春、秋作马铃薯主要品质状的鉴定与分析.doc

春、秋作马铃薯主要品质性状的鉴定与分析农学院 生物技术 李斌指导教师 杨先泉 副教授摘要：以N5-06、N5-08等17个马铃薯育种材料为试验材料，分别在2005年秋和2006年春播种，收获后对品质性状进行测定与分析。结果表明，两季中,各品质性状间差异性显著；块茎中淀粉含量与干物质含量间呈极显著相关；淀粉和还原性糖的含量春季高于秋季，而粗蛋白的含量春季低于秋季； N5-14、N5-06等可用于加工品种育种资源。关键词：马铃薯；品质性状；季节；相关分析Main Quality Traits Appraisal and Analysis of Spring and Autumn PotatoesLi Bin, Biotechnology, College of AgronomyAdvisor: Associate Prof. Yang Xian-quanAbstract: The main quality traits of 17 potato breeding lines which were planted autumn of 2005 and spring of 2006 respectively, were tested and analyzed. The results showed that: there are significant differences among lines, no matter spring or autumn; the starch content is correlative to concent of dry material significantly; the starch and reducing sugar concent of spring potato is higher than autumn, while protein content of spring potato is lower than autumn; Some lines, such as N5-14, N5-06 might be valuable for quality breeding. Keywords: Potato; Quality Trait; Season; Correlation Analysis前言马铃薯是茄科茄属的一年生草本植物,又称洋芋、土豆、山药蛋。它是继水稻、小麦、玉米之后的第四大农作物，其块茎具有丰富的营养，素有“地下苹果”、“第二面包”之称 1，2。近年来，随着人民生活水平的提高和生活节奏的加快，方便、快捷的马铃薯食品越来越受到消费者的青睐。这就对马铃薯品种品质性状的育种提出了更高的要求3。1.1 马铃薯生产与品质根据联合国粮农组织(FAO)，到2003年全世界种植马铃薯的国家和地区已达150个，总产3.1亿t4，每年马铃薯的种植面积保持在1900万hm2左右。目前我国是世界第一大马铃薯生产国。据统计，2001年栽培面积为471.88万hm2，总产量645.4亿kg,单产13.7t/hm2，我国马铃薯栽培区域划分为北方和西北一季作区、中原及中原二季作区、南方冬作区和西南一二季作垂直分布区等4个。其中北方和西北一季作区和西南一二作垂直分布区是主产区，主要生产省份是内蒙古、贵州、甘肃、黑龙江、四川和云南。我国的马铃薯育种研究经历了从国外引种鉴定到品种间和种间杂交，再到生物技术育种的阶段。据统计，在过去的60多年中育成了将近190个品种，取得了巨大的成就。但由于长期以来强调高产抗病育种，忽略品质育种，各种专用型品种尤其是加工品种奇缺，不能满足加工业发展、出口创汇的储要5。一般情况下，块茎内76%左右是水分，24%左右是干物质。淀粉在干物质组分中含量介于60%-80%之间3。影响马铃薯加工品质的性状主要是干物质、淀粉含量和还原糖含量。其中，提高淀粉含量和降低还原糖含量是我国马铃薯品质育种中最重要的目标。干物质含量低对马铃薯的运输、储藏不利，容易变质，并且容易产生龙葵素，降低其加工品质2。1.2 不同用途对马铃薯品质的要求加工品种根据用途大致可分为:鲜食类品种、炸片（条）型品种和淀粉加工型品种。鲜薯出口和食用品种要求薯形好，芽眼浅，商品率达85%以上，薯块大，表皮光滑，干物质含量15%-17%，Vc含量在每100mg鲜薯25mg左右，粗蛋白含量2%以上，茄素含量每100mg鲜薯不超过5mg，炒食、蒸食风味、口感好，耐贮运，符合出口标准2，6。理想的炸片（条）品种要求收获时还原糖不高于0.25，在冬季正常储藏条件下，经2个月储藏加暖后还原糖不高于0.4，干物质含量的比重应在1.080以上。