2010年9月 中国粮油学报 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Vo1.25,No.9 Sep.2010 第25卷第9期 紫甘薯主要品质性状基因型与环境效应研究 唐忠厚 李 强 李洪民 马代夫 (中国农业科学院甘薯研究所,徐州221121) 摘 要 利用甘薯国家区试7个紫甘薯材料,分析不同基因型差异和环境效应互作对其主要品质性状的 影响以及其相关性。结果表明:不同基因型紫甘薯间产量水平、干率、淀粉以及可溶性糖均达极显著差异(P< O.01),不同产地间产量水平和蛋白质呈极显著差异(P<0.01),对还原糖和可溶性糖达显著差异(P<0.05); 相关分析表明紫甘薯不同品质指标之间相关性存在较大差异,花青素合成代谢主要受基因控制;选育高花青 素品种(系)主要从遗传背景分析,选择高花青素品种(系)为亲本。 关键词 紫甘薯品质性状基因型环境效应 中图分类号:¥531 文献标识码:A 文章编号:1003—0174(2010)09—0032—04 甘薯[tpomoe ̄batatas(£.)Lam.]为旋花科块根作 (系)以及徐薯18、南薯88和金山57等3个对照品 物,是我国重要粮食、饲料和工业原料作物;我国2005 种(见表1)。 年种植面积5.6×10。hm ,总产量达1.03×10 t¨ 。紫 表1供试品种目录 甘薯是甘薯特有品种类型,它不仅营养丰富,而且还 序号 品种 亲本组合 选育单位 富含具有天然抗氧化性和清除自由基等生理活性作 l 福薯13 Ayamurasaki×夏引1号福建省农科院作物所 用的天然色素,是一种重要的天然色素源和营养保 2 广紫薯2号 广薯2K一29×揭薯 广东省农科院作物所 95—16 健食物源。近年来随着农村产业结构的调整和人们 泉紫薯1号 夏引1号×金山57 福建省泉州市农科所 保健意识的提高,优质紫甘薯市场的需求量日益增 伟祥1号 山川紫×豫薯lO号 山东省济宁市任城区 加,紫甘薯已成为研究热点 。 徐02S20—1 商sL一19放任授粉 江苏徐州甘薯研究中心 烟紫薯176 目前,不同基因型和环境效应对甘薯主要品质 种子岛紫放任授粉 山东省烟台市农科院 郑群紫1号 山川紫×苏薯8号 河南省农科院粮作所 性状方面已有研究 J,但针对紫甘薯主要品质的影 8 徐薯18 新大紫×52—45 江苏徐州甘薯研究中心 响研究未见报道。本试验选择利用参加国家区试的 (北方区CK) 烟紫176、广紫2、福l3、伟祥1、郑群、泉紫l和徐¥20 9 南薯88 晋专7号×美国红 四川省南充市农科所 (长江区CK) —1等7个紫甘薯品种(系)和3个对照品种,分别在 lO 金山57 cl80×南徽7号 福建农林大学作物学院 徐州、南京和龙岩等3处种植 ,对其主要品质指标 (南方区CK) 进行测定,同时分析各指标之问的相互关系以及受 环境因素影响程度,以便挖掘优良品种资源供作育 1.2仪器与试剂 种材料或直接在生产上利用,为紫甘薯品种鉴定和 UV一2450紫外分光光度计:日本岛津公司; 开发利用提供理论依据。 VECTOR22/N近红外光谱分析仪:德国Bruker公司; D一37520 Osterode高速冷冻离心机:德国HERAEUS 1 材料与方法 公司。试剂均为分析纯。 1.1材料 1.3试验方法 选择参加国家区试的烟紫176、广紫2、福13、伟 试验采用随机区组排列设计,3个重复,5行区,小 祥1、郑群、泉紫1和徐¥20—1等7个紫甘薯品种 区面积13.3~20 m ,统计面积均折算为0.003 3 hm , 密度为46 300—62 500彬hm 。徐州、南京和龙岩 基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费(NYHYZX07—012 —0IC) 等3处土壤分别为沙壤土、黏壤土和砂质灰泥田,肥 收稿日期:2009—09—14 作者简介:唐忠厚,男,1976年出生,助理研究员,甘薯育种和品 力均为中等及以上;5~6月份栽插,十月份收获,全 质分析 生育期1 19~158 d。各试点均根据具体情况进行了 第25卷第9期 唐忠厚等紫甘薯主要品质性状基因型与环境效应研究 33 除草、治虫、灌溉、排水等田间管理措施 j。 1.4分析方法 选择健壮、无病害的鲜甘薯,洗净,切成条状, 70℃烘干,磨成粉,过80目,备用。 淀粉、粗蛋白、还原糖和可溶性糖等使用近红外数 学模型分析 ]。