全 文 ：中国生态农业学报 2012年 9月 第 20卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2012, 20(9): 1180−1184


* 国家科技支撑计划项目(2009BADA7B03)、现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-11)、江苏省科技支撑计划项目(BE2011301)、
江苏省农业科技自主创新资金(CX(11)1027)和江苏省“六大人才高峰”(2008201)资助
** 通讯作者: 李强(1971—), 男, 博士, 研究员, 主要从事甘薯遗传育种研究。E-mail: instrong@163.com
后猛(1981—), 男, 硕士, 助理研究员, 主要从事甘薯遗传育种研究。E-mail: koumeng2113@163.com
收稿日期: 2012-03-09 接受日期: 2012-05-31
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01180
不同生态环境对甘薯主要品质性状的影响*
后 猛1 李 强1** 唐忠厚1 王 欣1 辛国胜2 吴问胜3
王良平4 张允刚1 唐 维1 李秀英1 马代夫1
(1. 中国农业科学院甘薯研究所 甘薯遗传改良重点开放实验室 江苏徐州甘薯研究中心 徐州 221131; 2. 山东省烟台市农
业科学院 烟台 265501; 3. 江西省农业科学院作物研究所 南昌 330200; 4. 重庆市三峡农业科学院 万州 404115)
摘 要 为研究甘薯鲜薯总胡萝卜素、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖等主要块根品质特性在不同地区
的生态变异, 选用“徐薯 25”与“徐 22-5”杂交所获得的不同甘薯基因型, 在 4个生态点进行栽插试验, 系统分析
不同生态环境下甘薯块根主要品质性状的变异规律。结果表明: 生态点、年份、基因型、地点×基因型互作、
年份×基因型互作对甘薯鲜薯总胡萝卜素、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖的影响均达到显著水平。胡萝
卜素表现为基因型×环境互作效应大于基因型效应和环境效应, 而其他品质性状均表现为环境效应远大于基
因型效应和基因型×环境互作效应; 可溶性糖和蛋白质含量的年际效应明显大于基因型主效应或基因型×年份
互作效应, 而其余 3个品质性状的基因型×年份互作效应大于基因型主效应或年份主效应。在 4个生态点中, 徐
州点的胡萝卜素、还原性糖和可溶性糖含量最高, 但淀粉含量最低; 烟台点的蛋白质含量最高, 胡萝卜素含量
最低; 南昌点的蛋白质含量最低, 胡萝卜素含量最高; 万州点的还原性糖和可溶性糖含量最低, 上述品质性状
随纬度变化的规律不明显。值得关注的是, 不同环境下, 蛋白质含量为烟台点>徐州点>万州点>南昌点, 表现
出随纬度升高而增大的趋势。不同年份处理间, 2008年的胡萝卜素、还原性糖及可溶性糖含量高于 2009年, 而
2008年的淀粉和蛋白质含量低于 2009年。淀粉、可溶性糖含量变幅范围在 2年间差别不大, 而其他 3个性状
变幅范围在 2 年间差别较大。各甘薯基因型在不同地点、不同年份间品质性状的变异中, 以胡萝卜素变异系
数为最大, 淀粉变异为最小。
关键词 甘薯 生态环境 基因型 年份 品质性状 互作效应 变异
中图分类号: S331 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)09-1180-05
Effects of ecological conditions on main quality traits of sweetpotato
KOU Meng1, LI Qiang1, TANG Zhong-Hou1, WANG Xin1, XIN Guo-Sheng2, WU Wen-Sheng3,
WANG Liang-Ping4, ZHANG Yun-Gang1, TANG Wei1, LI Xiu-Ying1, MA Dai-Fu1
(1. Institute of Sweetpotato Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences; Key Laboratory of Sweetpotato Genetic
Improvement; Jiangsu Xuzhou Sweetpotato Research Center, Xuzhou 221131, China; 2. Yantai Agricultural Science & Technology
Institute, Yantai 265501, China; 3. Institute of Crop Science, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;
4. Sanxia Academy of Agricultural Sciences of Chongqing City, Wanzhou 404115, China)
Abstract Sweetpotato is one of the world’s most important foods and industrial raw materials that is highly nutritious with a
variety of beneficial ingredients. Sweetpotato chromosome is highly heterozygous with highly separable characteristics after
hybridization. Furthermore, sweetpotato is a vegetatively propagated plant with stabilized traits during hybrid generation such that
