有供試品種中該指標的最大值和最小值。W1表示的隸屬函數值是與綜合營養品質呈正相關的指標（產量、干物質、淀粉、蛋白質和維生素C）；W2表示的隸屬函數值是與綜合營養品質呈負相關的指標（還原糖）。最后以產量和各品質指標的平均隸屬函數值來反映綜合營養品質的高低。

2 結果與分析

2.1 不同馬鈴薯品種各指標變異程度

寧夏地區馬鈴薯各指標變異系數中，還原糖的變異最大，其變異系數為0.65；變異最小的為干物質，其變異系數為0.12。產量與5個品質性狀的變異系數大小依次為還原糖＞產量＞維生素C＞蛋白質＞淀粉＞干物質（圖1A）。甘肅地區馬鈴薯各指標變異系數中，還原糖的變異最大，其變異系數為0.75；變異最小的為干物質，其變異系數為0.11。產量與5 個品質性狀的變異系數大小依次為還原糖＞產量＞維生素C＞蛋白質＞淀粉＞干物質（圖1B）。綜上所述，寧夏、甘肅地區不同馬鈴薯品種各指標變異程度相似，可以將兩地放在一起進行關于西北地區不同馬鈴薯種質資源產量和營養品質的綜合分析及評價。

圖1 寧夏和甘肅不同馬鈴薯品種各指標變異程度Figure 1 Variation of various indexes of different potato varieties in Ningxia and Gansu Provinces

2.2 不同馬鈴薯品種塊莖營養品質分析

所有品種產量變化范圍較大，產量最低的品種為‘宣薯8號’，其產量為1 998 kg/hm2，產量最高的品種為‘華薯9號’，其產量高達87 468 kg/hm2，全部品種平均產量為40 924 kg/hm2。進一步按照產量低、中、高進行分類，產量≤30 000 kg/hm2的品種占供試品種的21.38%，絕大多數品種產量介于30 000～60 000 kg/hm2，占供試品種的69.18%，產量＞60 000 kg/hm2的占供試品種的9.43%（圖2A）。

干物質含量兩極分化較大，其中‘天薯15號’的干物質含量最低，為13.56%，‘中薯19號’的干物質含量最高，達28.88%，全部品種平均干物質含量為19.65%。進一步按照干物質含量低、中、高進行分類，干物質含量≤15%的品種占供試品種的4.40%，干物質含量介于15%～20%的品種最多，占供試品種的54.09%，干物質含量超過20%的有66份，占供試品種的41.51%（圖2B）。

淀粉含量變化趨勢與干物質含量相似，均表現為兩極分化較大，淀粉含量最低的品種為‘中薯28號’，其淀粉含量為8.63%，淀粉含量最高的品種為‘中薯19號’，其淀粉含量達21.40%，全部品種平均淀粉含量為15.60%。進一步按照淀粉含量低、中、高進行分類，淀粉含量≤10%的品種占供試品種的2.52%，供試品種的淀粉含量絕大部分介于10%～18%，占供試品種的81.76%，淀粉含量超過18%的有25份，占供試品種的15.72%（圖2C）。

圖2 不同馬鈴薯品種各指標含量及分布Figure 2 Content and distribution of various indexes of different potato varieties

還原糖含量兩極分化較于其他指標來說最大，其中‘寧薯18號’的還原糖含量最低，為0.01%，還原糖含量最高的品種為‘晉薯16號’，達2.67%，全部品種平均還原糖含量為0.7%。進一步按照還原糖含量低、中、高進行分類，還原糖含量≤0.15%的品種占供試品種的4.40%，還原糖含量介于0.15%～0.40%的品種占供試品種的26.42%，絕對大多數品種的還原糖含量大于0.4%，占供試品種的69.18%（圖2D）。

蛋白質含量兩極分化較大，中間分布趨勢較為平緩，其中‘京張薯2 號’的蛋白質含量最低，為0.98%，‘東農310’的蛋白質含量最高，達3.11%，全部品種平均蛋白質含量為1.78%。進一步按照蛋白質含量低、中、高進行分類，蛋白質含量≤1.5%的品種占供試品種的16.98%，大部分品種的蛋白質含量介于1.5%～2.0%，占供試品種的61.64%，蛋白質含量大于2.0%的品種占供試品種的21.38%（圖2E）。

