吳琪瀅，李德明，郭志乾，何 萍*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743099；3.寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院，寧夏 固原 756200）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.），糧、菜、飼、藥兼用，是中國乃至全球第四大糧食作物，具有極高的產(chǎn)量潛力和營養(yǎng)價值[1,2]。馬鈴薯塊莖含有的營養(yǎng)物質(zhì)十分豐富，包括人和動物所必需的礦物質(zhì)、多種維生素、還原糖、蛋白質(zhì)和淀粉等，廣泛應(yīng)用于馬鈴薯各種生產(chǎn)加工用途中[3-5]。在中國，馬鈴薯生產(chǎn)長期以追求高產(chǎn)為目標(biāo)，而忽略對專用型品種的選育和改良[6]，造成加工專用型馬鈴薯品種占比不足總量的10%，且種植品種類型單一，所占比例相對較高的為鮮食型和飼料型，分別為64.66%和16.86%，這種狀況下導(dǎo)致鮮食品種市場過剩，而加工型品種卻供不應(yīng)求，嚴(yán)重制約了中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展[7,8]。因此，對不同馬鈴薯種質(zhì)資源產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行綜合分析、評價和分類，可以為篩選出符合不同用途的專用型優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種提供理論依據(jù)。

根據(jù)用途馬鈴薯品種大致可分為3類：鮮食型品種、油炸加工型品種和淀粉加工型品種[9]。干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、維生素C、還原糖等指標(biāo)是評價馬鈴薯品質(zhì)性狀的主要指標(biāo)[10]，對于淀粉加工專用型馬鈴薯品種要求淀粉含量在18%以上[11,12]，而油炸加工型品種要求還原糖含量在0.4%以下，同時對馬鈴薯塊莖的芽眼、薯形和薯肉顏色也有相應(yīng)的要求[13,14]。滿足蛋白質(zhì)含量大于2%且維生素C含量高于15 mg/100 g的馬鈴薯品種適宜用作鮮食[8]。原霽虹等[15]通過隸屬函數(shù)法綜合分析9個馬鈴薯品種的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，篩選出4 個綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳的品種。趙春波等[16]對14 個馬鈴薯品種的干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、維生素C 和還原糖含量進(jìn)行測定分析，并通過隸屬函數(shù)法對各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，篩選出5個綜合營養(yǎng)品質(zhì)較高的品種。王丹等[17]采用聚類分析等方法，將22份當(dāng)?shù)刂髟缘鸟R鈴薯品種根據(jù)其對營養(yǎng)品質(zhì)的分析和評價，將其劃分為3種類型，分別為鮮食類型、油炸加工類型和淀粉加工類型。閆海鋒等[18]利用隸屬函數(shù)法對廣西冬作區(qū)25份馬鈴薯品種的干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、維生素C和還原糖含量進(jìn)行綜合分析與評價，利用系統(tǒng)聚類分析法將供試品種分為3大類，最終篩選出1份鮮食型，1份鮮食和油炸加工兼用，2份油炸加工型和2份淀粉加工型品種。

關(guān)于不同馬鈴薯品種營養(yǎng)品質(zhì)分析評價的研究已有大量報道[16-18]，但不同地區(qū)的地質(zhì)地貌、氣候和土壤等環(huán)境因素存在較大差別，現(xiàn)有研究中大部分供試品種并不適宜作為西北地區(qū)寧夏和甘肅的主栽品種種植。寧夏和甘肅作為北方一作區(qū)馬鈴薯種植的主要分布區(qū)域，適合該地區(qū)種植的馬鈴薯種質(zhì)資源通過自主選育和引進(jìn)日漸豐富，但將這些品種進(jìn)行系統(tǒng)性分析、評價及分類的研究鮮見報道。因此，本研究采用相關(guān)性分析和隸屬函數(shù)法，對自主選育和引進(jìn)的159份馬鈴薯品種的產(chǎn)量和主要營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析和綜合評價，明確不同馬鈴薯品種間產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的差異，以期為篩選出適合西北地區(qū)種植且符合不同用途且綜合營養(yǎng)品質(zhì)較好的專用型馬鈴薯品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)品種和地點(diǎn)

試驗(yàn)供試品種共159份，分別設(shè)置在經(jīng)緯度和氣候類型比較相近的寧夏（試驗(yàn)地點(diǎn)1，76個品種，編號1～76）和甘肅（試驗(yàn)地點(diǎn)2，83個品種，編號77～159）（表1）。

