木薯（Manihot esculenta Crantz）与马铃薯、甘薯被称为三大薯类作物。目前,全世界木薯每年种植面积近2.4千万hm2,年总产量2.7亿t,主要生产国有尼日利亚、刚果、泰国、巴西、莫桑比克、加纳、坦桑尼亚、科特迪瓦、安哥拉、印度尼西亚等,我国木薯产量占世界木薯产量的1.47%[1]。木薯不仅是粮食和饲料作物,而且还是重要的工业原料,可生产燃料乙醇、原淀粉、变性淀粉、葡萄糖等,具有广泛用途[2]。木薯是典型的淀粉作物,一般淀粉含量约为14%~40%[3]。木薯是除了玉米、马铃薯以外的主要商品淀粉来源[4],其块根中淀粉组成、结构及特性对其用途和加工品质有重要影响。不同作物直链淀粉与支链淀粉含量配比,对其淀粉糊化特性均有显著影响,实际加工中可通过调节不同的直支比例来得到不同的产品[5]。了解掌握木薯淀粉的特性指标显得日益重要,古碧等[6]研究表明,各品种的直链淀粉或支链淀粉含量、粘度峰值、糊化温度、透明度等特性指标直接影响其淀粉深加工品质和产品用途。
中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所保存的木薯种质资源来自国内外主要木薯产区,其淀粉含量、组成及特性尚未见系统报道,了解不同木薯种质块根淀粉的组成、结构及特性非常重要。本研究以中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所保存的212份木薯种质为研究对象,测定木薯块根淀粉特性,旨在评价和筛选出淀粉品质优良的木薯资源,为木薯淀粉深加工和生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
选取212份国内外木薯种质资源材料为研究对象,材料来自海南省儋州市国家木薯种质资源圃,编号与名称见表1。
表1 参试木薯种质资源名称Tab.1 Name of cassava germplasms used in this study |
| 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name | 编号 No. | 种质名称 Name |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 华南5号 | 32 | ZM7901 | 63 | ZM98178 | 93 | 贵州2号 | 123 | CM7595-1 | 153 | 缅甸种 | 183 | CMR35-22-196 |
| 2 | 华南6号 | 33 | ZM8229 | 64 | ZM98243 | 94 | 福建华安 | 124 | CM3327-4 | 154 | KM21-2 | 184 | CMR35-70-1 |
| 3 | 华南7号 | 34 | ZM8229 多倍体 | 65 | ZM98246 | 95 | 南植188 | 125 | CM4031-2 | 155 | KM94 | 185 | CMR35-70-6 |
| 4 | 华南8号 | 35 | ZM8316 | 66 | ZM9928 | 96 | 南植199 | 126 | COL523-7 | 156 | KM98-1 | 186 | CMR36-40-9 |
| 5 | 华南9号 | 36 | ZM8337 | 67 | ZM9932 | 97 | 广东1号 | 127 | SM28-80-3 | 157 | KM98-6 | 187 | CMR36-40-12 |
| 6 | 华南10号 | 37 | ZM8340 | 68 | ZM9936 | 98 | 云南2 | 128 | SM610-1 | 158 | KM98-7 | 188 | CMR36-60-12 |
| 7 | 华南11号 | 38 | ZM8625 | 69 | ZM99140 | 99 | 云南7 | 129 | SM1568-2 | 159 | KM937-7 | 189 | CMR36-63-4 |
| 8 | 华南12号 | 39 | ZM8641 | 70 | ZM99200 | 100 | 云南8 | 130 | SM1747 | 160 | SCT104-264 | 190 | CMR37-14-9 |
| 9 | 华南8013 | 40 | ZM8701 | 71 | ZM99206 | 101 | 云南思茅曼 中田农场 | 131 | SM2300-1 | 161 | KU50 | 191 | 泰引1号 |
| 10 | 华南8002 | 41 | ZM8752 | 72 | ZM99229 | 102 | 者东镇街兴 社坡角 | 132 | SM2323-6 | 162 | R1 | 192 | 泰引2号 |
| 11 | 华南101 | 42 | ZM9036 | 73 | ZM99247 | 103 | COL1050 | 133 | M·COL22 | 163 | R2 | 193 | 花叶木薯变 |
| 12 | 华南102 | 43 | ZM9066 | 74 | ZM99250 | 104 | COL2436 | 134 | SG424-19 | 164 | R3 | 194 | 瑞士13M |
