張中寧 張晨霞 吳莘玲 陳晨 劉震宇 陳德華 陳媛

摘要：為研究不同種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以早熟馬鈴薯品種費烏瑞它和早大白為供試材料，設置52 500、67 500、82 500株/hm2等3個種植密度，測定不同密度下馬鈴薯的產(chǎn)量及構(gòu)成、比重、還原性糖含量、直鏈淀粉含量、淀粉磷含量、淀粉粒度、淀粉熱力學特性等指標。結(jié)果表明，隨著種植密度的增大，馬鈴薯產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢，在67 500株/hm2時達到最高，而單株結(jié)薯數(shù)和馬鈴薯塊莖單薯質(zhì)量呈下降趨勢;還原性糖含量呈上升趨勢，直鏈淀粉的含量、淀粉磷含量、淀粉體積平均粒徑呈下降趨勢，淀粉糊化的起始溫度、終值溫度、峰值溫度均增高。綜上，52 500株/hm2 時，馬鈴薯的單薯質(zhì)量和比重最高;直鏈淀粉含量和淀粉平均體積粒徑也高于其他密度;淀粉中還原性糖含量最低，利于高溫加工;當種植密度為82 500株/hm2時，淀粉含磷量最高，淀粉的糊化溫度高于其他種植密度。當種植密度為67 500株/hm2時，馬鈴薯的產(chǎn)量最高，而品質(zhì)則介于以上2個密度之間。因此，生產(chǎn)中可以通過密度來調(diào)節(jié)馬鈴薯的部分淀粉品質(zhì)，根據(jù)產(chǎn)量要求、口感品質(zhì)、用途等選擇合適的種植密度。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;種植密度;產(chǎn)量;淀粉品質(zhì);理化特性;方差分析;影響

中圖分類號：S532.04 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）07-0059-08

收稿日期：2021-02-24

基金項目：江蘇省高等學校自然科學研究面上項目（編號：18KJB210013）。

作者簡介：張中寧（1996—），男，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要從事作物栽培研究。E-mail：17352462202@163.com。

通信作者：陳 媛，博士，講師，主要從事作物栽培研究。E-mail：cheny@yzu.edu.cn。

馬鈴薯是茄科茄屬一年生草本塊莖植物，是世界上第四大糧食作物，其營養(yǎng)豐富，抗逆、抗病性強，產(chǎn)量高，易貯藏。盡管我國馬鈴薯產(chǎn)量與種植面積名列世界前幾，但加工利用率及增值率很低。淀粉加工是我國馬鈴薯加工中占比最大的一部分，約占總產(chǎn)量的20%[1]。

在世界范圍內(nèi)，馬鈴薯淀粉產(chǎn)量排名第二，其類脂物含量低，淀粉、聚合物含量高。馬鈴薯淀粉及其衍生物是造紙、紡織、建材、化工等很多領(lǐng)域的添加劑、黏結(jié)劑、增強劑等;在醫(yī)學方面上，馬鈴薯淀粉可生產(chǎn)多種酶、酵母、人造血液等;目前，各國已研發(fā)出了上百種用馬鈴薯淀粉和其他糧食制成的美味又營養(yǎng)的食品[2]。

