马铃薯是世界第四大主粮作物，在保障国家粮食安全、促进农业经济发展方面起着至关重要的作用^[1]。我国马铃薯种植面积约占世界种植面积的1/4，是马铃薯第一生产和消费大国，2023年我国马铃薯种植面积为453.3万hm²，总产量9539万t^[2]。优良品种是马铃薯产业的基础支撑，为保护育种者权利，推动马铃薯育种创新，促进产业发展，1999年4月马铃薯被列入首批植物新品种保护名录^[3]，我国也于1999年加入国际植物新品种保护联盟（International Union for the Protection of New Varieties of Plants,UPOV）。植物品种应具备特异性（distinctness）、一致性（uniformity）和稳定性（stability）^[4]。DUS测试是品种管理中重要的技术手段，也是品种保护、品种审定和品种登记的法定要求^[5]。

植物品种功能是否具备DUS，必须根据相应植物品种DUS测试指南或技术标准进行种植试验或实验室检测^[6]。2018年《植物品种特异性、一致性和稳定性测试指南 马铃薯》（GB/T 19557.28- 2018）^[7]发布，此后我国马铃薯DUS测试均采用此国家标准，性状是植物品种DUS测试审查的基础，测试指南中性状的选择和评价对DUS测试审查的准确性和高效性至关重要。目前相关文献主要从形态学指标^[8-9]、分子标记^[10-11]和生化标记^[12]等方面分析马铃薯品种遗传多样性，利用DUS测试性状对培育品种进行描述和评价的研究较少。本研究依据马铃薯DUS测试指南中的测试性状，对226份马铃薯品种进行综合分析，旨在筛选出高效的DUS测试指标，为测试机构开展马铃薯DUS测试提供科学有效的评价方法，同时为育种工作者提供多样化的育种策略。

试验所用的226份马铃薯品种均由农业农村部植物新品种测试张家口分中心提供（表1，编号末尾字母A代表测试品种，B代表近似品种），于2022-2023年集中种植在张家口市农业科学院坝上试验基地（41°1′ N，114°7′ E）。

试验采用随机区组设计，共设2次重复，每小区51株，在马铃薯测试田块四周种植保护行，马铃薯的田间管理与当地大田生产管理方式保持一致。44个DUS测试性状（表2）的观测时期和观测方法等按照《植物品种特异性、一致性和稳定性测试指南 马铃薯》（GB/T 19557.28-2018）^[7]标准进行，个体观测性状植株取样数量不少于20株，群体测量和群体目测性状需观测整个小区。性状类型包括质量性状（quality trait，QL）、假质量性状（false qualitative trait，PQ）和数量性状（quantitative trait，QN）；观测方法分为群体测量（group measurement，MG）、个体测量（single measurement，MS）和群体目测（group visual observation，VG）。观测时期分为幼芽期（在规定光强和光谱范围的弱光条件下，幼芽生长8~10周）、现蕾期（花蕾超出顶叶的植株占小区总株数的75%以上）、开花期（第一花序有1~2朵花开放的植株占小区总株数的75%以上）和收获期。

利用SPSS Statistics 26.0进行描述性统计分析，利用GraphPad Prism 8绘制频次分布图，利用Origin 2021绘制相关性热图和聚类分析图，利用Popgene 32软件分析不同性状的Shannonʼs多样性指数（H'）^[13]：H'=-ΣP_iln(P_i)，式中，P_i为某个性状第i个代码出现的概率。

如表3所示，利用马铃薯DUS测试指南中的44个测试性状（C1~C44）对226份品种进行多样性分析，平均Shannonʼs多样性指数为1.1721，变幅为0.0000~1.9668。其中，光发芽顶部花青甙显色强度（C8）和光发芽基部花青甙显色强度（C3）多样性指数最高，分别为1.9668和1.9277。其次是块茎薯肉颜色（C43）、花蕾花青甙显色强度（C26）和成熟期（C37），多样性指数分别为1.8137、1.7614和1.7582。这5个性状在DUS测试特异性判定中可以充分加以利用。多样性指数>1.0000的性状有32个，表明226个马铃薯品种的遗传多样性比较丰富。多样性指数<0.5000的性状有4个，其中莲座状叶顶部绒毛（C25）只有1个表达状态，多样性指数为0.0000。在马铃薯品种DUS进行特异性判定时，应着重关注多样性指数较大的性状。