| 13 | 华南201 | 44 | ZM9079 | 75 | ZMF520 | 105 | 哥伦比亚1号 | 135 | CG501-2 | 165 | R5 | 195 | 瑞士B25 |
| 14 | 华南205 | 45 | ZM9242 | 76 | ZMF701 | 106 | 哥伦比亚2号 | 136 | MCR142 | 166 | R7 | 196 | 瑞士C24 |
| 15 | 华南124 | 46 | ZM9244 | 77 | B3 | 107 | CM92-56-1 | 137 | BRA12 | 167 | R9 | 197 | 瑞士D23 |
| 16 | 华南6068 | 47 | ZM93164 | 78 | E25 | 108 | CM385-6 | 138 | BRA206 | 168 | R60 | 198 | 瑞士G20 |
| 17 | 八-1 | 48 | ZM93236 | 79 | 3555-6 | 109 | CM483-2 | 139 | BRA273 | 169 | R72 | 199 | 瑞士J17 |
| 18 | 白沙4号 | 49 | ZM93274 | 80 | 4363 | 110 | CM523-7 | 140 | BRA274 | 170 | R80 | 200 | 瑞士M14 |
| 19 | 宝岛9-1 | 50 | ZM9419 | 81 | GR891 | 111 | CM769-2 | 141 | FLAxxx-12 | 171 | R90 | 201 | 瑞士N13 |
| 20 | 宝岛9-2 | 51 | ZM9426 | 82 | GR911 | 112 | CM837 | 142 | ECU81 | 172 | 慧丰60 | 202 | 瑞士NO12 |
| 21 | 宝岛9-3 | 52 | ZM94107 | 83 | 桂热3号 | 113 | CM901 | 143 | ECU83 | 173 | Hanatee | 203 | 瑞士O12 |
| 22 | 宝岛9-5 | 53 | ZM95027 | 84 | 桂热4号 | 114 | CM965-3 | 144 | ECU84 | 174 | OMR32-29-1 | 204 | 瑞士P11 |
| 23 | 海南红心 | 54 | ZM95111 | 85 | 桂热5号 | 115 | CM1210-10 | 145 | PER557 | 175 | OMR32-29-4 | 205 | 瑞士Q10 |
| 24 | 海南细叶 | 55 | ZM95125 | 86 | 新选048 | 116 | CM1585-13 | 146 | GUA76 | 176 | OMR35-2-6 | 206 | 瑞士R9 |
| 25 | 琼中1号 | 56 | ZM9679 | 87 | 广西2号 | 117 | CM2399-4 | 147 | MEX65 | 177 | OMR36-34-1 | 207 | 瑞士S8 |
| 26 | 文昌红心 | 57 | ZM96114 | 88 | 广西3号 | 118 | CM3970-8 | 148 | 印尼细叶 | 178 | OMR36-34-6 | 208 | 瑞士88 |
| 27 | 兴隆1号 | 58 | ZM96135 | 89 | 广西4号 | 119 | CM3993-9 | 149 | 老挝班拉绍 | 179 | OMR36-40-1 | 209 | 瑞士U6 |
| 28 | 植灰 | 59 | ZM9710 | 90 | 广西木薯 | 120 | CM4040-1 | 150 | 老挝食科 | 180 | OMR36-63-6 | 210 | 瑞士V5 |
| 29 | 华南205多倍体 | 60 | ZM9713 | 91 | 会仙白皮 | 121 | CM4054-40 | 151 | 马来2号 | 181 | CMR26-07-15 | 211 | 瑞士W4 |
| 30 | 华南124多倍体 | 61 | ZM9781 | 92 | 贵州1号 | 122 | CM6740-7 | 152 | 马来5号 | 182 | CMR34-11-3 | 212 | 瑞士X3 |
| 31 | 华南6068多倍体 | 62 | ZM98173 |
1.2 方法
1.2.1 试验设计 每份种质种植10株,株行距为0.8 m×1.0 m。采用种茎进行繁殖,于2012年3月12日种植于国家木薯种质资源圃,生长期加强管理,于2013年3月8日进行产量测定和取样。取样方法为先将10株植株鲜薯按大中小混合均匀,称取混合后薯块约5 kg,去掉表皮放入磨浆机打成浆状,用纱布包上水洗3遍,将水洗液沉淀6~7 h,倒水晒干后过100目筛,晾干成粉状后用于测量各项指标,每份种质取3次重复。
1.2.2 产量及干物率测定方法 收获时,调查每份种质单株鲜薯重,并用泰国进口的鲜薯淀粉测量仪,称5 kg左右的鲜薯空气中重和水中重,根据国际热带农业中心制定的公式[7]计算鲜薯干物率。