块茎淀粉含量在14以上，块茎大小适中、均匀，芽眼浅而少，分布均匀，不宜有牙缘及着色。薯块圆厚，呈圆球形，薯块大小以薯中央直径5.0-7.6cm，质量100-180g为宜1。淀粉加工型品种要求淀粉含量在20以上，产量与对照品种相近，块茎圆形或扁圆形，芽眼浅，抗PVX、PVY、PLRV两种以上病毒，抗晚疫病，南方兼抗青枯病，抗逆性强，耐贮运1, 6。1.3 马铃薯品质育种品质育种是马铃薯育种的重要内容之一7。目前，马铃薯育种都是利用品种间杂交（或生物技术）来获得新品种（种质），其遗传上有着极其复杂的异质性，无论杂交、回交、自交、基因导入，体细胞融合等都有着产生较大程度的分离。虽然，马铃薯的无性繁殖在育种和种质资源创新中的优点是能将优良或不良的基因型随时固定繁殖，但是，马铃薯自身的高度杂合性和四倍体遗传，给研究其遗传带来了很大困难。马铃薯有许多性状属于数量性状遗传，如干物质含量、含糖量、晚疫病的田间抗性等性状受多基因控制，容易受环境的影响8。与其它作物相比，马铃薯育种进展相对较慢，遗传基础狭窄是主要原因1。马铃薯的育种方法很多，包括四倍体水平即品种间杂交传统育种、倍性育种即种间远缘杂交和2n配子利用、遗传工程即体细胞变异、细胞融合和基因工程，以及物理化学因素诱变等。我国育成的品种大多数是通过品种间杂交选育而成的5。分子育种技术的发展和完善为实现优异目的基因在育种后代群体定向快速转移、提高优良育种后代的选择效率提供了可能。通常分子育种包括两方面即DNA分子标记技术和基因工程技术7。Davids S Douches(1994)通过分子标记证实，马铃薯炸片颜色变异的主要因素是加性基因效应。在控制马铃薯蛋白质的基因研究中，对于40ku蛋白的研究较为深入。它是一种糖蛋白，具有酶活性，只存在于块茎中，是主要的贮藏蛋白2, 7。利用基因工程提高淀粉含量有两条途径：一是利用反义基因技术改变马铃薯直链淀粉与支链淀粉的比例，已获得成功；二是提高合成淀粉的生理活化机能7。控制低温糖化主要从以下几个方面着手：(1)淀粉生物合成的加强；(2)淀粉和蔗糖降解途径的抑制；(3)通过低温条件下呼吸途径的关键酶活性的维持或激活，从而维持糖的正常代谢，抑制糖异生亦是改良低温糖化的有效途径。蛋白质改良利用农杆菌介导法对马铃薯进行转化，获得了蛋白质高水平表达的转基因植株4, 7。1994年中国农业科学院蔬菜花卉研究所从荷兰AGRICO公司引进16个马铃薯品种，筛选出适合马铃薯薯条加工的品种阿克瑞亚(AGRIA)，该品种在栽培适应性、丰产性、抗病性和薯块性状、加工品质尤其是炸条品质表现突出。此外还筛选出高产、鲜食的马铃薯品种红多(KONDOR)。该品种块茎长椭圆形，红皮，薯肉淡黄色，表皮光滑，芽眼中等，商品率高，属中晚熟品种1。多年来，甘肃农业大学在用农杆菌转化的研究中发现，农杆菌中的T-DNA不仅是转基因的良好的载体，而且当它整合到植物细胞的染色体上时，能引起某些基因发生突变，从而使某个或某些性状发生变异。由于TDNA整合的位置是随机的，因而在转化后代中可获得许多变异类型，可以从中选择一些有利变异的个体。已从农杆菌诱变的变异体中选育出具有早熟、高产、抗病、耐贮藏、高干物质、低还原糖适合炸薯片的新品种“甘农薯1号”7。淀粉在干物质中含量最大，介于60%-90%之间，干物质含量与淀粉含量呈极显性相关，因此淀粉含量是影响干物质含量的重要因素3。还原性糖与可溶性糖含量间呈极显性相关，陈利等人认为马铃薯在生长期间，糖在块茎内的含量随块茎的形成和成熟而渐减，而淀粉含量逐渐积累，其中还原性糖在块茎成熟时降至最低，小块茎中还原性糖的含量大于大块茎3。王凤义、严凤喜（1984-1985）试验证明3，马铃薯还原性糖与块茎干物质间有不明显相关关系。另外一般来说，块茎内含量与块茎干物质和淀粉含量成反比3。吴毅歆等证实，冬季薯块还原糖积累要比春季少9。1.4 本试验的目的、意义本试验通过对2005年秋和2006年春播种的若干马铃薯育种材料的品质性状鉴定与分析，初步探讨马铃薯主要品质性状间的关系以及不同播种季节对马铃薯品质的影响，旨在为这些材料在马铃薯品质育种的利用提供参考。2 材料与方法2.1 供试材料 本试验选用四川农业大学农学院马铃薯研究中心收集、选育的材料，共17份。2.2 田间试验设计与田间管理 试验材料分别在2005年秋（9月）、2006年春（3月）在四川农业大学科研农场和张家坪试验地种植。试验地按2.5m开厢，行距0.5m，株距0.3m，单行种植；材料按顺序排列，每个材料种植35行。采用整薯播种，在生育期间进行田间常规管理。收获后每个材料随机抽样610块进行品质性状的测定。