张中宁 张晨霞 吴莘玲 陈晨 刘震宇 陈德华 陈媛

摘要：为研究不同种植密度对马铃薯产量和品质的影响，以早熟马铃薯品种费乌瑞它和早大白为供试材料，设置52 500、67 500、82 500株/hm2等3个种植密度，测定不同密度下马铃薯的产量及构成、比重、还原性糖含量、直链淀粉含量、淀粉磷含量、淀粉粒度、淀粉热力学特性等指标。结果表明，随着种植密度的增大，马铃薯产量呈先上升后下降的趋势，在67 500株/hm2时达到最高，而单株结薯数和马铃薯块茎单薯质量呈下降趋势;还原性糖含量呈上升趋势，直链淀粉的含量、淀粉磷含量、淀粉体积平均粒径呈下降趋势，淀粉糊化的起始温度、终值温度、峰值温度均增高。综上，52 500株/hm2 时，马铃薯的单薯质量和比重最高;直链淀粉含量和淀粉平均体积粒径也高于其他密度;淀粉中还原性糖含量最低，利于高温加工;当种植密度为82 500株/hm2时，淀粉含磷量最高，淀粉的糊化温度高于其他种植密度。当种植密度为67 500株/hm2时，马铃薯的产量最高，而品质则介于以上2个密度之间。因此，生产中可以通过密度来调节马铃薯的部分淀粉品质，根据产量要求、口感品质、用途等选择合适的种植密度。

关键词：马铃薯;种植密度;产量;淀粉品质;理化特性;方差分析;影响

中图分类号：S532.04   文獻标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）07-0059-08

收稿日期：2021-02-24

基金项目：江苏省高等学校自然科学研究面上项目（编号：18KJB210013）。

作者简介：张中宁（1996—），男，江苏盐城人，硕士研究生，主要从事作物栽培研究。E-mail：17352462202@163.com。

通信作者：陈 媛，博士，讲师，主要从事作物栽培研究。E-mail：cheny@yzu.edu.cn。

马铃薯是茄科茄属一年生草本块茎植物，是世界上第四大粮食作物，其营养丰富，抗逆、抗病性强，产量高，易贮藏。尽管我国马铃薯产量与种植面积名列世界前几，但加工利用率及增值率很低。淀粉加工是我国马铃薯加工中占比最大的一部分，约占总产量的20%[1]。

在世界范围内，马铃薯淀粉产量排名第二，其类脂物含量低，淀粉、聚合物含量高。马铃薯淀粉及其衍生物是造纸、纺织、建材、化工等很多领域的添加剂、黏结剂、增强剂等;在医学方面上，马铃薯淀粉可生产多种酶、酵母、人造血液等;目前，各国已研发出了上百种用马铃薯淀粉和其他粮食制成的美味又营养的食品[2]。

自然气象条件、土壤肥力、块茎成熟度、栽培技术、品种等都会影响到马铃薯淀粉品质[3-7]。6个品种在5个不同的地点的4年试验数据表明，地点、年份和品种都对淀粉的直链淀粉含量、磷含量和淀粉体积有显著影响[8]。不同生态条件下，马铃薯淀粉含量与品质也会相应发生变化，纬度是主要影响因素。在我国北方，马铃薯淀粉含量与纬度成正比，且低纬度地区的黏度低于高纬度地区[9]。同一纬度地区的不同海拔高度对淀粉产量与品质也存在一定影响。低海拔地区光照较少、温度较高、降水量多，相对于高海拔地区不利于提高淀粉的产量及品质。马铃薯是一种喜凉怕热的作物，高温不利于淀粉的积累[10]。在温室的持续高温环境下，马铃薯淀粉的糊化温度升高，直链淀粉含量升高，并且有更强的抗降解能力[11]。Noda等根据10年的气象数据和马铃薯淀粉品质的数据进行了相关性分析，结果表明，糊化温度和年积温有显著的相关性，并且磷含量在高温年份会稍有降低。但是没有检测到从开花期到收获期的降水量和淀粉品质指标的相关性[12]。收获期对淀粉品质影响的研究表明，晚1个月收获的马铃薯有较高的淀粉粒体积、峰值黏度、磷含量、崩解值，以及较低的糊化温度含量和直链淀粉含量[13]。钙肥的施用显著降低了峰值黏度和淀粉粒体积，同时改变了细胞壁中的物质组成[14]。