测试指南中按照测试性状的表达方式将性状分为质量性状、数量性状和假质量性状，假质量性状是指表达范围至少部分连续，但在1个以上方向（维度）上存在变异的性状^[14]。如图1所示，质量性状中，莲座状叶顶部绒毛（C25）只有9级代码，此性状在各品种间无区别，植株顶部叶片花青甙显色（C29）以无色为主，占比90.1%；所有假质量性状中，光发芽形状（C2）以卵形为主，占比52.6%；茎翼波状（C15）以微波形为主，占比50.0%；花冠形状（C33）以近五边形为主，占比95.3%；块茎形状（C38）以卵圆形为主，占比41.3%；块茎表皮颜色（C41）以黄色为主，占比70.3%；块茎芽眼基部颜色（C42）以黄色为主，占比73.7%。块茎薯肉颜色（C43）在9个分级中均有分布，其中乳白色（25.4%）、浅黄色（20.3%）及中等黄色（29.3%）分布较多。质量性状和假质量性状在马铃薯申请品种特异性的判定上具有局限性。

在马铃薯DUS测试指南中，数量性状占比较大（77.27%），相较于质量性状和假质量性状，数量性状在不同品种间表达比较充分，代码的离散程度较大，其中9个性状在指南对应代码上均有表达，数量性状更能用于区分不同的马铃薯品种，在马铃薯品种特异性的判定上要大于质量性状和假质量性状。

利用皮尔逊（Pearson）的积聚相关系数对28个与马铃薯品种不同组织或部位的颜色、大小相关的性状进行相关性分析，结果如图2所示。光发芽基部花青甙显色强度（C3）与光发芽顶部花青甙显色强度（C8）、茎花青甙显色强度（C14）、复叶主脉上表面花青甙显色强度（C20）、花蕾花青甙显色强度（C26）存在极显著正相关，相关系数分别为0.81、0.69、0.65和0.62；茎花青甙显色强度（C14）与复叶主脉上表面花青甙显色强度（C20）、花序总梗花青甙显色强度（C31）、块茎表皮颜色（C41）存在极显著正相关，相关系数分别为0.87、0.70和0.68；花冠内侧花青甙显色强度（C34）与花冠内侧花青甙显色扩展范围（C36）存在极显著正相关，相关系数为0.97；块茎表皮颜色（C41）与块茎芽眼基部颜色（C42）存在极显著正相关，相关系数为0.89，涉及马铃薯光发芽、茎、复叶主脉、花序总梗的花青甙显色及块茎表皮颜色和芽眼基部颜色等性状之间相关性较高。

利用非加权平均法对226个马铃薯测试品种进行系统聚类，结果如图3所示。以遗传距离0.45为阈值，聚类结果分为5大类。类群I包含11个品种（占比4.87%），主要特征为光发芽基部花青甙显色中等，光发芽顶部花青甙显色弱到中，植株顶部叶片无花青甙显色，块茎表皮颜色以浅红色和红色为主；类群II包含9个品种（占比3.98%），主要特征为光发芽基部花青甙显色强到极强，植株生长习性半直立，植株顶部叶片无花青甙显色，成熟期早到中，块茎表皮以红色和蓝色为主，块茎薯肉颜色以部分红色和部分蓝色为主；类群III包含23个品种（占比10.20%），主要特征为光发芽基部花青甙显色强到极强，光发芽顶部习性并拢，植株顶部有叶片花青甙显色，块茎表皮颜色以蓝色为主，块茎薯肉颜色以蓝色为主；类群IV包含62个品种（占比27.40%），主要特征为光发芽顶部花青甙显色以无色或浅色为主，茎花青甙显色强度以无色为主，复叶主脉上表面花青甙显色强度以无色为主，花蕾花青甙显色强度以无色为主，植株顶部叶片无花青甙显色，花冠内侧花青甙显色强度以无色为主，块茎表皮颜色以黄色为主；类群V包含121个品种（占比53.50%），主要特征为植株顶部叶片无花青甙显色，块茎表皮颜色以黄色为主。