each line is a potential genotype. Storage root quality characteristics included the contents of total carotene, starch, reducing sugar,
soluble sugar and protein. These storage traits are important indicators in measuring the consumption and processing quality of
sweetpotato and are closely related with sweetpotato commodity. To study variations in storage root quality characteristics under
different ecological environments and to provide a theoretical basis for screening specific cultivation areas conducive to the
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accumulation of certain quality traits, hybrids of “Xushu 25” and “Xu 22-5” were selected for research in four sites (Xuzhou, Jiangsu
Province; Yantai, Shandong Province; Wanzhou, Chongqing City; Nanchang, Jiangxi Province) and two years (2008 and 2009). The
results showed that ecological environment (E), year (Y), genetype (G), E×G and Y×G interactions had significant impacts on the
contents of total carotene, starch, reducing sugar, soluble sugar and protein. Carotene showed that G×E interaction effect was larger
than genotype and environmental effects. However, other quality traits showed that environmental effect was larger than genotype
and G×E interaction effects. Soluble sugar and protein indicated that inter-annual effect was significantly higher than genotype or
G×Y interaction effect. The remaining three quality traits indicated that G×Y interaction effect was larger than genotype or year
effect. At the four experimental sites, the highest total carotene, reducing sugar and soluble sugar contents and the lowest starch
content occurred at the Xuzhou site. The highest protein and lowest carotene contents occurred at Yantai site. Also the lowest protein
and highest carotene contents occurred at Nanchang site. Then the lowest reducing and soluble sugar contents occurred at Wanzhou
site. It was worthy to note that sweetpotato storage root protein content apparently increased with increasing latitude. For the two
years, total carotene, reducing and soluble sugar contents in 2008 were higher than in 2009. Also starch and protein contents in 2008
were lower than in 2009. While the range of difference in starch and soluble sugar contents between the two years was small, that in
the other traits was big. For the hundred different genotypes, coefficient of variation in total carotene content was largest, and that in
starch content was smallest under different eco-sites and years.
Key words Sweetpotato, Ecological environment, Genotype, Year, Quality trait, Interaction effect, Variation
(Received Mar. 9, 2012; accepted May 31, 2012)