干率采用常规烘干法。花青素含量 采用柠檬酸一磷酸盐缓冲液比色法(pH 3.0) J。 1.5数据分析 全部数据均值计算,数据采用SPSS13.0版软件 分析。 2 结果与分析 2.1基因型与环境效应对紫甘薯产量与干率的影 响 作物产量水平受多因素影响。数据分析结果表 明(表2),不同紫甘薯基因型与环境效应明显,产量 水平变异很大,变幅在958.4~2 120.9 kg/667 m 。 伟祥1号在南京点(长江薯区)与对照品种南88相 比,其增产幅度为4.3%,在徐州点(北方薯区)与对 照品种徐薯18相比,其增产幅度最大为7.5%,在龙 岩点(南方薯区)产量最高,但与对照品种金山57相 比,其减产幅度达10.1%,说明伟祥1号在各个试验 点都有明显产量优势;烟紫薯176在南方薯区龙岩 量最低,降幅最大为63.5%,在北方薯区,泉紫薯1 号与烟紫薯176产量皆偏低。南方薯区不同品种的 产量不同程度高于其他薯区。 表2各地供试紫甘薯产量差异比较 干率是甘薯最基本、最常用的品质指标,许多报 道显示甘薯干率存在品种间差异_2 ;数据分析表 明(表3),不同紫甘薯基因型干率变异很大,变幅在 24.59%~37.45%,但不同薯区间差异不明显,说明 环境效应对其影响甚微。其中广紫薯2号和徐 02S20—1的干率各点均较高,而伟祥1号各点干率 均较低。 表3 各地供试紫甘薯干率差异比较 2.2基因型与环境效应对紫甘薯主要营养品质性 状的影响 淀粉是甘薯主要营养成分,是衡量其品质的基 本品质指标;数据显示,其中徐02S20—1处北方薯 区淀粉率最高,达68.67%,相对其它基因型,其平均 值亦最高;郑群紫1号江薯区淀粉率最低,但供 试品种间与地区问变异幅度小。 蛋白质是人体必须营养素,其含量高低对甘薯 的营养价值和功能有重要影响,是评价甘薯品质性 状的主要指标。迄今已报道的甘薯块根蛋白质含量 (干基)分布范围很大 一 ;本研究也表明,其中南 方薯区蛋白质含量普通高于长江薯区,说明甘薯蛋 白质含量高低除受基因控制外,主要受栽培等环境 因素控制,对于鲜食型甘薯而言,欲提高其蛋白质或 氨基酸含量,栽培措施对其有潜力空间_l 。 表4各地供试紫甘薯主要营养品质指标差异比较(干基) 34 中国粮油学报 2010年第9期 甘薯块根富含碳水化合物,除淀粉外,还有还原糖 和可溶性糖,对此已有研究 。。,品种(系)差异大。 数据显示,本供试材料还原糖和可溶性糖变幅大,分别 为2.99%~10.52%、5.9%~12.69%,基因型效应、环 溶性糖有类似结果,但其品种(系)间差异呈极显著 水平。紫甘薯品种(系)中花青素含量的高低主要由 基因型决定,其差异呈极显著水平(P<0.000 1),但环 境条件对其也有一定的影响,尤其年重复间综合环境 境效应以及基因型与环境互作效应都明显。 2.3 基因型与环境效应对紫甘薯花青素含量的影响 紫甘薯花青素属黄酮类物质,自然状态下多以 花色苷的形式存在,广泛应用于医药、食品、保健品 因素影响明显,其差异也达极显著水平,从本试验供试 品种(系)中,紫心与非紫心亲本杂交后代花青素含量 普遍较低(表5),故选育紫甘薯品种(系),在考虑环境 因子同时,尤其考虑双亲本遗传力以及其遗传效率。 等领域,具有抗氧化、消除自由基、抗炎、抗癌变、预 防心血管疾病等功能。目前,鲜紫甘薯及其产品受 到广泛重视,在国内市场上逐渐走俏,被视为甘薯中 的珍品 ’ 。 在实际科研和生产中,衡量一个紫甘薯品种 (系)花青素含量高低,应该以单位面积总量为重要 指标,本区试7个紫甘薯品种(系)中,烟紫薯176在 龙岩点最高,均达5O.62 g/666.7 m ,而泉紫1号和 郑群紫1号较低,最低分别为5.85 g/666.7 m 和 9.95 g/666.7 m (见表5)。 表5供试紫甘薯花青素含量差异比较 注:表中字母表示5%差异水平 2.4基因型与环境效应对紫甘薯主要品质指标的 方差分析 表6是紫甘薯主要品质指标的方差分析。数据 表明,紫甘薯产量水平主要受遗传效应与环境效应 影响,品种和地点间差异都呈极显著水平(P< 0.001),但品种与地点的互作效应无明显差异。供 试的紫甘薯品种(系)间干率呈极显著差异,受地点 及地点与品种的互作效应无明显差异。在淀粉率方 面,紫薯品种(系)问呈极显著差异水平(P< 0.001),地点及地点与品种的互作效应无明显差异, 说明甘薯淀粉主要受遗传基因控制,选育高淀粉品 种须从遗传角度出发,栽培措施潜力有限。