冬作马铃薯新品种（系）块茎营养品质综合评价

李思梦，李凯峰，李茂兴，郭华春，王 琼

（云南农业大学薯类作物研究所，昆明650051）

0 引言

马铃薯(Solanum tuberosum)又名土豆、洋芋，块茎中的营养成分含量丰富可供食用[1-2]。其块茎中含有淀粉、蛋白质、维生素及其他作物所不及的抗性淀粉等，对人体健康有益的物质[3-5]，评价马铃薯块茎中主要营养品质，可为马铃薯主食化品种选择提供参考。马铃薯块茎中的营养物质较为全面，一直被作为优质碳水化合物和膳食纤维的植物来源，并且具有较好的保健功能[6-7]。在国内，马铃薯大多被当作传统蔬菜食用[8]或被作为食品加工原料[9]，在近年来国家推动马铃薯主粮战略计划的大背景下，研究块茎营养品质显得越发重要。

云南省是马铃薯的优质产区之一，优越的地理条件，可以实现周年种植，种植面积居全国第四，总产量居全国第三，特别是冬季马铃薯具有特色和优势。但是目前云南省冬季马铃薯主栽品种较为单一，不能适应主食化发展要求。本研究以云南冬作马铃薯主栽品种‘丽薯6号’为对照，对云南农业大学薯类作物研究所自主选育的5个马铃薯新品种（系）的主要营养品质指标进行测定，并结合主成分分析、相关性分析和隶属函数分析法，对参试的马铃薯品种（系）的营养品质进行综合评价，以期为马铃薯主食化品种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2019年11月—2020年4月（马铃薯适宜播种期）在云南省双江自治县(23°46′N，99°80′E)进行。双江自治县海拔975 m，年平均气温约20.2℃，年平均日照时数约2223 h，年平均降雨量约在1000～ 1200 mm。试验地土壤类型为沙壤土，pH 5.9，有机质含量25.5 g/kg，全氮含量1.401 g/kg，全磷含量1.377 g/kg，全钾含量19.87 g/kg，水解性氮含量118 mg/kg，有效磷含量41.7 mg/kg，速效钾含量114 mg/kg。室内试验在云南农业大学薯类作物研究所进行。

1.2 试验材料

试验所用6个品种（系）包括‘丽薯6号’、‘滇薯23’、‘滇薯 47’、‘D1428’、‘D1208’、‘D1224’，均来自于云南农业大学薯类作物研究所。其中以主栽品种‘丽薯6号’为对照品种，其余5个为云南农业大学自育品种（系）。试验设置随机区组种植模式，行距70 cm，株距25 cm，各处理栽培管理方式相同，进行3次重复。出苗后进行常规大田管理，收获后1周内完成块茎营养品质测定。

1.3 马铃薯采收处理及营养品质指标测定

在马铃薯适宜采收期内，每个品种（系）随机选取5株健康、无明显损伤和病害的块茎材料，记做一个生物学重复，洗去泥沙，放置自然通风处晾干表面水分。各品种（系）均设置3次重复，并切成薄厚均匀的薄片，后于烘箱内105℃杀青30 min，杀青结束后温度调至85℃烘至恒重，磨粉过筛后用密封袋保存，用以块茎干物质、淀粉、还原糖、蛋白质、抗性淀粉的含量测定；淀粉提取依照Liu等[10]的方法进行，用于对直链淀粉、支链淀粉的含量测定；维生素C含量测定使用新鲜块茎进行。所有测试均设置3次平行实验，测试结果以鲜基计算，直链、支链淀粉含量以淀粉中占比计算。干物质测定参考食品安全国家标准GB 5009.3—2010[11]、还原糖测定采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法[12]、蛋白质测定采用GB 5009.5—2010[13]凯氏定氮法、维生素C测定采用2,6-二氯酚靛酚法[14]、淀粉测定采用碘-碘化钾比色法[15]、直链淀粉和支链淀粉测定采用双波长分光光度法[16]、抗性淀粉测定利用酶解法[17]。

