浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种系谱和品质性状分析

项 超 沈升法 季志仙 李 兵 吴列洪

(浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所,浙江杭州 310021)

中国是世界甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]生产大国。据统计,2015年中国甘薯种植面积约425万hm2,总产约1亿t,种植面积和产量均位居世界首位[1-3]。甘薯是我国重要的粮食作物,具有高产稳产、适应性广、功能多元化等特点,在保障国家粮食安全及种植业结构调整中发挥着重要作用[4]。

我国甘薯品种资源丰富,现存的甘薯种质资源约2 000份[5]。从20世纪80年代开始,我国实行了甘薯品种的审(认、鉴)定制度,截止2015年,国审(认、鉴)甘薯品种有179个,这些品种的育成不仅很大程度上满足了甘薯消费的需求,而且作为育种的核心亲本丰富了甘薯育种材料,促进了优异种质资源的创新和甘薯产业的持续发展[5-6]。从全国甘薯产业发展来看,甘薯消费主要经历了四个阶段:1950-1977年以食用为主；1978-1999年饲用、食用、加工并重；2000-2005年以加工为主、食饲兼用；2006年至今以加工为主、食用为辅、饲用较少[7]。

目前,随着甘薯加工产品多样化以及休闲食品种类增加,紫薯和菜用甘薯的消费量逐年增加[7-8]。浙江省农业科学院是我国较早开展甘薯品种创新与选育的单位之一[9]。从1981年起开展甘薯早熟品种的选育,培育出我国第一个以早熟、鲜食为主要目标的甘薯新品种百日薯浙薯2号[10-11]。优质专用品种(包括迷你型甘薯品种)的选育是浙江省农业科学院甘薯品种创新的重要方向[12-19]。通过新种质资源的引进和优异种质的创新,先后培育出红红1号、浙薯2号[9]、心香[15]、浙紫薯1号[17]、浙薯6025[18]和浙薯13[20]等20多个甘薯品种[14-22],尤其是浙薯系列鲜食及食品加工型品种的选育与应用为浙江省乃至长江流域薯区甘薯产业发展作出了重要贡献。本研究重点分析2005-2016年浙江省农业科学院选育的浙薯系列优质鲜食及食品加工型甘薯品种的亲本系谱、品种创新及其应用、不同用途品种主要农艺性状特性,并进一步讨论浙江省甘薯品种选育的种质创新以及存在的主要问题,提出甘薯产业发展的新思路,以期为今后优质鲜食及加工型甘薯新品种选育的种质创新和应用提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试甘薯品种均由浙江省农业科学院育成,共13个品种,详见表1。

表1 2005-2016年浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种Table 1 Zheshu sweetpotato varieties for table use and food processing use in 2005-2016

1.2 数据来源

统计分析的13份甘薯品种有关资料数据来源于浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所(以下简称浙江省农科院作核所)甘薯组种质资源保存圃数据、国家和有关省市甘薯品种区域试验报告及品种鉴定登记信息以及部分试验结果数据。

1.3 数据整理分析

统计数据运用Microsoft Office Excel 2010软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种创新及其应用