紫甘薯 蛋白质含量品种(系)问以及年重复间都呈显著差 异,而地点间呈极显著差异。紫甘薯还原糖品种 (系)以及地点间差异明显,年重复呈极显著差异,可 表6紫甘薯各指标水平方差分析 晶菩件Pr>F 来源自由度— ——千 —— _ 磊 五 — 吾 品种 6 <0.001<0.001 0.001 0.033 3 0.010 1 0.005 3<0.O0l 地点 2 0.000 4 0.181 7 0.63 0.003 l 0.020 8 0.016 8 0.852 2 品种×地点12 0.665 6 0.860 5 0.84 0.998 6 0.851 3 0.981 9 0.999 8 年重复 1 0.015 0 0.595 8 O.72 0.020 3 0.001 3<0.001<O.001 误差 20 总和 41 注:P<0.05显著,P<O.Ol极显著 2.5紫甘薯主要品质指标间相关性分析 相关分析结果表明(表7),紫甘薯不同品质指标 之间相关性存在较大差异;淀粉与其他指标相关性 关系强,与蛋白质含量呈极显著负相关,与还原糖、 可溶性糖呈显著负相关,与产量也呈一定显著相关 性;干率与其他指标相关性关系较强,与淀粉呈极显 著正相关,与还原糖、可溶性糖呈极显著负相关,与 蛋白质呈显著负相关;紫甘薯花青素含量与其他指 标相关性关系一般,与可溶性糖呈极显著负相关,与 还原糖也具一定显著负相关,可能含糖量高在一定 程度上抑制花青素合成代谢,花青素合成代谢强弱 主要受基因控制;而产量在与其他指标相关性上最 弱,也说明产量受基因型和环境条件双重因素影响。 表7供试紫甘薯主要品质指标相关性分析 里旦堕 堕堕里 丝 王圣垄重 量 淀粉 1 蛋白质一0.435” 1 还原糖一0.327 一0.378‘ 1 可溶性糖一0.393 一0.20 0.598“ 1 干率0.674”一0.36 一0.425“一0.454“ 1 花青素 一0.093 0.253 —0.324 一0.461“0.258 1 产量0.199 0.120 0.027 —0.098—0.138—0.147 l 注: 为0.Ol水平下显著性差异, 为0.05水平下显著性差异 3讨论与结论 基因型与环境互作效应是生物学特性和自然规 律的互作,它对选育能抵抗不良环境的广泛适应性 或特殊适应性品种具有重要意义。本试验表明,紫 第25卷第9期 唐忠厚等紫甘薯主要品质性状基因型与环境效应研究 35 甘薯品质性状存在显著差异可能受多种因素的影 效应研究[J].中国粮油学报,2008,25(1):54—57 响,如甘薯的成熟度、提取实验处理、天气因素、水 [4]江苏徐州甘薯研究中心.中国甘薯品种鉴定年鉴(2006— 质、土壤因素、地理位置等,但主要还是受基因型控 2007)[M].江苏:[出版者不详],2008 制,选择符合科研和生产需求的紫甘薯品种更多从 [5]王肇慈.粮油食品品质分析[M].北京:中国轻工业出版 育种角度出发,从遗传背景分析 ,如以高花青素品 社,2000 种(系)为亲本。 [6]唐忠厚,李洪民,马代夫.甘薯蛋白质含量近红外光谱数 学模型应用研究[J].中国食品学报,2008,8(4):169— 试验环境条件是影响甘薯品种品质的一个重要 173 因素,只有条件相匹配的试验才有充分的说服力,试 [7]张允刚,房佰平.甘薯种质资源描述规范和数据标准 点条件相对一致是进行区试品种品质验证的重要前 [M].北京:中国农业出版社,2006 提。参试品种生育期要一致,试验全程标准化,包括 [8]Collins W W,Walter Jr.Potential for increasing nutirtional 试验方案标准化、区试用种标准化、试验操作标准 value of sweetpotato.[C]//Villareal and Gfiggs T D.Proc 化、试验记载标准化、试验检验测试方法标准化以及 1 st International Symposium on Sweetpotato.Tai wan:[s. 试验汇总标准化,客观反映参试品种的各项性状,譬 n.],1982 如品质分析,由于分析方法或手段差异,导致数据的 [9]Tsou C S,Hong T L,Kan K K.Application of NIRS as mass 误差较大,建议成立类似于国家级甘薯品质监督检 screening techniques at AVRDC[C]//Anon.Proc 2nd inter- 验测试中心。 