基于微量元素分析的花椒種質(zhì)資源評價

， ， 2，

(1.貴州省林業(yè)科技推廣總站， 貴陽 550001； 2.西北農(nóng)林科技大學林學院， 陜西 楊凌 712100；3.貴州省林業(yè)科學研究院， 貴陽 550005)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是蕓香科花椒屬植物，其成熟果皮富含揮發(fā)油和豐富營養(yǎng)成分[1-3]，是人們?nèi)粘Ｕ{(diào)味之佳品，具有使用廣泛、食用頻率高等特點[4]，在陜西、甘肅、重慶、四川等地廣泛種植，是當?shù)刂饕?jīng)濟樹種。礦物質(zhì)元素對人體的細胞代謝、生物合成及生理功能起著重要作用[5]，在藥理活性的發(fā)揮中起著重要的協(xié)同作用[6]。

目前對花椒的研究主要涉及栽培管理、生理、生化、生態(tài)、表型多樣性方面[7-19]，對特定的品種進行營養(yǎng)標準值的研究尚未見報道。隨著人們對花椒園管理技術的重視和研究的深入，提高花椒產(chǎn)量和品質(zhì)是花椒管理的主要目標。本研究在花椒主產(chǎn)區(qū)收集94份花椒樣品，測試并分析其礦物質(zhì)元素含量，以期了解該地區(qū)花椒礦物質(zhì)元素變異情況，研究花椒主產(chǎn)區(qū)果皮營養(yǎng)含量及分布規(guī)律，制定花椒營養(yǎng)元素標準值，為指導花椒園的管理和花椒的食用和藥用價值的研究提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

品種：頂壇花椒。分布區(qū)：貴州關嶺縣板貴鄉(xiāng)三家寨村，海拔600 m，東南坡；木工村：海拔1 000 m，東南坡；貞豐縣北盤江鎮(zhèn)察耳巖村：海拔600 m，西北坡。每個群體隨機選取10～12株生長正常、無病單株進行調(diào)查采樣。漢源花椒和漢源大紅袍來源于四川漢源，茂汶花椒采自四川茂縣，河北花椒采自河北涉縣，云南昭通花椒采自云南昭通，其余試驗材料采自陜西省鳳縣花椒試驗站。具體如下：以坡向和海拔因素選擇3個群體。

表1 供試材料

樣品來源樣本數(shù)樣品來源樣本數(shù)漢源花椒四川漢源2府谷花椒陜西鳳縣2漢源大紅袍四川漢源2茂汶花椒四川茂縣2鳳縣大紅袍陜西鳳縣2河北花椒河北涉縣2西農(nóng)無刺陜西鳳縣2云南昭通花椒云南昭通2韓城大紅袍陜西鳳縣2武都大紅袍甘肅武都2陳家仡佬無刺陜西鳳縣2頂壇花椒貴州關嶺縣24獅子頭陜西鳳縣2頂壇花椒貴州關嶺縣21黨村無刺陜西鳳縣2頂壇花椒貴州關嶺縣21韓城無刺陜西鳳縣2合計94

表2 花椒果皮礦物質(zhì)元素含量變異值

營養(yǎng)指標均值標準誤標準差極小值極大值極差百分位25%50%(中值)75%變異系數(shù)Mn(mg/kg)22.411.029.862.5453.6651.1213.8821.1929.1443.98Fe(mg/kg)1.190.080.760.443.953.510.740.841.5863.84Cu(mg/kg)4.520.232.250.4018.4918.093.244.655.7749.79Ca(mg/kg)14.231.1210.901.1536.4035.251.8614.9024.6476.62K(mg/kg)62.141.3813.3430.9290.1359.215.686.377.9521.47Mg(mg/kg)6.980.181.774.3611.296.9351.0264.9670.7825.44

1.2 試驗方法

植物中粗灰分的測定：采用直接灰化法。

1.2.1 操作步驟

1) 樣品預處理：首先將樣品放在60～70 ℃的恒溫干燥箱中吹干，然后在105 ℃下烘干，取出樣品用研缽或者粉碎機粉碎均勻，磨細過1 mm篩即可，不宜太細，以免燃燒時飛失。

2) 灰分的測定：將洗凈的坩堝置于550 ℃高溫電爐內(nèi)灼燒15 min以上，取出，置于干燥器中平衡后稱重，直至恒重為止。準確稱取待測樣品2～5 g(水分多的樣品可以稱取10 g左右)，疏松地置于坩堝中。

3) 碳化：將裝有樣品的坩堝置于可調(diào)電爐上，在通風廚里緩緩加熱，燒至無煙。

4) 高溫灰化：將坩堝移到已燒至暗紅色的高溫電爐門口，片刻后再放進高溫電爐內(nèi)膛深處，關閉爐門，加熱至約525 ℃(坩堝呈現(xiàn)暗紅色)，燒至灰分近于白色為止，大約1～2 h。如果灰化不徹底(黑色碳粒較多)，取出放冷，滴加幾滴蒸餾水或稀硝酸或雙氧水100 g/L硝酸銨溶液，在水浴上蒸干，再移入高溫電爐中，重復上述操作繼續(xù)灰化，灰化完以后，待爐溫降至約200 ℃時，再移入干燥器中，冷去至室溫后稱重。必要時再次灼燒，直至恒重。

