利用隶属函数法对山药种质资源品质和产量进行综合评价

罗海玲，龚明霞，周芸伊，马 俊，何龙飞,5 *

(1. 广西大学农学院，广西 南宁 530004；2. 广西农业科学院作物遗传改良生物技术重点实验室，广西 南宁 530007；3. 广西农业科学院蔬菜研究所，广西 南宁 530007；4. 广西南宁市党校，广西 南宁 530007；5. 广西高校作物栽培学与耕作学重点实验室，广西 南宁 530005)

【研究意义】山药(RhizomaDioscorea)属于薯蓣科中最大的薯蓣属，非洲山药年产量最高，约占世界总量的95 %[1]，我国山药约有60种[2]。广西具有丰富的光、温、水和热资源，其山药种质资源占全国的一半以上。山药的营养化学成分因品种、环境、生长期及收获季节等的不同而各有差异，从众多山药品种中筛选更多品质、产量综合性状优良，且适合不同地域要求的品种成为生产上的迫切需求，对促进高产优质山药产业发展也具有重要意义。【前人研究进展】在山药营养品质和资源鉴定方面已有一些研究。韦本辉等[3]分析了9个山药品种的营养成分，认为营养品质差异可作为淮山药种质分类的依据之一。华树妹[4]对福建的21份山药资源进行了品质分析，认为它们的淀粉含量存在极显著差异，不同产地山药的可溶性蛋白含量也存在极显著差异。梁任繁等[5]对收集到的12份广西山药种质资源进行田间种植和生物学性状观察，应用聚类分析方法，结合形态学与生态学特征，将它们分成4个类群：北方山药、南方山药、野生山药和田薯型。隶属函数分析法可将不同指标系数转换成[0，1]度量值，在同一平台定量评价、综合比较，较之加权评分法具有更大的合理性，在萝卜[6]、大蒜[7]和马铃薯[8]等多种作物不同品种营养品质的综合评价中得到广泛应用，筛选出了一系列品质优良的品种资源。【本研究切入点】由于药食兼用山药的品质研究起步较晚，目前尚未有统一的资源评价标准，因此关于山药资源产量和品质指标综合评价的研究较少，隶属函数分析法在山药种质资源研究中的应用还未见报道。【拟解决的关键问题】用隶属函数法综合评价31个山药种质资源的产量和品质，为山药优良品种的选育栽培及山药产业的发展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

31份供试山药种质资源类型及来源见表1。2013年4月13日将供试品种种植于广西大学农学院教学科研基地，采用定向和搭架栽培，随机区组设计，3 次重复，每个区组(资源)种植面积为7.5 m2，株距30 cm，行距1 m，常规田间管理，翌年1月7日收获各种质资源的地下块茎，并测定其农艺性状和产量。生理指标测定取样：从各个种质资源各小区中随机抽取刚采收的3条块茎，洗净、擦干后取上、中、下3个部位的样品混匀，液氮速冻，高速粉碎机迅速加液氮研磨成液氮粉末后置于-40 ℃待测，3 次重复。

1.2 测定方法

收获时，每个小区测定5株块茎的重量、长度和直径，重复3次，以小区产量折合计算每公顷总产量。蔗糖含量采用Roe比色法测定，还原糖含量的测定采用3, 5-二硝基水杨酸法[9]测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250法[10]测定，采用盐酸水解DNS比色法[11]快速测定山药淀粉含量。

表1 供试淮山药种质类型和来源Table 1 Types and sources of tested yam germplasms

1.3 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行相关性分析和差性异分析，差异性分析采用单因素方差分析LSD法进行多重比较，农艺性状比较的样本数为15个，生理指标测定样本数为3个。

2 结果与分析

2.1 不同山药种质资源块茎农艺性状比较分析

由表2显示，31份种质资源的单茎重与直径、茎长均呈极显著正相关，相关系数分别为0.58和0.48，单茎重与产量呈极显著正相关，相关系数0.99，因此块茎长、茎直径宽的品种，块茎重量和产量都高。31份种质资源农艺性状存在较大差异，其单茎重在0.112～1.834 kg，单茎重1 kg以上、茎长50 cm以上、茎直径7 cm(31个种质资源的茎直径平均值为7.117 cm)以上的品种有HZ-2、G15、BL-2、BL-5、G1和GH5；茎长50 cm以上、茎直径7 cm以下的品种有西大淮1号、G9、5-5大、WM3、18号、GH-2、GH-9和桂平金田；块茎较短(50 cm以下)但茎直径较宽(7 cm以上)的品种有BL-3、PZ-1、PZ-3、土家白、浙江红山药、野生种和大薯种；块茎较细(茎直径4 cm以下)、较短(茎长在50 cm以下)的品种有铁棍山药、湖北大、湖北小、SY2和GH16。

表2 供试淮山药种质的块茎性状Table 2 Tuber traits and yields of tested yam germplasm resources

注：定义茎长60 cm以上为长型种质资源，50～60 cm为中型种质资源，50 cm以下为短型种质资源。同一列数据后不同小写字母表示在5 %水平上差异显著，下同。

Note: It was defined as long type germplasm resources with the tuber length more than 60 cm, and medium germplasm resources with the tuber length between 50-60 cm, and short germplasm resources with the tuber length below 50 cm. Different lowercase letters in the same column indicate significance atP<0.05 level. The same as below.

