不同品種枇杷果實微量元素分析及綜合評價

于馨淼 陳發(fā)興 盧海芬 邱秀玉 鄭國華 楊俊

摘 ?要 ?本研究采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定23種枇杷果實中9種微量元素含量，并對果實的外觀品質(zhì)指標進行測定，運用主成分分析、聚類分析方法及結(jié)合SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對測定結(jié)果進行綜合評價。結(jié)果表明：（1）不同品種枇杷果實中微量元素含量順序均為：Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V。其中Mn、Fe和Zn 3種微量元素是枇杷果實中主要微量元素，主成分分析篩選出4個主因子，枇杷果肉中Mn、Co、Cu和Se是枇杷的特征微量元素，綜合得分較高的前3個品種依次是‘新霄、‘卓南1號和‘少核大紅袍。（2）根據(jù)微量元素含量將枇杷分為3個類型，即高Zn、Fe含量類型，包括‘木魚種、‘小毛枇杷等共計19個品種;高Cu含量類型，包括‘少核大紅袍和‘湖北二六;高Mn、Co含量類型，包括‘卓南1號和‘新霄。（3）對果實中微量元素之間相關性分析發(fā)現(xiàn)，元素Mn和Co、Cu之間表現(xiàn)為極顯著性相關，相關系數(shù)分別為0.852和0.538;此外元素V和Fe、Zn，元素Co和Cu之間表現(xiàn)出顯著相關，元素Ni和Se表現(xiàn)為顯著相關。同時對微量元素與果實品質(zhì)之間做相關性分析表明，F(xiàn)e與果肉中的可溶性固形物呈極顯著相關;元素Cu與果實橫徑表現(xiàn)為極顯著相關。綜合分析表明，枇杷中富含F(xiàn)e、Zn、Mn等有益微量元素，且含有特征微量元素Se?！孪鍪?3個品種中營養(yǎng)價值最高的品種。

關鍵詞 ?枇杷;微量元素;外觀品質(zhì);ICP-MS;主成分分析;聚類分析

中圖分類號 ?S667.3 ? ? ?文獻標識碼 ?A

Abstract ?Nine trace elements in 23 kinds of loquat fruits were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， and the appearance quality index of the fruit was determined. Principal component analysis， cluster analysis and SPSS 19.0 statistical software were used to comprehensively evaluate the results， and the correlation between fruit quality and trace elements content of different varieties was analyzed too. The order of trace elements content in different varieties of loquat fruits was： Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V. Mn， Fe and Zn were the mainly trace elements in loquat fruit. Mn， Co， Cu and Se were selected by principal component analysis as the characteristic inorganic trace elements of loquat. The top three varieties were ‘Xinxiao， ‘Zhuonan No.1 and ‘Less seeds Dahongpao in total ranking. According to the trace element content， the loquat varieties were divided into 3 types. There were 19 varieties in the first type， including ‘Muyuzhong and ‘Xiaomaopipa， which was of high Zn and Fe content. ‘Less seeds Dahongpao and ‘Hubei 26 were in the second type， which was of high Cu content. ‘Zhuonan No.1 and ‘Xinxiao were grouped in the third type， which was of high Mn and Co content. Correlation analysis among trace elements showed that there was an extremely significantly positive correlation between element Mn with Co （|r|=0.852） and Cu （|r|=0.538）， and a significant correlation between elements V with Fe and Zn， Co with Cu was seen. As for Ni and Se， they showed a significant correlation. The element Cu showed a highly significant correlation in the transverse diameter of the fruits. At the same time， a correlation analysis between trace elements and fruit quality showed that there was a highly significant correlation between Fe and SSC in the flesh. Based on the results of principal component analysis and cluster analysis， it was concluded that ‘Xinxiao had the highest content of trace elements in all 23 loquat varieties. Comprehensive analysis showed the pulp was rich in beneficial trace elements such as Fe， Zn and Mn and other elements. ‘Xinxiao was the most nutritious one among the 23 varieties.

Keywords ?loquat （Eriobotrya japonica Lindl.）; trace elements; appearance quality; ICP-MS; principal component analysis; cluster analysis

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.11.018

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）為薔薇科常綠喬木果樹，原產(chǎn)于我國長江流域及南方各省，主要栽培地在中國、印度和日本等亞洲國家，以及地中海沿岸的西班牙、意大利、以色列等國家[1]。果實是枇杷栽培生產(chǎn)和消費者食用的主要經(jīng)濟器官，其清咽潤肺、止咳化痰等功效尤為顯著，枇杷作為藥食兩用植物深受人們喜愛[2]，為實現(xiàn)按需施肥調(diào)節(jié)果實品質(zhì)、培育高質(zhì)量果品的目標，對影響枇杷果實營養(yǎng)質(zhì)量及外觀品質(zhì)等的相關因素進行深入研究顯得尤為必要。