表1 供試馬鈴薯品種（系）及編號Table 1 Test potato varieties (lines) and numbers

試驗(yàn)地點(diǎn)1位于寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣馬蓮鄉(xiāng)張堡塬村國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系固原綜合試驗(yàn)站的試驗(yàn)地，介于 E 105°20′～106°4′、N 35°35′～36°14′， 海 拔 1 688～2 633 m。 年 平 均 氣 溫12.7℃，年平均降水量570.2 mm，全年無霜期198 d。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，土壤為灰褐土，品種播種采取隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)長16.5 m，寬4 m，每小區(qū)種植4 行，小區(qū)面積66 m2，測產(chǎn)時全區(qū)收獲。于2020年4月23日播種，采用機(jī)械起壟，人工點(diǎn)播方式種植，行距90 cm，株距25 cm。播種前施有機(jī)肥3 750 kg/hm2，復(fù)合肥（N∶P2O∶5K2O=15∶15∶15）750 kg/hm2，6月10日開始滴灌2次，每次追施尿素（N 46%）75 kg/hm2，磷酸二氫鉀（P2O552%，K2O 35%）15 kg/hm2。于 2020 年 9 月 15 日收獲。統(tǒng)一進(jìn)行田間管理及病蟲害防治。

試驗(yàn)地點(diǎn)2位于甘肅省定西市安定區(qū)國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系定西試驗(yàn)站香泉示范基地，E 104°37′，N 35°32′，海拔2 020 m。年平均氣溫5.9℃，年平均降水量500 mm，全年無霜期128 d。試驗(yàn)地前茬作物為馬鈴薯，土壤為黃綿土，品種播種采取隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)長30 m，寬11 m，9 行區(qū)，小區(qū)面積330 m2，每個小區(qū)測產(chǎn)面積13.34 m2。于2020年4月28日播種，采用機(jī)械起壟，人工點(diǎn)播方式種植，行距90 cm，株距25 cm。播種時施復(fù)合肥（N∶P2O∶5K2O=10∶15∶20）1 200 kg/hm2，馬鈴薯生育期灌水一次，無追肥，于2020年9月24日收獲。統(tǒng)一進(jìn)行田間管理及病蟲害防治。

1.2 樣品制備與測定方法

馬鈴薯成熟收獲后，每個品種選取3株馬鈴薯的塊莖，在清洗其表面泥土晾干后，放置于4℃冰箱保存。選擇新鮮薯塊用于測定塊莖的維生素C 含量，且在一周內(nèi)完成其維生素C含量的測定。將塊莖切片、殺青后80℃烘干至恒重，粉碎制成干樣后，用于測定塊莖的干物質(zhì)、淀粉、還原糖和蛋白質(zhì)含量。各品質(zhì)指標(biāo)均重復(fù)測定3次，取其平均值作為各品種的試驗(yàn)結(jié)果。采用烘干稱重法[19]測定塊莖干物質(zhì)含量、蒽酮比色法[20]測定塊莖淀粉含量、3,5-二硝基水楊酸比色法[19]測定塊莖還原糖含量、凱氏定氮法[19]測定塊莖蛋白質(zhì)含量、2,6-二氯靛酚滴定法[19]測定塊莖維生素C含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用 Microsoft Excel 2010 和 Origin 2019 軟件完成數(shù)據(jù)整理分析與圖表制作，利用隸屬函數(shù)法對馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價[21]。計算公式如下:

式中，W 為馬鈴薯某一品種某一指標(biāo)的測定值；Wmax、Wmin分別為所有供試品種中該指標(biāo)的最大值和最小值。W1表示的隸屬函數(shù)值是與綜合營養(yǎng)品質(zhì)呈正相關(guān)的指標(biāo)（產(chǎn)量、干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)和維生素C）；W2表示的隸屬函數(shù)值是與綜合營養(yǎng)品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)（還原糖）。最后以產(chǎn)量和各品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值來反映綜合營養(yǎng)品質(zhì)的高低。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同馬鈴薯品種各指標(biāo)變異程度