自然氣象條件、土壤肥力、塊莖成熟度、栽培技術(shù)、品種等都會影響到馬鈴薯淀粉品質(zhì)[3-7]。6個品種在5個不同的地點的4年試驗數(shù)據(jù)表明，地點、年份和品種都對淀粉的直鏈淀粉含量、磷含量和淀粉體積有顯著影響[8]。不同生態(tài)條件下，馬鈴薯淀粉含量與品質(zhì)也會相應發(fā)生變化，緯度是主要影響因素。在我國北方，馬鈴薯淀粉含量與緯度成正比，且低緯度地區(qū)的黏度低于高緯度地區(qū)[9]。同一緯度地區(qū)的不同海拔高度對淀粉產(chǎn)量與品質(zhì)也存在一定影響。低海拔地區(qū)光照較少、溫度較高、降水量多，相對于高海拔地區(qū)不利于提高淀粉的產(chǎn)量及品質(zhì)。馬鈴薯是一種喜涼怕熱的作物，高溫不利于淀粉的積累[10]。在溫室的持續(xù)高溫環(huán)境下，馬鈴薯淀粉的糊化溫度升高，直鏈淀粉含量升高，并且有更強的抗降解能力[11]。Noda等根據(jù)10年的氣象數(shù)據(jù)和馬鈴薯淀粉品質(zhì)的數(shù)據(jù)進行了相關(guān)性分析，結(jié)果表明，糊化溫度和年積溫有顯著的相關(guān)性，并且磷含量在高溫年份會稍有降低。但是沒有檢測到從開花期到收獲期的降水量和淀粉品質(zhì)指標的相關(guān)性[12]。收獲期對淀粉品質(zhì)影響的研究表明，晚1個月收獲的馬鈴薯有較高的淀粉粒體積、峰值黏度、磷含量、崩解值，以及較低的糊化溫度含量和直鏈淀粉含量[13]。鈣肥的施用顯著降低了峰值黏度和淀粉粒體積，同時改變了細胞壁中的物質(zhì)組成[14]。

種植密度是影響馬鈴薯淀粉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要影響因素。由于植物生長資源的競爭，種植密度增大會引起資源分配的壓力，導致產(chǎn)量差異大，品質(zhì)參差不齊。合理密植可以形成有利的空間體系，促進淀粉的積累和品質(zhì)的提升。關(guān)于密度對淀粉品質(zhì)的影響，在水稻、小麥、玉米[15]中均有很多研究。關(guān)于密度對水稻淀粉品質(zhì)的影響，胡雅杰等認為，種植密度對峰值黏度、崩解值、熱漿黏度等影響較大，而對起始糊化溫度、峰值溫度影響較小[16]。謝黎虹等則認為，不同種植密度對水稻糊化過程的回復值和消減值有顯著影響，種植密度為13.5萬株/hm2時，消減值最高，種植密度為27萬株/hm2時，消減值最低[17]。蔡瑞國等對小麥的研究表明，隨著密度的增加，小麥中直鏈淀粉含量下降，總淀粉、支鏈淀粉的含量增加，直支比也下降，密度增加到450萬株/hm2時，則呈相反趨勢[18]?？琢钇降鹊难芯勘砻鳎衩灼贩N間糊化特征值差異顯著，而密度對糊化特征值的影響較小[19]。

目前，大部分馬鈴薯的研究都是針對種植密度對產(chǎn)量與生長特性的影響，而對馬鈴薯淀粉特性的影響鮮有涉及。本研究主要以早熟品種費烏瑞它和早大白為材料，研究不同種植密度下馬鈴薯淀粉品質(zhì)的變化，以期為提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)提供栽培管理的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與栽培

于2018—2019年在揚州大學農(nóng)學院（江蘇揚州）試驗田進行，試驗地為沙壤土，土壤有機質(zhì)含量為17.8 g/kg、水解氮含量為64.8 mg/kg、速效磷含量為25.6 mg/kg、速效鉀含量為85.4 mg/kg。2年都于1月15日播種、6月10日收獲。選擇生產(chǎn)上廣泛使用的早熟馬鈴薯品種費烏瑞它和早大白為供試材料。采用起壟地膜覆蓋方式種植，人工穴播方式播種。小區(qū)長6.0 m，寬2.8 m，每個小區(qū)4行，行距0.7 m。施氮肥 （N） 130 kg/hm2，磷肥 （P 2O 5） 75 kg/hm2，鉀肥 （K 2O） 200 kg/hm2。其他生長管理措施按大田高產(chǎn)栽培要求進行。生育期間進行中耕、除草處理2次;根據(jù)氣候干旱情況進行灌溉，病蟲草害的防治按當?shù)爻Ｒ?guī)進行。

1.2 試驗處理

試驗采用裂區(qū)設計方法，3次重復，以品種[費烏瑞它（F）和早大白（Z）]為主區(qū)，種植密度為裂區(qū)，設3個密度：52 500、67 500、82 500株/hm2，分別以P1、P2、P3表示。