甘薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]分布在世界上
100多个国家, 主要在热带、亚热带和气侯温和的地
区种植, 每年鲜甘薯产量约 1.22亿 t, 仅次于小麦、
水稻、玉米、马铃薯、大麦和木薯, 位居第 7位[1]。
特别是在发展中国家, 甘薯因其适应性强, 耐高温、
贫瘠和干旱等特性而备受欢迎。我国是世界上最大
的甘薯种植国和生产国, 甘薯在我国粮食生产和能
源安全中发挥着重要作用。近年来, 随着人们对甘
薯营养价值认识的提高和保健意识的增强, 甘薯作
为一种投入相对较少、污染较低的营养保健食物得
到广泛关注。在高产稳产的同时提高甘薯块根品质
已成为我国甘薯育种的重要目标, 结合产后加工利
用, 优质高产品种已成为甘薯高效开发的主要手段
和途径[2]。尽管甘薯具有较强的适应能力, 但像其他
作物一样, 甘薯对环境变化也有一定的敏感性。不
同产地的气候和土壤条件等生态因子不同, 对甘薯
品质性状的影响也存在差异[2−3]。
胡萝卜素、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性
糖是衡量甘薯食用及加工品质的重要指标。随着人
们对甘薯食用与加工品质要求的提高, 这几项指标
越来越重要, 其研究也得到更多关注。谢一芝等 [4]
研究发现甘薯蛋白质、胡萝卜素含量和淀粉率受栽
培环境条件影响较大; 陆国权等 [2]指出胡萝卜素含
量在不同产地之间存在显著差异。国内外研究大多
集中在甘薯产量相关性状的环境效应, 而对胡萝卜
素、蛋白质、还原性糖及可溶性糖含量等品质性状
的报道甚少 [2,5−6]。为此, 本研究以“徐薯 25”与“徐
22-5”杂交所得的不同甘薯基因型为材料, 在徐州、
烟台、万州和南昌 4 个不同的生态点设置种植试验
以创造广泛变异的温光条件, 深入研究不同生态环
境下甘薯块根品质性状的变异规律, 以便为筛选利
于某一品质性状积累的特定栽培地区提供理论依据,
从而实现优质高产特用甘薯的区域化生产。
1 材料与方法
1.1 试验材料
甘薯是六倍体作物, 其染色体数目较多(2n=90),
且高度杂合, 杂交后其性状将会广泛分离。加之甘
薯是一种无性繁殖植物, 其性状可以在杂交一代后
得到固定, 与其他主要作物相比, 这些特性给甘薯
传统杂交育种带来方便。本试验以薯肉色为白色的
高淀粉品种“徐薯 25”与和薯肉色为桔红色的高胡萝
卜素品系“徐 22-5”杂交一代分离群体为研究对象,
每一个系即为一个基因型。徐州试验点种植 150系,
其余 3 个试验点种植 105 系, 所有材料采用统一方
案进行。
1.2 试验设计
试验于 2008年在江苏徐州(117.18°E, 34.26°N),
2009年在徐州、山东烟台(121.39°E, 37.52°N)、重庆
万 州 (108.35°E, 30.83°N)和 江 西 南 昌 (115.89°E,
28.68°N)进行。烟台属典型海洋性气候, 年平均气温
11.6~12.9 ℃, 全市年平均降水量为 627.6 mm, 具有
冬无严寒, 夏无酷暑的气候特点; 徐州属暖温带半
湿润季风气候, 年均温 14 ℃, 降水量 800~930 mm,
四季之中春、秋季短, 冬、夏季长, 春秋两季光照充
足 , 昼夜温差大 ; 万州属亚热带季风湿润带气候 ,
四季分明, 境内多年平均气温 17.7 ℃, 多年平均降
水量 1 243 mm, 日照充足, 无霜期长, 霜雪稀少;
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南昌属中亚热带湿润季风气候, 气候湿润温和, 日
照充足, 一年中夏冬季长, 春秋季短。年平均气温
17~17.7 ℃, 年降雨量 1 600~1 700 mm, 无霜期长。
试验田土壤肥力中等, 以当地最适播期种植。设置 3次
重复, 每系每重复栽插 5株, 垄距 85 cm, 株距 23 cm,
隔离带宽 50 cm。
1.3 试验方法
成熟期每个材料的 3 次重复中 5 株单株全部收
获, 并测产, 收获后常温下储藏, 1 个月后进行品质
性状测定。胡萝卜素含量测定采用丙酮提取法[7]。
淀粉、还原性糖、可溶性糖和蛋白质含量测定采用
VECTOR22/N型傅里叶变换近红外反射光谱仪(德国
BRUKER光谱仪器公司)法[8]。
所得数据采用 DPS 处理软件[9]进行统计分析,
基因型与环境及其互作的方差分析采用随机模型。
2 结果与分析
2.1 不同生态点对甘薯块根品质性状的影响
2.1.1 4个试验点甘薯品质性状的变异来源
4 个试验点的甘薯品质性状的基因型、环境以及
基因型与环境互作差异均达到 1%显著水平(表 1)。从

表 1 不同甘薯基因型在不同生态环境下主要品质性状
方差分析(F值)
Table 1 Variance analysis of quality traits for various sweetpotato
genotypes under different ecological environments (F values)
品质性状 Quality trait 基因型(G)
Genotype
环境(E)
Environment
基因型×环境
G×E
总胡萝卜素含量
Total carotene content
12.810** 8.497** 53.059**
淀粉含量 Starch content 9.413** 56.077** 2.997**
还原性糖含量
Reducing sugar content
3.542** 124.676** 2.100**
可溶性糖含量
Soluble sugar content
6.375** 104.436** 3.392**
蛋白质含量 Protein content 3.802** 223.555** 4.450**
F 值后面的*和**表示显著性分别达到 95%或 99%置信区间,
下同。* and ** after F values indicate significance at 95% or 99% confi-
dence interval, respectively. The same below.