寧夏地區(qū)馬鈴薯各指標(biāo)變異系數(shù)中，還原糖的變異最大，其變異系數(shù)為0.65；變異最小的為干物質(zhì)，其變異系數(shù)為0.12。產(chǎn)量與5個品質(zhì)性狀的變異系數(shù)大小依次為還原糖＞產(chǎn)量＞維生素C＞蛋白質(zhì)＞淀粉＞干物質(zhì)（圖1A）。甘肅地區(qū)馬鈴薯各指標(biāo)變異系數(shù)中，還原糖的變異最大，其變異系數(shù)為0.75；變異最小的為干物質(zhì)，其變異系數(shù)為0.11。產(chǎn)量與5 個品質(zhì)性狀的變異系數(shù)大小依次為還原糖＞產(chǎn)量＞維生素C＞蛋白質(zhì)＞淀粉＞干物質(zhì)（圖1B）。綜上所述，寧夏、甘肅地區(qū)不同馬鈴薯品種各指標(biāo)變異程度相似，可以將兩地放在一起進(jìn)行關(guān)于西北地區(qū)不同馬鈴薯種質(zhì)資源產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的綜合分析及評價。

圖1 寧夏和甘肅不同馬鈴薯品種各指標(biāo)變異程度Figure 1 Variation of various indexes of different potato varieties in Ningxia and Gansu Provinces

2.2 不同馬鈴薯品種塊莖營養(yǎng)品質(zhì)分析

所有品種產(chǎn)量變化范圍較大，產(chǎn)量最低的品種為‘宣薯8號’，其產(chǎn)量為1 998 kg/hm2，產(chǎn)量最高的品種為‘華薯9號’，其產(chǎn)量高達(dá)87 468 kg/hm2，全部品種平均產(chǎn)量為40 924 kg/hm2。進(jìn)一步按照產(chǎn)量低、中、高進(jìn)行分類，產(chǎn)量≤30 000 kg/hm2的品種占供試品種的21.38%，絕大多數(shù)品種產(chǎn)量介于30 000～60 000 kg/hm2，占供試品種的69.18%，產(chǎn)量＞60 000 kg/hm2的占供試品種的9.43%（圖2A）。

干物質(zhì)含量兩極分化較大，其中‘天薯15號’的干物質(zhì)含量最低，為13.56%，‘中薯19號’的干物質(zhì)含量最高，達(dá)28.88%，全部品種平均干物質(zhì)含量為19.65%。進(jìn)一步按照干物質(zhì)含量低、中、高進(jìn)行分類，干物質(zhì)含量≤15%的品種占供試品種的4.40%，干物質(zhì)含量介于15%～20%的品種最多，占供試品種的54.09%，干物質(zhì)含量超過20%的有66份，占供試品種的41.51%（圖2B）。

淀粉含量變化趨勢與干物質(zhì)含量相似，均表現(xiàn)為兩極分化較大，淀粉含量最低的品種為‘中薯28號’，其淀粉含量為8.63%，淀粉含量最高的品種為‘中薯19號’，其淀粉含量達(dá)21.40%，全部品種平均淀粉含量為15.60%。進(jìn)一步按照淀粉含量低、中、高進(jìn)行分類，淀粉含量≤10%的品種占供試品種的2.52%，供試品種的淀粉含量絕大部分介于10%～18%，占供試品種的81.76%，淀粉含量超過18%的有25份，占供試品種的15.72%（圖2C）。

圖2 不同馬鈴薯品種各指標(biāo)含量及分布Figure 2 Content and distribution of various indexes of different potato varieties

還原糖含量兩極分化較于其他指標(biāo)來說最大，其中‘寧薯18號’的還原糖含量最低，為0.01%，還原糖含量最高的品種為‘晉薯16號’，達(dá)2.67%，全部品種平均還原糖含量為0.7%。進(jìn)一步按照還原糖含量低、中、高進(jìn)行分類，還原糖含量≤0.15%的品種占供試品種的4.40%，還原糖含量介于0.15%～0.40%的品種占供試品種的26.42%，絕對大多數(shù)品種的還原糖含量大于0.4%，占供試品種的69.18%（圖2D）。

蛋白質(zhì)含量兩極分化較大，中間分布趨勢較為平緩，其中‘京張薯2 號’的蛋白質(zhì)含量最低，為0.98%，‘東農(nóng)310’的蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)3.11%，全部品種平均蛋白質(zhì)含量為1.78%。進(jìn)一步按照蛋白質(zhì)含量低、中、高進(jìn)行分類，蛋白質(zhì)含量≤1.5%的品種占供試品種的16.98%，大部分品種的蛋白質(zhì)含量介于1.5%～2.0%，占供試品種的61.64%，蛋白質(zhì)含量大于2.0%的品種占供試品種的21.38%（圖2E）。

