后 猛, 張?jiān)蕜? 劉亞菊, 王 欣, 唐 維, 閆 會(huì), 馬代夫, 李 強(qiáng)*

(1. 江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇徐州甘薯研究中心/農(nóng)業(yè)部甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 徐州 221131；2. 江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

【研究意義】甘薯因其高產(chǎn)、生物量大、耐逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，廣泛分布于世界上100多個(gè)國家，尤其是發(fā)展中國家。我國是世界上第一大甘薯生產(chǎn)國，近年來種植面積維持在400萬hm2左右，年鮮薯產(chǎn)量約1億t[1]。甘薯是繼水稻、小麥和玉米之后的第四大糧食作物，其除了富含大量碳水化合物外，還富含維生素A和C、膳食纖維、蛋白質(zhì)、鐵和鉀等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被認(rèn)為是一種營(yíng)養(yǎng)全面的功能性保健食品[2-3]。紫肉甘薯(purple-fleshed sweetpoato，PFSP)因其富含花青素而得名，隨著對(duì)其營(yíng)養(yǎng)保健功能的研究深入[4-6]，紫肉甘薯受到越來越多消費(fèi)者的青睞。前人研究表明，從甘薯中提取的花青素?zé)o毒無味，具有較穩(wěn)定的理化性質(zhì)[7]，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療保健以及化妝品生產(chǎn)。【前人研究進(jìn)展】日本是較早開展高花青素甘薯品種選育的國家，20世紀(jì)90年代，日本科研人員先后育成紫肉品種山川紫(Yamagawamurasaki)和綾紫(Ayamurasaki)[8-9]，目前利用這些品種已開發(fā)出多種加工產(chǎn)品，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及人們對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)保健功能要求越來越高，根據(jù)消費(fèi)市場(chǎng)發(fā)展需要，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)已將紫肉甘薯育種作為當(dāng)前育種的重要目標(biāo)之一。近些年來，各育種單位通過引進(jìn)國外優(yōu)異紫肉甘薯品種作為育種親本材料，選育出一大批鮮食或加工用紫肉甘薯新品種。【本研究切入點(diǎn)】以花青素含量高、高淀粉、抗病性強(qiáng)的徐紫薯3號(hào)[10]為母本，早熟、多抗、高產(chǎn)、高花青素的萬紫56[11]為父本。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過誘導(dǎo)開花、有性雜交、單系選擇、多點(diǎn)鑒定選育出甘薯新品種徐紫薯8號(hào)，2018年通過非主要農(nóng)作物品種登記申請(qǐng)，登記編號(hào)：GPD甘薯(2018)320033。該品種鮮薯產(chǎn)量高、早熟、花青素含量高、熟食味較好，是一個(gè)優(yōu)質(zhì)鮮食及加工型高花青素甘薯新品種。

1 材料與方法

1.1 親本來源

母本為抗病性強(qiáng)、淀粉含量高的高花青素型甘薯品種徐紫薯3號(hào)，其由日本品種綾紫與徐薯18雜交而來[7]；父本為高產(chǎn)、多抗、早熟的高花青素型甘薯品種萬紫56，其由引進(jìn)的優(yōu)異甘薯材料日本紫心集團(tuán)雜交選育而成。

1.2 性狀評(píng)價(jià)方法

1.2.1 產(chǎn)量評(píng)價(jià) 2014-2015年參加本所內(nèi)復(fù)選圃和鑒定圃對(duì)比試驗(yàn)，在徐州設(shè)置1點(diǎn)次；2016-2017年參加江蘇省聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，在江蘇省內(nèi)贛榆、徐州、漣水、泗洪、泰興、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地、江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所江寧區(qū)祿口街道金陵綠谷科技示范園等地設(shè)置14點(diǎn)次；2017年參加長(zhǎng)江中下游薯區(qū)多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)，在長(zhǎng)沙、武漢、南昌、合肥、南京、杭州、徐州等地設(shè)置7點(diǎn)次。田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)栽插80～125株，小區(qū)面積12.8～24 m2，均采用寧紫薯1號(hào)為對(duì)照品種。田間管理同一般大田。