2.3 品质性状的测定选择大小适中薯块：洗净并在阴凉处晾干，削皮、切片，108杀青10min，60-70烘干至恒重，打磨成粉，测定下列品质性状：1) 粗蛋白（鲜样）含量测定：考马斯亮蓝G-250法（mg/g鲜重）10。2) 淀粉（鲜样）含量：碘比色法（%）11。3) 干物质（鲜样）含量：采用烘干前后称重法（%）12。4) 还原糖（鲜样）含量：采用3, 5-二硝基水扬酸比色法（%）11。5) 可溶性糖（鲜样）含量：采用蒽酮乙酸乙酯比色法（）11。6) 维生素C（鲜样）含量：采用2，6-二氯靛酚滴定法（mg100g）10。分别计算样品中蛋白质、淀粉、干物质、还原糖、可溶性糖、维生素C的含量。计算结果中，粗蛋白、维生素C含量均指其占鲜重的相对质量，而淀粉、干物质、还原性糖、可溶性糖含量均指其占鲜重的百分比。2.4 数据分析方法分别对2005年秋和2006春播种的马铃薯薯块品质性状进行鉴定，并对两季各品质性状进行相关分析。数据分析均在DPS（3.01）数据处理系统上完成。3结果与分析3.1 两季品质性状测定结果分别对2005年秋和2006年春各材料的品质性状的最大值、最小值和平均值进行计算，并对各个性状进行方差分析，结果见表1。表1各材料品质性间极值、平均值及F值性状2005年秋2006年春最大值最小值平均值F值最大值最小值平均值F值淀粉（%）20.7418.307013.02610.494*22.66710.51816.4917.361*维生素C(mg/100g)14.72720.74586.5781527.049*7.840850.350462.807129.432*粗蛋白(mg/g)12.89320.197847.464716.917*21.95361.242525.73381.8410干物质(%)25.626014.318019.195011.519*25.03206.599019.38004.994*还原性糖(%)0.041520.007670.01948133.015*0.027100.008660.0204314.416*可溶性糖(%)0.037860.01190.024912.973*0.047720.021060.0316911.228* 注： *表示p0.05 *表示p0.01 由表1可见，2005年秋与2006年春相比，维生素C含量明显降低，降低了3.77103 mg/100g鲜重；粗蛋白含量也有所下降，而淀粉含量有所上升；干物质、还原性糖、可溶性糖的含量变化不大。方差分析表明，2005年秋和2006年春的淀粉、维生素C、干物质、还原性糖的含量均在0.01水平上差异显著；2005年秋的粗蛋白含量和2006年春的可溶性糖含量也在0.01水平上差异显著；2005年秋可溶性糖含量在0.05水平上差异显著，而2006春年粗蛋白的含量无显著差异。3.2 品质性状间相关分析及季节比较分别对2005年秋和2006年春的材料的品质性状进行相关分析，结果见表2和表3。表22005年秋各品质性状相关系数淀粉(%)Vc(mg/100g)粗蛋白(mg/g)干物质(%)还原性糖(%)Vc(mg/100g)0.1818粗蛋白(mg/g)0.06190.2845干物质(%)0.7537*0.06440.0743还原性糖(%)0.45840.42800.35910.4573可溶性糖(%)0.07460.38810.2660.46890.4212注： *表示p0.05 *表示p0.01表32006年春各品质性状相关系数淀粉(%)Vc(mg/100g)粗蛋白(mg/g)干物质(%)还原性糖(%)Vc(mg/100g)0.2504粗蛋白(mg/g)0.20440.2603干物质(%)0.7935*0.14200.2065还原性糖(%)0.18690.21430.07170.0423可溶性糖(%)0.46980.01560.00540.7040*0.0186注： *表示p0.05 *表示p0.01由表2、表3可知，两季中淀粉含量与干物质含量间均呈极显性相关；2006年春干物质与可溶性糖含量呈极显性相关，而2005年秋的相关系数也较大；2005年秋还原性糖与其他几个品质性状间的相关系数均较大，而2006年春的这些相关系数却较小；其他性状间相关系数均变化不大。3.3 几份优异材料的品质性状及季节比较分别对17份材料的主要品质性状如淀粉含量、粗蛋白含量、还原性糖含量进行比较，结果见表4。由表4可见，两季中，淀粉含量均较高的材料有N5-14、N5-08；粗蛋白含量均较高的有N5-49、N5-14、N5-48；而还原性糖均较低的有N5-48、N5-16。再对几份优异材料的淀粉含量、粗蛋白含量、还原性糖含量分别作柱形图，如图1、图2、图3。由图1、图2、图3可见，2006年春的淀粉和还原性糖的含量高于2005年秋，粗蛋白的含量低于2005年秋。