表3 供试淮山药种质的品质性状和平均隶属函数分析Table 3 Quality traits and membership function analysis of tested yam germplasm resources

2.2 不同山药种质资源块茎产量评价

如表2所示，31份山药种质资源间产量差异达显著水平，根据产量性状可将其分成7类，第1类产量高于55 000 kg/hm2(HZ-2和G15)，显著高于其他品种；第2类为50 000～55 000 kg/hm2(BL-2和 BL-5)；第3类产量为45 000～50 000 kg/hm2(G1、GH5、西大淮1号、BL-3和土家白)；第4类产量为35 000～45 000 kg/hm2(PZ-1、5-5大、PZ-3和WM3)；第5类产量为30 000～35 000 kg/hm2(G9、GH-8、GH-2和粤北2号)；第6类产量为15 000～30 000 kg/hm2(浙江红山药、非洲1号、野生种、大薯种、18号、GH-7、GH-9、桂平金田、SY1和GH16)；第7类在15 000 kg/hm2以下(湖北大、铁棍山药、湖北小和SY2)，显著低于其他种质资源。

2.3 不同山药种质资源块茎品质分析

2.3.1 不同山药种质资源可溶性蛋白含量分析 31份供试种质资源可溶性蛋白含量为1.47～13.63 mg/g·FW，平均值为5.46 mg/g·FW，浙江红山药含量最高(13.625 mg/g·FW)，其次为非洲一号(10.293 mg/g·FW)、野生种(9.915 mg/g·FW)、PZ-1(9.399 mg/g·FW)和桂平金田(9.024 mg/g·FW)，含量最低的2个品种分别为粤北2号(1.472 mg/g·FW)和西大淮一号(1.612 mg/g·FW)。浙江红山药可溶性蛋白含量为粤北2号的9.27倍，含量差异显著(表3)。

2.3.2 不同山药种质资源淀粉含量分析 淀粉含量达16 %以上的品种有GH-2(28.882 %)、GH-9(28.870 %)、PZ-1(26.938 %)、G1(24.929 %)、GH5(20.898 %)，G15(22.041 %)、湖北小(21.176 %)、野生种(20.988 %)、BL-5(19.864 %)、WM3(18.966 %)、G9(18.572 %)、HZ-2(18.540 %)、SY1(18.094 %)、PZ-3(17.836 %)、BL-2(17.280 %)、18号(16.751 %)和GH-7(16.311 %)等，可作为本地区的高淀粉加工品种选育的优良亲本，其中淀粉含量达最高的2个品种GH-2和 GH-9种质资源间差异不显著，与其他种质资源淀粉含量比较差异显著；淀粉含量在10 %以下的品种有非洲1号(6.240 %)、大薯种(8.850 %)、湖北大(6.195 %)、西大淮一号(7.022 %)、浙江红山药(8.353 %)、SY2(9.083 %)、GH16(9.858 %)和GH-8(9.561 %)等，这些与淀粉含量10 %以上种质资源差异显著(表3)。

2.3.3 不同山药种质资源蔗糖含量分析 蔗糖含量在10 mg/g·FW以上的种质资源有土家白(27.298 mg/g·FW)、 BL-3(13.618 mg/g·FW)、PZ-1(13.383 mg/g·FW)、GH-7(13.230 mg/g·FW)、WM3(12.217 mg/g·FW)、浙江红山药(12.193 mg/g·FW)、GH-9(12.181 mg/g·FW)和野生种(11.806 mg/g·FW)，31个资源中大多短薯形种质资源蔗糖含量较高，蔗糖含量最高的土家白与其他所有种质资源差异达显著水平。31个种质资源还原糖含量在0.003～11.83410 mg/g·FW间，还原糖含量最高的为西大淮一号，最低的为PZ-1(表3)。