F 值大小可以看出, 胡萝卜素表现为基因型×环境互
作效应大于基因型效应和环境效应, 而其他品质性
状(如淀粉和蛋白质等)均表现为环境效应远大于基
因型效应和基因型×环境互作效应 , 表明甘薯胡萝
卜素含量大小主要受基因型与环境的共同影响, 而
环境则是决定淀粉、可溶性糖、还原性糖及蛋白质
含量的关键。
2.1.2 4个试验点间品质性状的差异
甘薯块根品质性状在基因型间存在极显著差异
(表 1), 不同生态条件下, 主要品质性状的变幅很广,
最大值和最小值均呈倍数关系(表 2)。4个生态点中,
胡萝卜素在基因型间的变异系数最大, 均超过 100%,
最大变异系数为 142.83%, 出现在烟台试验点; 而
淀粉的变异系数最小, 都不足 10%, 最小变异系数
为 7.74%, 也发生在烟台试验点(表 2)。
由于所测品质性状的地点变异均显著(表 1), 进
一步对不同地点进行了多重比较。鲜薯胡萝卜素、
还原性糖和可溶性糖含量均以徐州点最高, 烟台点
或万州点最低; 淀粉含量以南昌试验点最高, 徐州
点最低, 表明上述品质性状随纬度变化的规律不明
显。值得关注的是, 不同环境下, 蛋白质含量为烟台
点>徐州点>万州点>南昌点, 表现出随纬度升高而
增大的趋势(表 3)。
2.2 甘薯块根品质性状的年际间变异
2.2.1 2008—2009年甘薯品质性状的变异来源
在江苏徐州试验点, 通过连续 2 年的田间种植
与试验, 发现所有品质性状的基因型差异、基因型×
年份互作变异均达到 1%的极显著水平, 胡萝卜素、
淀粉、还原性糖、可溶性糖和蛋白质等品质性状还
存在显著或极显著的年际效应(表 4)。对比 F值大小
可以看出, 可溶性糖和蛋白质含量的年际效应明显
大于基因型主效应或基因型×年份互作效应 , 由于
年份间的变异主要由气候条件差异引起, 这表明气
候因素对可溶性糖和蛋白质有较大影响。本研究还

表 2 不同甘薯基因型主要品质性状在不同生态环境下的基因型差异
Table 2 Differences in quality traits among various sweetpotato genotypes under different ecological environments
变幅 Range 变异系数 Variation coefficient (%)
品质性状
Quality trait 烟台
Yantai
徐州
Xuzhou
万州
Wanzhou
南昌
Nanchang
烟台
Yantai
徐州
Xuzhou
万州
Wanzhou
南昌
Nanchang
总胡萝卜素含量 Total carotene content [mg·g−1(FW)] 0~187.30 0~154.70 0~177.70 0~114.00 142.83 121.45 115.71 103.02
淀粉含量 Starch content [%(DW)] 48.83~69.80 43.83~69.43 31.17~67.67 44.50~72.33 7.74 9.92 8.23 9.10
还原性糖含量 Reducing sugar content [%(DW)] 0.93~8.00 1.40~11.27 0.33~6.50 0.70~9.80 52.34 38.80 59.04 71.49
可溶性糖含量 Soluble sugar content [%(DW)] 4.50~14.83 5.40~21.60 3.03~20.10 4.00~22.67 26.01 29.59 42.38 39.06
蛋白质含量 Protein content [%(DW)] 4.90~13.03 4.33~12.90 4.00~10.40 3.20~12.37 21.13 20.91 26.12 28.90
由于白心甘薯采用丙酮法测定总胡萝卜素时, 胡萝卜素的提取量极少, 故将白心甘薯中胡萝卜素的含量记为 0。Carotene extraction level
is extremely rare when detecting the total carotene from the white-fleshed sweetpotato, so it is recorded as 0.