种植密度是影响马铃薯淀粉产量和品质的重要影响因素。由于植物生长资源的竞争，种植密度增大会引起资源分配的压力，导致产量差异大，品质参差不齐。合理密植可以形成有利的空间体系，促进淀粉的积累和品质的提升。关于密度对淀粉品质的影响，在水稻、小麦、玉米[15]中均有很多研究。关于密度对水稻淀粉品质的影响，胡雅杰等认为，种植密度对峰值黏度、崩解值、热浆黏度等影响较大，而对起始糊化温度、峰值温度影响较小[16]。谢黎虹等则认为，不同种植密度对水稻糊化过程的回复值和消减值有显著影响，种植密度为13.5万株/hm2时，消减值最高，种植密度为27万株/hm2时，消减值最低[17]。蔡瑞国等对小麦的研究表明，随着密度的增加，小麦中直链淀粉含量下降，总淀粉、支链淀粉的含量增加，直支比也下降，密度增加到450万株/hm2时，则呈相反趋势[18]。孔令平等的研究表明，玉米品种间糊化特征值差异显著，而密度对糊化特征值的影响较小[19]。

目前，大部分马铃薯的研究都是针对种植密度对产量与生长特性的影响，而对马铃薯淀粉特性的影响鲜有涉及。本研究主要以早熟品种费乌瑞它和早大白为材料，研究不同种植密度下马铃薯淀粉品质的变化，以期为提高马铃薯产量和品质提供栽培管理的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与栽培

于2018—2019年在扬州大学农学院（江苏扬州）试验田进行，试验地为沙壤土，土壤有机质含量为17.8 g/kg、水解氮含量为64.8 mg/kg、速效磷含量为25.6 mg/kg、速效钾含量为85.4 mg/kg。2年都于1月15日播种、6月10日收获。选择生产上广泛使用的早熟马铃薯品种费乌瑞它和早大白为供试材料。采用起垄地膜覆盖方式种植，人工穴播方式播种。小区长6.0 m，宽2.8 m，每个小区4行，行距0.7 m。施氮肥 （N） 130 kg/hm2，磷肥 （P 2O 5） 75 kg/hm2，钾肥 （K 2O） 200 kg/hm2。其他生长管理措施按大田高产栽培要求进行。生育期间进行中耕、除草处理2次;根据气候干旱情况进行灌溉，病虫草害的防治按当地常规进行。

1.2 试验处理

试验采用裂区设计方法，3次重复，以品种[费乌瑞它（F）和早大白（Z）]为主区，种植密度为裂区，设3个密度：52 500、67 500、82 500株/hm2，分别以P1、P2、P3表示。

1.3 测定方法

1.3.1 产量及产量性状的测定

按小区实收，换算获得实际产量，并收取中间2行的10株，测量单薯质量和每株结薯数。

1.3.2 块茎比重的测定

收获后1周内将马铃薯块茎洗净晾干，称取5 kg样品，浸入17.5 ℃的水中称质量（使块茎全部浸没在水中，并避免块茎碰到容器壁）。根据公式：块茎比重=块茎在空气中的质量/（块茎在空气中的质量-块茎浸入水中的质量），计算出块茎比重。

1.3.3 还原性糖含量测定

参考杨俊慧等的试验方法[20]，使用3，5-二硝基水杨酸（DNS）比色法，利用紫外分光光度计测定还原性糖含量。

1.3.4 马铃薯淀粉的制备

参考王丽等的制备方法[21]，称取去皮马铃薯1.5 kg，切片后再切丁，加水，用搅碎机打碎，将打碎的马铃薯放入蒸馏水中浸泡2 h，静置沉淀后放于200目筛上过滤并丢弃液体，重复3～5次后将沉淀物放入烘箱中，40 ℃烘干，粉碎后过筛，置于密封纸袋中保存备用。