維生素C 含量分布范圍較廣，兩極相差較大，其中‘隴薯15 號’的維生素C 含量最低，為4.03 mg/100 g，維生素C 含量最高的品種為‘中薯早43 號’，達(dá)31.80 mg/100 g，平均維生素C 含量為15.62 mg/100 g。進(jìn)一步按照維生素C 含量低、中、高進(jìn)行分類，絕大多數(shù)品種維生素C 含量≤15 mg/100 g，占供試品種的51.57%，維生素C 含量介于15%～20 mg/100 g 的品種占供試品種的28.30%，維生素C 含量＞20 mg/100 g 的占供試品種的20.13%（圖2F）。

2.3 不同馬鈴薯品種塊莖產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)性分析

供試馬鈴薯品種塊莖的產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果表明，一對品質(zhì)性狀表現(xiàn)為正相關(guān)性，其中供試馬鈴薯品種塊莖的干物質(zhì)含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)（P ＜0.01）。五對品質(zhì)性狀表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性，其中干物質(zhì)含量與還原糖和維生素C 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P ＜0.01），淀粉含量與還原糖和維生素C 含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P ＜0.05），還原糖含量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P ＜0.05）。其余各項品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平（表2）。

表2 不同馬鈴薯品種各品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of various quality characters of different potato varieties

2.4 不同馬鈴薯品種塊莖營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

通過隸屬函數(shù)法計算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值和平均隸屬函數(shù)值，以平均隸屬函數(shù)值的大小代表供試品種營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價的高低。結(jié)果表明，供試品種營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價最佳（X ＞0.6）的馬鈴薯品種有14 份，其中綜合營養(yǎng)品質(zhì)排前三的依次為‘中薯 19 號’‘華薯 9 號’和‘東農(nóng) 310’，其隸屬函數(shù)值分別為0.79、0.73 和0.69；營養(yǎng)品質(zhì)較差（X ＜ 0.30）的馬鈴薯品種依次為‘天薯12 號’和‘晉薯16 號’，其隸屬函數(shù)值均為0.28；其余馬鈴薯品種營養(yǎng)品質(zhì)位次居中（圖3）。

圖3 寧夏、甘肅馬鈴薯各指標(biāo)平均隸屬函數(shù)值Figure 3 Average membership function values of potato indexes in Ningxia and Gansu Provinces

3 討 論

近年來，隨著馬鈴薯主食產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，馬鈴薯被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、加工和消費(fèi)等方面，人們從追求溫飽轉(zhuǎn)向追求營養(yǎng)和品質(zhì)[22]。由于馬鈴薯利用途徑不同，所以對品質(zhì)的要求也存在差異[23]。本研究通過對不同品種馬鈴薯品質(zhì)進(jìn)行分析、評價和分類，可以篩選出符合不同用途的專用型馬鈴薯，以滿足人們的不同需求。

變異系數(shù)表示數(shù)據(jù)之間的離散程度，可用于分析不同馬鈴薯品種品質(zhì)性狀的遺傳變異情況[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩地區(qū)之間不同馬鈴薯品種各指標(biāo)的變異程度相似，所以將兩地放到一起分析比較，但不同馬鈴薯品種間產(chǎn)量、干物質(zhì)、淀粉、還原糖、蛋白質(zhì)和維生素C含量存在較大差異，且兩地馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量、還原糖和維生素C含量的變異系數(shù)較大，這與閆海峰等[18]對廣西冬作區(qū)不同馬鈴薯品種品質(zhì)綜合評價的研究結(jié)果存在差別，這一方面表明不同地區(qū)土壤、氣候等環(huán)境條件對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較大，另一方面也表明供試品種這些指標(biāo)的多樣性指數(shù)高，遺傳改良潛力較大，具有較好的品質(zhì)性狀改良的遺傳基礎(chǔ)。

