106份特色甘薯品種資源品質(zhì)性狀評價與分析

趙凌霄 鄧逸桐 衡曦彤 程娟 袁博 趙冬蘭 戴習彬 曹清河

摘要： 以來自不同育種單位的54份橘肉甘薯和52份紫肉甘薯品種資源為材料，測定塊根中淀粉、可溶性糖、還原糖、粗蛋白、β-胡蘿卜素和花青苷的含量。結(jié)果表明，橘肉甘薯的可溶性糖和還原糖含量通常高于紫肉甘薯，淀粉含量低于紫肉甘薯，粗蛋白含量與紫肉甘薯類似;橘肉甘薯的β-胡蘿卜素含量為0.4～280.7 μg/g，紫肉甘薯的β-胡蘿卜素含量最高為31.8 μg/g，花青苷含量為15.0～20.0 μg/g。相關(guān)性分析結(jié)果表明，淀粉含量和可溶性糖含量、還原糖含量呈極顯著負相關(guān)?；?種營養(yǎng)物質(zhì)的含量，分別將橘肉甘薯和紫肉甘薯品種資源聚為5個和4個類群;其中，二者均為第II類群種質(zhì)資源綜合品質(zhì)較好。本研究結(jié)果為這些甘薯品種資源的加工利用及品種改良提供理論參考和材料基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 甘薯;營養(yǎng)品質(zhì);糖類;粗蛋白;β-胡蘿卜素;花青苷

中圖分類號： S531?? 文獻標識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2021）04-0839-09

Evaluation and analysis of quality characters of 106 special sweetpotato variety resources

ZHAO Ling-xiao1， DENG Yi-tong1，2， HENG Xi-tong3， CHENG Juan3， YUAN Bo4， ZHAO Dong-lan1， DAI Xi-bin1， CAO Qing-he1，2

（1.Jiangsu Xuhuai Regional Xuzhou Institute of Agricultural Sciences， Xuzhou 221131， China;2.School of Life Sciences， Jiangsu Normal University， Xuzhou 221116， China;3.College of Chemical Engineering， China University of Mining and Technology， 221116， China;4.Key Laboratory of Biotechnology for Medicinal Plant of Jiangsu Province， Jiangsu Normal University， Xuzhou 221116， China）

Abstract： In this study， 54 orange-fleshed and 52 purple-fleshed sweetpotato germplasm resources from different breeding units were selected as experimental materials. The contents of starch， soluble sugar， reducing sugar， crude protein， β-carotene and anthocyanins were determined. The results showed that the contents of soluble sugar and reducing sugar in orange-fleshed sweetpotatoes were higher than those in purple-fleshed sweetpotatoes， but starch content was lower than that in purple-fleshed sweetpotatoes and crude protein content was similar to that in purple-fleshed sweetpotatoes. The β-carotene content of orange-fleshed sweetpotatoes ranged from 0.4 μg/g to 280.7 μg/g， the highest β-carotene content of purple-fleshed sweetpotatoes was 31.8 μg/g， and the total anthocyanin content of purple-fleshed sweetpotatoes ranged from 15.0 μg/g to 20.0 μg/g? . Correlation analysis results showed extremely significant negative correlation between starch content and soluble sugar content or reducing sugar content. Based on the contents of six categories of nutrients， the varieties of orange-fleshed sweetpotatoes and purple-fleshed sweetpotatoes were divided into five and four groups， respectively. The comprehensive quality of group II in both groups was better. The results provided theoretical reference and material basis for the processing and utilization of these sweetpotato varieties and the subsequent improvement of high-quality varieties.

Key words： sweetpotato;nutritional quality;carbohydrates;crude protein;β-carotene; anthocyanins

甘薯[Ipomoea batatas （L.） Lam]屬旋花科番薯屬，起源于中南美洲，目前廣泛種植于世界各地[1]。甘薯的營養(yǎng)品質(zhì)通常是指甘薯塊根的營養(yǎng)物質(zhì)，包括糖類、花青素、類胡蘿卜素和蛋白質(zhì)等的種類和含量[2]。其中，甘薯淀粉能夠用于加工粉條、糖果和面包等產(chǎn)品[3];可溶性糖和還原糖的種類和含量影響著甘薯的甜度等口味[4-5];甘薯蛋白質(zhì)在人體內(nèi)具有清除自由基、抑制血糖升高和清除膽固醇等多重健康功效[6-7];紫肉甘薯中含有的花青素能夠有效降低人類心腦血管疾病、癌癥及神經(jīng)衰退等多種疾病的患病風險;橘肉甘薯中的β-胡蘿卜素能夠有效改善人類維生素A缺乏癥[8-9]。不同的用途對甘薯品質(zhì)的要求也不同，淀粉型甘薯品種要求淀粉產(chǎn)量高，用于鮮食的甘薯品種要求糖類含量高，而用于營養(yǎng)品開發(fā)的甘薯品種要求花青素含量高[10-11]。因此，甘薯品種資源的品質(zhì)評價和綜合分析越來越受到育種學家的關(guān)注。