1.3.5 直链淀粉含量的测定

参考张娟等的方法[22]，使用碘蓝比色法测定，利用紫外分光光度计在620 nm 处测吸光度，计算直链淀粉含量。

1.3.6 淀粉磷含量的测定

参考赵凯等的方法[23]，采用钼锑抗分光光度法测定，根据提前绘制的磷标准曲线方程，计算样液中的磷含量。

1.3.7 淀粉粒度

用激光衍射粒度分析仪（Mastersizer 2000，Malvern，England）分析淀粉粒体积分布，以100%无水乙醇作分散介质。

1.3.8 热力学特性

使用差示扫描量热分析仪（differential scanning calorimetric，DSC）进行测量。取 10 μg 淀粉，并加入20 μL ddH 2O，于铝质样品盘中摇匀，密封后于4 ℃过夜，以10 ℃/min的升温速率使温度从20 ℃升至100 ℃，同时以空白铝盒作為参照，测定峰值温度（peak temperature，简称 T  P）、起始温度（onset temperature，简称 T  o）、终值温度（conclusion temperature，简称 T  c）和热焓变化值（enthalpy of transition，简称Δ H ）。

1.4 统计分析

采用Excel软件对原始数据进行整理和描述性统计分析。统计分析则利用SAS软件进行比较处理，使用最小显著性差异（ LSD ）法测验显著性。

2 结果与分析

2.1 种植密度对马铃薯产量及产量性状的影响

不同处理对2个马铃薯品种产量有显著影响，2年中2个品种的产量均在67 500株/hm2时达到最高，且P2F产量最高，P2Z次之（图1-A）。方差分析结果表明，密度与品种间互作不显著（表1）。2年产量随着密度的增加呈先升后降趋势。即当密度为67 500株/hm2时，产量最高，密度为 52 500株/hm2 时产量最低。在2018年，品种间产量差异显著，费乌瑞它产量显著高于早大白。2019年品种间产量差异不显著。

进一步分析表明，种植密度对2个马铃薯品种的单株结薯数和单薯质量有显著影响，进而影响了产量（图1-B和图1-C）。随着种植密度的增加，单位面积株数增加，单株结薯数和单薯质量均呈下降趋势，2年试验中2个品种在52 500株/hm2种植密度下的单株结薯数和单薯质量均显著高于 82 500株/hm2 的种植密度处理，但是52 500、67 500株/hm2 的种植密度处理下单株结薯数和单薯质量均无显著差异。因此，当密度由52 500株/hm2增长到67 500株/hm2，在没有显著降低单株结薯数和单薯质量的情况下，由于种植密度的增高，株数增多，从而显著提高了最终产量。品种间的比较结果表明，费乌瑞它的单株结薯数高于早大白，而早大白的单薯质量高于费乌瑞它。

2.2 种植密度对马铃薯比重的影响

马铃薯品质测定中通常采用测量比重（密度）的方法来间接地测定淀粉含量。由图2可知，不同处理间马铃薯比重差异显著，其中2年的P1Z比重均最高。方差分析结果表明，密度与品种间互作不显著（表1）。2个年度结果一致表明，种植密度显著影响比重，种植密度为52 500株/hm2时马铃薯比重最高，其次是 67 500株/hm2 的种植密度处理，而 82 500株/hm2 种植密度时比重最低，但67 500、82 500株/hm2的种植密度处理间没有显著差异。早大白的比重在2018年显著高于费乌瑞它，但在2019年2个品种的比重无显著差异。

2.3 种植密度对还原性糖含量的影响

不同处理间还原性糖含量差异显著，且2年间P3F的还原性糖含量均最高，而P1Z的最低（图3）。方差分析结果表明，2018年密度与品种间互作影响不显著，2019年密度与品种间互作达极显著影响，这种差异性可能是由于2个品种的还原性糖含量随着密度增高而增高的程度不同造成的（表1）。种植密度对马铃薯块茎还原性糖含量有显著的影响。

随着种植密度的增大，还原性糖含量呈上升趋势。2年间 82 500株/hm2 种植密度处理的还原性糖含量均显著高于 52 500株/hm2 种植密度处理。2个品种的还原性糖含量比较结果表明，早大白的还原性糖含量显著低于费乌瑞它。

2.4 种植密度对直链淀粉含量的影响

不同处理间直链淀粉含量差异显著，其中P1F的直链淀粉含量最高，而P3Z的最低（图4）。方差分析结果表明，密度与品种间互作对直链淀粉含量影响不显著（表1）。种植密度对马铃薯直链淀粉含量的影响显著。随着种植密度的增大，直链淀粉的含量呈下降趋势。52 500株/hm2 种植密度下马铃薯直链淀粉含量最高，显著高于67 500、85 000株/hm2的种植密度处理。早大白直链淀粉含量显著低于费乌瑞它。