在枇杷生長的整個過程中，除了需要氮（N）、磷（P）、鉀（K）等大量元素外，微量元素對枇杷的生長也是不可或缺的，其種類和含量是衡量枇杷營養(yǎng)價值的重要指標之一[3-4]。微量元素大多為酶、輔酶的組成成分或活化劑，如銅（Cu）是多種氧化酶的組分，參與細胞體內(nèi)的氧化過程等。礦質(zhì)營養(yǎng)元素的變化、富集對果實生長發(fā)育及其品質(zhì)具有重要作用。元素鐵（Fe）、鋅（Zn）和鈣（Ca）提高梨果實可溶性固形物和可溶性糖含量[5]，元素K、N顯著影響蘋果果實大小[6]，葉面噴施磷酸鈣有助于提高桃果實的果肉硬度[7]。此外，微量元素是參與人體生長發(fā)育和免疫過程的重要物質(zhì)，對人體起著極其重要的作用，攝入過多或缺乏都會不同程度地引起人體生理功能的異?；蚣膊〉陌l(fā)生[8]。因此，本研究從果樹生長發(fā)育與果品營養(yǎng)角度出發(fā)，對23個枇杷品種果實中微量元素含量及單果重、果核重、果實橫、縱徑、可溶性固形物含量進行測定，比較分析不同品種間微量元素含量及外觀品質(zhì)的差異，并進一步進行主成分分析及聚類分析，以確定枇杷的特征元素和分類依據(jù)，以期為選出營養(yǎng)價值高、外觀品質(zhì)優(yōu)良的枇杷種質(zhì)資源提供參考依據(jù)，也為進一步優(yōu)化枇杷栽培與合理施肥提供理論指導。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?實驗材料 ?‘木魚種、‘小毛枇杷等23個品種果實均采于國家果樹種質(zhì)福州枇杷圃，砧木為‘解放鐘，樹齡12 a;選擇管理水平及生長狀況一致的樹體，每株作為1個處理，設置3個重復，選擇生長發(fā)育正常、大小一致的成熟枇杷果實，按東、南、西、北和中5個方向各取3個，置于冰盒中立即帶回實驗室。

1.1.2 ?實驗地概況 ?枇杷圃地處福建省福州市（11930E，2610N），常年平均日照數(shù)為1700～ 1980 h;年平均降水量為900～2100 mm;年平均氣溫為20～25 ℃。試材立地條件和栽培管理水平均一致。

1.1.3 ?儀器 ?A120S電子天平（精度為0.1 mg），德國Sartoruis公司;PAL-3手持數(shù)字式折光儀，日本ATAGO公司;Agilent 7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent公司;500-155-30數(shù)顯游標卡尺（精度為0.01），日本Mitutoyo公司;Mars5微波消解系統(tǒng)，美國CEM公司;DHG-9240A型鼓風干燥箱，上海恒科技有限公司。

1.2 ?方法

1.2.1 ?樣品預處理 ?采取大小相近、無機械損傷的成熟枇杷果實，洗凈后去果皮，切取中部果肉，置于105 ℃恒溫鼓風干燥箱中殺青1 h，之后調(diào)溫至60 ℃烘箱中烘24 h后，粉碎并過100目篩，用于元素測定[9]。

1.2.2 ?微量元素的測定 ?使用體積分數(shù)為20%的硝酸溶液浸泡玻璃器具及聚四氟乙烯消解罐12 h以上，再用去離子水沖洗3遍后使用。稱取枇杷果肉干樣0.5 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL濃硝酸，輕輕晃動消解罐，使樣品完全浸沒，在設定的條件下進行微波消解（表1）。微波消解完成后，自然冷卻。開蓋后，將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容、搖勻，用于元素測定[10]。9種微量元素標準溶液均來源于國家標準物質(zhì)研究中心;質(zhì)譜調(diào)諧液Li、Co、Y、Ce和Tl購于美國Agilent公司;內(nèi)標溶液Rh、Ge和Sc購于美國Agilent公司;硝酸（HNO3）為分析純，購于德國CNW Technologies GmbH公司。

電感耦合等離子質(zhì)譜儀的工作參數(shù)：功率1420 W;采樣深度3.8 mm;氬氣流量1.07 L/min;蠕動泵轉(zhuǎn)速0.1 r/min;化室溫度3 ℃;提取電壓1為192.6 V;提取電壓2為80 V;提取電壓3為116 V;偏轉(zhuǎn)電壓2為9.8 V。具體微波消解程序詳見表1。