1.3 測定方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的測定

按小區(qū)實收，換算獲得實際產(chǎn)量，并收取中間2行的10株，測量單薯質(zhì)量和每株結(jié)薯數(shù)。

1.3.2 塊莖比重的測定

收獲后1周內(nèi)將馬鈴薯塊莖洗凈晾干，稱取5 kg樣品，浸入17.5 ℃的水中稱質(zhì)量（使塊莖全部浸沒在水中，并避免塊莖碰到容器壁）。根據(jù)公式：塊莖比重=塊莖在空氣中的質(zhì)量/（塊莖在空氣中的質(zhì)量-塊莖浸入水中的質(zhì)量），計算出塊莖比重。

1.3.3 還原性糖含量測定

參考楊俊慧等的試驗方法[20]，使用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法，利用紫外分光光度計測定還原性糖含量。

1.3.4 馬鈴薯淀粉的制備

參考王麗等的制備方法[21]，稱取去皮馬鈴薯1.5 kg，切片后再切丁，加水，用攪碎機打碎，將打碎的馬鈴薯放入蒸餾水中浸泡2 h，靜置沉淀后放于200目篩上過濾并丟棄液體，重復3～5次后將沉淀物放入烘箱中，40 ℃烘干，粉碎后過篩，置于密封紙袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.5 直鏈淀粉含量的測定

參考張娟等的方法[22]，使用碘藍比色法測定，利用紫外分光光度計在620 nm 處測吸光度，計算直鏈淀粉含量。

1.3.6 淀粉磷含量的測定

參考趙凱等的方法[23]，采用鉬銻抗分光光度法測定，根據(jù)提前繪制的磷標準曲線方程，計算樣液中的磷含量。

1.3.7 淀粉粒度

用激光衍射粒度分析儀（Mastersizer 2000，Malvern，England）分析淀粉粒體積分布，以100%無水乙醇作分散介質(zhì)。

1.3.8 熱力學特性

使用差示掃描量熱分析儀（differential scanning calorimetric，DSC）進行測量。取 10 μg 淀粉，并加入20 μL ddH 2O，于鋁質(zhì)樣品盤中搖勻，密封后于4 ℃過夜，以10 ℃/min的升溫速率使溫度從20 ℃升至100 ℃，同時以空白鋁盒作為參照，測定峰值溫度（peak temperature，簡稱 T? P）、起始溫度（onset temperature，簡稱 T? o）、終值溫度（conclusion temperature，簡稱 T? c）和熱焓變化值（enthalpy of transition，簡稱Δ H ）。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel軟件對原始數(shù)據(jù)進行整理和描述性統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析則利用SAS軟件進行比較處理，使用最小顯著性差異（ LSD ）法測驗顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

不同處理對2個馬鈴薯品種產(chǎn)量有顯著影響，2年中2個品種的產(chǎn)量均在67 500株/hm2時達到最高，且P2F產(chǎn)量最高，P2Z次之（圖1-A）。方差分析結(jié)果表明，密度與品種間互作不顯著（表1）。2年產(chǎn)量隨著密度的增加呈先升后降趨勢。即當密度為67 500株/hm2時，產(chǎn)量最高，密度為 52 500株/hm2 時產(chǎn)量最低。在2018年，品種間產(chǎn)量差異顯著，費烏瑞它產(chǎn)量顯著高于早大白。2019年品種間產(chǎn)量差異不顯著。

進一步分析表明，種植密度對2個馬鈴薯品種的單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量有顯著影響，進而影響了產(chǎn)量（圖1-B和圖1-C）。隨著種植密度的增加，單位面積株數(shù)增加，單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量均呈下降趨勢，2年試驗中2個品種在52 500株/hm2種植密度下的單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量均顯著高于 82 500株/hm2 的種植密度處理，但是52 500、67 500株/hm2 的種植密度處理下單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量均無顯著差異。因此，當密度由52 500株/hm2增長到67 500株/hm2，在沒有顯著降低單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量的情況下，由于種植密度的增高，株數(shù)增多，從而顯著提高了最終產(chǎn)量。品種間的比較結(jié)果表明，費烏瑞它的單株結(jié)薯數(shù)高于早大白，而早大白的單薯質(zhì)量高于費烏瑞它。

