马铃薯是全球第四大粮食作物,对种植环境的要求较低、整体产量较高并且营养丰富,因此在世界各地得到广泛种植
[1-4]。马铃薯在尼泊尔饮食结构中占据重要地位,据不完全统计,尼泊尔人均消耗马铃薯75 kg/年,从海拔100 m以下的南方到海拔高达4 000 m的北部山区,马铃薯均有种植,是尼泊尔种植面积较大的农作物,种植面积达19.70×10
4 hm
2,总产量为258.63×10
4 t,平均单产仅为13.13 t/hm
2[5]。尼泊尔马铃薯生产主要集中在北部山区的辛杜巴尔乔克县(Sindhupalchok)等3个县,平均海拔1 500~2 500 m,毗邻中国边境,地势陡峭、滑坡频繁,耕地随山坡而开垦,春季干旱冰雹频繁,夏季雨水不断,冬季寒冷干燥,由于马铃薯适应能力强,而且凉爽的气候适宜生产优质马铃薯,故深受尼泊尔北部地区农民的青睐,是当地主要的种植作物
[6]。因此,在“一带一路”倡议的大背景下,在尼泊尔开展农业援助工作尤其是筛选适合尼泊尔种植的马铃薯高产优质品种具有重要意义。
尼泊尔马铃薯种薯生产体系建设起步晚且不健全,育种工作整体滞后,未选育出本国自有马铃薯品种,育种工作均为引种认定,从上世纪90年代开始,尼泊尔先后从荷兰、秘鲁、阿根廷、美国、印度等国家引进并认定了‘Desiree’‘Janakdew’‘Khumal Laxmi’‘Khumal Seto-1’‘Khumal Ujjwal’‘Kufri Jyoti’等马铃薯品种
[7],由于引入的这些马铃薯品种适应性不强,在当地病害发生严重,产量低,因此只在尼泊尔局部地区零星种植,且引进的品种大多已经退化、混杂,目前尼泊尔主要种植的马铃薯品种为‘Rosita’和当地农家品种,‘Rosita’是20世纪80年代从瑞士引进的品种,至今未认定,但在尼泊尔适应性较好,目前存在混杂和退化等问题,产量仅为12~15 t/hm
2,总体而言尼泊尔缺乏马铃薯优良品种,远远不能满足生产需求。因此亟需引入高产、抗病、优质的马铃薯新品种(系),改变当地马铃薯生产现状。鉴于此,本研究通过引进12个马铃薯品种(系),在尼泊尔辛杜巴尔乔克县开展品种(系)适应性评价试验,测定不同品种(系)生育期、农艺性状、块茎性状、病害发生情况、口感评价、产量等指标,并用主成分分析对营养品质进行综合评价,旨在筛选出适宜尼泊尔北部山区推广种植的优良马铃薯品种(系),有效补充马铃薯种质资源,以期为推动尼泊尔马铃薯优良品种规模化种植、加工及应用提供品种支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地尼泊尔马铃薯作物发展中心(Potato Crop Development Center ),位于尼泊尔辛杜巴尔乔克县(Sindhupalchok)牧迪镇(Mude)尼格拉村(Nigale)(27°40' N,85°56' E,海拔2 550 m)。试验地气温最低在1月(-3.5 ℃),最高在8月(25.5 ℃),年平均降雨量4 000 mm左右,主要集中在每年6—8月的雨季,平均相对湿度85%,平均气压75.53 kPa。试验站位于尼泊尔北部高山地区,无灌溉条件,属于典型的“雨养农业区”。
1.2 试验材料
供试的13个马铃薯品种(系)中,12个来自中国,其中‘L0109-4’为品系,其余为品种,引进的品种(系)在青海、甘肃、云南等省均有稳定的产量和抗病性表现;以当地广泛种植的品种‘Rosita’作为对照品种(CK)。供试品种均为一级脱毒种薯,各马铃薯品种(系)名称及来源见
表1。
1.3 试验设计