1.2.3 ?外觀品質(zhì)指標的測定 ?使用數(shù)顯游標卡尺測定果實縱橫徑，果實縱徑與橫徑的比值即為果實的果形指數(shù)。用電子天平測定單果重、果核重。稱取果實單果重后，再分離果皮和果肉，稱取果肉重量，果肉質(zhì)量與單果質(zhì)重比值即果實可食率。使用阿貝折光儀測定果實中可溶性固形物含量。以上均做3個生物重復，取平均值。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同品種枇杷微量元素含量測定

枇杷23個品種的微量元素含量測定結(jié)果見表2，枇杷果實中微量礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量濃度高低次序為：Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V。枇杷果實富含Mn、Zn和Fe 3種微量元素，同時檢測出果實Se、V元素的含量相對較低。結(jié)果表明不同品種之間Mn元素含量存在較大差異，變異系數(shù)為51.48%，而Fe與Zn元素含量相對較穩(wěn)定，變異系數(shù)分別為18.80%和16.85%;Co和Mo元素含量相對較小，分別為2.93和1.87 ?g/kg。在檢測的9種微量元素中，不同枇杷品種間Co元素含量差異最大，變異系數(shù)高達119.19%，其次是Cu元素，變異系數(shù)為86.57%，表明不同品種間元素Co和Cu含量具有較大差異。

2.2 ?不同枇杷品種的品質(zhì)性狀差異分析

由表3可知，不同品種枇杷果核重量差異最大，變異系數(shù)為36.02%，其次是單果重，其變異系數(shù)為27.66%;其中果核重大于18 g的品種有3個（‘木魚種、‘龍泉1號、‘米易1號），果核重小于8 g的品種有4個（‘白肉圓種、‘新霄、‘湖北二六和‘白梨）。表明枇杷果核重量的差異是影響果實單果重的主要因素，在枇杷育種上可優(yōu)先考慮選擇果核大小指標，其次不同品種的枇杷果實的可溶性固形物含量也具有較大差異，變異系數(shù)為22.96%。通過SPSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行K-S檢驗表明，單果重、果核重、果實縱徑、橫徑、果形指數(shù)、可食率和可溶性固形物含量均服從正態(tài)分布，雙側(cè)檢驗的概率值P分別大于0.361。

2.3 ?相關性分析

微量元素間相關性分析結(jié)果見表4，元素Mn和Co、Cu之間表現(xiàn)為極顯著相關，相關系數(shù)為0.852和0.538;此外，元素V和Fe、Zn之間、元素Co和Cu之間、Ni和Se之間呈顯著相關。從表面上看，各個元素之間存在相輔相成、相互促進吸收的關系。微量元素Cu與果實橫徑表現(xiàn)為極顯著正相關，元素Fe與果肉中可溶性固形物含量呈極顯著相關。

2.4 ?主成分分析

對枇杷23個品種中9種微量元素進行主成分分析，本研究按照主成分特征值為標準選取公因子，從特征值及特征向量可以看出，前3個特征值均大于1（表5）。特征值分別為3.057、2.179和1.251，且特征值累計貢獻率已達72.064%，表明前3個主成分能解釋72.064%的微量元素信息，其中，第1、第2和第3主成分貢獻率分別為33.963%、24.207%和13.895%。表明這3個主成分能有效包含9種微量元素的大多數(shù)信息。由表6可知，除了元素Cu和Zn的共同度稍低些（分別為0.535和0.569）外，其他風味物質(zhì)的共同度均超過了0.650，說明大部分風味物質(zhì)的信息能被主成分解釋65%以上，所提取的3個主成分能夠較好地反映枇杷微量元素的構成。

由表7可知，微量元素Mn、Co、Cu和Se在第1主成分上有較高載荷，說明第1主成分基本反映這些指標的信息，元素V、Fe、Zn和Mo在第2主成分上有較高載荷，第3主成分上僅有元素Ni表現(xiàn)出較高載荷。由于主成分的方差貢獻率最大，高達33.963%，故認為第1主成分中的4種元素Mn、Co、Cu和Se即為枇杷的特征元素，平均含量分別為225.89、2.84、45.81和0.17 ?g/kg。

根據(jù)上述3個主成分，將標準化后各個品種的微量元素數(shù)據(jù)與前3個對應的主成分特征向量相乘，從而得出23個枇杷品種在3個主成分上相應的得分向量，然后將每個主成分得分進行規(guī)一化處理。所選的3個主成分對應的特征值占3個特征值總和的比例為該主成分在品種綜合評價中的權重，利用各個品種主成分得分的規(guī)一化結(jié)果與其對應的權重作內(nèi)積，得到23個品種的綜合評價得分。從表8可知，第1主成分得分最高的前3個品種依次為‘新霄、‘卓南1號和‘少核大紅袍;第2主成分得分較高的前3個品種依次為‘柳州光榮本、‘木羅枇杷和‘花鼓筒;第3主成分得分最高的前3個品種依次為‘實生楊墩、‘湖北二六和‘長紅3號;綜合排名得分最高的前3個品種依次是‘新霄、‘卓南1號和‘少核大紅袍。