2.5 种植密度对淀粉磷含量的影响

不同处理间淀粉磷含量差异显著，其中P3Z的淀粉磷含量最高（图5）。方差分析结果表明，密度与品种间互作不显著（表1）。种植密度对马铃薯淀粉磷含量的影响显著，2年在同一品种内，磷含量在不同密度处理间均表现为82 500株/hm2>67 500株/hm2>52 500株/hm2，其中67 500、82 500株/hm2 种植密度处理与52 500株/hm2种植密度处理差异显著。总体上，与52 500株/hm2相比，在2018年，67 500、82 500株/hm2的种植密度处理的淀粉磷含量分别提高2.1%、50%;在2019年，67 500、82 500株/hm2 的种植密度处理的淀粉磷含量分别提高10.4%、13.1%。品种间马铃薯淀粉磷含量的比较结果表明，2018年2个品种间无显著差异，2019年早大白显著高于费乌瑞它。

2.6 种植密度对马铃薯淀粉粒度分布的影响

密度和品种对淀粉粒度分布的影响显著，种植密度增大显著降低了淀粉粒平均粒径（表2），总体上，在2018年，52 500、67 500、82 500株/hm2的种植密度处理的淀粉粒体积平均粒径分别为36.18、35.09、33.32 μm，在2019年，52 500、67 500、82 500株/hm2 的种植密度处理的淀粉粒体积平均粒径分别为39.57、37.75、37.37 μm。密度与品种间互作在2018年影响显著、2019年影响不显著。2018年密度与品种间的互作影响显著是由于2个品种淀粉粒度分布对密度的响应存在差异;虽然总体上2个品种都随着密度增高而平均粒径变小，其中67 500、52 500株/hm2的种植密度处理的平均粒径均显著高于82 500株/hm2，但是费乌瑞它随密度增大平均粒径先增大后变小，而早大白呈现一直下降趋势。2019年2个品种平均粒径均随着密度增大而逐渐降低，其中52 500株/hm2的平均粒径显著高于67 500、82 500株/hm2的种植密度处理。早大白的平均粒径显著低于费乌瑞它。进一步分析粒径分布结果表明，平均粒径随着密度的变小是由于≤30 μm的淀粉粒比例显著增多，而≥50 μm的淀粉粒比例显著降低导致的。

2.7 种植密度对马铃薯淀粉热力学特性的影响

由表3可知，2018年密度与品种间的互作对马铃薯淀粉热力学特性参数影响不显著，在2019年对马铃薯淀粉热力学特性参数影响显著。总体上，2年热力学特征参数随密度变化趋势基本一致，随着种植密度的增大，起始温度、峰值温度、终值温度均呈上升趋势，并且2019年差异更显著，表明高种植密度下的马铃薯淀粉需要更高的温度才开始糊化。2018年，种植密度在52 500、67 500株/hm2时，2个品种的热焓变化值差异不显著，种植密度在 85 000株/hm2 时，热焓变化值数值达到最低，且显著低于其他种植密度。2019年，各密度间热焓变化值无显著差异。2年热力学特征参数在品种间结果不完全一致。2018年，早大白的热焓变化值显著高于费乌瑞它，但起始温度显著低于费乌瑞它。2019年，早大白的起始温度、峰值温度、终值温度均显著高于费乌瑞它，2个品种的热焓变化值无显著差异。

3 讨论

种植密度是影响马铃薯产量的重要因素。由于植物的生长资源的竞争，种植密度增大会引起资源分配的压力，导致产量差异大，品质参差不齐[24]。王多成等认为，马铃薯种植密度与株高成正比，与商品薯率成反比，对淀粉含量无显著影响;单株结薯个数、单株产量在密度为75 000株/hm2时表现最好[25]。在余帮强等的研究中，种植密度为 66 000株/hm2 时，马铃薯产量最高[26]。杨帆等认为，种植密度在54 000株/hm2时的产量低于种植密度为63 000株/hm2的产量，但大马铃薯率最高，这一种植密度有利于大块茎的形成，其中的淀粉含量较高[27]。本研究的产量也是在67 500株/hm2时达到最高，同时随着密度的增大，块茎数和单薯质量降低，同时比重也下降，这和以上的研究结果一致。