2.4 不同山药种质资源产量和品质性状的综合评价

如表3所示，平均隶属函数值为4个品质性状和产量性状5个性状的平均值，平均隶属函数值越大，说明该种质资源的产量和品质综合评价越好，根据平均隶属函数值的排名位次，筛选出表现较优的中、长型品种，包括GH5、G1、GH-9、G15、HZ-2、BL-5和BL-2，这些品种薯形和品质俱佳，适合做高产优质育种材料或鲜食新品种的优异亲本，其中GH-9、G1、G15、GH5、BL-5和HZ-2淀粉含量达18 %以上，这些品种可作为高淀粉加工品种选育的优良亲本。品质和产量表现较优的短型品种如PZ-1、野生种、土家白、PZ-3、BL-3、粤北2号和浙江红，这些品种块茎短而粗，性状如甘薯，其中浙江红、野生种和PZ-1的可溶性蛋白和蔗糖含量都很高，口感品质佳，野生种和PZ-1为高蛋白高淀粉品种，浙江红山药为高蛋白低淀粉品种，由于短薯形品种具有产量高，品质优，便于采收、运输、储藏与加工等优点，适合作为机械化种植和产业化发展，这些品种可作为高蛋白加工品种选育的优良亲本。综合评价最差的是4个块茎短而细的小薯品种：铁棍山药、SY2、GH16和湖北大，这些品种由于其产量低下，综合评价不佳。

3 讨 论

近几年广西山药生产发展很快，但仍存在良种覆盖率低，加工型山药品种少的问题，迫切需要筛选更多高产、优质亲本，加快育种进程。品质育种的关键是品质评价，但没有统一的评价方法，不同评价方法各有优劣。目前，对山药营养品质的评价主要分析方法有聚类分析法[3]、主成分分析法[12]、灰色关联分析方法[13]等。隶属函数法分析法因其方法简便、直观，评价结果能准确、全面的反映品种的综合特性而广泛应用于马铃薯、萝卜等作物的品质评价，因此，本研究采用隶属函数法来综合评价31份种质资源的产量及品质。

利用隶属函数法对山药种质资源品质和产量进行综合评价，结果筛选出品质和产量表现较优的中、长型品种7个：GH5、G1、GH-9、G15、HZ-2、BL-5和BL-2，短型品种7个：PZ-1、野生种、土家白、PZ-3、BL-3、粤北2号和浙江红。这14个品种在广西种植产量和品质表现较优，说明这些品种本身的基因遗传因素较优异，也说明广西丰富的热量资源和降水量为这些品种块茎的生长提供了有利的环境。综合评价优的GH5，其淀粉含量为20.989 %，产量为45 528.83 kg/hm2，这与韦本辉等[3]描述的桂淮5号(GH5)淀粉(18.12 %)和蛋白含量高、综合品质优相符，但产量表现要比韦本辉等[14]描述的24 000～33 750 kg/hm2要优异，与龚明霞等[15]描述的GH5产量46 086.0 kg/hm2相似，梁任繁等[16]的研究表明桂淮5号生长周期长，各种物质代谢活动时间比较充分，淀粉及干物质积累等明显高于桂淮16(GH16)，其块茎显著较GH16长且大，这说明GH5的确是一个品质和产量综合评价优良的品种，也说明隶属函数法适用于山药品质和产量的综合评价。作为“四大怀药”之一的铁棍山药，以其特有的食用和药用价值而享誉海内外，但在本研究中综合评价并不佳，虽然其淀粉含量也达到19.412 %，与王飞等[17]描述的19 %相似，但产量低下，该结果与王小丽等[18]和许念芳等[19]的研究相符，韩锁义等[20]认为铁棍山药药用价值高，产量低，而本研究仅涉及供试资源性状、产量及营养品质等方面，因此对于铁棍山药的药用价值尚无评价。赵晓美等[21]研究表明铁棍山药在桂林采用最佳种植密度150 075 株/hm2时，产量最高可达16 152.60 kg/hm2，故可通过提高密度和改善栽培措施在一定程度上提高小薯品种的产量。小薯品种表现不佳还有两个可能原因，一是由于广西高温高湿的气候使其表现早衰[22]，二是因为本研究并未按各资源的特性来种植和收获块茎，而是以统一的密度和时间来种植、收获，其品质测定未必代表其最佳的品质特性，其他引进的小薯品种如GH16、湖北大和湖北小等资源在广西南宁种植综合表现不佳可能也与此有关。因此，下一步研究有必要根据不同种质资源的的特性来种植、收获块茎，测定其最佳品质，再进行综合评价。

4 结 论

中、长型品种GH5、G1、GH-9、G15、HZ-2、BL-5及BL-2薯形和品质俱佳，适合做高产优质育种材料或鲜食新品种的优异亲本；短型品种PZ-1、野生种、土家白、PZ-3 、BL-3 、粤北2号和浙江红性状如甘薯，适合机械化种植和收获。这14个品种在广西南宁种植时多为中晚熟，其产量和品质均较高，适合在广西种植或作为高产优质育种的亲本材料。

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