national NIRS Conference.[S.n.],1989 [10]Braber C,Reynose D,Dufour D,et a1.1999.starch content 目前,国家甘薯区试品种都是实名操作,为一些 and properties of 106 sweetpotato clones from the world 育种者提供了解参试品种的机会,容易造成了人为 germplasm collection held at CIP,Peru[J].CIP program re— 性试验数据的偏差。建议所有参试品种统一编号, port,1997,98:279—286 最好试点间的同一品种代号也不一样,打乱参试品 [11]张爱君,马飞,张明普.黄潮土的钾素状态与钾肥效应的 种编号排序,以提高试验结果的准确性、真实性。 长期定位试验[J].江苏农业学报,2000,16(4):237—241 [12]Makoto Yoshimoto,Shigenori Okuno,Tooru Kumagai.Distli— 参考文献 bution of Anthocyanin Pigments in Storage Root S of Purple [1]FAO.Food and Agricultural commodities production[EB/ —Colored Sweetpotato[J].Ayamurasaki,Sweetpotato Re- OL].http://faostat.fao.org/site/339/defauh.aspx search Front,1999,8:2 [2]陆国权.甘薯品质性状的基因型与环境效应研究[M].北 [13¨K黎玉,徐品莲,谢一芝,等.甘薯主要经济性状的遗传 京:气象出版社,2003 参数估算及其在育种中的应用意义[J].江苏农业学 [3]唐忠厚,陆国权.甘薯抗性淀粉含量的基因型差异与环境 报,1996,12(3):44—50. Genotypic Variation and Environmental Effects on Quality Traits of Purple Sweet Potato Tang ZhonghOU Li Qiang Li Hongmin Ma Daifu (Institute of Sweetpotato,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Xuzhou 22 1 1 2 1) Abstract 7 purple materials from sweet potato regional tiral were tested.Diferences between genotypic varia— tion and environmental effects on purple sweet potato quality as well as their correlation were analyzed.Results:There are extremely signiifcant diferences in production level,dry rate,starch,and soluble sugar among the 7 purple sweet potato genotypes(P<0.01);the differences are highly signiifcant(P<0.01)in yield and protein among different places and are signiifcant(P<0.05)in reducing sugar and soluble sugar.Anthocyanidins anabolism is controlled by gene.Genetic background should be considered in breeding high anthocyanidins varieties(1ines),and high—anthocy— anidins varieties(1ines)should be chosen as parents. Key words purple sweet potato,quality traits,genotypes,environmental effect