1.4 数据处理方法

利用SPSS统计分析软件对试验数据进行主成分分析、相关性分析以及方差分析，试验数据的整理以及模糊隶属函数计算，使用Excel 2010软件进行。

采用模糊隶属函数法对马铃薯块茎中各指标进行数据换算及综合分析评价[18]。

隶属函数值计算如式(1)～ (2)。

式中，X表示马铃薯块茎品质指标测定值，μ1表示该指标为正向评价指标，μ2表示该指标为负向指标，Xmax表示所有参试品种中该品质指标的最大值，Xmin表示所有参试品种中该品质指标的最小值。如果该指标对综合营养品质为正向影响，隶属函数值用式(1)计算；反之，隶属函数值用式(2)计算。后将各个指标的隶属函数值进行累计，求其平均值。平均值越大表示马铃薯品种更符合主食化的需求，反之评价得分较低的品种可能更适于其他加工需求。

2 结果与分析

2.1 不同品种（系）马铃薯块茎中的营养品质的分析比较

表1结果表明，参试的6个马铃薯品种（系）干物质平均含量为19.31%，变异系数为7.74%，其中‘D1224’干物质含量最高为20.51%‘，滇薯47’干物质含量最低为17.54%；还原糖平均含量为0.03%，变异系数为31.17%，其中对照品种‘丽薯6号’还原糖含量最高为0.043%‘，D1208’的还原糖含量最低为0.022%；蛋白质平均含量为1.34%，变异系数为16.59%，其中‘D1224’蛋白质含量最高为1.69%‘，滇薯23’蛋白质含量最低为1.13%；维生素C的平均含量为5.32 mg/100 g，变异系数为27.88%，其中‘D1428’维生素C含量最高为7.78 mg/100 g，对照品种‘丽薯6号’维生素C含量最低为3.33 mg/100 g；淀粉平均含量为16.06%，变异系数为15.04%，其中‘D1208’淀粉含量最高为18.59%，对照品种‘丽薯6号’淀粉含量最低为12.85%；抗性淀粉含量平均含量为7.47%，变异系数为15.57%，其中‘滇薯23’抗性淀粉含量最高8.44%，‘D1224’抗性淀粉含量最低为5.88%；直链淀粉含量平均含量为21.66%，变异系数为8.59%，其中‘滇薯47’直链淀粉含量最高为24.04%，‘D1224’直链淀粉含量最低为19.58%；支链淀粉含量平均含量为78.34%，变异系数为2.37%，其中‘D1224’支链淀粉含量最高为80.42%，‘滇薯47’支链淀粉最低为75.96%。

表1 不同品种（系）马铃薯块茎中的营养品质的分析比较

2.2 不同品种（系）马铃薯块茎中各营养品质间的相关性分析

淀粉和蛋白质是马铃薯干物质的主要组成[4]，由表2可知，马铃薯块茎中干物质含量与蛋白质、淀粉含量呈极显著正相关(P＜0.01)，这与前人的研究结果[19]一致，马铃薯干物质含量高时，其淀粉含量也相应较高；还原糖含量与抗性淀粉含量呈负显著相关(P＜0.05)，与淀粉、直链淀粉含量呈负相关趋势，表明马铃薯块茎中淀粉类物质合成旺盛时，还原糖含量可能被其所消耗；相反马铃薯块茎中淀粉类物质合成较弱时，含量较低的淀粉类物质可能被还原糖合成所消耗；抗性淀粉含量与淀粉、直链淀粉含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与支链淀粉含量呈极显著负相关(P＜0.01)；直链淀粉含量与支链淀粉含量呈极显著负相关(P＜0.01)；维生素C含量与淀粉含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与干物质含量呈显著正相关(P＜0.05)；蛋白质含量与支链淀粉含量呈显著相关(P＜0.05)，与直链淀粉含量呈负显著相关(P＜0.05)，表明块茎蛋白的改良无法与直链淀粉的改良同时进行；反之如果以高蛋白为评价标准筛选马铃薯种质，便可获得具有高支链淀粉的优质材料。通过相关性分析得出，由于马铃薯各品质指标间存在相关关系，因此可能会造成部分信息的重叠，因此选取一定具有代表性的指标作为评价指标，消减变量间的相关性，可以有效降低评价负担。

