马铃薯褐化种质资源表型性状综合评价

摘    要：通过遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析对马铃薯褐化群体中60份种质资源表型性状进行综合评价，为选育抗褐变马铃薯新品种及生产利用提供理论依据。结果表明，14个描述性指标的遗传多样性指数在0.085～1.157，茎色的遗传多样性指数最大，8个数值型指标变异系数在9.46%～69.22%，褐化指数、褐化强度变化值变异系数较大。相关性分析表明，单株产量与生育期、单株块茎数呈极显著正相关，与主茎数呈显著正相关，褐化指数与褐化强度、褐化强度变化值呈极显著正相关，与煮后变褐值呈极显著负相关。采用主成分分析确定了8个主成分因子，累积贡献率为69.785%。聚类分析将60份种质资源划分为5大类，其中第I、第II类属于高抗、抗褐变种质，可以用于抗褐变材料选育的亲本材料；第IV、第V类属于易褐变、严重褐变种质，可以作为褐变机制的研究材料。研究结果可为马铃薯抗褐变新品种选育和遗传改良提供一定参考。

关键词：马铃薯；褐化种质；表型性状；综合评价

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）09-066-08

Comprehensive evaluation of phenotypic traits of potato browning germplasm resources

WANG Haiyan， TIAN Guokui， WANG Lichun， LI Fengyun， PAN Yang， PANG Ze， DING Kaixin， HAO Zhiyong

（Potato Biology and Genetics Key Laboratory of Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People's Republic of China/ Heilongjiang Potato Germplasm Resources and Genetic Improvement Engineering Technology Center/Keshan Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Qiqihar161005， Heilongjiang， China）

Abstract： A comprehensive evaluation of phenotypic traits of 60 potato germplasm resources in browning population was conducted through genetic diversity analysis， correlation analysis， principal component analysis， and cluster analysis， providing theoretical basis for the breeding and production utilization of new potato varieties resistant to browning. The results showed that the genetic diversity index of 14 descriptive indicators ranged from 0.085 to 1.157， with stem color having the highest genetic diversity index. The coefficient of variation of the 8 numerical indicators ranged from 9.46% to 69.22%， and the variation coefficients of browning index and browning intensity were relatively large. Correlation analysis showed that the mass of individual tubers was highly significantly positively correlated with the growth period and number of tubers per plant， and significantly positively correlated with the number of main stems. The browning index was highly significantly positively correlated with the browning intensity and the change in browning intensity at 4 ℃ for 24 hours， and significantly negatively correlated with the browning value after cooking. Principal component analysis identified 8 principal component factors with a cumulative contribution rate of 69.785%. Cluster analysis divided the 60 germplasm resources into 5 major categories. The I and II categories belonged to high resistance and browning resistant germplasm， which could be used as parental materials for breeding anti browning materials. Class IV and V belonged to germplasm that was prone to browning and severely browning， and could be used as research materials for browning mechanisms. The research results of this experiment could provide some reference for the breeding and genetic improvement of new potato varieties with resistance to browning.

Key words：Potato; Browning germplasm; Phenotypic Traits; Comprehensive evaluation

收稿日期：2023-12-31；修回日期：2024-02-20

基金项目：黑龙江省农业科学院应用研发项目（2020YYYF004）；国家马铃薯产业技术体系齐齐哈尔综合试验站（CARS-09-ES37）；黑龙江省“揭榜挂帅”科技攻关项目（2022ZXJ06B02-02a，2022ZXJ06B01-03）；黑龙江省农业科技创新跨越工程项目（CX23GG02）；黑龙江省农业科技创新跨越工程农业科技基础创新优青项目（CX22YQ30）

作者简介：王海艳，女，助理研究员，研究方向为马铃薯遗传育种及加工马铃薯品质调控。E-mail：shuangyu_1986@126.com

通信作者：王立春，男，研究员，研究方向为马铃薯遗传育种。E-mail：potato2008@126.com

马铃薯作为我国第四大粮食作物，营养非常全面[1]，而且产量高、适应性强，在保障人类营养健康方面起到了重要作用[2]。马铃薯在加工及贮藏过程中极易发生褐变现象，褐变包括酶促褐变和非酶促褐变，褐变现象的发生使得商品的营养价值降低、风味改变、外观品质下降，褐变产生的黑色物质人体难以消化[3]。马铃薯种质资源丰富，可以从中筛选出抗褐变的马铃薯资源[4]。目前，解决马铃薯褐变问题最主要的途径是通过遗传育种选育新品种。马铃薯遗传育种是在双亲优良性状的基础上产生变异群体，通过对群体进行资源筛选获得优良马铃薯品系的过程[5]。一般要求双亲的性状是互补的。

