不同生育期芭蕉芋微量元素的吸收積累與轉(zhuǎn)運(yùn)分配特征

張文娥　潘學(xué)軍

摘要：以3個(gè)芭蕉芋栽培品種為試驗(yàn)材料，研究2個(gè)生育時(shí)期（發(fā)棵結(jié)芋期、子芋完熟期）芭蕉芋各器官礦質(zhì)微量元素含量、積累、分配規(guī)律。結(jié)果表明：在發(fā)棵結(jié)芋期，3個(gè)芭蕉芋品種平均每株累積吸收量表現(xiàn)為錳（Mn）、鐵（Fe）>鋅（Zn）>硼（B）>銅（Cu），紫葉紅花芋、興芋-1的莖、葉中Cu、Zn含量較高，F(xiàn)e以根、根莖內(nèi)含量最高，Mn、B主要分布在葉、根莖內(nèi)，而興芋-2根中Cu含量最高，Zn、Mn在各器官的積累相對(duì)均衡，B在根莖中積累量較高；在子芋完熟期，芭蕉芋單株積累量表現(xiàn)為Fe>Mn>B>Zn>Cu，Cu、Zn在各器官中的含量相當(dāng)，F(xiàn)e以根系中含量較高，Mn、B在葉中含量較高，興芋-1在根莖中的微量元素含量、積累量明顯高于其他2個(gè)品種。總體看出，芭蕉芋根莖中Cu含量明顯高于其他糧食作物，是一種優(yōu)良的高Cu含量食品原料。

關(guān)鍵詞：芭蕉芋；微量元素；積累；轉(zhuǎn)運(yùn)；分配

中圖分類(lèi)號(hào)： S632.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）07-0262-04

芭蕉芋（Canna edulis Ker）作為一種經(jīng)濟(jì)作物廣泛種植于南美、泰國(guó)、越南等熱帶、亞熱帶地區(qū)[1]，于20世紀(jì)20年代傳入我國(guó)，現(xiàn)廣泛種植于我國(guó)南方各?。ㄊ校2]。貴州省是我國(guó)芭蕉芋的主產(chǎn)區(qū)，近年來(lái)，隨著芭蕉芋淀粉產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，種植面積連年擴(kuò)大[3]。據(jù)報(bào)道，芭蕉芋根莖富含淀粉，干根莖中含量高達(dá)70%～80%[4]，且其淀粉顆粒大、黏度高[5]，支鏈淀粉含量高，用其制成的粉絲比其他粉絲口感好，更易于人體消化，深受大眾喜愛(ài)[1]。同時(shí)，芭蕉芋還含有豐富的維生素、氨基酸及鉀、鎂、鐵、鋅、鈣等礦物質(zhì)[6]，是人體攝入微量元素的重要來(lái)源之一。此外，其副產(chǎn)品中還含有豐富的可溶性膳食纖維、果膠等物質(zhì)，為功能食品的研究、開(kāi)發(fā)提供了新來(lái)源[7-8]。除了根莖直接或間接作為原料被利用外，芭蕉芋地上部分的莖、葉可通過(guò)飼料工業(yè)而進(jìn)入食物鏈，也是重要的食物源。因此，芭蕉芋是集糧食、能源、飼料于一體的多用途作物，開(kāi)發(fā)潛力極大[9]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在高淀粉作物（如小麥、玉米、甘薯等）礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的積累、運(yùn)轉(zhuǎn)方面開(kāi)展了大量研究工作[10-12]，但對(duì)芭蕉芋的研究甚少，僅見(jiàn)芭蕉芋大量元素累積與分配特征方面的研究報(bào)道[13]，而對(duì)微量元素的積累、分配特征方面的研究在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。銅（Cu）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、錳（Mn）、硼（B）等微量元素作為維持人體健康必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素[14]，若缺乏會(huì)導(dǎo)致貧血、心臟病、免疫力降低、生長(zhǎng)緩慢等多種身體問(wèn)題或疾病[15]。研究表明，目前全球有10億多人口正面臨著由于礦質(zhì)元素缺乏所導(dǎo)致的“潛在饑餓”[16]。世界上66%～80%的人口可能缺鐵，30%的人口缺鋅[17]，鋅、鐵等微量元素?cái)z入的不足已成為影響人體健康、社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題。食用富含礦質(zhì)元素的食物或在食物中添加礦物質(zhì)元素進(jìn)行食物強(qiáng)化是解決礦質(zhì)元素缺乏的常用方法，而開(kāi)發(fā)利用高微量元素含量的功能型食品，或通過(guò)遺傳改良提高微量元素含量是最為經(jīng)濟(jì)有效的方法[10]。本研究以當(dāng)前國(guó)內(nèi)主栽的3個(gè)芭蕉芋品種為試驗(yàn)材料，系統(tǒng)研究不同品種芭蕉芋Fe、Mn、Zn、Cu、B 5種微量元素的積累、運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，以期為高微量元素含量的功能型食品原料的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)，并為改善芭蕉芋根莖微量營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的農(nóng)業(yè)管理措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的3個(gè)芭蕉芋品種分別為紫葉紅花芋（C. edulis cv. PLRF）、興芋-1（C. edulis cv. Xingyu-1）、興芋-2（C. edulis cv. Xingyu-2），試驗(yàn)材料均取自貴州省興義市。于2010年3月底選擇發(fā)育健壯、無(wú)病蟲(chóng)感染的種球，按株行距 30 cm×50 cm的密度種植于苗圃?xún)?nèi)，常規(guī)管理。待幼苗長(zhǎng)到5張真葉時(shí)，選擇生長(zhǎng)一致、發(fā)育良好的幼苗移至上口徑 45 cm、高30 cm的塑料盆內(nèi)，盆內(nèi)裝20 kg風(fēng)干田園土。供試土壤為黃壤土，pH值8.1、有機(jī)質(zhì)含量46.5 g/kg、全氮含量1.05 g/kg、全磷含量0.74 g/kg、速效磷含量 3.8 mg/kg、全鉀含量5.64 g/kg、速效鉀含量132.5 mg/kg。用于發(fā)棵結(jié)芋期研究的材料每盆移植2株；用于子芋完熟期研究的材料每盆移植1株，每個(gè)處理6次重復(fù)。移栽后遮陰，緩苗后移入溫室內(nèi)進(jìn)行管理。

