34份菊芋種質資源農藝性狀及塊莖品質綜合評價

王璐 劉芳芳 郭洪海 胡鑫慧 劉振林 賈曦

關鍵詞：菊芋；種質資源；植株性狀；產量；品質；主成分分析；綜合評價

菊芋（Helianthus tuberosusL．）是菊科向日葵屬一種多年生宿根性草本植物，原產于北美洲，18世紀末自歐洲傳人我國后被廣泛種植，在生態治理、食品配料、生物質能源等方面都有廣泛應用。菊芋具有很強的抗逆性，耐旱、耐鹽、耐低溫、抗風沙，適應性廣且繁殖能力強，產量高，利用方式多樣，是環境友好型植物。研究表明，菊芋可以在中度鹽堿程度的松花江退化草地上正常生長，并獲得一定的生態效益，經過進一步選育后，還可以在重度鹽堿地上生長并完成生活史。菊芋種植不但可使鹽堿地向著農用耕地轉變，還具有生態修復的作用，成為生態治理的有效途徑之一。菊芋塊莖中富含果聚糖，利用菊粉酶可進一步開發出低聚果糖和超高果糖漿等多種產品，目前，菊粉已成為繼淀粉、小麥精粉之后的又一重要食品及配料，被40多個國家批準為食品配料和營養增補劑，用低聚果糖、超高果糖漿替代蔗糖成為必然趨勢。另菊芋地上部生物量大，莖葉可用作飼料，既可在生長旺季割取地上莖葉用作青飼料，也可在秋季粉碎后用作干飼料。楊梅、袁文杰等提出利用菊芋塊莖生產燃料乙醇，制作生物乙醇取代化石燃料。菊芋葉浸提液對根結線蟲病害有較好的防治效果，可以作為防治番茄根結線蟲病害的植物源制劑。大力開發菊芋的工業化應用技術對加快菊芋生物資源的開發利用具有重要意義。

了解種質資源的特性可為其高效利用奠定基礎。目前對我國菊芋種質資源的研究多集中于地下部塊莖的品質性狀。本研究以34份菊芋種質為試驗材料，通過測定菊芋生長期地上部的植株性狀、地下部塊莖的產量和品質指標，采用主成分分析法進行綜合評價，以期為今后菊芋種質資源的收集、評價、分類、鑒定、良種選育等提供科學依據，為菊芋的全面利用及產業發展提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料及試驗地概況

共選用35份菊芋種質參加試驗，其編號、名稱及塊莖皮色和形狀見表1。其中青芋3號（ S22）因不耐澇而死亡，最終僅對34份種質進行分析評價。于2021年10月收獲菊芋塊莖，帶回實驗室清洗、晾干表面水分，置-4℃冰箱備用。34份菊芋種質的塊莖表型見圖1。

試驗地位于山東省農業科學院東營基地北試驗區，土壤質地為重壤，春季耕層土壤含鹽量3.2g/kg，有機質含量10.2g/kg、堿解氮23.4mg/kg．速效磷11.7mg/kg、速效鉀281.2mg/kg。

1.2試驗設計

試驗材料于2021年4月15日種植，采用隨機區組設計，每個種質1個小區，重復3次。小區面積50.4m2，行距80cm，株距35cm，播種深度7～10cm。種植前旋耕，耕深25cm左右；按有效N145kg/hm2、P205136 kg/hm2、K20 56kg/hm2基施尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。

1.3調查性狀及方法

植株性狀：11月份成熟期，參照《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南菊芋》（NY/T2503-2013）的方法，每個小區取15株，計數菊芋的莖數、主莖分枝數，并測量主莖高度、主莖粗度、次莖高度、次莖粗度、節高。