$DMC=(158.3\times \frac{W1}{W1-W2}-142.0)\times 100\%$
式中,DMC表示鲜薯干物率（%）;W1表示鲜薯在空气中的质量（g）;W2表示鲜薯在水中的质量（g）。
1.2.3 绝干淀粉含量测定方法 参照国家标准方法[8]进行原淀粉的淀粉含量测定。块根淀粉率及淀粉产量按以下公式换算：
$SC=DSC\times DMC\times 100\%$
式中,SC表示块根淀粉率（%）;DCS表示绝干淀粉含量（%）;DMC表示鲜薯干物率（%）。
$SY=RW\times SC$
式中,SY表示淀粉产量（kg/株）;RW表示单株鲜薯重（kg/株）;SC表示块根淀粉率（%）。
1.2.4 直链淀粉和支链淀粉含量测定方法 参照文献[6, 9-10]测定方法,用直链淀粉和支链淀粉标准品绘制标准曲线。称取木薯干粉样品约0.5 g,加入无水乙醇少量及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL,置于沸水浴中,加热10 min。冷却至室温,蒸馏水定容至50 mL,充分混匀。吸取2.5 mL 样品溶液,加入至50 mL容量瓶,加20 mL蒸馏水,用0.1 mol/L HCl溶液调至pH 3左右,加碘试剂0.5 mL,定容至50 mL,放置10 min,在620 nm波长处,用比色法测定其光密度。从标准曲线上查出样品中直链淀粉和支链淀粉的含量,重复3次。测出指标为干粉直链淀粉含量和干粉支链淀粉含量。块根中直链淀粉和支链淀粉的含量用以下公式换算：
$AmC=SC\times DAmC\times 100\%$
式中,AmC表示块根直链淀粉含量（%）;SC表示块根淀粉率（%）;DAmC表示干粉直链淀粉含量（%）。
$ApC=SC\times DApC\times 100\%$
式中,ApC表示块根支链淀粉含量（%）;SC表示块根淀粉率（%）;DApC表示干粉支链淀粉含量（%）。
$AmY=AmC\times RW\times 100\%$
式中,AmY表示直链淀粉产量（kg/株）;AmC表示块根直链淀粉含量（%）;RW表示单株鲜薯重（kg/株）。
$ApY=ApC\times RW\times 100%$
式中,ApY表示支链淀粉产量（kg/株）;ApC表示块根支链淀粉含量（%）;RW表示单株鲜薯重（kg/株）。
1.2.5 淀粉糊化特性测定方法 称取一定量的淀粉样品（精确至0.01 g）,加入100 mL蒸馏水,使淀粉乳的浓度在6%（按干基计）,将配好的淀粉乳倒入Micro Visco-Amylo-Graph型Brabender粘度计的粘度杯中,按规定装好仪器。在45 ℃开始升温,升温速率为5.0 ℃/min,等温度升到92 ℃后保温15 min,然后开始冷却,冷却速率为-5.0 ℃/min,待冷却至50 ℃,再保温10 min 即可得到Brabender粘度曲线[6]。其中,糊化温度指糊液开始糊化的温度。
1.2.6 粘度峰值测定方法 粘度峰值指升温期间淀粉糊所达到的最高粘度值,采用国家标准《淀粉粘度测定》[11]中的方法执行。
1.3 数据处理
每一份资源块根各淀粉指标的隶属函数值计算公式为：
$u\text{(}{{x}_{j}}\text{)}=\frac{{{x}_{j}}xmin}{xmaxxmin}$
式中,u(xj)为第j个性状的隶属函数值;xj表示第j个性状测量值,xmin表示第j个性状的最小值,xmax表示第j个性状的最大值。
估算块根淀粉特性综合评价的度量值按以下公式[14]进行：
$D=\sum\limits_{j=1}^{n}{\left[ u(xj)\cdot \left( \left| rj \right|/\sum\limits_{j=1}^{n}{\left| rj \right|} \right) \right]}$
式中,u(xj)为第j个性状的隶属函数值,如果rj为负值,则以1-u(xj)代替式中u(xj),rj为第j个性状的重要程度（本试验以主成分分析第一主成分的特征向量值表示）;$\left|r_{j}\right| / \sum_{j=1}^{n}\left|r_{j}\right|$为性状权数,表示第j个性状在所有性状的重要程度。度量值D越大表示淀粉特性越优。
2 结果与分析
2.1 木薯种质资源块根淀粉产量及特性变异
212份木薯种质资源块根淀粉产量及淀粉特性变异情况如表2所示,干粉淀粉特性变异范围较小,其中粘度峰值变异系数最大,为15.79%,绝干含粉率的变异系数最小,为2.08%。块根中淀粉率、直链淀粉含量、支链淀粉含量变异系数均大于9%。块根淀粉产量各性状变异较大,块根支链淀粉产量变异系数最大,为42.34%,其次为直链淀粉产量、淀粉产量,分别为42.12%和41.99%。
表2 木薯种质资源块根淀粉产量及淀粉特性变异Tab. 2 Variation of starch yield and properties characters in 212 cassava germplasms |