针对浙江甘薯生产和市场需求,结合早熟性、商品率和抗病耐贮性,开展优质、多抗鲜食或加工专用甘薯新品种选育,并注重开展甘薯胡萝卜素、花青素等营养强化聚合育种技术研究及种质创新[23-29]。目前,浙薯系列鲜食及食品加工型品种在浙江省的甘薯品种覆盖率超过60%。2005-2016年浙江省农业科学院共选育鲜食及食品加工型甘薯品种13个(表1),其中8个通过国家甘薯品种鉴定,7个通过浙江省甘薯品种鉴定,浙薯132和心香2个品种同时通过了国家和浙江省甘薯品种鉴定。在这13个品种中,从品种用途来看,有9个属于鲜食加工兼用型,4个是鲜食专用品种。从育种方法来看,13个品种均是通过甘薯品种间杂交育成。浙薯81具有多抗(抗茎线虫、抗黑斑病、中抗根腐病)、高胡萝卜素含量的特点,胡萝卜素含量为16.03 mg·100 g-1FW,明显高于其他品种。利用双低干率亲本浙薯81和浙薯255杂交育成高干、高淀粉含量品种浙薯13,创新了聚合高胡萝卜素含量和高干率性状的育种方法(发明专利:201310076020.2)。浙薯13自2007年起成为浙江省甘薯主栽品种,目前已成为浙江省甘薯品种区域试验的对照品种。同时,该品种作为优良种质资源已被其他省份主要甘薯育种单位应用于育种研究,且已成为长江流域薯区的核心育种亲本之一,育成专用新品种19个,在长江流域甘薯生产上大面积推广应用。浙薯13为浙江省近20年来育成干率最高的甘薯品种,因其高产、高干率、自然糖化快等特点已成为生产薯干、薯脯(烤薯)的专用品种,且该品种进一步与微型薯脱毒繁育技术体系、高产高效栽培技术和产后加工相结合形成了甘薯全产业链体系,已在长江流域部分省市得到广泛应用。迷你型甘薯品种浙薯132、心香、浙薯75、浙薯6025、浙紫薯1号等,因小型化、优质化、彩色化和营养化而广受消费者青睐,已成为浙江省鲜食迷你甘薯产业的主栽品种。浙薯系列甘薯品种的选育和在生产上的推广应用,为全国甘薯产业的发展做出了重要贡献。

2.2 浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种系谱分析

核心亲本的创制是新品种选育的关键。13个浙薯系列甘薯品种亲本来源及其系谱关系的梳理和分析结果显示(图1),从遗传基础来看,各品种主要由宁薯1号、浙薯2号、苏薯2号等作为骨干亲本杂交选育而成,且大多数利用骨干亲本选育的品种与南瑞苕和胜利百号有亲缘关系。从亲本资源利用来看,品种资源的利用丰富多样,如甘薯近缘种乌干达牵牛；国外引进高淀粉含量品种南丰、高胡萝卜素含量品种Gem、高花青素品种绫紫等；地方品种瑞安红皮红心以及国内甘薯核心亲本栗子香、宁薯1号、宁紫薯1号等。从育成品种数来看,心香、浙薯81及其衍生品种浙薯13、浙薯132、浙紫薯1号作为优异亲本在全国各主要甘薯育种单位应用,已成为长江流域薯区的核心育种亲本,育成新品种26个。浙薯81作为育种亲本先后育成浙薯13、浙薯132、浙薯75和浙薯259共4个品种。浙薯81是典型的低干率、高产材料,兼具地方品种和国外品种的遗传基础,这有利于其在杂交组配中表现出较强的配合力,从而获得具有丰富遗传基础、多种变异类型甚至超越亲本特性的杂交后代。浙薯13作为优良种质的核心育种亲本,先后育成鄂薯9号、渝薯1号、南薯011和绵薯8号等共计19个品种(表2),而且育成品种类型丰富,包含鲜食型、淀粉加工型和食品加工型等。可见,浙薯81及其衍生品种浙薯13在作为骨干亲本时表现出理想的育种效果。在今后的育种实践中,可持续使用这些优良品种作为亲本,利用多种方式逐步导入和聚合新基因,如定向杂交、集团杂交、回交、放任授粉等,利用核心亲本创制优异新种质,为培育甘薯新品种提供更多选择[30]。同时,需加深对亲本遗传规律的研究,选配目标性状的强优势组合,以提高甘薯育种效率。

图1 2005-2016年浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种系谱图Fig.1 Pedigree of Zheshu sweetpotato varieties for table use and food processing use in 2005-2016

表2 浙薯13为亲本材料培育的新品种Table 2 New varieties derived from Zheshu 13 as a parental material