康鹏玲等的研究还表明，种植密度对还原糖含量有一定影响，在67 500株/hm2时含量最高，显著高于其他种植密度，高温加工时，还原性糖与游离氮基酸发生美拉德反应，产生带有苦味的褐色物质和致癌物质，严重影响了马铃薯食品的色泽和品质[28]。本研究中还原性糖含量也随着种植密度的增大而升高，这与以上研究结果相似。

磷元素作为马铃薯淀粉分子中最重要的元素，并在马铃薯淀粉中以共价键的形式存在于支链淀粉中。随着磷含量的提高，马铃薯淀粉与水黏合度高，淀粉糊透明度高，易膨胀，且淀粉糊很少出现凝胶和老化现象。有研究表明磷含量和直链淀粉含量呈负相关[8]，本研究也表明，随着密度增加，直链淀粉含量降低，支链淀粉含量升高，磷含量提高。淀粉颗粒糊化和热力学特性受颗粒大小、半结晶层结构、结构程度以及直链淀粉含量等因素综合影响。淀粉支链淀粉含量高，糊化温度高[7]。Kim等研究了42个品种的马铃薯淀粉，发现淀粉磷含量和糊化起始温度呈现正相关关系[29]，并且Alvani等对11个马铃薯品种的研究也发现磷含量和峰值温度之间呈正相关关系[3]。磷含量的提高意味着更多支链淀粉的存在以及更稳固的晶体结构，因此需要更高的糊化溫度去破坏晶体结构。本研究中随着密度增高，支链淀粉含量升高，磷含量升高，淀粉分子结合比较紧密，淀粉糊化的起始温度、终值温度、峰值温度也相应升高。

淀粉粒度分布除受其自身的遗传性状控制外，还受环境条件和栽培措施的影响。前人的研究表明，马铃薯同一品种随着块茎增大，淀粉的平均粒径呈增大趋势[30]，且较晚的收获时间导致块茎变大的同时淀粉粒径也增大[31]。本研究中随着种植密度增大，马铃薯块茎变小，并且粒径也同时变小，与以上结果相似。耿庆辉的研究表明，在灌溉和旱作条件下，随着种植密度提高，A型淀粉粒（>9.8 μm）体积、表面积百分比降低，B型淀粉粒（<9.8 μm）体积、表面积百分比呈升高趋势[32]。本研究结果表明，种植密度的提高显著降低了淀粉平均粒径，与以上结果一致。相较于结构紧密粒径小的淀粉颗粒，结构松散粒径大的淀粉的半结晶层结构的有序性和一致性以及结晶层厚度越小，淀粉粒在较低温度下分子间氢键断裂，水分子进入微晶束结构，结晶结构消失的早，变成黏稠的糊浆，易于糊化。本研究结果表明，随着种植密度增大，淀粉平均粒径降低，而淀粉糊化的起始温度、终值溫度、峰值温度均增高，表明密度增大导致的淀粉粒径变小，使得淀粉结晶度更高，需要更高的温度才开始糊化。Wang等的研究显示，粒径较小的马铃薯淀粉颗粒的直链淀粉含量较低，而支链淀粉含量较高[33]，本研究结果与之一致，随着密度增大，淀粉粒径变小，同时支链淀粉含量增高。

4 结论

马铃薯产量在67 500株/hm2时达到最高，而单株结薯数和马铃薯块茎单薯质量呈下降趋势。随着种植密度的增大，还原性糖含量呈上升趋势，直链淀粉的含量、淀粉磷含量、淀粉体积平均粒径呈下降趋势，淀粉糊化的起始温度、终值温度、峰值温度均增高。费乌瑞它的单株结薯数显著高于早大白，早大白的单薯质量高于费乌瑞它，费乌瑞它比早大白产量更高。早大白的还原性糖含量和直链淀粉含量均显著低于费乌瑞它。因此，生产上可以通过密度来调节马铃薯的部分淀粉品质，根据产量要求、口感品质、用途等选择合适的种植密度。

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