106份特色甘薯品种资源品质性状评价与分析

2021-09-17赵凌霄邓逸桐衡曦彤程娟袁博赵冬兰戴习彬曹清河

江苏农业学报 2021年4期

赵凌霄邓逸桐衡曦彤程娟袁博赵冬兰戴习彬曹清河

摘要：以來自不同育种单位的54份橘肉甘薯和52份紫肉甘薯品种资源为材料，测定块根中淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白、β-胡萝卜素和花青苷的含量。结果表明，橘肉甘薯的可溶性糖和还原糖含量通常高于紫肉甘薯，淀粉含量低于紫肉甘薯，粗蛋白含量与紫肉甘薯类似;橘肉甘薯的β-胡萝卜素含量为0.4～280.7 μg/g，紫肉甘薯的β-胡萝卜素含量最高为31.8 μg/g，花青苷含量为15.0～20.0 μg/g。相关性分析结果表明，淀粉含量和可溶性糖含量、还原糖含量呈极显著负相关。基于6种营养物质的含量，分别将橘肉甘薯和紫肉甘薯品种资源聚为5个和4个类群;其中，二者均为第II类群种质资源综合品质较好。本研究结果为这些甘薯品种资源的加工利用及品种改良提供理论参考和材料基础。

关键词：甘薯;营养品质;糖类;粗蛋白;β-胡萝卜素;花青苷

中图分类号： S531 文献标识码： A 文章编号： 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]属旋花科番薯属，起源于中南美洲，目前广泛种植于世界各地[1]。甘薯的营养品质通常是指甘薯块根的营养物质，包括糖类、花青素、类胡萝卜素和蛋白质等的种类和含量[2]。其中，甘薯淀粉能够用于加工粉条、糖果和面包等产品[3];可溶性糖和还原糖的种类和含量影响着甘薯的甜度等口味[4-5];甘薯蛋白质在人体内具有清除自由基、抑制血糖升高和清除胆固醇等多重健康功效[6-7];紫肉甘薯中含有的花青素能够有效降低人类心脑血管疾病、癌症及神经衰退等多种疾病的患病风险;橘肉甘薯中的β-胡萝卜素能够有效改善人类维生素A缺乏症[8-9]。不同的用途对甘薯品质的要求也不同，淀粉型甘薯品种要求淀粉产量高，用于鲜食的甘薯品种要求糖类含量高，而用于营养品开发的甘薯品种要求花青素含量高[10-11]。因此，甘薯品种资源的品质评价和综合分析越来越受到育种学家的关注。

近年来国内推广的甘薯品种较多，来源于国内外多家培育单位[12]。甘薯种质资源的丰富性是品种改良的基础，科学有效地评价和分析甘薯的品质性状是品种改良的关键[13]。因此，本研究选择了来源于国内和国外不同育种单位的54份橘肉甘薯和52份紫肉甘薯品种，借助化学测定、近红外光谱仪以及液质联用仪等测定了块根中淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白、β-胡萝卜素及紫肉甘薯中花青苷的含量，以期为这些甘薯品种资源的加工利用及品种改良提供理论参考和材料基础，进一步推进甘薯产业的发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选择了培育地点不同的106份特色甘薯种质资源材料（表1），其中54份橘肉甘薯资源材料来源于国内13省（直辖市或自治区）的24个市（区）以及刚果（布）和日本，52份紫肉甘薯资源材料来源于国内12省（直辖市或自治区）的25个市（区）以及日本，这些材料均保存于国家种质徐州甘薯试管苗库。试验材料按照常规栽培管理措施进行栽插，生育期为120 d。

1.2 甘薯干基淀粉、还原糖、可溶性糖和粗蛋白含量的测定

将收获的鲜薯块切成细条，混匀后取50 g置于80 ℃烘箱中烘至恒质量，在家用型破壁机（中国美的公司产品，型号MJ-WBL25B36）中充分磨碎后过100目铜网，收集干粉用于后续测定。

甘薯干基淀粉和可溶性糖含量的测定采用D-Glucose试剂盒（爱尔兰Megazyme公司产品）进行。甘薯干基还原糖和粗蛋白含量的测定参考唐忠厚等[14]的方法进行。