本研究中，测试品种涉及华北、西南和西北等多个生态区域，相较于冀北地区马铃薯品种，所测试的马铃薯品种具有丰富的遗传基础^[15]。44个测试性状的遗传多样性指数为0.0000~1.9668，其中块茎薯肉颜色（C43）是假质量性状，多样性指数为1.7582，可以作为特异性判定的关键性状。徐晓等^[8]研究表明，株型、芽眼深浅、块茎整齐度、薯肉颜色、薯皮色和薯形的遗传多样性程度较高；张晓煜等^[11]研究表明，薯肉颜色的多样性指数最高；张川等^[9]研究表明，薯肉颜色、开花频率和块茎形状的遗传多样性指数较高。本研究结果同样认为薯肉颜色是影响表型多样性的主要因素，与上述研究结果一致。

《植物新品种特异性、一致性和稳定性审查及性状统一描述总则》^[14]要求DUS测试性状在品种间能表现出足够的差异，本研究中性状莲座状叶顶部绒毛（C25）只有1个表达状态，花冠形状（C33）、小叶光泽度（C24）、植株顶部叶片花青甙显色（C29）等性状代码分布集中，在品种间区别度较小，在判定品种特异性方面有局限性。马铃薯优质新品种选育需要扩大亲本材料的遗传背景，建议育种者培育高产优质马铃薯品种时，多关注区分度较小的性状，丰富遗传基础，创新育种材料，获得更加优质的马铃薯新品种。

相关性分析结果表明，与花青甙显色强度相关的几组性状（马铃薯光发芽、茎、复叶主脉、花序总梗的花青甙显色）间相关系数较高，这与程静等^[15]的研究结果一致，在马铃薯DUS测试和审查时，要针对花青甙显色相关性状进行重点比较，在之后马铃薯测试指南修订时可以考虑对花青甙显色相关性状进行组合和优化。

在DUS测试指南分组性状的选择上，应当充分借鉴形态性状多样性分析，尤其是聚类分析的结果，尽量把品种区分能力强、区分效果好的性状列为分组性状。226个马铃薯品种被分为5个类群，光发芽基部花青甙显色（C3）、植株顶部叶片花青甙显色（C29）和块茎表皮颜色（C41）可以有效区分不同类群，可作为分组性状。测试品种序号11与12，18与19，20与21，93与94是育种人提供的几组对应的申请品种和近似品种，从聚类结果来看，近似品种与对应的申请品种分布在不同的类群中，申请人提供的近似品种可能不准确，在第一生长周期结束后，可以利用品种描述数据进行聚类分析，并根据聚类分析结果，筛选近似品种。DUS测试是品种权授权的技术依据，其中特异性的测试尤为重要。表型性状易受环境因素的影响，尤其是不同测试分中心的表型数据存在环境误差，DNA分子标记技术在DUS测试中的应用越来越广泛，目前，玉米、小麦、水稻、大豆及油菜等作物已借助DNA分子标记技术用于近似品种筛选和真实性鉴定，大大提高了筛选的效率和准确性^[16]，马铃薯是同源四倍体作物，基因组高度杂合^[11]，DUS测试机构需建立马铃薯分子鉴定标准，以精确筛选近似品种，鉴定品种特异性。同一个地区尤其是同一育种单位的育成品种，形态差异小，亲缘关系近，通常聚在同个分支，这与段艳凤^[17]的研究结果一致。建议育种人在选育马铃薯新品种时，除了关注品种、产量和抗性外，也要以马铃薯DUS测试性状为基础，通过聚类分组，选择各组中的优良材料，加强各类群间的组合配置，丰富马铃薯育种资源，推进育种创新。

现有马铃薯测试指南中性状光发芽基部花青甙显色强度（C3）、光发芽顶部花青甙显色强度（C8）、块茎薯肉颜色（C43）、花蕾花甙显色强度（C26）和成熟期（C37）多样性指数较高，可以有效区分品种，但是花青甙显色相关性状间存在极显著相关性，建议之后马铃薯DUS测试指南修订时可以考虑对花青甙显色相关性状进行优化。结合分子技术和DUS测试性状的聚类结果进行近似品种的筛选可以更加准确、高效地判定品种特异性。