5) 結(jié)果計算：

式中：m1為空坩堝質(zhì)量(g)；m2為灰化后(坩堝+灰分)質(zhì)量(g)；m3為(空坩堝+樣品)質(zhì)量(g)。

1.2.2 統(tǒng)計分析

利用SPSS 18.0軟件和Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同花椒種質(zhì)礦物質(zhì)元素的差異分析

對94份花椒果皮6個營養(yǎng)指標進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表2。

由表2可知，在所測營養(yǎng)指標中，變異系數(shù)范圍為21.47%～76.62%，均在15%以上，表明礦物質(zhì)元素含量在各個種源花椒間具有較大的變異。K含量變異系數(shù)最小，平均值為62.14%，變異幅度在30.92～90.13 g/kg之間；Ca含量變異系數(shù)最大，平均值為14.23 g/kg，變異幅度在1.15～36.40 g/kg之間，說明花椒果皮Ca含量在各品種間的變異相對不穩(wěn)定。Mn和Cu變異系數(shù)接近，分別為43.98%和49.79%。

2.2 花椒礦物質(zhì)元素含量的分布規(guī)律

花椒果皮中礦物質(zhì)元素含量K-S正態(tài)性檢驗結(jié)果見表3， 花椒果皮中6種礦物質(zhì)元素含量頻率分布見圖1。

表3 花椒果皮礦物質(zhì)元素含量 K-S正態(tài)性檢驗結(jié)果

指標極差絕對值正負K-S 值Sig 值Mn0.0650.065-0.0580.6350.815Fe0.270.27-0.1642.6220Cu0.1390.139-0.0941.3470.053Ca0.2060.206-0.1241.9940.001Mg0.1710.171-0.0781.6610.008K0.1050.062-0.1051.0140.255

從表3可以看出，對花椒果皮中6種礦物質(zhì)元素指標分別進行K-S正態(tài)檢驗。根據(jù)K-S假設，α=0.05和α=0.01的統(tǒng)計量(K-S值)的臨界值分別是1.36和1.63，只有當Sig>0.05時，性狀符合正態(tài)分布，對于Sig<0.05的性狀，則需進行對數(shù)轉(zhuǎn)換，再進行檢驗。由表3可知，Mn(0.635)、K(1.014)、Cu(1.347)含量的Sig值均大于0.05，服從正態(tài)分布，可以進行下一步的概率分級，而進一步結(jié)合圖1可知，F(xiàn)e(2.622)、Ca(1.994)、Mg(1.661)不完全符合正態(tài)分布，而為偏態(tài)分布。

2.3 基于礦物質(zhì)元素花椒的種質(zhì)資源評價

花椒礦物質(zhì)元素含量的概率分級標準見表4。

圖1 花椒6種礦物質(zhì)元素含量頻率分布

表4 概率分級標準(單位：mg/kg)

營養(yǎng)指標一級二級三級四級Mn>35.0527.58～35.0517.24～27.58<17.24K>79.2469.14～79.2455.14～69.14<55.14Cu>7.405.70～7.403.34～5.70<3.34

根據(jù)花椒質(zhì)量標準(LY/T-1652-2005)將花椒等級分為特級、一級、二級、三級4個級別。所以這里將礦物質(zhì)元素含量分為 4個分級區(qū)間，用(X-0.524 6 S)、(X+0.524 6 S)和(X+1.281 8 S) 3個分點分為4級，概率分別為 30%、40%、20%和10%。

從表4可以看出，在以Mn含量作為衡量花椒概率分級標準中，一級花椒Mn含量高于35.05 mg/kg，以獅子頭花椒為代表；二級花椒Mn含量在27.58～35.05 mg/kg之間，三級花椒Mn含量在17.24～27.58 mg/kg之間，四級花椒Mn含量低于17.24 mg/kg，一級花椒Mn元素含量是四級花椒的兩倍之多，其中四級花椒以鳳縣大紅袍、韓城大紅袍及西農(nóng)無刺為代表。

以K含量作為衡量花椒概率分級標準中,一級花椒K含量高于79.24 g/kg，以河北花椒和武都大紅袍為代表；二級花椒K含量在69.14～79.24 g/kg之間，三級花椒K含量在55.14～69.14 g/kg之間，四級花椒K含量低于55.14 g/kg，四級花椒以鳳縣大紅袍、漢源大紅袍及西農(nóng)無刺為代表。