| 性状 Characters | 最小值 Min | 最大值 Max | 平均值 Mean±SD | 变异系数 CV/% |
|---|---|---|---|---|
| 单株鲜薯重/kg | 0.33 | 7.92 | 2.92±1.30 | 44.60 |
| 干物率/% | 29.52 | 49.15 | 38.41±3.42 | 8.91 |
| 绝干淀粉含量/% | 87.84 | 97.18 | 93.30±1.94 | 2.08 |
| 干粉直链淀粉含量/% | 19.47 | 29.99 | 24.45±1.81 | 7.42 |
| 干粉支链淀粉含量/% | 70.01 | 80.53 | 75.55±1.81 | 2.40 |
| 粘度峰值/BU | 414 | 928 | 692.59±109.36 | 15.79 |
| 糊化温度/℃ | 60.20 | 67.30 | 64.02±1.35 | 2.12 |
| 块根淀粉率/% | 27.54 | 46.81 | 35.87±3.29 | 9.17 |
| 块根直链淀粉含量/% | 6.28 | 11.00 | 8.75±0.85 | 9.75 |
| 块根支链淀粉含量/% | 20.67 | 36.43 | 27.12±2.75 | 10.15 |
| 淀粉产量/(kg·株-1) | 0.24 | 2.54 | 1.07±0.45 | 41.99 |
| 直链淀粉产量/(kg·株-1) | 0.05 | 0.61 | 0.26±0.11 | 42.12 |
| 支链淀粉产量/(kg·株-1) | 0.18 | 2.00 | 0.81±0.34 | 42.34 |
2.2 木薯种质资源块根淀粉产量及特性概率分级
表3 木薯种质资源块根淀粉特性概率分级Tab. 3 Probability grading of starch properties characteristics in cassava accessions |
| 级数 Grade | 块根淀粉率 Starch content of root/% | 块根直链 淀粉含量 Amylose content of root/% | 块根支链 淀粉含量 Amylopectin content of root/% | 淀粉产量 Starch yield per plant/(kg·株-1) | 直链淀粉产量 Amylose yield per plant/(kg·株-1) | 支链淀粉产量 Amylopectin yield per plant/(kg·株-1) | 粘度峰值 Peak viscosity/BU | 糊化温度 Gelatinization temperature/℃ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1（极低） | ≤1.65 | ≤7.66 | ≤23.59 | ≤0.50 | ≤0.37 | ≤0.12 | ≤552 | ≤62.3 |
| 2（低） | 31.65~34.14 | 7.66~8.30 | 23.59~25.67 | 0.50~0.84 | 0.37~0.63 | 0.12~0.20 | 552~635 | 62.3~63.3 |
| 3（中） | 34.14~37.59 | 8.30~9.20 | 25.67~28.56 | 0.84~1.31 | 0.63~0.99 | 0.20~0.32 | 635~750 | 63.3~64.7 |
| 4（高） | 37.59~40.08 | 9.20~9.84 | 28.56~30.65 | 1.31~1.65 | 0.99~1.25 | 0.32~0.40 | 750~833 | 64.7~65.8 |
| 5（极高） | >40.08 | >9.84 | >30.65 | >1.65 | >1.25 | >0.40 | >833 | >65.8 |
2.2.1 块根淀粉率 212份木薯种质资源块根淀粉率最小值为27.54%（‘华南8013’）,最大值为46.81%（‘泰引2号’）,变异系数为9.17%。块根淀粉率的概率分级分布见图2。块根淀粉率≤31.65%为1级（极低）,代表资源为‘华南8013’‘哥伦比亚2号’‘华南7号’等共25份,占总参试资源的11.79%。31.65%~34.41%为2级（低）,代表资源‘华南201’‘瑞士D23’‘华南101’等共34份,占总参试资源的16.04%;34.14%~37.59%为3级（中）,代表资源‘CM901’‘华南8号’‘R3’等共87份,占总参试资源的41.04%;37.59%~40.08%为4级（高）,代表资源‘R72’‘R7’‘桂热4号’等共47份,占总参试资源的22.17%;>40.08%为5级（极高）,代表资源‘SM2300-1’‘桂热5号’‘泰引2号’共19份,占总参试资源的8.96%。