1.2.2 田間性狀鑒定及產(chǎn)量形成規(guī)律分析 參考李強(qiáng)等[12]和張?jiān)蕜偟萚13]描述的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行甘薯性狀調(diào)查。2017年在本研究所甘薯試驗(yàn)田進(jìn)行挖根試驗(yàn)，栽插后46 d開始，每隔2周進(jìn)行1次挖根調(diào)查，3次重復(fù)，每次8株，共挖根考種6次。測(cè)定性狀包括地上部莖蔓、葉片、葉柄鮮重以及葉片數(shù)和百孔葉片重，地下部薯塊鮮重等。分別將植株各部位鮮樣切碎后，稱取100 g置于烘箱內(nèi)70 ℃烘至恒重，測(cè)定葉片、莖蔓、葉柄和薯塊烘干率，從而計(jì)算出植株各部位干重，最終得到葉面積指數(shù)、凈同化率和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)等數(shù)據(jù)[14]。

1.2.3 品質(zhì)性狀測(cè)定 使用VECTOR22/N型傅立葉變換近紅外反射光譜儀對(duì)1.2.2中塊根烘干樣品淀粉、粗蛋白、還原糖和可溶性糖等組分進(jìn)行分析[14]。采用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液(pH 3)提取鮮薯塊根花青素[10]。

1.2.4 抗病性鑒定 參照謝逸萍等[15-16]的方法，在徐州和南京對(duì)根腐病[Fusariumsolani(Mart.) Sacc.f.sp.batatasMcClure]、莖線蟲病(DitylenchusdestructorThorne)采取田間自然誘發(fā)鑒定，對(duì)黑斑病(CeratocystisfimbriataEllis et Halsted)采用薯塊室內(nèi)針刺接種法鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析均采用DPS軟件[17]和Excel表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本組配

我國紫肉甘薯資源比較匱乏，為了拓寬甘薯品種的遺傳基礎(chǔ)，本世紀(jì)初國內(nèi)各育種單位開始從國外引進(jìn)多個(gè)優(yōu)異紫肉甘薯品種，通過將地理關(guān)系較遠(yuǎn)的兩親本進(jìn)行雜交，從而達(dá)到優(yōu)良性狀互補(bǔ)的目的。徐紫薯3號(hào)是用高花青素含量日本品種綾紫作母本，本所選育出的高產(chǎn)、廣適、綜合性狀較好的徐薯18為父本雜交而來，2011年3月通過全國甘薯品種鑒定委員會(huì)鑒定；萬紫56是重慶三峽農(nóng)業(yè)科學(xué)院從親本日本紫心集團(tuán)雜交后代中篩選出來的，2010年3月通過重慶市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，2011年通過全國甘薯品種鑒定委員會(huì)鑒定。這2個(gè)親本材料都含有國外優(yōu)異紫肉甘薯品種的血統(tǒng)，徐紫薯8號(hào)是在兩親本雜交后代的優(yōu)異品系中篩選鑒定選育而成。

2.2 選育過程

2011年以徐紫薯3號(hào)為母本，萬紫56號(hào)為父本，嫁接后經(jīng)過短日照處理以誘導(dǎo)開花，采取人工控制授粉雜交。2012年播種種子，根據(jù)薯形、薯肉色深淺、結(jié)薯習(xí)性、產(chǎn)量水平進(jìn)行實(shí)生苗單系選擇。2013-2014年進(jìn)入復(fù)選鑒定圃I和II，表現(xiàn)為鮮薯產(chǎn)量高、干物率高、薯形美觀、食味較好，2015年進(jìn)入鑒定圃比較試驗(yàn)。因其高產(chǎn)高花青素含量，徐紫薯8號(hào)被推薦參加2016-2017年江蘇省甘薯品種聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，2017年參加長(zhǎng)江中下游薯區(qū)多點(diǎn)聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，均表現(xiàn)出鮮薯產(chǎn)量穩(wěn)定、食味好、商品性高。該品種于2018年通過非主要農(nóng)作物品種登記申請(qǐng)。

表1 徐紫薯8號(hào)產(chǎn)量表現(xiàn)Table 1 Yield performance of Xuzishu 8

2.3 主要形態(tài)特征

該品種薯塊萌芽性好，出苗多且整齊；頂端無茸毛；莖蔓中長(zhǎng)、較細(xì)，多分枝；葉片深缺刻，頂葉黃綠色帶紫邊，成年葉為綠色，葉脈為淺紫色，莖蔓為綠色帶紫斑；薯塊紡錘形，紫皮紫肉，結(jié)薯集中薯塊整齊，單株結(jié)薯3～4個(gè)，大中薯率高，商品性好；熟食口感較好；較耐儲(chǔ)存。