2.3 浙薯系列鲜食及食品加工型甘薯品种品质性状比较分析

将13个品种进行分类比较分析,按品种用途分为鲜食型品种和鲜食、加工兼用型品种；按干率分为高干率品种(干率＞30%)和低干率品种(干率＜27%)；按薯块商品性类型,又分为迷你型鲜食品种和其他浙薯系列品种(表1)。甘薯块根中的干率、淀粉含量、糖分含量及胡萝卜素含量等是影响甘薯品质的重要因子[31]。鲜食型甘薯主要以食用品质为主要目标；加工型甘薯品种大多数以加工适应性为主要目标。

干率即薯块干物质占鲜重的比率,是甘薯品种最重要的品质性状指标之一,反映了甘薯薯块固形物含量的高低。从不同组别品种比较来看,鲜食型品种的干率略高于鲜食、加工兼用型品种,干率约为30%(图2)；高干率品种的干率显著高于低干率品种(图3)；迷你型鲜食品种的干率为31.9%,较其他品种的干率高3%(图4)。甘薯的干率与其食味存在显著正相关[32],干率高的品种其食味相应较好,如心香(干率32.7%)、浙薯 132(干率 30.7%)、浙薯 6025(干率30.4%)等高干率的品种已成为浙江省鲜食甘薯的主栽品种[13,15-16,18,33-34]。此外,品种干率对加工产率、产品品质均具有重要影响[25]。干率是影响油炸甘薯片硬度(松脆度)和含油量的重要因素[25]。薯片的油炸过程实际是一个油取代水的过程,在常压油炸条件下,生薯油炸薯片的甘薯原料干率越低,薯片越松脆,含油率越高[25]。因此,薯片加工品种应选择合适的干率、兼顾硬度和含油量指标。油炸薯片专用品种较理想的干率为 22%～26%,如低干率品种浙薯 81(干率23.9%)、浙薯255(干率22.2%)。而真空油炸薯片可以在原料干率更高的情况下,生产出同样松脆度好、含油量更低的产品,如高干率品种浙薯70(干率30.7%)已在真空油炸薯条开发中有着较好的应用。

淀粉率通常作为甘薯的品质性状指标,决定最终淀粉产量的高低[30]。从不同组别品种比较来看,鲜食型品种的淀粉率略高于鲜食、加工兼用型品种(图2)；高干率品种的淀粉率显著高于低干率品种(图3)；迷你型鲜食品种的淀粉率高于其他品种(除迷你型品种以外的浙薯系列品种)(图4)。一般而言,评价食用品种食味或甜度的主要指标是生鲜薯可溶性糖含量[35],生鲜薯可溶性糖与甜度的相关性主要体现在蒸煮过程中进一步糖化成还原糖。熟薯可溶性糖与甜度具有较高的相关性和品种间的差异,适合作为甘薯甜度评价的指标和食用品种品质育种指标[23,25]。从不同组别品种糖分比较来看,不同类型品种在生薯、熟薯中的糖分(可溶性糖、还原糖)含量存在差异(图2),可能与不同类型品种的用途密切相关,如鲜食型品种要求一定的甜度,薯脯、薯条原料甘薯要求薯块自然糖化快且糖化率高。低干率品种的生薯还原糖含量显著高于高干率品种,其他不同类型品种间糖分指标差异不显著(图3)。迷你型鲜食品种的生薯可溶性糖含量高于其他品种,其他糖分指标都低于其他品种(图4)。可见,甘薯淀粉率、糖分等,都与干率存在一定程度的相关性。生薯、熟薯可溶性糖与甜度具有较高的相关性[23]；生薯还原糖以及蒸煮过程中进一步糖化的还原糖在不同品种间存在差异；生薯、熟薯的可溶性糖和还原糖作为甘薯甜度评价指标和品质育种指标时,需要综合考虑。

图2 2005-2016年不同类型浙薯系列甘薯品种主要品质性状比较分析Fig.2 Comparative analysis of main quality traits for different types of Zheshu sweetpotato varieties in 2005-2016