1.2 樣品采集與測(cè)試方法

試驗(yàn)于2010年3月中旬至2011年3月在貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、貴州大學(xué)果樹(shù)工程技術(shù)研究中心進(jìn)行。于發(fā)棵結(jié)芋期（8月上旬）、子芋完熟期（10月中旬）取樣，取樣及樣品處理方法與張文娥等方法[13]相同，即以株為單位，整株采樣，采完后用不銹鋼刀分離，再按須根、根莖、莖、葉片（葉片從葉鞘與葉片連接處分開(kāi)，葉鞘留在莖部）收集裝袋。105 ℃殺青20 min，70 ℃恒溫烘至恒質(zhì)量，粉碎后裝入密封袋備用。樣品干灰化后用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（JCP-AES，法國(guó)JY公司）測(cè)定Fe、Cu、Zn、Mn、B含量。元素累積量計(jì)算公式為：

元素累積量=器官元素含量×器官生物量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示方法為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”（3次重復(fù)），采用Excel、SAS（9.1）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芭蕉芋不同器官的微量元素含量

2.1.1 發(fā)棵結(jié)芋期不同器官的微量礦質(zhì)元素含量 由表1可見(jiàn)，在發(fā)棵結(jié)芋期，3個(gè)芭蕉芋品種不同器官間的微量元素分布規(guī)律存在相似之處，5種微量元素含量由高到低分別為Fe、Mn、Zn、B、Cu，且除B在根莖內(nèi)含量最高外，其他4種微量元素均以根系中含量最高，莖或葉中含量最低（PLRF的Zn除外）。此外還可看出，Cu、Zn、Mn基本上以興芋-1的平均含量最高，根莖、莖中含量顯著高于其他2個(gè)品種，興芋-2的含量較低；興芋-1的Fe、B含量較低；興芋-2各器官Fe平均含量較高，紫葉紅花芋的B含量較高。