表4 春秋两季17份材料主要品质性状含量材料编号2005年秋2006年春淀 粉(%)粗蛋白(mg/g)还原性糖(%)淀 粉(%)粗蛋白(mg/g)还原性糖(%)N5-0614.1314.524090.0157319.8444.424830.02147N5-0820.2041.568550.0096119.6287.758910.02281N5-1010.3674.228400.0321617.3192.144170.01737N5-1210.5216.886870.0388015.3936.456480.02046N5-1414.77311.60390.0148820.4779.996510.02173N5-1611.1398.549460.0124220.3768.790590.01604N5-1710.7201.686100.0336416.0411.794450.02185N5-2914.1209.936890.0156113.9463.260780.02372N5-3210.7015.893280.0177413.6765.304100.01936N5-3415.0587.743180.0114614.3364.313350.01958N5-4714.2469.482230.0138217.2204.723720.02453N5-4810.77511.77910.0078219.8968.395020.01631N5-4913.55211.41580.0114012.0178.781580.02239N5-5012.2563.630270.0258214.7855.849420.01075N5-5114.28510.22700.0291912.7387.018290.02376N5-5213.39610.00150.0240718.0042.352540.02060N5-5311.2017.743260.0169714.6566.109850.02453 4讨论4.1 各材料品质性状及育种价值供试材料中各品质性状方差分析几乎全部差异显著,说明供试材料间品质性状间差异性较大，进一步试验将鉴定出不同用途的马铃薯品种。供试材料中，N5-14、N5-06淀粉含量在两季中均较高，且粗蛋白含量均在2%以上；N5-48、N5-34、N5-14等材料的淀粉含量均在14%以上，而且还原性糖含量均未高于0.25%；N5-08、N5-14淀粉均有一季高于20%，它们可分别用作淀粉加工型、炸片炸条等品质育种资源。4.2 品质性状间关系通过对两季17份材料的相关分析发现，淀粉与干物质含量间呈极显著相关，表明淀粉含量是影响干物质含量的重要因素，这与马铃薯块茎中干物质组分中淀粉含量最大的事实相符3。另外，干物质含量与可溶性糖含量间的相关系数也较大，而且2006年春呈极显著相关，说明可溶性糖的含量与干物质的含量也密切相关。此试验未显示可溶性糖与还原性糖呈极显著相关，可能是由于测定过程中产生的误差造成的，但事实上，可溶性糖与还原性糖是呈极显著相关的，所以淀粉含量提高时，还原性糖含量也提高，不利于专用加工品种的选育。4.3 季节对品质性状的影响供试材料中，2005年秋的N5-34、N5-50、N5-08、N5-06、N5-48等和2006年秋的N5-17、N5-47等，淀粉含量较大时，蛋白含量就会相应减少。资料显示，块茎中粗蛋白含量与淀粉含量呈负相关14，这与实验结果相似，但实验结果未显示负相关关系。另外，淀粉含量、还原性糖含量在2006年夏季的积累较多，而蛋白质含量2005年秋的积累较多，吴毅歆等认为这与马铃薯生长过程中各点的土壤水份状况的影响有关 8。谢发成、宋跃等认为，不同季节收获的马铃薯，处在不同的自然气候、生态条件下。秋薯生育期间处于温度由高到低日照由长到短环境。而春薯生育期间处于温度由低到高日照由短到长的环境，前者在逆境中生长发育，有碍有机物合成、淀粉积累和有利还原糖形成。其干物质、淀粉含量普遍比春薯低而还原糖则比春薯高15。这让我们看到，要同时提高淀粉含量与降低还原性糖含量是比较困难的。5 参考文献1 卢毕生, 陈雄庭. 马铃薯品质育种研究进展J. 福建热作科技, 2005, 30 (1): 33-35.2 盛万民. 中国马铃薯品质现状及改良对策J. 中国农学通报, 2006, 22 (2): 166-170.3 孙慧生. 马铃薯育种学M. 北京: 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Multiple signaling pathway control tuber in duction pot