產量性狀：成熟期收獲后統計每個小區的單株塊莖數、單株塊莖重、塊莖總重。

塊莖品質：采用紫外分光光度法測定菊芋塊莖可溶性糖、纖維素、淀粉、蛋白質含量。

1.4數據處理與統計分析

采用WPS Excel和SPSS軟件進行數據主成分分析、相關性分析、方差分析等。

2結果與分析

2.1 34份菊芋種質農藝性狀統計分析

由表2可見，34份菊芋種質的9個農藝性狀中變異系數最大的是主莖分枝數，達60.49%，主莖分枝數變幅為3.00～52.33個；其次為產量，變異系數為58.55%，變幅為7.30～85.75 t/hm2；單株塊莖數的變異系數也較大，為44.10%，變幅為6.33～79.33個；主莖粗度的變異系數最小，為7.13%，變幅為15.13～20.91mm;其余性狀的變異系數在13.76～33.34%之間。34份種質中．產量高于30.00t/hm2的有S9、S12、S15、S16、S17、S24、S33、S34、S35。

2.2 34份菊芋種質塊莖品質差異分析

表3表明．34份菊芋種質塊莖中蛋白質含量最高的是S23，其次是S13，分別為15. 12、14. 60mg/g，含量較低的是S17、S18，分別為7.25、7.14mg/g；其中，52.9%種質的塊莖蛋白質含量集中在10.00～13.00mg/g，32.4%的種質集中在8.00～10.00mg/g。塊莖可溶性糖含量以S6、S24、S23的較高，分別為214.00、212.52、201.02mg/g；S9的含量最低，為105.47mg/g；52.9%的種質塊莖可溶性糖含量集中在140.00～170.00mg/g。塊莖淀粉含量變幅為1.15～6.18mg/g，其中，超過5.00mg/g的種質有7份，包括S6、S33、S1、S25、S12、S8、S3，以S6的最高；S27、S34、S35的塊莖淀粉含量較低，為1.15～1.71 mg/g；有50.0%的種質塊莖淀粉含量集中在3.00～5.00mg/g。種質S3的塊莖纖維素含量最高，達到71.83mg/g．其次是S12，為63.59mg/g；含量最低的是S9，為15.62mg/g；其中，67.6%的種質塊莖纖維素含量集中在30～50mg/g。4個指標中，變異系數最大的是塊莖淀粉含量，為33.49%，其次是纖維素含量（29.55%），蛋白質含量和可溶性糖含量的變異系數相當，分別為18.45%和17.64%。說明34份種質的塊莖淀粉和纖維素含量差異較大。

2.3 34份菊芋種質資源農藝性狀的綜合評價

運用主成分分析法從9個農藝性狀中篩選出能更充分反映菊芋種質生長發育和產量的主導因素，并對34份種質進行綜合評價。首先對數據進行標準化處理，然后進行相關性分析，并對其進行Bartlett球形檢驗，發現Sig.=0.00<0.05，說明性狀間存在顯著相關性，可用于主成分分析。

2.3.1 34份菊芋種質資源農藝性狀相關性分析

相關性分析結果（表4）顯示，莖數與主莖粗度顯著負相關，與次莖高度、次莖粗度極顯著正相關：主莖分枝數與主莖高度、節高極顯著負相關，與主莖粗度、次莖粗度極顯著正相關；主莖高度與次莖高度、節高極顯著正相關；主莖粗度與次莖粗度極顯著正相關；次莖高度分別與次莖粗度、節高呈極顯著、顯著正相關；單株塊莖數分別于主莖分枝數、主莖粗度、次莖高度、次莖粗度顯著正相關；產量分別與莖數、主莖分枝數、主莖粗度、次莖高度、次莖粗度、節高、單株塊莖數極顯著正相關，與主莖高度顯著負相關。

2.3.2 34份菊芋種質農藝性狀主成分分析由表5可知，前3個主成分的特征值分別為3.05、2.20和1.41，均大于1.00，累積貢獻率為74.00%，表明這3個主成分基本代表了9個性狀74.00%的信息量，可用于對34份種質進行綜合評價。3個主成分中，第一主成分主要解釋次莖粗度、產量、次莖高度、莖數，主要反映菊芋種質的產量和株型信息；第二主成分主要解釋節高、主莖高度、次莖高度，主要反映菊芋種質的株高信息；第三主成分主要解釋主莖粗度、單株塊莖數，主要反映菊芋種質的主莖粗和塊莖數。