表2 马铃薯块茎中各营养品质特性间的相关性分析

2.3 不同品种（系）马铃薯块茎中营养品质的主成分分析

对6个马铃薯品种（系）的8个营养品质指标（干物质、还原糖、蛋白质、维生素、淀粉、抗性淀粉、直链淀粉、支链淀粉）进行主成分分析，并通过计算得到数据集中各成分方差贡献率及累计贡献率的特征值，按照累计贡献率大于85%以上的原则，从中提取对品质影响较大的主成分。由表3可以看出，前3个主成分的累计方差贡献率为85.239%，即表示前3个主成分可以解释85.239%的变异，这里包含了马铃薯块茎中大部分的营养品质指标，符合提取原则，因此提取3个因子，分别命名为L1、L2、L3。

表3 主成分分析特征值和解释总体方差描述

根据马铃薯块茎营养品质的因子分析结果（表4），建立3个主成分的因子的构成得分模型表达式，如式(3)～ (5)。

表4 马铃薯块茎营养品质各因子的载荷矩阵分析

主成分因子构成得分模型表达式中，各因子系数大小反映了该因子对主成分的贡献程度。从上述3个主成分表达式及表4中可以看出，第一主成分L1在X2、X6、X7的因子系数较大，分别为0.230、0.213、0.395，与对应的还原糖、抗性淀粉、直链淀粉呈高度正相关，其中X7(0.395)高于其他因子系数，因此也可以称作直链淀粉因子；第二主成分L2在X1、X2、X3、X4、X5的因子系数较大，分别为0.441、0.208、0.335、0.253、0.322，与对应的干物质、还原糖、蛋白质、维生素C、淀粉呈高度正相关，其中X1(0.441)高于其他因子系数，因此也可以称作干物质因子；第三主成分L3在X4、X6、X8的因子系数较大，分别为0.131、0.169、0.237，与对应的维生素C、抗性淀粉、支链淀粉呈高度正相关，其中X8(0.237)高于其他因子系数，因子也可以称作支链淀粉因子。由于L1、L2和L3的累计方差贡献率达到(85.239%)大于85%，可以确定直链淀粉、干物质、支链淀粉是马铃薯块茎品质的主要指标。

2.4 不同品种（系）马铃薯块茎营养品质特性的隶属函数分析

由表5可以看出，在参试的6个马铃薯品种（系）中，综合营养品质最佳(X＞0.71)的3个马铃薯品种（系）分别为‘D1224’、‘D1428’、‘D1208’；营养品质较佳(0.6＞X＞0.47)的马铃薯品种为‘滇薯23’、‘滇薯47’；营养品质较差(X＜0.3)的马铃薯品种为‘丽薯6号’。

表5 不同品种（系）马铃薯块茎营养品质的隶属函数值

3 结论

对马铃薯块茎品质进行综合评价，由结果可知，其营养品质由高到低依次为‘D1224’、‘D1428’、‘D1208’、‘滇薯23’、‘滇薯47’和‘丽薯6号’。参试的马铃薯新品种（系）均高于对照，具有成为主食化品种的潜力，并有望替代对照‘丽薯6号’成为主栽品种，以解决云南省冬作马铃薯品种单一的问题。

4 讨论

前人对马铃薯的品质研究主要关注其加工品质，如一般要求薯皮薄、表面光滑、芽眼少浅、薯肉颜色浅，还原糖、蛋白质以及纤维含量少等[20]。而作为主食，马铃薯要能够满足每日人体所需要的大部分养分，这就要求作为主食化的马铃薯品种营养应当丰富。目前关于适宜作为主食化的马铃薯品种营养品质测定分析的研究相对较少，故本研究通过对参试的6个马铃薯品种（系）块茎营养品质进行分析，筛选适宜主食化的马铃薯品种（系）。