維生素C 含量分布范圍較廣，兩極相差較大，其中‘隴薯15 號’的維生素C 含量最低，為4.03 mg/100 g，維生素C 含量最高的品種為‘中薯早43 號’，達31.80 mg/100 g，平均維生素C 含量為15.62 mg/100 g。進一步按照維生素C 含量低、中、高進行分類，絕大多數品種維生素C 含量≤15 mg/100 g，占供試品種的51.57%，維生素C 含量介于15%～20 mg/100 g 的品種占供試品種的28.30%，維生素C 含量＞20 mg/100 g 的占供試品種的20.13%（圖2F）。

2.3 不同馬鈴薯品種塊莖產量和質量指標相關性分析

供試馬鈴薯品種塊莖的產量和品質指標相關性分析結果表明，一對品質性狀表現為正相關性，其中供試馬鈴薯品種塊莖的干物質含量與淀粉含量呈極顯著正相關（P ＜0.01）。五對品質性狀表現為負相關性，其中干物質含量與還原糖和維生素C 含量呈極顯著負相關（P ＜0.01），淀粉含量與還原糖和維生素C 含量呈顯著負相關（P ＜0.05），還原糖含量與蛋白質含量呈顯著負相關（P ＜0.05）。其余各項品質指標間的相關性未達到顯著水平（表2）。

表2 不同馬鈴薯品種各品質性狀的相關性分析Table 2 Correlation analysis of various quality characters of different potato varieties

2.4 不同馬鈴薯品種塊莖營養品質綜合評價

通過隸屬函數法計算各指標的隸屬函數值和平均隸屬函數值，以平均隸屬函數值的大小代表供試品種營養品質綜合評價的高低。結果表明，供試品種營養品質綜合評價最佳（X ＞0.6）的馬鈴薯品種有14 份，其中綜合營養品質排前三的依次為‘中薯 19 號’‘華薯 9 號’和‘東農 310’，其隸屬函數值分別為0.79、0.73 和0.69；營養品質較差（X ＜ 0.30）的馬鈴薯品種依次為‘天薯12 號’和‘晉薯16 號’，其隸屬函數值均為0.28；其余馬鈴薯品種營養品質位次居中（圖3）。

圖3 寧夏、甘肅馬鈴薯各指標平均隸屬函數值Figure 3 Average membership function values of potato indexes in Ningxia and Gansu Provinces

3 討 論

近年來，隨著馬鈴薯主食產業化的發展，馬鈴薯被廣泛應用于生產、加工和消費等方面，人們從追求溫飽轉向追求營養和品質[22]。由于馬鈴薯利用途徑不同，所以對品質的要求也存在差異[23]。本研究通過對不同品種馬鈴薯品質進行分析、評價和分類，可以篩選出符合不同用途的專用型馬鈴薯，以滿足人們的不同需求。

變異系數表示數據之間的離散程度，可用于分析不同馬鈴薯品種品質性狀的遺傳變異情況[24]。本研究發現，兩地區之間不同馬鈴薯品種各指標的變異程度相似，所以將兩地放到一起分析比較，但不同馬鈴薯品種間產量、干物質、淀粉、還原糖、蛋白質和維生素C含量存在較大差異，且兩地馬鈴薯塊莖的產量、還原糖和維生素C含量的變異系數較大，這與閆海峰等[18]對廣西冬作區不同馬鈴薯品種品質綜合評價的研究結果存在差別，這一方面表明不同地區土壤、氣候等環境條件對產量和品質的影響較大，另一方面也表明供試品種這些指標的多樣性指數高，遺傳改良潛力較大，具有較好的品質性狀改良的遺傳基礎。