本研究發(fā)現(xiàn)，塊莖干物質(zhì)與還原糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與頡瑞霞等[24]和潘峰[25]的研究結(jié)果一致。因此，在選用油炸加工型馬鈴薯時，主要以高干物質(zhì)和低還原糖為基礎(chǔ)指標(biāo)，同時參考其他農(nóng)藝性狀[26]。此外，還發(fā)現(xiàn)還原糖含量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)。薯條在加工過程中，還原糖與氨基酸中的天門冬酰胺發(fā)生美拉德反應(yīng)，可以使炸條顏色變深[27]，因此蛋白質(zhì)含量越高，高溫油炸后炸條顏色就越深。本研究按照不同用途馬鈴薯品種的品質(zhì)要求，利用品質(zhì)指標(biāo)分級法，篩選出適宜三種不同用途的馬鈴薯品種。一是適宜鮮食的高維生素C、高蛋白質(zhì)且產(chǎn)量相對較高的馬鈴薯品種，本研究中蛋白質(zhì)含量≥2.0%的品種34 份，維生素C 含量≥15 mg/100 g 的品種76份，同時滿足這兩種品質(zhì)要求的品種23份，其中產(chǎn)量≥60 000 kg/hm2的品種分別為‘華薯9號‘’中薯38號’和‘鄭薯7號’。二是適宜油炸加工的高干物質(zhì)、低還原糖的馬鈴薯品種，本研究中干物質(zhì)含量≥20%的品種66 份，還原糖含量＜0.15%的品種7份，同時具備兩種良好品質(zhì)的品種6份，分別為‘青薯9號’‘榆薯5號’‘隴薯22號’‘天薯11號’‘中薯56號’和‘寧薯18號’。三是適宜淀粉加工的高淀粉型馬鈴薯品種，本研究中淀粉含量≥18%的品種25份，其中淀粉含量排前三的分別為‘中薯19’‘維拉斯’和‘凱薯1號’，其淀粉含量分別為21.40%、20.98%和20.88%。

對蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行客觀合理的綜合分析評價，需要綜合研究各品質(zhì)指標(biāo)[18]。隸屬函數(shù)法提供了一種基于材料性狀多指標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評價的方法，可以克服僅用少數(shù)幾個指標(biāo)對品種進(jìn)行評價的不足[28]。目前，這種方法也被廣泛應(yīng)用在其他蔬菜上，可行性高。徐義康等[29]利用隸屬函數(shù)法對不同大白菜品種的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析評價，并根據(jù)分析結(jié)果對供試品種從優(yōu)到劣進(jìn)行排序。羅海玲等[30]和王紹輝等[31]利用隸屬函數(shù)法分別對山藥和胡蘿卜的綜合營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行分析評價，并篩選出綜合營養(yǎng)品質(zhì)較好的品種。陳德明等[32]利用隸屬函數(shù)值法對不同品種小麥的抗鹽性進(jìn)行評價，并根據(jù)分析評價結(jié)果對不同品種小麥的抗鹽性從優(yōu)到劣進(jìn)行排序。李守強(qiáng)等[33]和白磊等[34]通過隸屬函數(shù)法分析評價不同馬鈴薯品種的品質(zhì)狀況，并篩選出具備較好營養(yǎng)品質(zhì)的馬鈴薯品種。因此，本研究利用隸屬函數(shù)法對不同馬鈴薯品種的品質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價，目的是篩選出適宜不同用途且綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳的馬鈴薯品種。已篩選出馬鈴薯品種中隸屬函數(shù)值大于0.6，即綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳的馬鈴薯品種為適合鮮食的品種‘華薯9號’；適合油炸加工的品種‘天薯11號’和‘隴薯22號’；適合淀粉加工的品種‘中薯19號’‘東農(nóng)310’‘甘農(nóng)薯9號’‘中薯31號’和‘維拉斯’。

按照品質(zhì)指標(biāo)分級法，本研究從159份供試品種中篩選出3 份適宜鮮食的馬鈴薯品種，分別為‘華薯9號’‘中薯38號’和‘鄭薯7號’；6份適宜油炸加工的馬鈴薯品種，分別為‘青薯9號’‘榆薯5號’‘隴薯 22 號’‘天薯 11 號’‘中薯 56 號’和‘寧薯 18號’。25份適宜淀粉加工的馬鈴薯品種，其中淀粉含量排前三的分別為‘中薯19號’‘維拉斯’和‘凱薯1號’。在此基礎(chǔ)上，按照隸屬函數(shù)值法分級，篩選品種中隸屬函數(shù)值大于0.6即綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳的馬鈴薯品種共8份，包括1份鮮食型品種‘華薯9號’，2份油炸加工型品種：‘天薯11號’和‘隴薯22號’，5份淀粉加工型品種：‘中薯19號’‘東農(nóng)310’‘甘農(nóng)薯9號’‘中薯31號’和‘維拉斯’。需要指出的是，本研究得出的結(jié)果是在寧夏和甘肅一年田間試驗(yàn)條件得出的，其產(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)可能受不同年際間水熱條件的影響會有所不同。