2.2.2 块根直链淀粉含量 212份木薯种质资源的直链淀粉含量最小值为6.28%（‘云南7’）,最大值为11.00%（‘新选048’）,变异系数为9.75%。直链淀粉含量的概率分级分布见图2。块根直链淀粉含量≤7.66%为1级（极低）,代表资源‘云南7’‘哥伦比亚2号’‘华南7号’等共22份,占总参试资源的10.38%;7.66%~8.30%为2级（低）,代表资源‘华南201’‘华南9号’‘CM769-2’等共29份,占总参试资源的13.68%;8.30%~9.20%为3级（中）,代表资源‘华南124多倍体’‘R2’‘KM 94’等共96份,占总参试资源的45.28%;9.20%~9.84%为4级（高）,代表资源‘ZM99229’‘缅甸种’‘CM1585-13’等共48份,占总参试资源的22.64%;>9.84%为5级（极高）,代表资源‘贵州2号’‘CMR35-22-196’‘新选048’等共17份,占总参试资源的8.02%。
2.2.3 块根支链淀粉含量 212份木薯种质资源的支链淀粉含量最小值为20.67%（‘SM1568-2’）,最大值为36.43%（‘泰引2号’）,变异系数为10.15%。支链淀粉含量的概率分级分布见图2。块根支链淀粉含量≤23.59%为1级（极低）,代表资源‘SM1568-2’‘华南8013’‘R2’等共23份,占总参试资源的10.85%;23.59%~25.67%为2级（低）,代表资源‘瑞士C24’‘CG501-2’‘CM4040-1’等共43份,占总参试资源的20.28%;25.67%~28.56%为3级（中）,代表资源‘M·COL22’‘BRA206’‘COL523-7’等共78份,占总参试资源的36.79%;28.56%~30.65%为4级（高）,代表资源‘R7’‘八-1’‘ZM98173’等共50份,占总参试资源的23.58%;>30.65%为5级（极高）,代表资源‘桂热5号’‘SM2300-1’‘泰引2号’等共18份,占总参试资源的8.49%。
2.2.4 单株淀粉产量 212份木薯种质资源的单株淀粉产量,最小值为0.24 kg/株（‘CMR36-63-4’）,最大值为2.54 kg/株（‘SM2300-1’）,变异系数为41.99%。单株淀粉产量的概率分级分布见图2。单株淀粉产量≤0.50 kg/株为1级（极低）,代表资源‘CMR36-63-4’‘华南6068’‘ZMF520’等共22份,占总参试资源的10.38%;0.50~0.84 kg/株为2级（低）,代表资源‘CM3327-4’‘印尼细叶’‘MEX65’等共49份,占总参试资源的23.11%;0.84~1.31 kg/株为3级（中）,代表资源‘瑞士D23’‘瑞士M14’‘Hanatee’等共82份,占总参试资源的38.68%;1.31~1.65 kg/株为4级（高）,代表资源‘白沙4号’‘ZM95125’‘CM837’等共35份,占总参试资源的16.51%;>1.65 kg/株为5级（极高）,代表资源‘华南12号’‘华南5号’‘SM2300-1’等共24份,占总参试资源的11.32%。
2.2.5 单株直链淀粉产量 212份木薯种质资源的单株直链淀粉产量,最小值为0.05 kg/株（‘CMR36-63-4’）,最大值为0.26 kg/株（‘者东镇街兴社坡角’）,变异系数为42.12%。单株直链淀粉产量的概率分级分布见图2。单株直链淀粉产量≤0.37 kg/株为1级（极低）,代表资源‘CMR 36- 63-4’‘华南6068’‘ZMF520’等共19份,占总参试资源的8.96%;0.37~0.63 kg/株为2级（低）,代表资源‘CM3327-4’‘华南102’‘印尼细叶’等共49份,占总参试资源的23.11%;0.63~0.99 kg/株为3级（中）,代表资源‘R60’‘贵州2号’‘ZM8641’等共87份,占总参试资源的41.04%;0.99~1.25 kg/株为4级（高）,代表资源‘ZM9713’‘CM837’‘CM6740-7’等共36份,占总参试资源的16.98%;>1.25 kg/株为5级（极高）,代表资源‘海南红心’‘MCR142’‘者东镇街兴社坡角’等共21份,占总参试资源的9.91%。
2.2.6 单株支链淀粉产量 212份木薯种质资源的单株支链淀粉产量,最小值为0.18 kg/株（‘华南6068多倍体’）,最大值为2.00 kg/株（‘SM2300-1’）,变异系数为42.34%。单株支链淀粉产量的概率分级分布见图2。单株支链淀粉产量≤0.12 kg/株为1级（极低）,代表资源‘华南6068多倍体’‘CMR36-63-4’‘华南6068’等共20份,占总参试资源的9.43%;0.12~0.20 kg/株为2级（低）,代表资源‘华南6号’‘贵州1号’‘CM3327-4’等共50份,占总参试资源的23.58%;0.20~0.32 kg/株为3级（中）,代表资源‘Hanatee’‘宝岛9-5’‘瑞士D23’等共83份,占总参试资源的39.15%;0.32~0.40 kg/株为4级（高）,代表资源‘瑞士CM837’‘ZM93236’‘CMR36-60-12’等共36份,占总参试资源的16.98%;>0.40 kg/株为5级（极高）,代表资源‘E25’‘4363’‘SM2300-1’为共23份,占总参试资源的10.85%。