2.1.2 子芋完熟期不同器官的微量礦質(zhì)元素含量 由表2可見(jiàn)，在子芋完熟期，芭蕉芋體內(nèi)微量元素Fe含量最高，其次是Mn、B、Zn、Cu，含量基本相當(dāng)。此外還可看出，芭蕉芋不同器官間微量元素含量差異很大，3個(gè)品種均以根系內(nèi)Cu、Fe、Mn含量最高，根莖或莖內(nèi)含量最低；Zn含量則是莖、根中含量較高，根莖內(nèi)最低；葉、根內(nèi)B含量較高，根莖內(nèi)含量最低。不同品種間、不同器官間微量元素平均含量略有不同，興芋-1的Cu、Fe、Zn、Mn平均含量最高，分別為40.1、287.9、39.1、99.5 mg/kg，在根莖、根中的含量顯著高于興芋-2、PLRF（根莖中Cu含量除外）；興芋-2的Cu（33.5 mg/kg）、Fe（196.9 mg/kg）、Mn（89.2 mg/kg）、B（52.9 mg/kg）平均含量最低；紫葉紅花芋的Zn（31.9 mg/kg）平均含量最低，B平均含量最高。

2.2 芭蕉芋微量元素的積累分布特性

2.2.1 發(fā)棵結(jié)芋期微量元素的積累分布特性 由表3可見(jiàn)，本試驗(yàn)條件下，在發(fā)棵結(jié)芋期，紫葉紅花芋、興芋-1對(duì)微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、B的單株累積規(guī)律基本相同，均表現(xiàn)為Mn累積量最高，F(xiàn)e、Zn、B次之，Cu積累量最少，Cu、Zn主要積累在莖、葉部，F(xiàn)e主要在根、根莖內(nèi)，Mn、B主要分布在葉、根莖內(nèi)。還可看出，與紫葉紅花芋、興芋-1不同，興芋-2的Fe積累量最高，Mn、Zn、B次之，Cu積累量最少，Cu在根莖中積累量最多，占總積累量的32.6%，其次是根系，占29.3%；Fe在興芋2根系、根莖中的積累量高，分別占總積累量的5155%、41.4%；Zn、Mn在興芋2各器官的積累相對(duì)均衡；B在興芋2根莖中積累最高。

2.2.2 子芋完熟期微量元素的積累分布特性 由表4可知，在子芋完熟期，芭蕉芋單株積累6.24～6.63 mg Cu，22.23～30.34 mg Fe，6.88～8.50 mg Zn，13.60～14.99 mg Mn，10.59～12.01 mg B。與苗期不同的是，成熟期芭蕉芋體內(nèi)微量元素Fe積累量最高，其次是Mn、B，Cu積累量最低。根系是Fe積累的最主要器官，其次是葉片、根莖，紫葉紅花芋、興芋-1根部Fe積累量均在66.0%以上，Xingyu-2則為560%；葉片、根系是Mn的累積中心，3個(gè)品種中Mn在葉、根中的積累量分別占總積累量的85.9%（紫葉紅花芋）、732%（興芋-1）、83.1%（興芋-2）；根莖、葉片是B的積累分配中心，3個(gè)品種均有65%以上的B累積在根莖、葉片中；Cu、Zn在各器官中的積累分配相對(duì)均勻，優(yōu)勢(shì)器官不明顯。經(jīng)計(jì)算，紫葉紅花芋的產(chǎn)量器官根莖Cu、Fe、Zn、Mn、B的單株累積量分別為 1.56、2.99、1.83、1.28、1.73 mg；興芋-1根莖中5種元素的單株累積量分別為1.53、5.61、3.26、2.64、2.52 mg；興芋-2的單株累積量分別為1.27、2.20、1.10、104、2.43 mg?？梢钥闯?，興芋-1的食用器官中微量元素積累量最為豐富，其次是紫葉紅花芋，興芋-2的積累量最低。