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表 3 不同生态环境下块根品质性状的变化(平均值±标准误差)
Table 3 Variations of tuberous root quality traits under different ecological environments (mean±SE)
品质性状 Quality trait 烟台 Yantai 徐州 Xuzhou 万州 Wanzhou 南昌 Nanchang
总胡萝卜素含量 Total carotene content [mg·g−1(FW)] 21.00±1.70dD 31.60±2.20aA 28.70±1.90cC 30.50±1.80bB
淀粉含量 Starch content [%(DW)] 61.57±0.27bB 59.12±0.33cC 61.25±0.28bB 64.09±0.33aA
还原性糖含量 Reducing sugar content [%(DW)] 2.97±0.09cB 5.27±0.12aA 2.37±0.08dC 3.22±0.13bB
可溶性糖含量 Soluble sugar content [%(DW)] 8.35±0.12cC 11.38±0.19aA 7.14±0.17dD 9.97±0.22bB
蛋白质含量 Protein content [%(DW)] 8.87±0.11aA 8.09±0.10bB 6.34±0.09cC 5.16±0.08dD
同行中小、大写字母分别表示在 5%和 1%水平差异显著, 下同。Small and capital letters within a row mean significant difference at 5% and
1% probability levels, respectively. The same below.

表 4 徐州试验点连续 2年主要品质性状的方差分析(F值)
Table 4 Variance analysis of quality traits between years of
2008 and 2009 in Xuzhou (F values)
品质性状
Quality trait
基因型(G)
Genotype
年份(Y)
Year
基因型×年份
G×Y
总胡萝卜素含量
Total carotene content
14.288** 5.952* 37.113**
淀粉含量 Starch content 7.642** 4.735* 9.192**
还原性糖含量
Reducing sugar content
6.403** 6.546* 13.986**
可溶性糖含量
Soluble sugar content
2.576** 135.224** 7.734**
蛋白质含量 Protein content 2.269** 263.542** 11.249**

发现其余 3 个品质性状的基因型×年份互作效应大
于基因型主效应或年份主效应, 表明在对优质甘薯
选育过程中, 尤其是涉及胡萝卜素、淀粉及还原性
糖等性状时, 应综合考虑年际变异与品种表现。
2.2.2 不同年际间品质性状的差异
所有品质性状的年际效应均达到 5%或 1%的显
著水平(表 4, 表 5)。由表 5可以看出, 淀粉、可溶性
糖含量变幅范围在 2 年间差别不大, 而其他 3 个性
状变幅范围在 2年间差别较大。从结果还可以看出,
所测品质性状变异系数在年际间的差异不大, 变异
系数由小到大的顺序为淀粉<蛋白质<可溶性糖<还
原性糖<总胡萝卜素。对不同年份进行多重比较可知,
2008年的胡萝卜素、还原性糖及可溶性糖含量高于
2009 年, 而 2008 年的淀粉和蛋白质含量低于 2009
年。这可能与不同年份间的天气状况有关, 需要进
一步的研究。
3 讨论和结论
作物品质受遗传和环境因素双重影响。而基因型
与环境互作效应是生物学特性和自然规律的互作 ,
对选育能抵抗不良环境的广泛适应性或特殊适应性
品种具有重要意义[2]。以往育种家多侧重于对甘薯产
量及其相关性状的基因型与环境互作效应研究[10−15],
对甘薯品质性状的研究较少。随着对甘薯营养价值
的认识, 人们发现的 β-胡萝卜素等在甘薯营养品质
中具有非常重要的地位。红心甘薯含有丰富的胡萝
卜素, 而胡萝卜素的主要成分是 β-胡萝卜素, 占其
总量的 86%~90%[16]。β-胡萝卜素、反式-β-胡萝卜素