2.2.7 粘度峰值 212份木薯种质资源的粘度峰值最小值为414 BU（‘宝岛9-1’）,最大值为928 BU（‘ZM9932’）,变异系数为15.79%。粘度峰值的概率分级分布见图2。粘度峰值≤552 BU为1级（极低）,代表资源‘宝岛9-1’‘ZM7901’‘瑞士U6’等共23份,占总参试资源的10.85%;552~635 BU为2级（低）,代表资源‘ZM98243’‘CMR36-40-12’‘CM385-6’等共45份,占总参试资源的21.23%;635~750 BU为3级（中）,代表资源‘瑞士R9’‘R72’‘CM4054-40’为共75份,占总参试资源的35.38%;750~833 BU为4级（高）,代表资源‘瑞士B25’‘CM965-3’‘CMR35-22-196’等共46份,占总参试资源的21.70%;>833 BU为5级（极高）,代表资源‘瑞士88’‘KM937-7’‘ZM9932’等共23份,占总参试资源的10.85%。
2.2.8 糊化温度 212份木薯种质资源的糊化温度最小值为60.2 ℃（‘MEX65’‘CMR36-63-4’）,最大值为67.3 ℃（‘ZM8337’）,变异系数为2.12%。糊化温度的概率分级分布见图2。糊化温度≤62.3 ℃为1级（极低）,代表资源‘MEX65’‘CMR36-63-4’‘OMR36-63-6’等共24份,占总参试资源的11.32%;62.3 ℃~63.3 ℃为2级（低）,代表资源‘KM21-2’‘CMR34-11-3’‘SM1568-2’为共45份,占总参试资源的21.23%;63.3 ℃~64.7 ℃为3级（中）,代表资源‘瑞士B25’‘BRA273’‘贵州2号’等共75份,占总参试资源的35.38%;64.7 ℃~65.8 ℃为4级（高）,代表资源‘ZM8625’‘ZM9036’‘缅甸种’等共52份,占总参试资源的24.53%;>65.8 ℃为5级（极高）,代表资源‘OMR32-29-4’‘ZM99247’‘ZM8337’等共16份,占总参试资源的7.55%。
2.3 木薯块根淀粉特性间的相关分析
木薯种质资源块根淀粉率、直链淀粉含量和支链淀粉含量与干粉绝干含粉率、直链淀粉含量、支链淀粉含量、粘度和糊化温度相关分析结果如表4所示,在总计28对相关系数中,表现正相关有19对,占总数67.86%,相关达极显著有9对,占总数的32.14%,达显著有2对,占总数的7.14%,负相关达极显著的有5对,占17.86%。绝干含粉率与干粉直链淀粉含量呈显著负相关,相关系数为-0.223,与干粉支链淀粉含量、块根淀粉率、块根支链淀粉含量呈显著正相关,相关系数分别为0.223、0.262、0.290;干粉中直链淀粉含量与支链淀粉含量、块根淀粉率、块根支链淀粉含量呈显著负相关,相关系数为-1.000、-0.304、-0.505,与块根直链淀粉含量呈显著正相关,相关系数为0.455;干粉支链淀粉含量与块根淀粉率、块根支链淀粉含量呈显著正相关,相关系数为0.304、0.504,与块根直链淀粉含量呈显著负相关,相关系数为-0.456;粘度与糊化温度呈显著负相关,相关系数为-0.231。由相关分析得出,块根中支链淀粉含量越高,干粉中支链淀粉含量越高,块根淀粉率越大,绝干含粉率越大,块根直链淀粉含量越高,而干粉中直链淀粉含量越低,淀粉糊化温度越高,粘度越低。
表4 木薯淀粉特性的相关系数Tab. 4 Correlations of total starch concentration and its properties |
| 项目 Item | 绝干含粉率 Dry starch content/% | 干粉直链淀粉含量 Amylose content of dry powder/% | 干粉支链淀含量 Amylopectin content of dry powder/% | 块根淀粉率 Starch content of root/% | 块根直链淀粉含量 Amylose content of root/% | 块根支链淀粉含量 Amylopectin content of root/% | 粘度 Peak viscosity/BU |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 干粉直链淀粉含量/% | -0.223** | ||||||
| 干粉支链淀粉含量/% | 0.223** | -1.000** | |||||
| 块根淀粉率/% | 0.262** | -0.304** | 0.304** | ||||
| 块根直链淀粉含量/% | 0.073 | 0.455** | -0.456** | 0.707** | |||
| 块根支链淀粉含量/% | 0.290** | -0.505** | 0.504** | 0.976** | 0.535** | ||
| 粘度/BU | 0.029 | 0.027 | -0.027 | 0.012 | 0.027 | 0.007 | |
| 糊化温度/℃ | -0.027 | -0.032 | 0.032 | 0.129* | 0.099 | 0.123** | -0.231** |
注：*和**分别表示数据在0.05和0.01水平上差异显著。 | |