胡萝卜素是甘薯的重要营养品质指标。从不同组别品种比较来看(图5),鲜食型品种的胡萝卜素含量低于鲜食、加工兼用型品种；低干率品种的胡萝卜素含量高于高干率品种；迷你型鲜食品种的胡萝卜素含量低于其他品种。甘薯胡萝卜素含量与干率存在显著的负相关特性[36],胡萝卜素含量高的品种干率通常偏低,从而影响高胡萝卜素品种的食用品质。

图3 2005-2016年不同干率类型浙薯系列甘薯品种主要品质性状比较分析Fig.3 Comparative analysis of main quality traits for different dry matter rates of Zheshu sweetpotato varieties in 2005-2016

图4 2005-2016年浙薯系列迷你型鲜食品种与其他品种主要品质性状比较分析Fig.4 Comparative analysis of main quality traits for mini table use and other of Zheshu sweetpotato varieties in 2005-2016

3 讨论

3.1 鲜食及食品加工型甘薯品种选育的亲本创制及选配

浙江省农业科学院从1957年起利用高产、适应性强、干率较高的地方品种五爪龙、瑞安红皮红心等与高产、高干率、抗病、早熟品种胜利百号、栗子香、宁薯1号等进行杂交,先后选育出红红1号、浙薯l号、瑞薯1号、浙73半2等10余个甘薯新品种[7-9]。从1981年起开展甘薯早熟品种的选育,先后选育出浙薯2号、金玉、心香等品种[9-15]。2000年以后,先后选育出浙薯81、浙薯13等浙薯系列优质专用品种。

图5 2005-2016年不同类型浙薯系列甘薯品种胡萝卜素含量比较分析Fig.5 Comparative analysis of the carotene content for different types of Zheshu sweetpotato varieties in 2005-2016

胜利百号和南瑞苕为正反交优良亲本组合,从这2个亲本的杂交组合后代中选育出甘薯新品种30余个,其中栗子香至今仍是我国高淀粉育种中难得的高干率材料。浙薯系列甘薯品种系谱来源主要是以胜利百号和南瑞苕衍生的栗子香血缘。后续品种的典型代表是2000年之前育成的宁薯1号、浙薯2号、苏薯2号等亲本以及2000年之后育成的浙薯13、浙薯81等品种,其中,宁薯1号是20世纪60年代选育的代表性兼用型甘薯品种；浙薯2号是国内第一个以早熟、鲜食为主要目标的百日薯；苏薯2号是淀粉专用型品种；浙薯81具有多抗、适应性广、高胡萝卜素等优良特性,用作杂交亲本诱导开花性好；浙薯13具有优质、适应性广、多用途等优点,开花习性好,其杂交后代出现高产、优质或高干中产的比例高,易于筛选到各具特点的优良品种(系),在种质创新上是一个杂交后代中选率较高的优良亲本材料,以其为亲本育成的品种数量已达到19个。浙薯13作为骨干亲本,创制优良新种质,为培育甘薯新品种提供了更多选择。上述品种都具有高配合力和强杂交优势等特点,是亲本组配和种质创新的重要遗传材料。在今后的甘薯育种中需注重对亲本遗传规律的研究,选配目标性状的强优势组合,以提高甘薯育种效率。从整体来看,浙薯系列甘薯品种大多具有南瑞苕和胜利百号的遗传基础,与苏薯系列淀粉型品种及国鉴甘薯品种的遗传基础类似,在种质创新和育种中少数骨干亲本仍被广泛利用,而新引进亲本或创新材料的遗传组成改良现有品种的遗传基础仍需要较长一段时间[5-6,30]。在今后的育种中,筛选满足育种目标的核心亲本,加强不同薯区育种亲本的交换,同时不断利用引进优异材料(包括国外资源品种和近缘野生种),通过品种间杂交、生物技术等多种育种手段,不断将优异基因聚合导入到甘薯品种中,创新出丰富多样的中间材料,以这些中间材料为亲本进一步改良甘薯品种特性[6,37-38]。