近年來國內(nèi)推廣的甘薯品種較多，來源于國內(nèi)外多家培育單位[12]。甘薯種質(zhì)資源的豐富性是品種改良的基礎(chǔ)，科學有效地評價和分析甘薯的品質(zhì)性狀是品種改良的關(guān)鍵[13]。因此，本研究選擇了來源于國內(nèi)和國外不同育種單位的54份橘肉甘薯和52份紫肉甘薯品種，借助化學測定、近紅外光譜儀以及液質(zhì)聯(lián)用儀等測定了塊根中淀粉、可溶性糖、還原糖、粗蛋白、β-胡蘿卜素及紫肉甘薯中花青苷的含量，以期為這些甘薯品種資源的加工利用及品種改良提供理論參考和材料基礎(chǔ)，進一步推進甘薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究選擇了培育地點不同的106份特色甘薯種質(zhì)資源材料（表1），其中54份橘肉甘薯資源材料來源于國內(nèi)13?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）的24個市（區(qū)）以及剛果（布）和日本，52份紫肉甘薯資源材料來源于國內(nèi)12省（直轄市或自治區(qū)）的25個市（區(qū)）以及日本，這些材料均保存于國家種質(zhì)徐州甘薯試管苗庫。試驗材料按照常規(guī)栽培管理措施進行栽插，生育期為120 d。

1.2 甘薯干基淀粉、還原糖、可溶性糖和粗蛋白含量的測定

將收獲的鮮薯塊切成細條，混勻后取50 g置于80 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，在家用型破壁機（中國美的公司產(chǎn)品，型號MJ-WBL25B36）中充分磨碎后過100目銅網(wǎng)，收集干粉用于后續(xù)測定。

甘薯干基淀粉和可溶性糖含量的測定采用D-Glucose試劑盒（愛爾蘭Megazyme公司產(chǎn)品）進行。甘薯干基還原糖和粗蛋白含量的測定參考唐忠厚等[14]的方法進行。

1.3 甘薯鮮樣中β-胡蘿卜素和花青苷含量的測定

利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（HPLC-MS）測定塊根中β-胡蘿卜素和花青苷含量。取6 g甘薯塊根，加入40 ml提取液（丙酮∶甲醇∶甲酸=25∶75∶1，體積比），充分打磨后離心20 min（6 000 r/min，4 ℃），取上清液濃縮至2 ml，上機檢測。以矢車菊素為內(nèi)標。根據(jù)標準曲線方程Y=4 218.124x-1 877.159（Y為強度值，x為樣品濃度）計算物質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究使用Microsoft Excel 2019軟件（美國微軟公司產(chǎn)品）進行數(shù)據(jù)分析，使用IBM SPSS Statistics 19軟件（美國IBM公司產(chǎn)品）對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析和聚類分析（類平均法，UPGMA），使用Photoshop CS6（美國Adobe公司產(chǎn)品）軟件進行圖片處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯品種資源材料6種營養(yǎng)成分含量的分布規(guī)律

本研究測定了所選106份特色甘薯品種資源6大主要營養(yǎng)成分的含量，結(jié)果（表2）表明，橘肉甘薯和紫肉甘薯的干基淀粉、可溶性糖、還原糖、粗蛋白、β-胡蘿卜素和花青苷的含量分布存在多樣性（圖1）。