2.5 ?聚類分析

聚類分析是可以將一組數(shù)據(jù)按照本身的內(nèi)在規(guī)律合理地分成幾類的探索性分類方法，能夠大大縮小由主觀判斷造成的誤差，使數(shù)據(jù)結(jié)果更具有客觀性。以23個品種的枇杷樣品中的9種微量元素含量為變量，運用SPSS 19.0軟件，采用平方歐式距離類平均法，結(jié)果見圖1，23個品種的枇杷樣品在相似系數(shù)為5處被分為3類。結(jié)合不同品種枇杷果肉微量元素含量（表2），第1類包括‘木魚種、‘小毛枇杷、‘寶珠等共計19個品種樣品，此類樣品果實內(nèi)微量元素Zn和Fe的含量較高，但Mn、Co、Cu含量都相對較低;第2類包括‘少核大紅袍和‘湖北二六共2種樣品，此類樣品中微量元素Cu含量較高，其他微量元素均處于較低水平。第3類包括‘卓南1號和‘新霄，此類樣品中元素Mn和Co含量遠高于其他品種，可以考慮將富含對人體有益的微量元素Fe、Mn和Zn的品種如‘新霄作為枇杷栽培的候選品種。

3 ?討論

已有大量研究表明微量元素與營養(yǎng)價值之間密切相關，對人體的細胞代謝、生物合成及免疫功能起著至關重要的作用。如缺鋅會使人體的免疫功能下降;Mn是人體內(nèi)各種酶的組成成份，是公認的抗癌元素，維持血壓、血糖和血脂之間的平衡;Fe在人體內(nèi)參與合成血紅蛋白和肌紅蛋白，發(fā)揮氧的運送及貯存功能;人體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化、電子傳遞氧化還原和組織呼吸都離不開Cu的參與[11]。在本研究中，利用ICP-MS對23種枇杷果實的9種微量元素進行檢測，結(jié)果顯示Mn、Zn和Fe 3種有益微量元素在不同枇杷果肉中的含量相對較高，Co和Mo元素含量相對較小。這與對玫瑰果[12]、椰子[13]、紅棗[14]的研究結(jié)果一致。除此之外，對9種微量元素進行主成分分析，枇杷果肉中的特征微量元素是Mn、Co、Cu和Se。微量元素Se作為枇杷果肉中的特征微量元素之一，是人、植物的必須營養(yǎng)元素，Se能增強機體的免疫功能，對冠狀動脈硬化供血不足有著良好的預防和治療作用;適量的Se元素不僅可以促進植物的生長發(fā)育，還能提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[15]。綜合評價表明‘新霄具有較高的營養(yǎng)價值。

品種是影響果實中微量元素含量的主要因素，蔣卉等[14]研究發(fā)現(xiàn)同一地域不同紅棗品種的微量元素含量之間存在差異。付宇新等[16]研究結(jié)果表明胡頹子屬的不同植物果實中各微量元素含量水平間存在較大的差異。微量元素含量也受到土壤、氣候條件和植物不同部位等諸多因素的影響[17-21]，因此，根據(jù)生產(chǎn)需要合理選擇枇杷栽培品種和栽培地域，從源頭上提高枇杷的營養(yǎng)價值。

植物的正常生長發(fā)育不僅需要充足的微量元素，而且需要各個微量元素之間存在相互協(xié)同、相互拮抗的作用。段小華等[22]研究發(fā)現(xiàn)添加適量的鋁可促進茶樹的根、莖、葉對Fe的吸收，降低對Zn的吸收。馬朝忠等[23]研究表明微量元素Cu和P之間存在相互協(xié)同的作用，同時施加Cu和P元素能夠顯著促進西南樺幼林的生長發(fā)育。本研究表明元素之間存在顯著的相關性，特別是Mn元素與其他微量元素之間存在某種程度的依賴關系。因此在施肥料的時適量添加Mn元素以促進枇杷植株對其他元素的吸收，從而能夠更好的促進其生長。除此之外，本研究對微量元素與果實外觀品質(zhì)進行相關性分析，表明元素Cu與果實橫徑存在極顯著正相關，F(xiàn)e與果肉中的可溶性固形物含量呈極顯著正相關，這與周繼芬等[5]研究結(jié)果一致。葉勝蘭[24]研究顯示施Fe和Zn可以促進梨棗的生長發(fā)育、提高產(chǎn)量，并顯著改善果實的品質(zhì)。岳煥芳等[25]對番茄的研究指出，葉面噴施Zn肥可以有效改善果實品質(zhì)，提高果實維生素C含量、可溶性固形物含量，提高果實糖酸比。因此施肥時建議適量加入微量元素Cu、Zn和Mn，以提高果實的外觀品質(zhì)。

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