本研究發現，塊莖干物質與還原糖含量呈極顯著負相關，這與頡瑞霞等[24]和潘峰[25]的研究結果一致。因此，在選用油炸加工型馬鈴薯時，主要以高干物質和低還原糖為基礎指標，同時參考其他農藝性狀[26]。此外，還發現還原糖含量與蛋白質含量呈顯著負相關。薯條在加工過程中，還原糖與氨基酸中的天門冬酰胺發生美拉德反應，可以使炸條顏色變深[27]，因此蛋白質含量越高，高溫油炸后炸條顏色就越深。本研究按照不同用途馬鈴薯品種的品質要求，利用品質指標分級法，篩選出適宜三種不同用途的馬鈴薯品種。一是適宜鮮食的高維生素C、高蛋白質且產量相對較高的馬鈴薯品種，本研究中蛋白質含量≥2.0%的品種34 份，維生素C 含量≥15 mg/100 g 的品種76份，同時滿足這兩種品質要求的品種23份，其中產量≥60 000 kg/hm2的品種分別為‘華薯9號‘’中薯38號’和‘鄭薯7號’。二是適宜油炸加工的高干物質、低還原糖的馬鈴薯品種，本研究中干物質含量≥20%的品種66 份，還原糖含量＜0.15%的品種7份，同時具備兩種良好品質的品種6份，分別為‘青薯9號’‘榆薯5號’‘隴薯22號’‘天薯11號’‘中薯56號’和‘寧薯18號’。三是適宜淀粉加工的高淀粉型馬鈴薯品種，本研究中淀粉含量≥18%的品種25份，其中淀粉含量排前三的分別為‘中薯19’‘維拉斯’和‘凱薯1號’，其淀粉含量分別為21.40%、20.98%和20.88%。

對蔬菜營養品質進行客觀合理的綜合分析評價，需要綜合研究各品質指標[18]。隸屬函數法提供了一種基于材料性狀多指標基礎上進行綜合評價的方法，可以克服僅用少數幾個指標對品種進行評價的不足[28]。目前，這種方法也被廣泛應用在其他蔬菜上，可行性高。徐義康等[29]利用隸屬函數法對不同大白菜品種的品質性狀進行分析評價，并根據分析結果對供試品種從優到劣進行排序。羅海玲等[30]和王紹輝等[31]利用隸屬函數法分別對山藥和胡蘿卜的綜合營養品質進行分析評價，并篩選出綜合營養品質較好的品種。陳德明等[32]利用隸屬函數值法對不同品種小麥的抗鹽性進行評價，并根據分析評價結果對不同品種小麥的抗鹽性從優到劣進行排序。李守強等[33]和白磊等[34]通過隸屬函數法分析評價不同馬鈴薯品種的品質狀況，并篩選出具備較好營養品質的馬鈴薯品種。因此，本研究利用隸屬函數法對不同馬鈴薯品種的品質狀況進行綜合評價，目的是篩選出適宜不同用途且綜合營養品質最佳的馬鈴薯品種。已篩選出馬鈴薯品種中隸屬函數值大于0.6，即綜合營養品質最佳的馬鈴薯品種為適合鮮食的品種‘華薯9號’；適合油炸加工的品種‘天薯11號’和‘隴薯22號’；適合淀粉加工的品種‘中薯19號’‘東農310’‘甘農薯9號’‘中薯31號’和‘維拉斯’。

按照品質指標分級法，本研究從159份供試品種中篩選出3 份適宜鮮食的馬鈴薯品種，分別為‘華薯9號’‘中薯38號’和‘鄭薯7號’；6份適宜油炸加工的馬鈴薯品種，分別為‘青薯9號’‘榆薯5號’‘隴薯 22 號’‘天薯 11 號’‘中薯 56 號’和‘寧薯 18號’。25份適宜淀粉加工的馬鈴薯品種，其中淀粉含量排前三的分別為‘中薯19號’‘維拉斯’和‘凱薯1號’。在此基礎上，按照隸屬函數值法分級，篩選品種中隸屬函數值大于0.6即綜合營養品質最佳的馬鈴薯品種共8份，包括1份鮮食型品種‘華薯9號’，2份油炸加工型品種：‘天薯11號’和‘隴薯22號’，5份淀粉加工型品種：‘中薯19號’‘東農310’‘甘農薯9號’‘中薯31號’和‘維拉斯’。需要指出的是，本研究得出的結果是在寧夏和甘肅一年田間試驗條件得出的，其產量和品質表現可能受不同年際間水熱條件的影響會有所不同。