中國(guó)大蒜主產(chǎn)區(qū)主要品種鱗莖品質(zhì)及其與產(chǎn)地土壤養(yǎng)分的關(guān)系

李攀龍，李夏夏，楊 帆，趙勇強(qiáng)，孟煥文，程智慧

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100)

大蒜最早是用于預(yù)防瘟疫和治病的，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，大蒜有改善人體代謝、防癌抗癌、降低血糖、防治糖尿病、抗菌消炎、改善免疫調(diào)節(jié)等保健功效，其保健功效主要源于其功能成分大蒜素、硒元素和鍺元素。在美國(guó)，大蒜素制品更是排在了人參等保健藥物的首位[1]。在完整的大蒜中沒(méi)有大蒜素，但含有硫化合物蒜氨酸(alliin)[2]。當(dāng)大蒜受到機(jī)械破損時(shí)，能形成主要活性物質(zhì)—有機(jī)硫化物，其有機(jī)硫化物多達(dá)30多種，而蒜素約占70%[3-5]。大蒜中硒含量是蔬菜中最高的，是其他蔬菜的20～30倍[6]，同時(shí)硒具有抗癌[7]、防止白肌病、克山病、大骨節(jié)病[8]、保護(hù)心臟、延緩衰老等作用。大蒜含鍺量也較為豐富，是一種價(jià)格低廉的有機(jī)鍺源[3]，有機(jī)鍺在細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中起作用，表現(xiàn)出抗癌抗腫瘤的效果[9-10]，鍺及其化合物可清除動(dòng)植物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基，避免各細(xì)胞器受到自由基攻擊[11-12]。

中國(guó)是世界上大蒜主產(chǎn)國(guó)，大蒜品種資源豐富，各地都有優(yōu)良品質(zhì)，但對(duì)其功能成分缺乏系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)。土壤是大蒜生長(zhǎng)的主要介質(zhì)，關(guān)于土壤化學(xué)性質(zhì)pH、有機(jī)質(zhì)和主要養(yǎng)分(N、P、K、S)及硒、鍺元素含量與大蒜功能成分含量的關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)研究結(jié)果。但由于品種退化，大蒜存在著不同程度的減產(chǎn)問(wèn)題，引進(jìn)優(yōu)質(zhì)品種，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大蒜，是生產(chǎn)者和消費(fèi)者及加工企業(yè)迫切的實(shí)際需要。

本研究從國(guó)內(nèi)16個(gè)大蒜主產(chǎn)省區(qū)采集50個(gè)大蒜品種及其土壤，測(cè)定大蒜鱗莖功能成分和品質(zhì)，測(cè)定土壤pH和主要養(yǎng)分(N、P、K、S)及硒、鍺等元素含量，分析各主產(chǎn)區(qū)大蒜鱗莖品質(zhì)及其與原產(chǎn)地土壤的關(guān)系，以期為大蒜品種加工利用和引種栽培提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017年6-8月，采集全國(guó)16個(gè)省區(qū)50份大蒜品種與對(duì)應(yīng)土壤(表1)。每份采集回大蒜樣本稱取400 g，存放到超低溫冰箱中保存，用于品質(zhì)分析，土壤樣品風(fēng)干保存，用于pH、有機(jī)質(zhì)及硒、鍺等元素含量測(cè)定。

表1 供試大蒜品種和產(chǎn)地Table 1 Tested garlic collections and its origin

1.2 方 法

大蒜素含量測(cè)定采用液相色譜法[13]，硒和鍺元素含量測(cè)定采用等離子發(fā)射質(zhì)譜法，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[14]?？扇苄蕴呛繙y(cè)定采用蒽銅比色法[15]，鱗莖性狀測(cè)定參照《大蒜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]。

土壤硫元素測(cè)定采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[17]。鍺元素含量測(cè)定采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)。硒元素含量測(cè)定采用氫化物原子熒光光譜法[18]。前處理方法如下：稱量0.50 g樣品于消煮管中，加入12 mL硝酸，靜置過(guò)夜，次日于150 ℃進(jìn)行消解，溶液消煮到5 mL時(shí)取出，待消煮管溫度降至常溫后加入5 mL過(guò)氧化氫，在100 ℃反應(yīng)完全后加熱至160 ℃繼續(xù)消解，溶液消煮到1 mL后用水定容至25 mL，混勻，重復(fù)3次。有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，土壤pH測(cè)定采用電位法，速效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-分光光度法，速效鉀含量測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度法[19]，速效氮含量測(cè)定采用凱氏法[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS 17進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種大蒜鱗莖營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