2.4 生產(chǎn)力鑒定

經(jīng)4年23點(diǎn)次鑒定(表1)，徐紫薯8號(hào)平均鮮薯產(chǎn)量31.11 t/hm2，較對(duì)照寧紫薯1號(hào)增產(chǎn)20.43 %；平均薯干產(chǎn)量9.09 t/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)40.11 %；平均淀粉產(chǎn)量5.93 t/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)48.17 %。平均烘干率29.21 %，比對(duì)照寧紫薯1號(hào)高4.10個(gè)百分點(diǎn)；平均淀粉率19.05 %，比對(duì)照高3.57個(gè)百分點(diǎn)。

2.5 品質(zhì)成分分析

2017年長(zhǎng)江中下游薯區(qū)聯(lián)合鑒定試驗(yàn)品質(zhì)分析結(jié)果表明(表2)，徐紫薯8號(hào)薯塊干基粗蛋白含量為6.27 %，比寧紫薯1號(hào)高出2.90個(gè)百分點(diǎn)；而還原糖和可溶糖含量低于寧紫薯1號(hào)，這可能是甜度評(píng)分低于對(duì)照的主要原因。徐紫薯8號(hào)鮮薯花青素含量110.00 mg/100g，熟食口味較好，花青素含量和食味評(píng)分均高于寧紫薯1號(hào)。

2.6 抗病性鑒定

2015-2017年在徐州和南京兩地對(duì)徐紫薯8號(hào)和寧紫薯1號(hào)進(jìn)行抗病性鑒定(表3)，結(jié)果顯示徐紫薯8號(hào)中抗根腐病，不抗莖線蟲病和黑斑病。因此，在大田種植徐紫薯8號(hào)過程中，注意防治莖線蟲病和黑斑病，不宜在根腐病重發(fā)地種植。

2.7 產(chǎn)量形成特點(diǎn)

2.7.1 葉面積和凈同化率變化趨勢(shì) 光合面積對(duì)甘薯產(chǎn)量形成影響較大，合理的葉面積變化動(dòng)態(tài)是高產(chǎn)甘薯品種的重要生理特點(diǎn)[18]。徐紫薯8號(hào)和寧紫薯1號(hào)的葉面積指數(shù)在整個(gè)生育期間交替領(lǐng)先，均都在59 d左右達(dá)到最大值，而后逐步降低，大約70 d后徐紫薯8號(hào)的葉面積指數(shù)高于寧紫薯1號(hào)(圖1A)。凈同化率是影響光合產(chǎn)物生產(chǎn)效率的主要因素，由品種特性決定[19]。徐紫薯8號(hào)凈同化率為“雙峰”變化動(dòng)態(tài)，寧紫薯1號(hào)則為前期先升高，而后期一直降低的變化趨勢(shì)，整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段徐紫薯8號(hào)的凈同化率都高于寧紫薯1號(hào)(圖1B)，表明徐紫薯8號(hào)光合產(chǎn)物的積累量大于寧紫薯1號(hào)。

2.7.2 干物質(zhì)積累與分配 源、庫、流之間的協(xié)調(diào)關(guān)系是甘薯高產(chǎn)的關(guān)鍵，光合產(chǎn)物的積累和分配與品種特性和栽培條件相關(guān)[20]。從圖2可以看出，隨著甘薯生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，徐紫薯8號(hào)和寧紫薯1號(hào)的薯干產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)均一直在曲折上升，尤其是栽插后80～100 d，徐紫薯8號(hào)的干物質(zhì)積累量和合成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于寧紫薯1號(hào)，說明徐紫薯8號(hào)生長(zhǎng)后期長(zhǎng)勢(shì)足，后勁大，凈同化率較高，光合產(chǎn)物向塊根運(yùn)輸加快，源、庫關(guān)系協(xié)調(diào)更加合理。徐紫薯8號(hào)薯干產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)一直高于寧紫薯1號(hào)，且徐紫薯8號(hào)可以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到更高的產(chǎn)量，表現(xiàn)出高產(chǎn)、早熟的優(yōu)良特性。T/R值反映了地上部(源)與地下部(庫)的關(guān)系，是光合物質(zhì)在甘薯植株不同部位分配效率的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。圖3顯示，徐紫薯8號(hào)的T/R值小于寧紫薯1號(hào)，且其幅度變化不大，表明徐紫薯8號(hào)的地上(源)與地下(庫)發(fā)育更為協(xié)調(diào)。