2.3.3 34份菊芋種質農藝性狀綜合評價根據特征向量進行主成分得分計算，再根據每個主成分的特征值占所提取主成分總特征值的權重，構建出不同菊芋種質的綜合評價模型：F=（3.05F1+ 2.20F2+1.41F3）/6.662。結果（表6）顯示，在第一主成分中，S17、S34、S35得分較高，表明這3份種質在產量和株型方面表現優異：在第二主成分中，S4、S17、S18、S24、S29得分較高，表明這5份種質在株高方面表現優異：在第三主成分中，S9、S13、S20、S26得分較高，表明這4份種質在主莖粗度和單株塊莖數方面表現優異。經計算綜合得分，排名前六位的種質為S17、S34、S9、S24、S16、S4，說明這6份種質綜合表現較好。

進一步對經綜合評價篩選出的6份菊芋種質的農藝性狀進行多重比較，結果（表7）顯示，S34的主莖高度和節高極顯著低于其他種質，次莖和主莖均較粗，產量則極顯著高于其他種質，達到85.75t/hm2（表2）。其余5份種質的主莖高度、次莖和主莖粗度、節高差異較小，除S4產量僅19.85t/hm2外，產量都在30.81～41.29t/hm2范圍內。

3討論與結論

為進一步豐富菊芋種質資源庫，本研究選用34份菊芋種質，在山東省東營市鹽堿地種植，對其植株性狀及塊莖產量性狀和品質指標進行差異性分析。結果表明，主莖分枝數和產量的變異系數較高，分別達到60.49%和58.55%；單株塊莖數、莖數、淀粉含量的變異系數也較大，分別為44.10%、33.34%、33.49%；主莖粗度的變異系數最小，僅7.13%：其余指標的變異系數在13.76%～29.55%之間。其中，有9份種質的產量高于30t/hm2，分別為S9、S12、S15、S16、S17、S24、S33、S34、S35；根據《中國食物成分表》對薯芋類作物品質指標的界定，篩選出S23、S13、S35、S11為高蛋白種質，S6、S24、S23為高可溶性糖種質，S3、S12、S26、S30、S34為高纖維種質，S6、S33、S1、S25為高淀粉種質。這可為鹽堿地菊芋栽培提供多種可選擇種質，并為其新品種選育及功能性食品開發利用提供參考。

主成分分析法是現代育種常用的一種輔助手段，已在多種作物上應用。本研究基于菊芋的9個農藝性狀提取出3個主成分，累計貢獻率達到74.00%，表明其能反映全部性狀的絕大部分信息。其中，第一主成分主要反映產量和株型信息，第二主成分主要反映株高信息，第三主成分主要反映主莖粗度和單株塊莖數。進一步利用3個主成分構建綜合評價模型，對34份菊芋種質進行綜合評價，綜合得分前六位的種質分別為S17（X2020-2）、S34（HZ）、S9（TJ）、S24（L2-1）、S16（X2020-1）、S4（ N2019-4）.

通過對綜合評價得分較高的6份種質進行多重比較，發現S34的主莖高度和節高顯著低于其他種質，而次莖和主莖均較粗，產量顯著高于其他種質，達到85.75t/hm2。可能是因為降低菊芋主莖高度和節高，增加莖粗，可以避免開花期和塊莖膨大期地上植株倒伏，從而顯著提高菊芋塊莖產量。另外發現，這6份種質中，除S24的塊莖可溶性糖含量、S34的纖維含量較高外，各菊芋種質的塊莖品質表現并不突出。因此，亟需選育出植株性狀優異、塊莖產量和品質高的菊芋品種，解決菊芋生產中高產優質品種短缺的問題，進一步推進菊芋精深加工產業的發展。