2.2 種植密度對馬鈴薯比重的影響

馬鈴薯品質(zhì)測定中通常采用測量比重（密度）的方法來間接地測定淀粉含量。由圖2可知，不同處理間馬鈴薯比重差異顯著，其中2年的P1Z比重均最高。方差分析結(jié)果表明，密度與品種間互作不顯著（表1）。2個年度結(jié)果一致表明，種植密度顯著影響比重，種植密度為52 500株/hm2時馬鈴薯比重最高，其次是 67 500株/hm2 的種植密度處理，而 82 500株/hm2 種植密度時比重最低，但67 500、82 500株/hm2的種植密度處理間沒有顯著差異。早大白的比重在2018年顯著高于費烏瑞它，但在2019年2個品種的比重無顯著差異。

2.3 種植密度對還原性糖含量的影響

不同處理間還原性糖含量差異顯著，且2年間P3F的還原性糖含量均最高，而P1Z的最低（圖3）。方差分析結(jié)果表明，2018年密度與品種間互作影響不顯著，2019年密度與品種間互作達極顯著影響，這種差異性可能是由于2個品種的還原性糖含量隨著密度增高而增高的程度不同造成的（表1）。種植密度對馬鈴薯塊莖還原性糖含量有顯著的影響。

隨著種植密度的增大，還原性糖含量呈上升趨勢。2年間 82 500株/hm2 種植密度處理的還原性糖含量均顯著高于 52 500株/hm2 種植密度處理。2個品種的還原性糖含量比較結(jié)果表明，早大白的還原性糖含量顯著低于費烏瑞它。

2.4 種植密度對直鏈淀粉含量的影響

不同處理間直鏈淀粉含量差異顯著，其中P1F的直鏈淀粉含量最高，而P3Z的最低（圖4）。方差分析結(jié)果表明，密度與品種間互作對直鏈淀粉含量影響不顯著（表1）。種植密度對馬鈴薯直鏈淀粉含量的影響顯著。隨著種植密度的增大，直鏈淀粉的含量呈下降趨勢。52 500株/hm2 種植密度下馬鈴薯直鏈淀粉含量最高，顯著高于67 500、85 000株/hm2的種植密度處理。早大白直鏈淀粉含量顯著低于費烏瑞它。

2.5 種植密度對淀粉磷含量的影響

不同處理間淀粉磷含量差異顯著，其中P3Z的淀粉磷含量最高（圖5）。方差分析結(jié)果表明，密度與品種間互作不顯著（表1）。種植密度對馬鈴薯淀粉磷含量的影響顯著，2年在同一品種內(nèi)，磷含量在不同密度處理間均表現(xiàn)為82 500株/hm2>67 500株/hm2>52 500株/hm2，其中67 500、82 500株/hm2 種植密度處理與52 500株/hm2種植密度處理差異顯著?？傮w上，與52 500株/hm2相比，在2018年，67 500、82 500株/hm2的種植密度處理的淀粉磷含量分別提高2.1%、50%;在2019年，67 500、82 500株/hm2 的種植密度處理的淀粉磷含量分別提高10.4%、13.1%。品種間馬鈴薯淀粉磷含量的比較結(jié)果表明，2018年2個品種間無顯著差異，2019年早大白顯著高于費烏瑞它。