54份橘肉甘薯種質(zhì)的干基淀粉含量為40.70%～74.68%，52份紫肉甘薯種質(zhì)的干基淀粉含量為46.11%～73.07%（表2，圖1A）。其中，分別有2份紫肉甘薯（南紫08和福寧紫4號）和14份橘肉甘薯的干基淀粉含量低于55.00%。Guo等[15]的研究結(jié)果表明，橘肉甘薯的淀粉含量低于紫肉甘薯，與本研究結(jié)果相似。另外，有4份橘肉甘薯和1份紫肉甘薯（川紫薯4號）干基淀粉含量超過70.00%，這可能是由于品種的特殊性或者種植區(qū)域土壤肥力差異導致的[5]。橘肉甘薯的可溶性糖含量分布在4.81%～26.94%，紫肉甘薯的可溶性糖含量分布在4.80%～24.04%（表2，圖1B）。有37份橘肉甘薯和46份紫肉甘薯的可溶性糖含量低于15.00%，17份橘肉甘薯和6份紫肉甘薯高于15.00%，其中有5份橘肉甘薯和1份紫肉甘薯（南紫08）的可溶性糖含量在20.00%以上。因此橘肉甘薯的可溶性糖含量普遍更高，這也與Guo等[15]的研究結(jié)果一致。橘肉甘薯的還原糖含量為0.99%～18.12%，紫肉甘薯的還原糖含量為1.59%～13.59%（表2）。其中，還原糖含量除4.00%～8.00%的含量范圍中紫肉甘薯種質(zhì)的數(shù)量多于橘肉甘薯外，其他含量范圍（0～4.00%及8.00%～20.00%）內(nèi)紫肉甘薯種質(zhì)的數(shù)量均少于橘肉甘薯（圖1C）。橘肉甘薯和紫肉甘薯的干基粗蛋白含量分布規(guī)律基本類似（表2），在含量低于5.00%的范圍，紫肉甘薯種質(zhì)的數(shù)量（5份）略多于橘肉甘薯（3份），在5.00%～9.00%的含量范圍，橘肉甘薯種質(zhì)的數(shù)量多于紫肉甘薯，在高于9%的范圍，二者均有7份（圖1D）。紫肉甘薯的β-胡蘿卜素含量分布在0～31.8 μg/g，橘肉甘薯的β-胡蘿卜素含量分布在0.4～280.7 μg/g，其中33份含量低于31.8 μg/g（表2）;說明橘肉甘薯中同樣存在β-胡蘿卜素含量較低的材料，而紫肉甘薯β-胡蘿卜素含量均較低（圖1E）。紫肉甘薯測得花青苷的含量在12.5～38.8 mg/g，其中有28份集中在15.0～20.0 mg/g（表2，圖1F）。

2.2 甘薯種質(zhì)資源材料6種營養(yǎng)成分含量的相關(guān)性分析

本研究進一步對106份特色甘薯種質(zhì)資源的6種營養(yǎng)物質(zhì)的含量進行了相關(guān)性分析。結(jié)果（表3）表明，在全部的橘肉甘薯中，可溶性糖含量、還原糖含量和淀粉含量呈極顯著負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為：-0.943，P<0.01;-0.841，P<0.01），可溶性糖和還原糖含量呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為：0.874，P<0.01）。在紫肉甘薯中，淀粉含量與可溶性糖含量、還原糖含量同樣呈極顯著負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為：-0.836，P<0.01;-0.726，P<0.01;），可溶性糖含量和還原糖含量呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為：0.787，P<0.01）。橘肉甘薯中淀粉含量與粗蛋白含量呈顯著負相關(guān)，紫肉甘薯中還原糖含量與粗蛋白含量呈顯著負相關(guān)。

2.3 甘薯種質(zhì)資源6種營養(yǎng)成分含量的聚類分析

近年來，基于品質(zhì)性狀相關(guān)指標對種質(zhì)資源進行聚類分析和評價逐漸成為常用的研究手段[16-17]。本研究基于淀粉、可溶性糖、還原糖、粗蛋白及β-胡蘿卜素等5種營養(yǎng)成分的含量數(shù)據(jù)，計算各品種間的遺傳距離（歐氏距離），利用類平均法將54份橘肉甘薯聚為5個類群（圖2）。第I類群有31份種質(zhì)材料，其中，來自河南、浙江、河北和日本的橘肉甘薯種質(zhì)全部被分到該類群;該類群種質(zhì)材料具有淀粉含量高和β-胡蘿卜素含量覆蓋面較廣等特點，多為淀粉含量高、肉色較淺的甘薯品種，例如心香、栗子香和日本甘薯品種安納等。第II類群有15份材料，其中來自廣西、北京和貴州的材料全部被分到該類群，5大類營養(yǎng)成分含量均較高，因此綜合品質(zhì)較好，其中包括徐薯34號和煙薯25號等。第III類群有5份材料，分別是湛薯407號、蘇薯8號、廣薯98號、蘇薯22號和龍薯15號，該類群材料的特點是糖含量較高，β-胡蘿卜素含量偏低。第IV類群包括2份材料，濟薯26號和剛果（布）2號，該類群材料的β-胡蘿卜素含量最高。第V類群只有1份材料（泰薯14號），其淀粉含量最低，可溶性糖、還原糖和β-胡蘿卜素含量均較高。另外，來自廣東、陜西、重慶和四川的橘肉甘薯種質(zhì)全部分到第I類群和第II類群中，同時粗蛋白含量與橘肉甘薯的品種或培育地點的關(guān)聯(lián)度不高。