2019—2021年试验进行3年,试验采用随机区组试验设计,四周种植保护行2行。每个品种(系)设3次重复,共39个小区,小区面积20 m2,播种前精细整地、人工开沟、点播后垄作,株距20 cm,行距60 cm,播深8~10 cm,开沟条施农家肥16 000 kg/hm2、尿素200 kg/hm2、磷酸二铵177 kg/hm2、硫酸钾590 kg/hm2作为底肥,苗期中耕、除草、培土,追施一次尿素100 kg/hm2。
各品种(系)2019年3月27日播种,2020年1月24日播种,2021年2月8日播种,各品种(系)根据实际成熟时间收获。
1.4 测定指标及方法
1.4.1 物候期生育期记载
自播种后每7 d观察1次,以50%的植株达到某一生育阶段为到达某一物候期为准。在接近某一物候期时,每天进行观测,分别记录其各个物候期。记载播种期、出苗期、现蕾期、开花期、成熟期和收获期
[8]。生育期按出苗期-成熟期的时间计算,类型分为极早熟(生育期<60 d)、早熟(60~75 d)、中早熟(76~90 d)、中熟(91~105 d)、中晚熟(106~120 d)、晚熟(121~135 d)、极晚熟(>135 d)
[9-10]。
1.4.2 农艺性状和块茎性状调查
按NY/T 1489—2007《农作物品种试验技术规程 马铃薯》
[8],每个小区选取10株,调查株高、株型、主茎数、茎色、叶色、花冠色、花繁茂性、结实性、匍匐茎长短等植株形态特征;收获时每个小区选10株,调查单株块茎数、单株块茎鲜重、单薯鲜重、二次生长、裂薯率、空心率等块茎性状。
块茎分级标准,大薯指单薯重>100 g,中薯指单薯重50~100 g,小薯指单薯重<50 g。商品薯率=(大薯产量+中薯产量)/总产量×100%
[8,11]。
1.4.3 病害调查
小区内分别调查马铃薯花叶病毒病、卷叶病毒病、青枯病、晚疫病、早疫病发病率和晚疫病病情指数
[12]。
病株率=小区病株数/小区总株数×100%
1.4.4 产量测定
马铃薯达到完全成熟时测定各小区的实际产量。
1.4.5 品质测定
根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分测定》
[13]测定干物质含量;用张中宁等
[14]的方法测定比重;采用碘比色法
[15]测定淀粉含量,用H
2SO
4-H
2O
2消煮-火焰光度计法
[15]测定K含量,用HNO
3--HClO
4消煮-TAS-986原子吸收分光光度法
[15]测定Fe、Ca、Zn含量;利用考马斯亮蓝G250染色法
[16]测定蛋白质含量,用钼蓝比色法
[16]测定VC含量;采用3,5-二硝基水杨酸比色法
[17]测定还原糖含量;根据GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》
[18]测定灰分;根据GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》
[19]测定脂肪;根据GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》
[20]测定粗纤维;根据文献[
21-
22]测定碳水化合物;根据何梅等
[23]的方法测定并计算热量值。
收获后,每个品种(系)取中等大小块茎蒸1 h后,经10~20人从质地、香气、食味等方面进行综合评价。定100分制,蒸食口感评分≤70为下,70<蒸食口感评分≤80为中,蒸食口感评分>80为中上
[11]。
1.5 数据分析
对不同品种(系)的产量进行单因素方差分析(ANOVA),并采用 Duncan法进行多重比较。采用主成分及因子分析综合评价每个品种(系)的综合营养品质。试验数据采用Excel 2021及SPSS 27.0进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同马铃薯品种(系)生育期观测比较
由
