西北地区不同马铃薯种质资源产量和营养品质综合分析与评价

吴琪滢，李德明，郭志乾，何 萍*

（1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081；2.定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743099；3.宁夏农林科学院固原分院，宁夏 固原 756200）

马铃薯（Solanum tuberosum L.），粮、菜、饲、药兼用，是中国乃至全球第四大粮食作物，具有极高的产量潜力和营养价值[1,2]。马铃薯块茎含有的营养物质十分丰富，包括人和动物所必需的矿物质、多种维生素、还原糖、蛋白质和淀粉等，广泛应用于马铃薯各种生产加工用途中[3-5]。在中国，马铃薯生产长期以追求高产为目标，而忽略对专用型品种的选育和改良[6]，造成加工专用型马铃薯品种占比不足总量的10%，且种植品种类型单一，所占比例相对较高的为鲜食型和饲料型，分别为64.66%和16.86%，这种状况下导致鲜食品种市场过剩，而加工型品种却供不应求，严重制约了中国马铃薯产业的全面发展[7,8]。因此，对不同马铃薯种质资源产量和品质进行综合分析、评价和分类，可以为筛选出符合不同用途的专用型优质马铃薯品种提供理论依据。

根据用途马铃薯品种大致可分为3类：鲜食型品种、油炸加工型品种和淀粉加工型品种[9]。干物质、淀粉、蛋白质、维生素C、还原糖等指标是评价马铃薯品质性状的主要指标[10]，对于淀粉加工专用型马铃薯品种要求淀粉含量在18%以上[11,12]，而油炸加工型品种要求还原糖含量在0.4%以下，同时对马铃薯块茎的芽眼、薯形和薯肉颜色也有相应的要求[13,14]。满足蛋白质含量大于2%且维生素C含量高于15 mg/100 g的马铃薯品种适宜用作鲜食[8]。原霁虹等[15]通过隶属函数法综合分析9个马铃薯品种的营养品质指标，筛选出4 个综合营养品质最佳的品种。赵春波等[16]对14 个马铃薯品种的干物质、淀粉、蛋白质、维生素C 和还原糖含量进行测定分析，并通过隶属函数法对各品质指标进行综合评价，筛选出5个综合营养品质较高的品种。王丹等[17]采用聚类分析等方法，将22份当地主栽的马铃薯品种根据其对营养品质的分析和评价，将其划分为3种类型，分别为鲜食类型、油炸加工类型和淀粉加工类型。闫海锋等[18]利用隶属函数法对广西冬作区25份马铃薯品种的干物质、淀粉、蛋白质、维生素C和还原糖含量进行综合分析与评价，利用系统聚类分析法将供试品种分为3大类，最终筛选出1份鲜食型，1份鲜食和油炸加工兼用，2份油炸加工型和2份淀粉加工型品种。

关于不同马铃薯品种营养品质分析评价的研究已有大量报道[16-18]，但不同地区的地质地貌、气候和土壤等环境因素存在较大差别，现有研究中大部分供试品种并不适宜作为西北地区宁夏和甘肃的主栽品种种植。宁夏和甘肃作为北方一作区马铃薯种植的主要分布区域，适合该地区种植的马铃薯种质资源通过自主选育和引进日渐丰富，但将这些品种进行系统性分析、评价及分类的研究鲜见报道。因此，本研究采用相关性分析和隶属函数法，对自主选育和引进的159份马铃薯品种的产量和主要营养品质指标进行分析和综合评价，明确不同马铃薯品种间产量及品质性状的差异，以期为筛选出适合西北地区种植且符合不同用途且综合营养品质较好的专用型马铃薯品种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验品种和地点

试验供试品种共159份，分别设置在经纬度和气候类型比较相近的宁夏（试验地点1，76个品种，编号1～76）和甘肃（试验地点2，83个品种，编号77～159）（表1）。

表1 供试马铃薯品种（系）及编号Table 1 Test potato varieties (lines) and numbers

试验地点1位于宁夏回族自治区固原市西吉县马莲乡张堡塬村国家马铃薯产业技术体系固原综合试验站的试验地，介于 E 105°20′～106°4′、N 35°35′～36°14′， 海 拔 1 688～2 633 m。 年 平 均 气 温12.7℃，年平均降水量570.2 mm，全年无霜期198 d。试验地前茬作物为玉米，土壤为灰褐土，品种播种采取随机排列，不设重复，小区长16.5 m，宽4 m，每小区种植4 行，小区面积66 m2，测产时全区收获。于2020年4月23日播种，采用机械起垄，人工点播方式种植，行距90 cm，株距25 cm。播种前施有机肥3 750 kg/hm2，复合肥（N∶P2O∶5K2O=15∶15∶15）750 kg/hm2，6月10日开始滴灌2次，每次追施尿素（N 46%）75 kg/hm2，磷酸二氢钾（P2O552%，K2O 35%）15 kg/hm2。于 2020 年 9 月 15 日收获。统一进行田间管理及病虫害防治。