2.6 種植密度對馬鈴薯淀粉粒度分布的影響

密度和品種對淀粉粒度分布的影響顯著，種植密度增大顯著降低了淀粉粒平均粒徑（表2），總體上，在2018年，52 500、67 500、82 500株/hm2的種植密度處理的淀粉粒體積平均粒徑分別為36.18、35.09、33.32 μm，在2019年，52 500、67 500、82 500株/hm2 的種植密度處理的淀粉粒體積平均粒徑分別為39.57、37.75、37.37 μm。密度與品種間互作在2018年影響顯著、2019年影響不顯著。2018年密度與品種間的互作影響顯著是由于2個品種淀粉粒度分布對密度的響應存在差異;雖然總體上2個品種都隨著密度增高而平均粒徑變小，其中67 500、52 500株/hm2的種植密度處理的平均粒徑均顯著高于82 500株/hm2，但是費烏瑞它隨密度增大平均粒徑先增大后變小，而早大白呈現(xiàn)一直下降趨勢。2019年2個品種平均粒徑均隨著密度增大而逐漸降低，其中52 500株/hm2的平均粒徑顯著高于67 500、82 500株/hm2的種植密度處理。早大白的平均粒徑顯著低于費烏瑞它。進一步分析粒徑分布結(jié)果表明，平均粒徑隨著密度的變小是由于≤30 μm的淀粉粒比例顯著增多，而≥50 μm的淀粉粒比例顯著降低導致的。

2.7 種植密度對馬鈴薯淀粉熱力學特性的影響

由表3可知，2018年密度與品種間的互作對馬鈴薯淀粉熱力學特性參數(shù)影響不顯著，在2019年對馬鈴薯淀粉熱力學特性參數(shù)影響顯著?？傮w上，2年熱力學特征參數(shù)隨密度變化趨勢基本一致，隨著種植密度的增大，起始溫度、峰值溫度、終值溫度均呈上升趨勢，并且2019年差異更顯著，表明高種植密度下的馬鈴薯淀粉需要更高的溫度才開始糊化。2018年，種植密度在52 500、67 500株/hm2時，2個品種的熱焓變化值差異不顯著，種植密度在 85 000株/hm2 時，熱焓變化值數(shù)值達到最低，且顯著低于其他種植密度。2019年，各密度間熱焓變化值無顯著差異。2年熱力學特征參數(shù)在品種間結(jié)果不完全一致。2018年，早大白的熱焓變化值顯著高于費烏瑞它，但起始溫度顯著低于費烏瑞它。2019年，早大白的起始溫度、峰值溫度、終值溫度均顯著高于費烏瑞它，2個品種的熱焓變化值無顯著差異。

3 討論

種植密度是影響馬鈴薯產(chǎn)量的重要因素。由于植物的生長資源的競爭，種植密度增大會引起資源分配的壓力，導致產(chǎn)量差異大，品質(zhì)參差不齊[24]。王多成等認為，馬鈴薯種植密度與株高成正比，與商品薯率成反比，對淀粉含量無顯著影響;單株結(jié)薯個數(shù)、單株產(chǎn)量在密度為75 000株/hm2時表現(xiàn)最好[25]。在余幫強等的研究中，種植密度為 66 000株/hm2 時，馬鈴薯產(chǎn)量最高[26]。楊帆等認為，種植密度在54 000株/hm2時的產(chǎn)量低于種植密度為63 000株/hm2的產(chǎn)量，但大馬鈴薯率最高，這一種植密度有利于大塊莖的形成，其中的淀粉含量較高[27]。本研究的產(chǎn)量也是在67 500株/hm2時達到最高，同時隨著密度的增大，塊莖數(shù)和單薯質(zhì)量降低，同時比重也下降，這和以上的研究結(jié)果一致。

康鵬玲等的研究還表明，種植密度對還原糖含量有一定影響，在67 500株/hm2時含量最高，顯著高于其他種植密度，高溫加工時，還原性糖與游離氮基酸發(fā)生美拉德反應，產(chǎn)生帶有苦味的褐色物質(zhì)和致癌物質(zhì)，嚴重影響了馬鈴薯食品的色澤和品質(zhì)[28]。本研究中還原性糖含量也隨著種植密度的增大而升高，這與以上研究結(jié)果相似。