本研究基于紫肉甘薯的淀粉、可溶性糖、還原糖、粗蛋白、β-胡蘿卜素及花青苷等6種品質(zhì)性狀的含量數(shù)據(jù)，采用類平均法，將52份紫肉甘薯資源聚為4個類群（圖3）。第I類群中有34份材料，其中來自廣東、河南、陜西、浙江和日本的紫肉甘薯種質(zhì)全部分布在該類群中，該類群具有淀粉含量較高的特點，包括廣紫薯1號、寧紫薯5號和綾紫等。第II類群包含15份材料，其中來自內(nèi)蒙古和安徽的紫肉甘薯種質(zhì)全部被分到該類群中，該類群具有糖含量較高的特點，綜合品質(zhì)較好，包括渝紫香10號和泉紫薯96等。第III類群只包含1份種質(zhì)材料，為川紫薯4號，該材料淀粉含量最高，糖含量最低。第IV類群包含2份材料，南紫08和福寧紫4號，其淀粉含量最低，糖含量最高。另外，紫肉甘薯種質(zhì)的粗蛋白和花青苷含量在品種或分類間差距不大。

3 討論

甘薯品種資源品質(zhì)性狀的評價與分析對甘薯優(yōu)質(zhì)品種的選育及甘薯產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。不同甘薯品種的品質(zhì)特征存在差異，徐娟等[18]測定了28份國內(nèi)優(yōu)質(zhì)食用型甘薯種質(zhì)的營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)塊根中維生素C和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)之間存在相關(guān)性。胡玲等[19]分析了中國20份甘薯育成品種和20份地方品種的品質(zhì)性狀，發(fā)現(xiàn)地方品種和育成品種在薯塊可溶性糖含量、粗蛋白含量及淀粉含量上存在差異。沈升法等[20]研究了浙江地區(qū)廣泛種植的62份甘薯品種的品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)浙江省甘薯以淀粉型和糧飼兼用型為主，在甘薯深加工領(lǐng)域具有較高的潛力。趙冬蘭等[21]研究了176份甘薯地方種的品質(zhì)性狀，根據(jù)農(nóng)藝性狀進行聚類分析，篩選出優(yōu)質(zhì)品種若干份。唐君等[13]分析了從國際馬鈴薯研究中心引進的76份特用型甘薯品種的產(chǎn)量、抗病性和品質(zhì)性狀，篩選出具有高干物率和高胡蘿卜素含量的材料多份，為拓寬中國甘薯遺傳基礎(chǔ)提供了材料儲備。趙冬蘭等[22]評價了從國際馬鈴薯研究中心引進的32份種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀，闡明了其中優(yōu)質(zhì)品種的營養(yǎng)成分。雖然近年來對甘薯資源品質(zhì)性狀評價與分析的研究已經(jīng)成為熱點[23-25]，但是上述研究在全面闡明甘薯種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀時均存在一定的局限性。例如，單個研究中所選用的甘薯品種來源地較為集中，闡明的品質(zhì)性狀較少或所采用的研究手段較為單一。本研究首先從國內(nèi)不同育種單位和不同國家引進了106份特色甘薯品種資源，極大地增強了試驗材料來源的豐富性，提高了試驗結(jié)果的客觀性;采用了包括試劑盒測定、近紅外儀和液質(zhì)聯(lián)用儀等多種研究手段或設(shè)備，實現(xiàn)對甘薯塊根中全部營養(yǎng)成分進行專一地測定，增加了試驗結(jié)果的準確性;最后，本研究在闡明了甘薯塊根中6種營養(yǎng)物質(zhì)含量的基礎(chǔ)上，分析了不同營養(yǎng)物質(zhì)在所選甘薯材料中的含量分布及相關(guān)性，借助聚類分析進一步篩選出綜合品質(zhì)較好的甘薯品種。本研究結(jié)果為甘薯種質(zhì)資源的深度評價和利用提供參考，篩選出的甘薯優(yōu)異種質(zhì)為優(yōu)質(zhì)甘薯新品種的選育提供了材料支撐。

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（責任編輯：陳海霞）

收稿日期：2021-01-10

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD1000705、2018YFD1000700）;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項（CARS-10-B1）;農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物品種資源保護費項目（19200362）;江蘇省根莖類作物種質(zhì)資源庫項目（JSGB2018-03）;徐州市政策引導類計劃項目（KC18245）

作者簡介：趙凌霄（1989-），男，江蘇徐州人，博士，助理研究員，主要研究方向為甘薯品質(zhì)分析。（Tel）0516-82189232;（E-mail）Zhaolxiao2019@163.com

通訊作者：曹清河，（Tel）0516-82189205;（E-mail）caoqinghe@jaas.ac.cn