表2 徐紫薯8號(hào)品質(zhì)分析結(jié)果Table 2 Quality analysis results of Xuzishu 8

Notes: CPC-DW: Crude Protein Contents of Dry Weight; RSC: Reducing Sugar Contents; SSC: Soluble Sugar Contents; AC-FW: Anthocyanin Contents of Fresh Weight.

表3 徐紫薯8號(hào)抗病鑒定結(jié)果Table 3 Disease-resistant results of Xuzishu 8

圖1 葉面積指數(shù)(A)和凈同化率(B)在甘薯生長(zhǎng)過程中的變化Fig.1 The dynamic trends of leaf area index(LAI)(A) and net photosynthetic rate(B) during development

圖2 薯干產(chǎn)量(A)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)(B)在甘薯生長(zhǎng)過程中的變化Fig.2 The dynamic trends of dry yield per plant(A) and economic yield coefficient(B) during development

圖3 T/R值在甘薯生長(zhǎng)過程中的變化Fig.3 The dynamic trends of T/R value during development

3 討 論

我國紫肉甘薯育種起步較晚，育種親本資源材料匱乏，遺傳改良進(jìn)度緩慢。為了解決以上難題，重視對(duì)國外優(yōu)異紫肉甘薯的引進(jìn)和利用，育成了含有日本紫肉品種血緣的高花青素甘薯新品種徐紫薯8號(hào)。徐紫薯8號(hào)既繼承了徐紫薯3號(hào)花青素含量高的特點(diǎn)，又遺傳了萬紫56產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)。與寧紫薯1號(hào)相比，徐紫薯8號(hào)光合產(chǎn)物的合成和分配效率更高，尤其是在生育后期，徐紫薯8號(hào)生長(zhǎng)穩(wěn)健、凈同化率高，干物質(zhì)向地下部轉(zhuǎn)運(yùn)加快、經(jīng)濟(jì)系數(shù)高，光合產(chǎn)物積累量有明顯優(yōu)勢(shì)。

目前徐紫薯8號(hào)栽種范圍廣泛，北到內(nèi)蒙中部，南到海南，西到新疆中部等區(qū)域均有種植；早熟性較好，生育期80～90 d即可收獲，蒸煮糯、粉、香、甜，口感最佳。徐紫薯8號(hào)花青素含量高，其呈現(xiàn)的紫色尤為絢麗，加工品質(zhì)優(yōu)良，已加工試制紫薯全粉、速溶全粉、速凍薯丁、薯泥、紫薯餡、紫薯果脯等，還可以釀紫薯干紅酒，經(jīng)國際二級(jí)品酒師鑒定，口感評(píng)分90分。雖然花青素含量高，但其莖葉卻無苦味，加之葉片色澤好，莖尖、葉片、葉柄都可做菜用甘薯食用。徐紫薯8號(hào)易開花，形似喇叭，株形半直立，可做園林綠化用。因此，徐紫薯8號(hào)具有種植區(qū)域廣泛、鮮薯產(chǎn)量高、花青素含量高、鮮食口感好、早熟性好、加工適應(yīng)性廣等其他甘薯品種所不具備的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)“全能型”紫肉甘薯品種，也將會(huì)成為一個(gè)優(yōu)異的育種親本材料。

4 結(jié) 論

徐紫薯8號(hào)是江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育出的一個(gè)優(yōu)異高花青素甘薯新材料。該品種蔓長(zhǎng)中等，結(jié)薯較集中，大小均勻，塊根早熟性好，鮮薯和花青素含量高，食味較好，加工品質(zhì)好，可用于多種工業(yè)原料和食用產(chǎn)品的加工和利用。徐紫薯8號(hào)適應(yīng)范圍廣，并于2018年通過非主要農(nóng)作物品種登記申請(qǐng)，能夠在我國多地作為優(yōu)質(zhì)鮮食及加工型高花青素紫薯品種推廣種植。