试验地点2位于甘肃省定西市安定区国家马铃薯产业技术体系定西试验站香泉示范基地，E 104°37′，N 35°32′，海拔2 020 m。年平均气温5.9℃，年平均降水量500 mm，全年无霜期128 d。试验地前茬作物为马铃薯，土壤为黄绵土，品种播种采取随机排列，不设重复，小区长30 m，宽11 m，9 行区，小区面积330 m2，每个小区测产面积13.34 m2。于2020年4月28日播种，采用机械起垄，人工点播方式种植，行距90 cm，株距25 cm。播种时施复合肥（N∶P2O∶5K2O=10∶15∶20）1 200 kg/hm2，马铃薯生育期灌水一次，无追肥，于2020年9月24日收获。统一进行田间管理及病虫害防治。

1.2 样品制备与测定方法

马铃薯成熟收获后，每个品种选取3株马铃薯的块茎，在清洗其表面泥土晾干后，放置于4℃冰箱保存。选择新鲜薯块用于测定块茎的维生素C 含量，且在一周内完成其维生素C含量的测定。将块茎切片、杀青后80℃烘干至恒重，粉碎制成干样后，用于测定块茎的干物质、淀粉、还原糖和蛋白质含量。各品质指标均重复测定3次，取其平均值作为各品种的试验结果。采用烘干称重法[19]测定块茎干物质含量、蒽酮比色法[20]测定块茎淀粉含量、3,5-二硝基水杨酸比色法[19]测定块茎还原糖含量、凯氏定氮法[19]测定块茎蛋白质含量、2,6-二氯靛酚滴定法[19]测定块茎维生素C含量。

1.3 数据处理与分析

应用 Microsoft Excel 2010 和 Origin 2019 软件完成数据整理分析与图表制作，利用隶属函数法对马铃薯块茎的产量和营养品质进行综合评价[21]。计算公式如下:

式中，W 为马铃薯某一品种某一指标的测定值；Wmax、Wmin分别为所有供试品种中该指标的最大值和最小值。W1表示的隶属函数值是与综合营养品质呈正相关的指标（产量、干物质、淀粉、蛋白质和维生素C）；W2表示的隶属函数值是与综合营养品质呈负相关的指标（还原糖）。最后以产量和各品质指标的平均隶属函数值来反映综合营养品质的高低。

2 结果与分析

2.1 不同马铃薯品种各指标变异程度

宁夏地区马铃薯各指标变异系数中，还原糖的变异最大，其变异系数为0.65；变异最小的为干物质，其变异系数为0.12。产量与5个品质性状的变异系数大小依次为还原糖＞产量＞维生素C＞蛋白质＞淀粉＞干物质（图1A）。甘肃地区马铃薯各指标变异系数中，还原糖的变异最大，其变异系数为0.75；变异最小的为干物质，其变异系数为0.11。产量与5 个品质性状的变异系数大小依次为还原糖＞产量＞维生素C＞蛋白质＞淀粉＞干物质（图1B）。综上所述，宁夏、甘肃地区不同马铃薯品种各指标变异程度相似，可以将两地放在一起进行关于西北地区不同马铃薯种质资源产量和营养品质的综合分析及评价。

图1 宁夏和甘肃不同马铃薯品种各指标变异程度Figure 1 Variation of various indexes of different potato varieties in Ningxia and Gansu Provinces

2.2 不同马铃薯品种块茎营养品质分析

所有品种产量变化范围较大，产量最低的品种为‘宣薯8号’，其产量为1 998 kg/hm2，产量最高的品种为‘华薯9号’，其产量高达87 468 kg/hm2，全部品种平均产量为40 924 kg/hm2。进一步按照产量低、中、高进行分类，产量≤30 000 kg/hm2的品种占供试品种的21.38%，绝大多数品种产量介于30 000～60 000 kg/hm2，占供试品种的69.18%，产量＞60 000 kg/hm2的占供试品种的9.43%（图2A）。

干物质含量两极分化较大，其中‘天薯15号’的干物质含量最低，为13.56%，‘中薯19号’的干物质含量最高，达28.88%，全部品种平均干物质含量为19.65%。进一步按照干物质含量低、中、高进行分类，干物质含量≤15%的品种占供试品种的4.40%，干物质含量介于15%～20%的品种最多，占供试品种的54.09%，干物质含量超过20%的有66份，占供试品种的41.51%（图2B）。