磷元素作為馬鈴薯淀粉分子中最重要的元素，并在馬鈴薯淀粉中以共價鍵的形式存在于支鏈淀粉中。隨著磷含量的提高，馬鈴薯淀粉與水黏合度高，淀粉糊透明度高，易膨脹，且淀粉糊很少出現(xiàn)凝膠和老化現(xiàn)象。有研究表明磷含量和直鏈淀粉含量呈負相關(guān)[8]，本研究也表明，隨著密度增加，直鏈淀粉含量降低，支鏈淀粉含量升高，磷含量提高。淀粉顆粒糊化和熱力學特性受顆粒大小、半結(jié)晶層結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)程度以及直鏈淀粉含量等因素綜合影響。淀粉支鏈淀粉含量高，糊化溫度高[7]。Kim等研究了42個品種的馬鈴薯淀粉，發(fā)現(xiàn)淀粉磷含量和糊化起始溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[29]，并且Alvani等對11個馬鈴薯品種的研究也發(fā)現(xiàn)磷含量和峰值溫度之間呈正相關(guān)關(guān)系[3]。磷含量的提高意味著更多支鏈淀粉的存在以及更穩(wěn)固的晶體結(jié)構(gòu)，因此需要更高的糊化溫度去破壞晶體結(jié)構(gòu)。本研究中隨著密度增高，支鏈淀粉含量升高，磷含量升高，淀粉分子結(jié)合比較緊密，淀粉糊化的起始溫度、終值溫度、峰值溫度也相應升高。

淀粉粒度分布除受其自身的遺傳性狀控制外，還受環(huán)境條件和栽培措施的影響。前人的研究表明，馬鈴薯同一品種隨著塊莖增大，淀粉的平均粒徑呈增大趨勢[30]，且較晚的收獲時間導致塊莖變大的同時淀粉粒徑也增大[31]。本研究中隨著種植密度增大，馬鈴薯塊莖變小，并且粒徑也同時變小，與以上結(jié)果相似。耿慶輝的研究表明，在灌溉和旱作條件下，隨著種植密度提高，A型淀粉粒（>9.8 μm）體積、表面積百分比降低，B型淀粉粒（<9.8 μm）體積、表面積百分比呈升高趨勢[32]。本研究結(jié)果表明，種植密度的提高顯著降低了淀粉平均粒徑，與以上結(jié)果一致。相較于結(jié)構(gòu)緊密粒徑小的淀粉顆粒，結(jié)構(gòu)松散粒徑大的淀粉的半結(jié)晶層結(jié)構(gòu)的有序性和一致性以及結(jié)晶層厚度越小，淀粉粒在較低溫度下分子間氫鍵斷裂，水分子進入微晶束結(jié)構(gòu)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)消失的早，變成黏稠的糊漿，易于糊化。本研究結(jié)果表明，隨著種植密度增大，淀粉平均粒徑降低，而淀粉糊化的起始溫度、終值溫度、峰值溫度均增高，表明密度增大導致的淀粉粒徑變小，使得淀粉結(jié)晶度更高，需要更高的溫度才開始糊化。Wang等的研究顯示，粒徑較小的馬鈴薯淀粉顆粒的直鏈淀粉含量較低，而支鏈淀粉含量較高[33]，本研究結(jié)果與之一致，隨著密度增大，淀粉粒徑變小，同時支鏈淀粉含量增高。

4 結(jié)論

馬鈴薯產(chǎn)量在67 500株/hm2時達到最高，而單株結(jié)薯數(shù)和馬鈴薯塊莖單薯質(zhì)量呈下降趨勢。隨著種植密度的增大，還原性糖含量呈上升趨勢，直鏈淀粉的含量、淀粉磷含量、淀粉體積平均粒徑呈下降趨勢，淀粉糊化的起始溫度、終值溫度、峰值溫度均增高。費烏瑞它的單株結(jié)薯數(shù)顯著高于早大白，早大白的單薯質(zhì)量高于費烏瑞它，費烏瑞它比早大白產(chǎn)量更高。早大白的還原性糖含量和直鏈淀粉含量均顯著低于費烏瑞它。因此，生產(chǎn)上可以通過密度來調(diào)節(jié)馬鈴薯的部分淀粉品質(zhì)，根據(jù)產(chǎn)量要求、口感品質(zhì)、用途等選擇合適的種植密度。

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