Note: * and ** denoted there were significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively. |
2.4 木薯块根淀粉产量及淀粉特性的主成分分析
在种质资源评价及育种过程中,产量均作为重要性状指标分析[15,16],本研究选取212份资源单株块根淀粉产量、直链淀粉产量、支链淀粉产量3个淀粉产量性状及粘度峰值、糊化温度2个淀粉特性性状进行主成分分析,从表5可以看出第1主成分和第2主成分累计贡献率83.80%,表明前2个主成分反映木薯参试资源块根淀粉特性的83.80%信息,其中,第1主成分贡献率为59.27%,第2主成分贡献率为24.53%。从各因子载荷矩阵可以看出,在第1主成分的特征向量中,4个性状表现为正向影响,以淀粉产量影响最大,其次为支链淀粉产量和直链淀粉产量,主成分分析与相关分析表明影响淀粉产量的最主要因素是支链淀粉产量和直链淀粉产量。在第2主成分的特征向量中,以粘度正向影响最大,糊化温度负向影响最大（表6）。
表5 木薯种质资源块根淀粉产量及淀粉特性的主成分分析Tab. 5 Analysis of principle components of total starch yield and properties in roots of cassava germplasms |
| 成分 Component | 特征值 Eigenvalues | 贡献率 Contribution rate/% | 累计贡献率 Accumulative/% |
|---|---|---|---|
| 1 | 2.963 | 59.27 | 59.27 |
| 2 | 1.226 | 24.53 | 83.80 |
| 3 | 0.769 | 15.38 | 99.18 |
| 4 | 0.041 | 0.82 | 100.00 |
表6 各因子载荷矩阵Tab. 6 Component matrix |
| 指标 Index | 淀粉产量 Starch yield per plant /(kg·株-1) | 直链淀粉产量 Amylose yield per plant /(kg·株-1) | 支链淀粉产量 Amylopectin yield per plant /(kg·株-1) | 粘度 Peakviscosity/BU | 糊化温度 Gelatinizationtemperature/℃ |
|---|---|---|---|---|---|
| 成分1 | 0.998 | 0.986 | 0.993 | -0.067 | 0.062 |
| 成分2 | 0.031 | 0.043 | 0.027 | 0.781 | -0.782 |
在主成分分析的基础上,根据第1和第2主成分值,利用NTSYS–PC 2.1软件对212份木薯种质资源5个淀粉特性指标作二维主坐标图（图3）,软件程序把指标突出的资源连接起来,然后从原点（0,0）起作各边的垂线,将主坐标图分为不同的扇区,不同的种质和相关淀粉特性指标位于相应的扇区。从图3可以看出,参试木薯种质块根淀粉产量、直链淀粉产量和支链淀粉产量变化趋势相同,131（‘SM2300-1’）、23（‘海南红心’）、80号（‘4363’）种质淀粉产量、直链淀粉产量和支链淀粉产量较大,67（‘ZM9932’）、180号（‘OMR36-63-6’）种质粘度峰值较大,73（‘ZM99247’）、98号（‘云南2’）种质糊化温度较高,可见不同种质的淀粉特性可以通过不同的淀粉特性指标得以体现。
2.5 木薯块根淀粉产量及淀粉特性的隶属函数分析
根据主成分分析,各特征根大小代表各综合指标对总遗传方差贡献的大小,特征向量表示各性状对综合指标贡献的大小。第1主成分和第2主成分累积贡献率达83.80%,表明前2个主成分代表了83.80%的信息,因此,可以用这2个主成分说明影响木薯淀粉产量及特性的主要指标,其他成分作为观察误差。选第1主成分和第2主成分中的较大特征向量淀粉产量、支链淀粉产量、直链淀粉产量、粘度和糊化温度指标进行隶属函数值计算并求平均值,以综合评价其优质淀粉特性顺序。根据隶属函数度量值D值的大小对木薯资源优质淀粉特性进行排序,D值大于0.7的优质淀粉特性种质有12份(表7),排名顺序为：‘SM2300-1’‘海南红心’‘4363’‘者东镇街兴社坡角’‘MCR142’‘E25’‘ZM99250’‘COL523-7’‘八-1’‘R90’‘文昌红心’‘ZM99200’。
表7 木薯资源块根淀粉产量及淀粉特性的综合评价Tab. 7 Comprehensive evaluation of cassava germplasms based on total starch yield and properties |