3.2 鲜食及食品加工型甘薯品种选育的思考

21世纪以来,由于水资源和生态环保问题的日益突出,甘薯淀粉加工产业面临转型升级。浙江省农业科学院育成了优质迷你型鲜食、食品加工型甘薯品种,满足了生产和市场消费的需求,在浙江初步形成了鲜食甘薯产业和加工产业:浙西等地(临安、衢江)形成了鲜食小甘薯产业区,浙西南(遂昌、桐庐、淳安)和浙东南沿海地区形成了食品加工产业区[33-34]。

本研究将迷你型鲜食品种和其他浙薯系列品种的性状进行对比,发现迷你型鲜食品种有较高的干率、淀粉率和生薯可溶性糖含量。单株结薯数和薯块之间的均匀度是迷你型品种特性的关键[12-13]。在今后的迷你型甘薯品种选育和推广工作中,应在注重品种食味优质性的同时,加强对结薯数、商品薯性的关注,可以通过配套的农艺措施来实现,如适当密植、水肥运筹、生育期调控等。

在种质创新和品种改良中,需要重视优质鲜食、加工兼用型或专用型品种的选育。鲜食、食品加工兼用型品种一般保持相对较高的鲜薯产量,同时也具有一定食品加工用途,能同时满足市场的多种需求。在保持相对较高鲜薯产量的基础上,不应一味地追求高干率、高糖分指标,还应多关注中干、中高胡萝卜素含量、糖化快等材料的筛选与利用。

3.3 鲜食及食品加工型甘薯品种育种的发展方向

随着种植业的结构性调整和甘薯产业的提质增效需要,培育优质多抗鲜食或加工专用型品种是甘薯育种的发展趋势。鲜食甘薯产业和薯条等食品加工产业是两个重要的组成部分。针对鲜食甘薯(包括迷你型甘薯)产业,品种以优质食用品质为主要指标,需具有中高干率,同时注重早熟性、商品性以及耐贮性和食品安全性。甘薯的品质性状大多属于数量性状,为获得理想品质性状的杂交后代,应对亲本的淀粉、干率、胡萝卜素、花青素、蛋白质、可溶性糖、食味等品质进行综合评价选择,同时还需考虑亲本的亲缘关系和配合力。早熟性和商品性需结合配套的农艺措施来实现,如栽培密度、水肥运筹、生育期调控等。耐贮性和食品安全性通过品种多抗性来实现,分别利用品种对储藏期病害(如黑斑病、软腐病等)抗性以及抗病虫害来降低生产中农药、生长剂等使用。针对加工产业,以加工适应性为主要目标,以产业化需求为导向。以薯条、薯脯加工为主的食品加工产业,注重品种的高淀粉、高糖化度、干率,以获得高加工得率。以甘薯健康保健等为主的新功能特用加工产业,以胡萝卜素、花青素等因子为基础,注重品种营养品质的综合提高,进一步提高甘薯产业效益。

甘薯是鲜食与加工并重的作物,延长甘薯产业链,提高产品附加值是产业发展的重要方向。以产业需求为导向确定育种目标,通过育种技术和种质创新,培育优质、高产稳产、多抗的专用甘薯新品种,建立适合的脱毒种薯繁育体系,结合轻简化技术进行绿色高效安全生产,主要围绕品种机械化移栽、切蔓、收获等全程机械化技术,配套专用地膜、节肥增效、病虫无害化防治的技术,免耕少耕栽培等高效种植模式等,并研发配套产后储藏保鲜与加工新技术,以满足甘薯产品和产业化需求,促进甘薯产业的持续发展[7]。

4 结论

以遗传基础丰富的品种浙薯81以及浙江省大面积种植品种浙薯13为骨干亲本表现出理想的育种效果,进一步筛选和利用符合育种目标的核心亲本,创制优良新种质,为培育甘薯新品种提供更多选择。鲜食型甘薯(迷你型鲜食甘薯)主要以食用品质指标为主,应将干率作为优先考虑的品质指标。食品加工型甘薯主要以加工适应性目标为主,需注重中高干率、中高胡萝卜素含量、糖化快等材料的筛选与利用。对不同类型的品种品质育种指标需要进行综合评价,从而选育出符合育种目标要求的优良品种。