表2可知,2019—2021年,供试13个马铃薯品种(系)都可以成熟,生育期在59~104 d,早中熟品种(系)都有,早熟品种(系)2个,中早熟品种(系)8个,包括Rosita(CK),中熟品种(系)3个;其中‘云薯105’‘云薯603’‘紫云1号’生育期较长,为81~104 d,为中熟品种;‘LK 99’‘艾玛1号’生育期较短,为59~77 d,为早熟品种;其余品种(系)为中早熟。
2.2 不同马铃薯品种(系)农艺性状
由
图1可知,参试的13个品种(系)株高在28.7~79.0 cm。其中‘云薯603’株高最高,为79.0 cm;‘陇薯10号’‘云薯603’‘紫云1号’‘青薯9号’与CK的株高均无显著差异;‘LK 99’株高最低,为28.7 cm,与CK差异显著(
P<0.05)。各品种(系)主茎数在2.5~4.2个。‘米拉’的主茎数最多,为4.2个;‘紫云1号’主茎数最少,为2.5个;CK主茎数为3.9个。
参试品种(系)株型均为直立型。‘云薯603’和‘紫云1号’的茎色为紫绿,‘青薯9号’为褐绿,其余品种(系)均为绿色。所有参试品种(系)的叶色均为深绿或绿色;除‘米拉’‘青薯9号’‘艾玛2号’少量开花,‘LK 99’无花,其余品种(系)均开花繁茂,‘陇薯10号’‘云薯105’‘青薯9号’和CK的花冠为紫色或浅紫,其余均为白色。‘陇薯14号’和‘L0109-4’结实较多,其余品种(系)结实少或无天然结实;除‘紫云1号’和CK的匍匐茎较长以外,其余品种(系)均为中短长度(
表3)。
2.3 不同马铃薯品种(系)块茎质量性状
通过2019和2021年的调查,‘L0109-4’‘云薯105’‘青薯9号’的商品薯率较高,均>85%,CK商品薯率较低,<50%;‘陇薯7号’‘L0109-4’‘云薯105’‘云薯603’的裂薯率在4.20%~16.84%,各品种(系)均无二次生长、空心和烂薯现象(
表4)。
2.4 不同马铃薯品种(系)田间病害发生情况
由
表5可知,13个参试品种(系)均未发生花叶病毒病、青枯病、早疫病病害,但卷叶病毒病、晚疫病、癌肿病有不同程度的发生。各品种(系)晚疫病病株率为2%~100%,病情指数为0~0.89。其中‘LK99’和‘艾玛2号’晚疫病病株率较高,为100%,病情指数为0.89,易感晚疫病;其次是‘米拉’和‘艾玛1号’晚疫病病株率分别为90%和70%,病情指数分别为0.60和0.54;‘云薯105’‘云薯603’和‘紫云1号’晚疫病病株率较低,为2%~4%,病情指数为0,抗晚疫病。
2.5 不同马铃薯品种(系)的产量性状
由
表6可知,除‘LK 99’单株块茎数显著低于CK(
P<0.05)外,其余品种(系)的单株块茎数均与CK无显著差异。‘云薯105’单株块茎重极显著高于CK(
P<0.01),‘青薯9号’单株块茎重排第2,显著高于CK(
P<0.05),其余品种均与CK无显著差异。‘青薯9号’的单薯重最高,‘陇薯10号’次之,均极显著高于CK(
P<0.01);‘L0109-4’‘陇薯14号’‘云薯105’‘LK 99’单薯重均显著高于CK(
P<0.05),其余品种(系)与CK无显著差异。
2.6 不同马铃薯品种(系)的产量
由
表7可知,13个供试材料的产量在年际间无显著差异,但品种间差异显著(
P<0.05)。2019年,‘云薯105’‘青薯9号’‘陇薯10号’‘米拉’‘陇薯7号’的产量均极显著高于CK(
P<0.01);2020和2021年,仅‘云薯105’的产量分别显著(
P<0.05)和极显著(
P<0.01)高于CK,其余品种(系)与CK均无显著差异。各品种(系)3年平均产量在8.09~23.94 t/hm
2,‘云薯105’的3年平均产量为23.94 t/hm
2,较CK增产72.73%(
P<0.01),‘青薯9号’3年平均产量为21.01 t/hm
2,较CK增产51.59%(