淀粉含量变化趋势与干物质含量相似，均表现为两极分化较大，淀粉含量最低的品种为‘中薯28号’，其淀粉含量为8.63%，淀粉含量最高的品种为‘中薯19号’，其淀粉含量达21.40%，全部品种平均淀粉含量为15.60%。进一步按照淀粉含量低、中、高进行分类，淀粉含量≤10%的品种占供试品种的2.52%，供试品种的淀粉含量绝大部分介于10%～18%，占供试品种的81.76%，淀粉含量超过18%的有25份，占供试品种的15.72%（图2C）。

图2 不同马铃薯品种各指标含量及分布Figure 2 Content and distribution of various indexes of different potato varieties

还原糖含量两极分化较于其他指标来说最大，其中‘宁薯18号’的还原糖含量最低，为0.01%，还原糖含量最高的品种为‘晋薯16号’，达2.67%，全部品种平均还原糖含量为0.7%。进一步按照还原糖含量低、中、高进行分类，还原糖含量≤0.15%的品种占供试品种的4.40%，还原糖含量介于0.15%～0.40%的品种占供试品种的26.42%，绝对大多数品种的还原糖含量大于0.4%，占供试品种的69.18%（图2D）。

蛋白质含量两极分化较大，中间分布趋势较为平缓，其中‘京张薯2 号’的蛋白质含量最低，为0.98%，‘东农310’的蛋白质含量最高，达3.11%，全部品种平均蛋白质含量为1.78%。进一步按照蛋白质含量低、中、高进行分类，蛋白质含量≤1.5%的品种占供试品种的16.98%，大部分品种的蛋白质含量介于1.5%～2.0%，占供试品种的61.64%，蛋白质含量大于2.0%的品种占供试品种的21.38%（图2E）。

维生素C 含量分布范围较广，两极相差较大，其中‘陇薯15 号’的维生素C 含量最低，为4.03 mg/100 g，维生素C 含量最高的品种为‘中薯早43 号’，达31.80 mg/100 g，平均维生素C 含量为15.62 mg/100 g。进一步按照维生素C 含量低、中、高进行分类，绝大多数品种维生素C 含量≤15 mg/100 g，占供试品种的51.57%，维生素C 含量介于15%～20 mg/100 g 的品种占供试品种的28.30%，维生素C 含量＞20 mg/100 g 的占供试品种的20.13%（图2F）。

2.3 不同马铃薯品种块茎产量和质量指标相关性分析

供试马铃薯品种块茎的产量和品质指标相关性分析结果表明，一对品质性状表现为正相关性，其中供试马铃薯品种块茎的干物质含量与淀粉含量呈极显著正相关（P ＜0.01）。五对品质性状表现为负相关性，其中干物质含量与还原糖和维生素C 含量呈极显著负相关（P ＜0.01），淀粉含量与还原糖和维生素C 含量呈显著负相关（P ＜0.05），还原糖含量与蛋白质含量呈显著负相关（P ＜0.05）。其余各项品质指标间的相关性未达到显著水平（表2）。

表2 不同马铃薯品种各品质性状的相关性分析Table 2 Correlation analysis of various quality characters of different potato varieties

2.4 不同马铃薯品种块茎营养品质综合评价

通过隶属函数法计算各指标的隶属函数值和平均隶属函数值，以平均隶属函数值的大小代表供试品种营养品质综合评价的高低。结果表明，供试品种营养品质综合评价最佳（X ＞0.6）的马铃薯品种有14 份，其中综合营养品质排前三的依次为‘中薯 19 号’‘华薯 9 号’和‘东农 310’，其隶属函数值分别为0.79、0.73 和0.69；营养品质较差（X ＜ 0.30）的马铃薯品种依次为‘天薯12 号’和‘晋薯16 号’，其隶属函数值均为0.28；其余马铃薯品种营养品质位次居中（图3）。

图3 宁夏、甘肃马铃薯各指标平均隶属函数值Figure 3 Average membership function values of potato indexes in Ningxia and Gansu Provinces

3 讨 论

近年来，随着马铃薯主食产业化的发展，马铃薯被广泛应用于生产、加工和消费等方面，人们从追求温饱转向追求营养和品质[22]。由于马铃薯利用途径不同，所以对品质的要求也存在差异[23]。本研究通过对不同品种马铃薯品质进行分析、评价和分类，可以筛选出符合不同用途的专用型马铃薯，以满足人们的不同需求。

变异系数表示数据之间的离散程度，可用于分析不同马铃薯品种品质性状的遗传变异情况[24]。本研究发现，两地区之间不同马铃薯品种各指标的变异程度相似，所以将两地放到一起分析比较，但不同马铃薯品种间产量、干物质、淀粉、还原糖、蛋白质和维生素C含量存在较大差异，且两地马铃薯块茎的产量、还原糖和维生素C含量的变异系数较大，这与闫海峰等[18]对广西冬作区不同马铃薯品种品质综合评价的研究结果存在差别，这一方面表明不同地区土壤、气候等环境条件对产量和品质的影响较大，另一方面也表明供试品种这些指标的多样性指数高，遗传改良潜力较大，具有较好的品质性状改良的遗传基础。