以Cu含量作為衡量花椒概率分級標準中，一級花椒Cu含量高于7.40 mg/kg，以部分頂壇花椒為代表；二級花椒Cu含量在5.70～7.40 mg/kg之間，三級花椒Cu含量在3.34～5.70 mg/kg之間，四級花椒Cu含量低于3.34 mg/kg，一級花椒Cu元素含量是四級花椒的兩倍之多，其中以茂文花椒、韓城無刺為代表。

3 結(jié)果與討論

種質(zhì)資源礦物質(zhì)元素含量變異系數(shù)越大，遺傳多樣性程度越高。所測花椒營養(yǎng)指標中變異系數(shù)均在15%以上，表明各礦物質(zhì)元素含量在各個種源花椒間具有較大的變異，變異系數(shù)在21.47%～76.62%之間。變異系數(shù)的大小在一定程度上反映了進化的快慢。K含量變異系數(shù)最小，平均值為62.14%，變異幅度在30.92～90.13 g/kg之間；Ca含量變異系數(shù)最大，平均值為14.23 g/kg，變異幅度在1.15～36.40 g/kg之間，說明Ca含量可能進化快，K含量進化慢?；ń饭a含量在各品種間的變異相對不穩(wěn)定。Mn和Cu變異系數(shù)接近，分別 為43.98%和49.79%。

K-S 檢驗分析發(fā)現(xiàn):Cu、Mn、K 3個礦物質(zhì)元素含量符合正態(tài)分布，其余 3 個性狀呈偏態(tài)分布。Mn、Cu元素含量一級花椒較四級花椒含量高1倍。礦物質(zhì)元素含量的概率分級是建立在礦物質(zhì)元素含量概率分布特征基礎上的分級方法。礦物質(zhì)元素含量的合理分級對花椒種質(zhì)資源的科學利用具有重要的指導價值。由于分點不同，概率分級法和傳統(tǒng)的經(jīng)驗分級法分級結(jié)果存在很大的差異。所測結(jié)果中，一級花椒Mn含量高于35.05 mg/kg，以獅子頭花椒為代表；二級花椒Mn含量在27.58～35.05 mg/kg之間，三級花椒Mn含量在17.24～27.58 mg/kg之間，四級花椒Mn含量低于17.24 mg/kg，以鳳縣大紅袍、韓城大紅袍及西農(nóng)無刺為代表。Mn的需要量為每天4～9 mg，其中約1/2經(jīng)腸道吸收，花椒中Mn含量能夠被人體安全吸收。K含量一級高于79.24 g/kg，以河北花椒和武都大紅袍為代表；二級花椒含量在69.14～79.24 g/kg之間，三級花椒K含量在55.14～69.14 g/kg之間，四級花椒K含量低于55.14 g/kg，以鳳縣大紅袍、漢源大紅袍及西農(nóng)無刺為代表。K的需要量為每天4～9 mg，其中約1/2經(jīng)腸道吸收，花椒中Mn含量能夠被人體安全吸收。低鉀會使胃腸蠕動減慢，導致腸麻痹，加重厭食，出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹脹等癥狀。太多的鹽與太少的鉀會造成緊張與肌肉疲勞。一級花椒Cu含量高于7.40 mg/kg，以部分頂壇花椒為代表；二級花椒Cu含量在5.70～7.40 mg/kg之間，三級花椒Cu含量在3.34～5.70 mg/kg之間，四級花椒Cu含量低于3.34 mg/kg，以茂文花椒、韓城無刺為代表。銅參與各種生理活動和代謝過程，包括維持正常的造血機能、維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康、促進正常黑色素形成和維護毛發(fā)的正常結(jié)構(gòu)等。世界衛(wèi)生組織提出成人銅供給量以不超過每日1.5 mg為宜。建議每日每千克體重的銅需要量嬰幼兒為80μg，較大兒童40μg，成人30μg。膽汁郁積或膽汁排出障礙者要減少銅的供給量。消費者可以根據(jù)自身需求選擇合適的花椒果皮。

通過對花椒礦物質(zhì)元素含量的分析，首次對花椒果皮礦物質(zhì)元素進行了概率分級，提出了基于礦物質(zhì)元素含量分布特征的花椒種質(zhì)資源概率分級指標體系，并獲得較理想的研究結(jié)果。概率分級法也有缺陷，例如:樣本群要有足夠的代表性且樣本群要滿足一定數(shù)量，需要進行相對繁重、精細的測試，還需要復雜的數(shù)據(jù)分析計算過程。但是概率分級法是依據(jù)品種的實際測試數(shù)據(jù)擬合數(shù)學分布函數(shù)，再計算概率分布，因此更加科學合理，尤其適用于數(shù)值分布廣泛、變異豐富的品種。隨著花椒品種資源調(diào)查和研究的深入進行，這些評價標準還需進一步完善和修訂。同時根據(jù)花椒果皮礦物質(zhì)元素含量的研究，花椒果皮礦物質(zhì)元素含量有著豐富的遺傳多樣性，為選擇育種奠定了重要的物質(zhì)基礎。