| 种质编号 No. | 淀粉产量 Starch yield per plant/(kg·株-1) | 支链淀粉产量 Amylopectin yield per plant/(kg·株-1) | 直链淀粉产量 Amylose yield per plant/(kg·株-1) | 糊化温度 Gelatinization temperature/℃ | 粘度 Peak viscosity/BU | D | 排名 order |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| u(x1) | u(x2) | u(x3) | u(x4) | u(x5) | |||
| 131 | 0.321 | 0.321 | 0.279 | 0.010 | 0.011 | 0.942 | 1 |
| 23 | 0.288 | 0.274 | 0.293 | 0.012 | 0.017 | 0.883 | 2 |
| 80 | 0.291 | 0.286 | 0.270 | 0.003 | 0.009 | 0.859 | 3 |
| 102 | 0.255 | 0.225 | 0.317 | 0.009 | 0.014 | 0.819 | 4 |
| 136 | 0.257 | 0.230 | 0.310 | 0.009 | 0.002 | 0.808 | 5 |
| 78 | 0.272 | 0.279 | 0.213 | 0.011 | 0.010 | 0.785 | 6 |
| 74 | 0.253 | 0.237 | 0.271 | 0.008 | 0.007 | 0.776 | 7 |
| 126 | 0.257 | 0.249 | 0.249 | 0.006 | 0.010 | 0.770 | 8 |
| 17 | 0.249 | 0.243 | 0.237 | 0.013 | 0.007 | 0.748 | 9 |
| 171 | 0.234 | 0.217 | 0.261 | 0.012 | 0.009 | 0.733 | 10 |
| 26 | 0.229 | 0.216 | 0.243 | 0.007 | 0.011 | 0.707 | 11 |
| 70 | 0.225 | 0.210 | 0.246 | 0.013 | 0.007 | 0.701 | 12 |
| 权重 | 0.321 | 0.321 | 0.279 | 0.011 | 0.010 |
3 讨论
3.1 木薯种质资源块根淀粉产量及淀粉特性变异
前人研究[17,18]指出,木薯淀粉具有优良的理化特性和加工特性,成本低,市场发展潜力大。在木薯加工业发展过程中,木薯不断被生产成淀粉、酒精、果糖等,并广泛用于造纸、医药、食品等工业[19]。直链淀粉与支链淀粉的性质差别较大,直链淀粉成膜性和强度很好,而支链淀粉粘附性和稳定性较好,因此不同种质资源的淀粉应用和深加工特性与其直链淀粉和支链淀粉含量直接相关[20]。本研究所测定的212份国内外木薯资源中,块根淀粉率范围为27.54%~46.81%,超过40%的有19份资源。块根支链淀粉含量在20.67%~36.43%之间,直链淀粉含量在6.28%~ 11.00%之间,生产上,可以根据不同的加工需要选择不同的木薯资源种植,或育成专有型品种。淀粉峰值粘度越高,在工业中有越广泛的用途。本研究的212份国内外木薯资源中,淀粉峰值粘度为414~928 BU,超过800 BU的有40份,这40份木薯种质可作为木薯工业专用型品种培育的良好基础材料。利用概率分级法将3个淀粉产量性状及5个淀粉特性性状分为5级,即极低、低、中、高和极高,推荐极高品系可作为木薯淀粉品质育种利用的基础亲本材料,其中直链淀粉含量极高种质共17份,支链淀粉含量极高种质共18份。
3.2 木薯种质资源块根淀粉特性相关分析
本研究结果表明,木薯淀粉含量及特性间存在一定的相关性。块根中支链淀粉含量越高,干粉中支链淀粉含量越高,块根淀粉率越大,绝干淀粉含量越大,块根直链淀粉含量越高,而干粉中直链淀粉含量越低,淀粉糊化温度越高,粘度越低。Gu等[21]通过对木薯华南系列7个品种14个农艺性状和品质特性进行分析,同样发现糊化温度与粘度呈显著负相关。古碧等[6]研究得出降低原淀粉含水量和提高支链淀粉的含量是提高淀粉加工性能指标的主要措施。前人研究[19, 22-23]发现,淀粉的加工及深加工特性还与淀粉颗粒大小与分布、冻融稳定性、透明度、凝沉稳定性等密切相关,今后应开展不同种质资源中多种淀粉特性的规律研究,以便对不同资源的淀粉加工及应用提供指导。
3.3 木薯种质资源块根淀粉产量及淀粉特性综合评价
前人[18, 20, 24]对木薯品种及种质开展淀粉特性评价均独立于产量数据之外,仅考虑加工特性,而本研究能将种质资源淀粉产量与淀粉特性有机结合,从育种需求到加工需求整体开展综合评价,利用主成分分析法及隶属函数法对不同资源的木薯淀粉产量及特性进行综合评价,选出综合加工性能最好的12份资源。但一些特殊的加工行业,对于淀粉的某些特性有特殊的要求,若要得到更完善的数据,还需要深入研究,并根据特定的行业要求选择适宜的木薯品种（系）。此外,不同种质淀粉含量受一定外界环境及收获时期影响,因此,在选择种质鉴定试验用地时要尽量选择肥力均匀的地块,在时间上应开展不同生育期鉴定,田间管理要规范,尽可能减少外界环境的影响,使检测结果能够真实地反应种质的特点,保证评价的可靠性及准确性。