1.3 甘薯鲜样中β-胡萝卜素和花青苷含量的测定

利用液质联用技术（HPLC-MS）测定块根中β-胡萝卜素和花青苷含量。取6 g甘薯块根，加入40 ml提取液（丙酮∶甲醇∶甲酸=25∶75∶1，体积比），充分打磨后离心20 min（6 000 r/min，4 ℃），取上清液浓缩至2 ml，上机检测。以矢车菊素为内标。根据标准曲线方程Y=4 218.124x-1 877.159（Y为强度值，x为样品浓度）计算物质含量。

1.4 数据处理

本研究使用Microsoft Excel 2019软件（美国微軟公司产品）进行数据分析，使用IBM SPSS Statistics 19软件（美国IBM公司产品）对数据进行相关性分析和聚类分析（类平均法，UPGMA），使用Photoshop CS6（美国Adobe公司产品）软件进行图片处理。

2 结果与分析

2.1 甘薯品种资源材料6种营养成分含量的分布规律

本研究测定了所选106份特色甘薯品种资源6大主要营养成分的含量，结果（表2）表明，橘肉甘薯和紫肉甘薯的干基淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白、β-胡萝卜素和花青苷的含量分布存在多样性（图1）。

54份橘肉甘薯种质的干基淀粉含量为40.70%～74.68%，52份紫肉甘薯种质的干基淀粉含量为46.11%～73.07%（表2，图1A）。其中，分别有2份紫肉甘薯（南紫08和福宁紫4号）和14份橘肉甘薯的干基淀粉含量低于55.00%。Guo等[15]的研究结果表明，橘肉甘薯的淀粉含量低于紫肉甘薯，与本研究结果相似。另外，有4份橘肉甘薯和1份紫肉甘薯（川紫薯4号）干基淀粉含量超过70.00%，这可能是由于品种的特殊性或者种植区域土壤肥力差异导致的[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，图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，这也与Guo等[15]的研究结果一致。橘肉甘薯的还原糖含量为0.99%～18.12%，紫肉甘薯的还原糖含量为1.59%～13.59%（表2）。其中，还原糖含量除4.00%～8.00%的含量范围中紫肉甘薯种质的数量多于橘肉甘薯外，其他含量范围（0～4.00%及8.00%～20.00%）内紫肉甘薯种质的数量均少于橘肉甘薯（图1C）。橘肉甘薯和紫肉甘薯的干基粗蛋白含量分布规律基本类似（表2），在含量低于5.00%的范围，紫肉甘薯种质的数量（5份）略多于橘肉甘薯（3份），在5.00%～9.00%的含量范围，橘肉甘薯种质的数量多于紫肉甘薯，在高于9%的范围，二者均有7份（图1D）。紫肉甘薯的β-胡萝卜素含量分布在0～31.8 μg/g，橘肉甘薯的β-胡萝卜素含量分布在0.4～280.7 μg/g，其中33份含量低于31.8 μg/g（表2）;说明橘肉甘薯中同样存在β-胡萝卜素含量较低的材料，而紫肉甘薯β-胡萝卜素含量均较低（图1E）。紫肉甘薯测得花青苷的含量在12.5～38.8 mg/g，其中有28份集中在15.0～20.0 mg/g（表2，图1F）。

2.2 甘薯种质资源材料6种营养成分含量的相关性分析

本研究进一步对106份特色甘薯种质资源的6种营养物质的含量进行了相关性分析。结果（表3）表明，在全部的橘肉甘薯中，可溶性糖含量、还原糖含量和淀粉含量呈极显著负相关（相关系数分别为：-0.943，P<0.01;-0.841，P<0.01），可溶性糖和还原糖含量呈极显著正相关（相关系数为：0.874，P<0.01）。在紫肉甘薯中，淀粉含量与可溶性糖含量、还原糖含量同样呈极显著负相关（相关系数分别为：-0.836，P<0.01;-0.726，P<0.01;），可溶性糖含量和还原糖含量呈极显著正相关（相关系数分别为：0.787，P<0.01）。橘肉甘薯中淀粉含量与粗蛋白含量呈显著负相关，紫肉甘薯中还原糖含量与粗蛋白含量呈显著负相关。