P<0.05),‘LK 99’和‘紫云1号’的3年平均产量较低,分别是8.09 和8.71 t/hm
2,低于CK,但差异不显著。
2.7 不同马铃薯品种(系)块茎口感评价
由
表8可知,参试的13个品种(系)块茎口感表现不一,其中有4个品种(系)蒸食口感得分>80,质地粉或糯,气味清香,接受度高、综合评价为中上的是‘云薯105’‘云薯603’‘紫云1号’和CK;其余品种(系)得分均<80,综合评价为中或中下,接受度为中或低。
2.8 不同马铃薯品种(系)块茎营养品质比较
由
表9可知,各参试品种(系)块茎干物质含量均在16.20%~23.15%,‘云薯603’最高,‘L0109-4’最低,CK为21.26%。淀粉含量在13.45~18.50 g/100 g,‘艾玛2号’最高,‘L0109-4’最低,CK为15.21 g/100 g。蛋白质含量在1.38~2.12 g/100 g,‘陇薯7号’最高,‘L0109-4’最低,CK为1.65 g/100 g。还原糖含量在0.02~0.72 g/100 g,‘L0109-4’最高,‘陇薯7号’最低,CK为0.45 g/100 g。VC含量在12.50~23.60 mg/100 g,‘紫云1号’最高,‘艾玛1号’最低,CK为15.88 mg/100 g。热量在261.38~378.37 kJ/100 g,CK最高,‘陇薯10号’最低。Fe含量在3.60~7.20 mg/kg,‘紫云1号’最高,‘L0109-4’最低,CK为4.60 mg/kg。Zn含量在1.60~2.60 mg/kg,‘陇薯14号’最高,‘L0109-4’‘云薯603’和‘紫云1号’较低,CK为1.90 mg/kg。
2.9 不同马铃薯品种(系)块茎各营养品质的相关性分析
由
表10可知,马铃薯块茎中的蛋白质含量与脂肪含量呈极显著负相关(
P<0.01);热量值与碳水化合物含量呈极显著正相关(
P<0.01),与灰分含量呈显著正相关(
P<0.05);灰分含量与干物质含量呈显著正相关(
P<0.05);还原糖含量与淀粉含量、Zn含量呈显著负相关(
P<0.05);粗纤维含量与Zn含量呈显著正相关(
P<0.05)。
2.10 不同马铃薯品种(系)块茎各营养品质的主成分分析
将13个马铃薯品种(系)块茎的15项营养指标值标准化处理后进行主成分分析,根据特征值>1的原则,提取到5个主成分(
表11),累计贡献率82.80%,能代表所测营养指标的82.80%。第1主成分(P
1)贡献率为24.54%,其中载荷比较高的是粗纤维和比重,可作为纤维因子。第2主成分(P
2)贡献率为21.11%,其中载荷比较高的是蛋白质、Zn、还原糖和灰分,可代表蛋白质、Zn因子。第3主成分(P
3)贡献率为16.75%,其中载荷比较高的是碳水化合物、热量和Fe,可作为热量、Fe因子。第4主成分(P
4)贡献率为13.46%,其中载荷比较高的是Ca、淀粉、干物质含量和脂肪,可作为Ca、淀粉因子。第5主成分(P
5)贡献率为6.95%,其中载荷比较高的是K和VC,可当成K、VC因子,见
表11。
将标准化后的原始数据(Xi)带入模型Y=t×Xi,其中t为标准化后的特征向量矩阵,得到各主成分的表达式如下:
Y1=0.295 5X1+0.335 1X2-0.111 0X3+0.153 2X4+0.147 0X5+0.295 0X6+0.321 1X7-0.205 4X8+0.432 6X9+0.309 1X10+0.315 3X11+0.226 7X12-0.193 9X13+0.012 5X14-0.198 1X15
Y2=0.211 3X1-0.109 6X2+0.321 5X3+0.406 3X4-0.441 7X5-0.066 3X6+0.322 0X7-0.260 2X8-0.163 5X9-0.093 9X10-0.068 6X11+0.222 0X12-0.137 1X13+0.157 4X14+0.413 1X15