3 討論與結(jié)論

郭曉春等研究認(rèn)為，由于每種微量元素在植物生命代謝活動(dòng)中發(fā)揮著各自特殊的生理功能，在植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，各種元素含量呈現(xiàn)具有各自特征的變化規(guī)律[18]。小麥對(duì)Fe的吸收隨生育時(shí)期的遞進(jìn)呈雙峰曲線(xiàn)變化，而小麥植株內(nèi)Fe含量則呈單峰曲線(xiàn)變化[19]。本研究也發(fā)現(xiàn)，在不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，芭蕉芋體內(nèi)微量元素吸收分配存在差異。在發(fā)棵結(jié)芋期，紫葉紅花芋、興芋-1微量元素Mn的總吸收積累量最高，其次是Fe、Zn、B、Cu，而興芋-2的Fe平均含量、吸收積累總量高于Mn；在子芋完熟期，3個(gè)芭蕉芋品種Fe的總吸收積累量均居各元素之首，其次是Mn、B、Zn，Cu的平均含量、總積累量最低。這與微量元素的生理功能、植物的生長(zhǎng)發(fā)育需求密切相關(guān)。

基因型差異是影響作物體內(nèi)微量元素吸收和利用差異的重要原因[19]，本研究表明，不同芭蕉芋品種的微量元素含量、積累總量差異明顯。在子芋完熟期，興芋-1根莖中Fe、Zn、Mn含量明顯高于其他2個(gè)品種，3種元素的積累量分別比紫葉紅花芋高87.6%、78.1%、106.3%，分別比興芋-2高1550%、196.4%、153.8%；興芋-2的B含量顯著高于其他2個(gè)品種；紫葉紅花芋的Cu含量較高，表明基因型是影響芭蕉芋微量元素含量的重要因素之一。前期研究發(fā)現(xiàn)，興芋-1產(chǎn)量器官根莖的水分含量較低，光合凈產(chǎn)出率較高[13]，這與錢(qián)秋平等在甘薯中得出的低干率甘薯品種的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量高于高干率品種的結(jié)論[20]不一致，說(shuō)明芭蕉芋中Fe、Zn、Mn元素在品種間的差異不同于甘薯品種。

各生育階段，芭蕉芋體內(nèi)Fe元素始終以根中含量、積累量最高，莖中較低；Mn、B的積累分配主要在葉片中，這與超甜玉米的分配規(guī)律[21]基本相同，但與小麥[19]、甘薯[22]中的Fe分配特征不同。在不同發(fā)育時(shí)期，其他元素的分配中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，Cu、Zn在發(fā)棵結(jié)芋期的優(yōu)勢(shì)分配器官為莖、葉，但在子芋完熟期則全株分配較為均勻，無(wú)明顯的優(yōu)勢(shì)器官，也與小麥中Zn的積累分配規(guī)律不同。

在子芋完熟期，3個(gè)芭蕉芋品種根莖內(nèi)Fe、Mn、B、Zn、Cu的平均含量分別為25.2、11.63、16.50、14.43、10.33 mg/kg，與其他農(nóng)作物相比[22-23]，其Cu含量明顯高于小麥籽粒（7.30 mg/kg）、水稻精米（4.36 mg/kg）、玉米籽粒（3.24 mg/kg），與大豆籽粒的Cu含量（11.10 mg/kg）相當(dāng)。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量較高的品種興芋-1根莖中的Fe平均含量為37.4 mg/kg，與甘薯（38.97 mg/kg）、水稻糙米（36.90 mg/kg）、玉米籽粒（35.40 mg/kg）中Fe含量相當(dāng)，顯著高于水稻精米中的Fe含量（18.60 mg/kg）；其Zn、Mn平均含量分別為21.7、17.6 mg/kg，低于小麥籽粒（27.9、31.2 mg/kg）、大豆籽粒（37.5、20.9 mg/kg），但比水稻精米（7.3、5.6 mg/kg）、玉米籽粒的含量（19.9、5.8 mg/kg）高。由此可見(jiàn)，芭蕉芋是一種高Cu含量的食品原料，而Cu對(duì)維持人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的完整性有重要作用，缺銅會(huì)導(dǎo)致心血管功能紊亂、心臟病等，芭蕉芋可作為Cu缺乏癥的功能型治療食品；興芋-1的Fe、Zn、Mn含量也較為豐富，可以作為微量元素食品原料。

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