2.3 甘薯种质资源6种营养成分含量的聚类分析

近年来，基于品质性状相关指标对种质资源进行聚类分析和评价逐渐成为常用的研究手段[16-17]。本研究基于淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白及β-胡萝卜素等5种营养成分的含量数据，计算各品种间的遗传距离（欧氏距离），利用类平均法将54份橘肉甘薯聚为5个类群（图2）。第I类群有31份种质材料，其中，来自河南、浙江、河北和日本的橘肉甘薯种质全部被分到该类群;该类群种质材料具有淀粉含量高和β-胡萝卜素含量覆盖面较广等特点，多为淀粉含量高、肉色较浅的甘薯品种，例如心香、栗子香和日本甘薯品种安纳等。第II类群有15份材料，其中来自广西、北京和贵州的材料全部被分到该类群，5大类营养成分含量均较高，因此综合品质较好，其中包括徐薯34号和烟薯25号等。第III类群有5份材料，分别是湛薯407号、苏薯8号、广薯98号、苏薯22号和龙薯15号，该类群材料的特点是糖含量较高，β-胡萝卜素含量偏低。第IV类群包括2份材料，济薯26号和刚果（布）2号，该类群材料的β-胡萝卜素含量最高。第V类群只有1份材料（泰薯14号），其淀粉含量最低，可溶性糖、还原糖和β-胡萝卜素含量均较高。另外，来自广东、陕西、重庆和四川的橘肉甘薯种质全部分到第I类群和第II类群中，同时粗蛋白含量与橘肉甘薯的品种或培育地点的关联度不高。

本研究基于紫肉甘薯的淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白、β-胡萝卜素及花青苷等6种品质性状的含量数据，采用类平均法，将52份紫肉甘薯资源聚为4个类群（图3）。第I类群中有34份材料，其中来自广东、河南、陕西、浙江和日本的紫肉甘薯种质全部分布在该类群中，该类群具有淀粉含量较高的特点，包括广紫薯1号、宁紫薯5号和绫紫等。第II类群包含15份材料，其中来自内蒙古和安徽的紫肉甘薯种质全部被分到该类群中，该类群具有糖含量较高的特点，综合品质较好，包括渝紫香10号和泉紫薯96等。第III类群只包含1份种质材料，为川紫薯4号，该材料淀粉含量最高，糖含量最低。第IV类群包含2份材料，南紫08和福宁紫4号，其淀粉含量最低，糖含量最高。另外，紫肉甘薯种质的粗蛋白和花青苷含量在品种或分类间差距不大。

3 讨论

甘薯品种资源品质性状的评价与分析对甘薯优质品种的选育及甘薯产业的健康持续发展至关重要。不同甘薯品种的品质特征存在差异，徐娟等[18]测定了28份国内优質食用型甘薯种质的营养成分，发现块根中维生素C和蛋白质等营养物质之间存在相关性。胡玲等[19]分析了中国20份甘薯育成品种和20份地方品种的品质性状，发现地方品种和育成品种在薯块可溶性糖含量、粗蛋白含量及淀粉含量上存在差异。沈升法等[20]研究了浙江地区广泛种植的62份甘薯品种的品质，发现浙江省甘薯以淀粉型和粮饲兼用型为主，在甘薯深加工领域具有较高的潜力。赵冬兰等[21]研究了176份甘薯地方种的品质性状，根据农艺性状进行聚类分析，筛选出优质品种若干份。唐君等[13]分析了从国际马铃薯研究中心引进的76份特用型甘薯品种的产量、抗病性和品质性状，筛选出具有高干物率和高胡萝卜素含量的材料多份，为拓宽中国甘薯遗传基础提供了材料储备。赵冬兰等[22]评价了从国际马铃薯研究中心引进的32份种质资源的品质性状，阐明了其中优质品种的营养成分。虽然近年来对甘薯资源品质性状评价与分析的研究已经成为热点[23-25]，但是上述研究在全面阐明甘薯种质资源的品质性状时均存在一定的局限性。例如，单个研究中所选用的甘薯品种来源地较为集中，阐明的品质性状较少或所采用的研究手段较为单一。本研究首先从国内不同育种单位和不同国家引进了106份特色甘薯品种资源，极大地增强了试验材料来源的丰富性，提高了试验结果的客观性;采用了包括试剂盒测定、近红外仪和液质联用仪等多种研究手段或设备，实现对甘薯块根中全部营养成分进行专一地测定，增加了试验结果的准确性;最后，本研究在阐明了甘薯块根中6种营养物质含量的基础上，分析了不同营养物质在所选甘薯材料中的含量分布及相关性，借助聚类分析进一步筛选出综合品质较好的甘薯品种。本研究结果为甘薯种质资源的深度评价和利用提供参考，筛选出的甘薯优异种质为优质甘薯新品种的选育提供了材料支撑。

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（责任编辑：陈海霞）

收稿日期：2021-01-10