本研究发现，块茎干物质与还原糖含量呈极显著负相关，这与颉瑞霞等[24]和潘峰[25]的研究结果一致。因此，在选用油炸加工型马铃薯时，主要以高干物质和低还原糖为基础指标，同时参考其他农艺性状[26]。此外，还发现还原糖含量与蛋白质含量呈显著负相关。薯条在加工过程中，还原糖与氨基酸中的天门冬酰胺发生美拉德反应，可以使炸条颜色变深[27]，因此蛋白质含量越高，高温油炸后炸条颜色就越深。本研究按照不同用途马铃薯品种的品质要求，利用品质指标分级法，筛选出适宜三种不同用途的马铃薯品种。一是适宜鲜食的高维生素C、高蛋白质且产量相对较高的马铃薯品种，本研究中蛋白质含量≥2.0%的品种34 份，维生素C 含量≥15 mg/100 g 的品种76份，同时满足这两种品质要求的品种23份，其中产量≥60 000 kg/hm2的品种分别为‘华薯9号‘’中薯38号’和‘郑薯7号’。二是适宜油炸加工的高干物质、低还原糖的马铃薯品种，本研究中干物质含量≥20%的品种66 份，还原糖含量＜0.15%的品种7份，同时具备两种良好品质的品种6份，分别为‘青薯9号’‘榆薯5号’‘陇薯22号’‘天薯11号’‘中薯56号’和‘宁薯18号’。三是适宜淀粉加工的高淀粉型马铃薯品种，本研究中淀粉含量≥18%的品种25份，其中淀粉含量排前三的分别为‘中薯19’‘维拉斯’和‘凯薯1号’，其淀粉含量分别为21.40%、20.98%和20.88%。

对蔬菜营养品质进行客观合理的综合分析评价，需要综合研究各品质指标[18]。隶属函数法提供了一种基于材料性状多指标基础上进行综合评价的方法，可以克服仅用少数几个指标对品种进行评价的不足[28]。目前，这种方法也被广泛应用在其他蔬菜上，可行性高。徐义康等[29]利用隶属函数法对不同大白菜品种的品质性状进行分析评价，并根据分析结果对供试品种从优到劣进行排序。罗海玲等[30]和王绍辉等[31]利用隶属函数法分别对山药和胡萝卜的综合营养品质进行分析评价，并筛选出综合营养品质较好的品种。陈德明等[32]利用隶属函数值法对不同品种小麦的抗盐性进行评价，并根据分析评价结果对不同品种小麦的抗盐性从优到劣进行排序。李守强等[33]和白磊等[34]通过隶属函数法分析评价不同马铃薯品种的品质状况，并筛选出具备较好营养品质的马铃薯品种。因此，本研究利用隶属函数法对不同马铃薯品种的品质状况进行综合评价，目的是筛选出适宜不同用途且综合营养品质最佳的马铃薯品种。已筛选出马铃薯品种中隶属函数值大于0.6，即综合营养品质最佳的马铃薯品种为适合鲜食的品种‘华薯9号’；适合油炸加工的品种‘天薯11号’和‘陇薯22号’；适合淀粉加工的品种‘中薯19号’‘东农310’‘甘农薯9号’‘中薯31号’和‘维拉斯’。

按照品质指标分级法，本研究从159份供试品种中筛选出3 份适宜鲜食的马铃薯品种，分别为‘华薯9号’‘中薯38号’和‘郑薯7号’；6份适宜油炸加工的马铃薯品种，分别为‘青薯9号’‘榆薯5号’‘陇薯 22 号’‘天薯 11 号’‘中薯 56 号’和‘宁薯 18号’。25份适宜淀粉加工的马铃薯品种，其中淀粉含量排前三的分别为‘中薯19号’‘维拉斯’和‘凯薯1号’。在此基础上，按照隶属函数值法分级，筛选品种中隶属函数值大于0.6即综合营养品质最佳的马铃薯品种共8份，包括1份鲜食型品种‘华薯9号’，2份油炸加工型品种：‘天薯11号’和‘陇薯22号’，5份淀粉加工型品种：‘中薯19号’‘东农310’‘甘农薯9号’‘中薯31号’和‘维拉斯’。需要指出的是，本研究得出的结果是在宁夏和甘肃一年田间试验条件得出的，其产量和品质表现可能受不同年际间水热条件的影响会有所不同。