Y3=0.033 4X1-0.329 4X2+0.020 8X3-0.250 5X4+0.025 2X5-0.308 5X6+0.242 3X7+0.199 4X8-0.083 9X9+0.469 4X10+0.463 7X11-0.276 4X12-0.191 2X13+0.192 4X14+0.201 9X15
Y4=0.408 3X1-0.230 2X2+0.415 3X3-0.054 9X4-0.144 3X5+0.218 2X6+0.038 7X7+0.380 8X8+0.086 6X9+0.074 6X10+0.100 0X11+0.071 1X12+0.518 8X13-0.267 5X14-0.146 4X15
Y5=0.216 4X1-0.231 1X2+0.108 7X3-0.012 7X4+0.103 8X5+0.448 5X6-0.073 4X7+0.152 8X8-0.024 5X9-0.138 1X10-0.130 2X11-0.080 3X12-0.010 8X13+0.774 5X14-0.056 8 X15
根据表达式计算出各主成分得分值,将各主成分得分值带入公式
Y=(-24.543
Y1+21.105
Y2+16.748
Y3+13.455
Y4+6.950
Y5)/82.808,得出各品种(系)块茎营养品质主成分分析的综合得分及排名(
表12)。
Y1代表纤维因子,其值越低越好,得分较低的是‘艾玛1号’和‘云薯105’,口感较细腻。
Y2代表蛋白质、Zn因子,‘陇薯14号’和‘陇薯7号’得分较高,蛋白质和Zn含量高,营养价值好。
Y3代表热量、Fe因子,CK和‘陇薯14号’得分靠前,能量值和Fe含量高。
Y4代表Ca、淀粉因子,‘米拉’和‘云薯105’得分较高,Ca
2+含量和淀粉含量高,适合做加工型马铃薯。
Y5代表K、VC因子,得分较高的是‘紫云1号’和‘云薯105’,说明K、VC含量均较高。根据综合得分,排名前四的是‘艾玛1号’‘陇薯14号’‘陇薯7号’和‘云薯105’,说明综合营养品质较高,CK、‘L0109-4’‘紫云1号’和‘云薯603’排名靠后,说明综合营养品质较差。
3 讨论
马铃薯的生育期受品种和光、温、水等气候因子影响,不同气候条件下生育期会发生变化
[24],本试验结果显示,2019—2021年供试的13个马铃薯品种(系)都可以完成物候期,生育期在59~104 d,早熟品种(系)2个,中早熟品种(系)8个,中熟品种(系)3个,引进的12个品种(系)3年生育期均有不同程度的缩短,这可能由于尼泊尔北部山区与12个品种(系)来源地气候差异导致。本研究结果显示,‘LK99’3年均未开花,‘艾玛2号’在2020和2021年连续未开花,而马铃薯的开花受品种和温度、湿度、光照等因素影响
[25],已有研究表明,光照充足、长日照能促进花蕾的分化与形成,尤其对开花少的早熟品种(系)更加明显
[25-26],‘LK 99’来源于甘肃,‘艾玛2号’来源于西藏,而尼泊尔北部山区降雨量大、湿度大、日照短,加之两品种的特征特性,这可能是未开花的主要原因,另外两品种在本试验中晚疫病病情指数并列第一,晚疫病病情指数均为0.89,病株率均为100%,田间植株未开花就已枯黄,也可能是未开花的原因之一。选育和种植抗病品种是防治农作物病害最有效的措施
[27],本研究结果显示,‘云薯105’‘云薯603’‘紫云1号’表现出高抗晚疫病,晚疫病病株率分别为2%、4%、2%;Rosita (CK)较抗晚疫病,病株率为15%;其余品种晚疫病病株率均高于CK,这是由于品种自身的抗性差异导致的。