异构体可以转化为维生素 A[17]。维生素 A匮乏是造
成世界上儿童失明的主要原因[18]。红心甘薯作为维
生素 A 的补充来源, 对于未来解决发展中国家儿童
和怀孕妇女维生素 A缺乏问题将会起到积极作用。
K’osambo 等 [19]指出不同甘薯品种总胡萝卜素含量
随生长环境不同而差别显著。本研究发现, 胡萝卜
素含量的基因型×环境互作以及基因型×年份互作效
应大于基因型主效应、环境主效应或年份主效应 ,
说明胡萝卜素受基因型、环境和年际变化的共同影
响, 选育中需要综合考虑多个因素。由本研究结果
还可以看出, 总胡萝卜素含量在基因型间存在极显
著差异(无论在不同生态点还是在不同年份间), 且
变幅范围很广, 这与前人研究结论类似[20−23]。总胡
萝卜素含量以徐州试验点最高 , 烟台试验点最低 ,
随纬度变化并未出现逐渐增大或减少的规律。

表 5 甘薯主要品质性状在徐州试验点不同年份间的变化
Table 5 Variations of main quality traits of sweetpotato between different years in Xuzhou
变幅 Range 平均值±标准误差 mean±SE 变异系数 CV(%) 品质性状
Quality trait 2008 2009 2008 2009 2008 2009
总胡萝卜素含量 Total carotene content [mg·g−1(FW)] 0~189.10 0~217.70 45.00±2.20aA 40.30±2.20bB 104.80 117.70
淀粉含量 Starch content [%(DW)] 41.23~69.53 41.23~69.43 57.47±0.27bB 58.18±0.29aA 10.10 10.64
还原性糖含量 Reducing sugar content [%(DW)] 2.77~20.90 1.40~11.27 7.94±0.15aA 5.38±0.10bB 40.65 39.32
可溶性糖含量 Soluble sugar content [%(DW)] 5.17~22.17 5.40~21.60 12.41±0.15aA 11.91±0.17bB 25.74 29.42
蛋白质含量 Protein content [%(DW)] 3.17~9.40 4.33~12.93 6.03±0.06bB 8.16±0.08aA 22.85 20.40

1184 中国生态农业学报 2012 第 20卷


淀粉和糖是影响甘薯鲜食口感及加工品质的主
要因素。众所周知, 甘薯是淀粉含量较高的一种块
根类作物, 一直以来是淀粉及其相关加工行业的重
要原料。近年来, 由于石油等传统能源的大量消耗
与供应不足, 甘薯等生物质能源已成为国际上公认
的一种良好的替代能源。因而, 高淀粉甘薯品种选
育已成为我国甘薯产业技术体系的主要研究内容。
可溶性糖和还原性糖含量主要影响到甘薯的食用口
感, 也是构成甘薯风味的关键所在。本研究表明, 不
同试验点间, 以上 3 个品质性状的环境效应最大,
可溶性糖、还原性糖以徐州点最高, 万州点最低; 淀
粉以南昌点最高, 徐州点最低, 说明徐州有可能适
合糖类物质的积累, 而不利于淀粉合成。不同年份
间, 可溶性糖的年际效应明显大于基因型主效应或
基因型×年份互作效应 , 而淀粉和还原性糖的基因
型×年份互作效应最高, 说明在筛选可溶性糖时, 主
要考虑年份变化, 而在选择淀粉及还原性糖等性状
时, 应综合考虑年际变异与品种表现。
甘薯除含丰富的淀粉和糖类外, 其块根中一般
还含 1.2~10 g·100g−1(干物质)蛋白质[24]。蛋白质不仅
是甘薯的主要营养成分, 还具有较强的抗氧化能力,
具有增强免疫力、降血脂、降血糖、减少高血压发
病率和抗癌等功效。通过研究发现, 甘薯蛋白质的
环境和年际效应均特别高, F值分别达到 223.555和
263.542, 远高于相对应的基因型主效应, 表明甘薯
蛋白质含量受各地土壤因子(土壤类型、质地、肥力
等)和气象条件(降雨、光照和温度等)的影响很大。
除此之外, 还发现蛋白质积累表现出随纬度升高而
逐渐增大的趋势 , 在纬度最高的烟台点达到最高 ,
最高值为 8.87%, 这对于高蛋白甘薯的区域化生产
以及高蛋白甘薯品种的选育有一定的指导意义。
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