利用表型数据进行遗传多样性分析可以使马铃薯种质资源得到更高效利用[6]，此方法在多种作物上都有应用，如大豆[7]、玉米[8]、小麦[9]、高粱[10]等。在外界环境压力选择的过程中，植物表型性状会发生不可逆变化，所产生的新基因型是稳定遗传的，因此利用这种表型的变异进行资源筛选是可靠的，而且表型性状直观、容易获取、数据可靠[11-12]。马铃薯品种改良和育种工作需要性状表现好、能稳定遗传的种质资源作为物质基础。近年来，利用表型性状对马铃薯种质资源多样性的研究报道较多，但是对于褐化种质资源的遗传多样性研究未见报道。徐晓等[13]对冀西北地区的195份马铃薯种质资源进行了遗传多样性分析和综合评价，将其划分为4个类群，从中筛选出9份优异种质，可以作为鲜食马铃薯杂交育种亲本或者中间材料。韩志刚等[14]对30份马铃薯种质资源进行遗传多样性评价，结果表明，产量、还原糖含量、主茎数的变异程度较大，地上部植株的性状决定着块茎产量，30份马铃薯种质资源可以划分为三大类，变异丰富。叶玉珍[15]对24份南方冬种区马铃薯种质资源表型性状进行分析，通过聚类将其划分为4类，分别为高产高株型、中产中株型、低产中株型、低产低株型，其中2份高产高株型材料可以作为南方冬种区马铃薯新品种选育的亲本材料。以抗褐变资源CIP395109.29为母本，以易褐变材料克新23号为父本配置杂交组合，对后代60份种质资源进行了表型性状的统计和遗传多样性分析，探讨了马铃薯表型性状遗传关系，筛选出表现优异的资源，以期为抗褐化马铃薯品种的选育和改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为黑龙江省农业科学院克山分院自育品种（系），母本为CIP395109.29，父本为克新23号，F1代材料共计60份，以1～60进行编号统计。

1.2 试验设计

2019年配置杂交组合，2020进行实生苗培育选择试验，从F1代中选择具有代表性的材料60份。2021年进行试验材料的繁种工作，以满足试验需求的种子数量，2022－2023年5月将其分别种植于克山分院试验地。采用随机区组排列，3次重复，单行种植，每行5株，株距20 cm，行距0.8 m，田间管理与常规栽培方法相同。

1.3 各指标的测定方法

1.3.1 描述性指标 依据《马铃薯种质资源描述规范和数据标准》[16]，采用直接观察法记录马铃薯生长期及收获后的各描述性指标，各指标性状表达标准和赋值标准[11]见表1。

1.3.2 数值型指标 生育期：从出苗到成熟期的天数，单位为d。

单株结薯数：收获后，每个植株上形成的所有块茎数，单位为个。

单株产量：收获后，每个植株上形成的所有块茎的质量，单位为kg。

主茎数：现蕾期，从种薯芽眼中直接长出地面形成的茎的数量，单位为个。

褐化指数、褐化强度、煮后变褐值测定方法参照王海艳等[17]的报道，文中褐化指数是指切片7 h的褐化指数，褐化强度是指4 ℃放置24 h后的褐化强度，煮后变褐值是指蒸煮过的块茎在自然条件下放置24 h后的评价结果。材料的抗褐化能力越强，其褐化指数越小；4 ℃ 24 h褐化强度以及褐化强度的变化值越小，煮后变褐值越大。

1.4 数据处理

取2022和2023年数据的平均值，采用Excel 2016对群体材料的表型数据进行统计分析。采用Shannon-Weaver′s多样性指数（H′）来评价遗传多样性。

Shannon-Weaver′s多样性指数（H′）：

H’=-[Pi×]ln[Pi]（i=1，2，3，…，n）。

式中，Pi为分析某性状第i级的品种个数占总品种数的百分比。

采用SPSS 26.0软件对数据进行整理，计算各性状的最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数，并进行主成分分析和聚类分析（欧氏距离、离差平方和法）。

2 结果与分析

2.1 马铃薯褐化后代群体材料描述性指标遗传多样性分析