2019—2021年,‘云薯105’的产量均表现为最高,年平均产量为23.94 t/hm2,较CK增产72.73%(P<0.01);不易感病,且晚疫病病情指数最低,为0.00,CK为0.03;块茎大小整齐,CK表现为不整齐;在口感评价中表现为质地粉、气味清香、蒸食口感得分为82.6、接受度为高,商品薯率为94.01%(仅次于‘L0109-4’),CK的商品薯率仅为41.93%。‘云薯105’的丰产性、抗病性、口感评价、商品薯率均表现良好。‘青薯9号’在2019—2021年的产量表现均排在第2位,年平均产量为21.01 t/hm2,较CK增产51.59%(P<0.05);块茎大小整齐;在口感评价中表现为质地粉、气味清香、蒸食口感得分为74.7、接受度为中,晚疫病病情指数0.04,高于CK的0.03;商品薯率88.84%。‘L0109-4’‘米拉’‘陇薯7号’‘陇薯10号’‘艾玛1号’5个品种(系)的3年平均产量均高于CK,但无显著差异,基于尼泊尔高产马铃薯品种稀缺的现状,以及‘青薯9号’较高产和商品薯率高的特点,‘青薯9号’较适宜在尼泊尔北部山区种植和推广,但需要做好晚疫病防控。
本研究对供试13个品种(系)的15种品质指标进行了检测,并进行相关性分析发现,在所测定的各营养成分中,部分指标之间存在显著或极显著的相关性,Xing等
[16]、颉瑞霞等
[28]、潘峰等
[29]和文国宏等
[30]也得出了类似结果。本研究结果表明,马铃薯块茎中的蛋白质含量与脂肪含量呈极显著负相关(
P<0.01);热量与碳水化合物含量呈极显著正相关(
P<0.01),与灰分含量呈显著正相关(
P<0.05);灰分含量与干物质含量呈显著正相关(
P<0.05);还原糖含量与淀粉含量、Zn含量均呈显著负相关(
P<0.05);粗纤维含量与Zn含量呈显著正相关(
P<0.05)。本研究中,‘云薯603’的干物质含量最高,‘艾玛2号’淀粉含量最高,‘陇薯7号’蛋白质含量最高,‘陇薯7号’还原糖含量最低,‘紫云1号’的VC含量最高,CK的热量最高。‘紫云1号’Fe含量最高,‘陇薯14’的Zn含量最高,故单一指标无法准确对马铃薯的品质进行综合性评价,需用多个指标进行评价。
为确定影响引进马铃薯品种(系)综合品质的主要指标,进行了主成分分析。主成分分析可以将多个指标,用综合变量的方法进行概况,因此更易分析并且更加直观,从而达到准确综合评价作物品质的目的
[31-33]。目前,这种方法已经成熟应用于马铃薯的品质性状综合评价中
[34-36]。本研究根据特征值>1的原则,提取到5个主成分(P
1,P
2, P
3, P
4, P
5),累计贡献率为82.80%,可代表马铃薯块茎品质性状的大部分变异,根据表达式计算出各主成分得分值(
Y1,
Y2,
Y3,
Y4,
Y5),将各主成分得分值带入公式得出各品种(系)块茎营养品质主成分分析的综合得分(
Y)及排名,综合得分排名前4的品种依次为:‘艾玛1号’‘陇薯14号’‘陇薯7号’和‘云薯105’,表明综合营养品质较高,综合得分排名第10—第13的品种(系)依次为:CK、‘L0109-4’‘紫云1号’和‘云薯603’,表明综合营养品质较差。从综合营养品质层面考虑,‘艾玛1号’‘陇薯14号’‘陇薯7号’和‘云薯105’为优质品种。
4 结论
本研究通过连续3年马铃薯品种(系)比较试验发现,‘云薯105’3年产量均为最高,丰产性、抗病性、口感评价、商品薯率均表现良好,品质综合得分第4,根据尼泊尔马铃薯产业发展现状,可作为尼泊尔北部山区及尼泊尔类似生态区域种植推广的首选品种。‘青薯9号’丰产性较好,可作尼泊尔马铃薯高产推广备选品种;‘艾玛1号’‘陇薯14号’‘陇薯7号’综合营养品质较高,可作为尼泊尔马铃薯高品质推广品种供生产选择。
援尼泊尔北部山区农业技术合作项目(2017400102350102)