马铃薯营养品质的优劣状况是衡量马铃薯品种品质的重要指标，也是对主食化品种的基本要求。在一定程度上，主食化的马铃薯品种还应满足人们对营养保健的需求。马铃薯块茎中富含抗性淀粉，其不会引起人体血糖升高，但可以在结肠被降解吸收并提供能量[21]。此外其抗性淀粉含量远高于水稻、小麦、谷子等作物[22-24]，长期食用可以平衡血糖，降低胆固醇[25]。目前针对马铃薯品质的相关评价鲜有将抗性淀粉作为评价指标，故本研究将马铃薯抗性淀粉含量作为评价马铃薯主食化品质的评价指标之一。此外作为一个综合指标，仅依据单一的品质的优劣，无法对参试的所有品种（系）的营养品质进行准确评价。本研究将抗性淀粉在内的8个品质指标的测试结果，通过相关性和主成分分析，得到简化后的品质指标来捕捉和反映原始变量中尽可能多的主要信息。

相关性分析结果表明，淀粉是构成马铃薯干物质的主要成分之一，块茎干物质含量随其总量增加而增加；维生素C与干物质呈显著正相关，但是也有相关文献表示两者相关性不显著或为负相关，这可能是试验条件不同所致[28-29]。还原糖与淀粉类物质均为光合作用产物，马铃薯块茎中淀粉含量较高，可能是块茎中的糖大量转化为淀粉所致[30-31]。此外抗性淀粉与支链淀粉呈极显著负相关，与还原糖显著负相关，与淀粉、直链淀粉含量呈极显著正相关，有研究表明直链淀粉是影响抗性淀粉含量的重要因素之一[32]，暗示直链淀粉结构在抗性淀粉中大量存在，而直链结构淀粉含量受到SBE酶活性的影响，还原糖会抑制SBE酶的表达，导致块茎中直链淀粉越高，抗性淀粉含量也随之越高，因此抗性淀粉的合成亦受到还原糖的影响[33-34]。但是目前还没有证据可以直接证明抗性淀粉的合成受还原糖含量的调控，因此需要进一步研究。

主成分分析结果表明，按照累计贡献率大于85%的提取原则，提取到3个主成分，即直链淀粉因子、干物质因子、支链淀粉因子，这3个主成分的贡献率依次减少，说明其对马铃薯营养品质综合表现的影响也依次递减，因此在未来的生产过程中，应当注重提高贡献率较大主成分因子的含量。马铃薯块茎营养品质包括多个指标，利用隶属函数分析可以较好地反映出不同品种（系）马铃薯块茎的营养品质状况，减少因人为因素导致的误差，还可以避免单一指标没有代表性的弊端。王艳丽等[26]利用隶属函数以17种氨基酸含量作为标准对14种食用蘑菇进行综合评价，并根据结果对14种食用蘑菇的优劣进行排序。闫海峰等[27]利用隶属函数法对广西冬作区不同马铃薯品种（系）块茎主要品质进行综合评价。本研究利用隶属函数对双江冬作区马铃薯品种（系）营养品质进行综合评价，以干物质等7种品质为综合营养的正向评价指标，以还原糖含量为负向指标。筛选出综合营养品质最佳的3个马铃薯品种（系）分别为‘D1224’‘、D1428’‘、D1208’，这类材料普遍具有干物质、蛋白质、维生素C、淀粉、直链淀粉、支链淀粉和抗性淀粉含量较高还原糖含量较低的特点；营养品质较佳的2个马铃薯品种为‘滇薯23’、‘滇薯47’，这类材料普遍具有干物质、蛋白质、维生素C、淀粉、直链淀粉、支链淀粉和抗性淀粉含量较为适中，还原糖含量较低的特点。但隶属函数分析结果不仅受到基因型影响，还会受环境因素影响，因此严格控制田间管理的一致性，栽培环境及试验设计的合理性，才能保证隶属函数分析结果的准确性。