50個(gè)大蒜品種鱗莖營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。大蒜素含量最多和最少的品種分別是‘川01’(5.23 mg/g)和‘甘02’(0.16 mg/g)，變異系數(shù)為94%；品種間大蒜素含量差異較大，但同省份不同品種間差異較小。硒元素含量為3.63～143.2 μg/kg，最高的是‘晉01’，變異系數(shù)為53%，同地區(qū)品種間和各地品種間差異都較大。鍺元素含量不同地區(qū)、不同品種間差異都較小，變異系數(shù)18%，含量最多的為‘貴02’(1.54 μg/kg)，最少的是‘黑02’(0.32 μg/kg)，相差約5倍?？扇苄蕴亲儺愊禂?shù)為24%，但同地區(qū)及品種間差異較小，‘豫01’含量最高，達(dá)91.1%；最低的是‘甘04’(26.6%)。可溶性蛋白含量變異系數(shù)為20%，5項(xiàng)指標(biāo)差異最?。灰浴?7’可溶性蛋白含量最高(84.7 mg/g)，‘陜01’最低(30.1 mg/g)。

表2 不同品種大蒜鱗莖營(yíng)養(yǎng)與性狀指標(biāo)Table 2 Bulb nutrition and agronomy traits of different garlic collections

表3 中國(guó)主產(chǎn)區(qū)大蒜品種產(chǎn)地土壤化學(xué)性狀Table 3 Chemical properties of soils from maingarlic producing areas in China

2.2 不同大蒜品種產(chǎn)地土壤主要化學(xué)性狀差異

從表3可以看出，不同地區(qū)土壤的主要養(yǎng)分(N、P、K、S)含量差異較大，有機(jī)質(zhì)含量差異也較大。鍺含量變化區(qū)間為1.23～1.78 mg/kg，不同地區(qū)間差異較小。硒含量變化區(qū)間為0.11～0.6 mg/kg，甘肅、黑龍江等春播區(qū)省份的土壤硒含量較低。硫含量變化區(qū)間為186～870 mg/kg，變化范圍較大，但同省份差異較小。N、P、K和有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)較大，并有較明顯的地域特點(diǎn)，同省份差異較小，不同省份間差異較大。

2.3 不同品種大蒜鱗莖品質(zhì)性狀的主成分分析

表4為不同大蒜品種各主成分的特征值與貢獻(xiàn)率，可以看出第一至第四主成分分別可以解釋27.7%、20.2%、17.1%和14.8%的方差變異，前4個(gè)主成分特征值都大于1，且其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了79.8%，已能反映主產(chǎn)區(qū)大蒜品種鱗莖性狀的基本情況[21]。

表5為大蒜鱗莖性狀的得分系數(shù)?？梢钥闯觯谝恢鞒煞种饕C合了蒜瓣質(zhì)量和蒜瓣數(shù)量的信息；第二主成分綜合了硒和鍺含量的信息；第三主成分中可溶性糖正系數(shù)最大，為代表指標(biāo)；第四主成分中可溶性蛋白正系數(shù)最大，為代表指標(biāo)。

2.4 主產(chǎn)區(qū)大蒜鱗莖品質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)成分得分計(jì)算因子得分，4個(gè)因子得分按方差貢獻(xiàn)率加權(quán)相加為綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)F值可分為如下幾類[22]：

第一類：品質(zhì)好的(F≥0.5)，有‘蘇02’‘蘇01’‘貴02’等5個(gè)品種。

第二類：品質(zhì)一般(0≤F<0.5)的，有‘蘇04’‘豫04’‘甘05’等19個(gè)品種。

第三類：品質(zhì)較差(F<0)的，有‘冀02’‘遼01’‘新03’等26個(gè)品種。

根據(jù)F值排名，品質(zhì)前5名的品種是‘蘇02’‘蘇01’‘貴02’‘豫07’和‘晉01’。

2.5 大蒜功能成分與栽培土壤的相關(guān)性

大蒜原產(chǎn)地品質(zhì)指標(biāo)與土壤指標(biāo)的相關(guān)性分析表明(表7)。土壤N和可溶性糖呈極顯著正相關(guān)。土壤pH與大蒜Ge含量呈顯著正相關(guān)。土壤硫元素含量與大蒜素呈顯著正相關(guān)，與可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)。

表4 主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率Table 4 Characteristic values of main components,variance contribution rate and cumulative variance contribution rate

表5 大蒜品質(zhì)指標(biāo)各主成分得分系數(shù)矩陣Table 5 Main component score coefficient matrix of garlic quality indicators

表6 中國(guó)主產(chǎn)區(qū)大蒜品種的因子得分及排序Table 6 Factor scores and ranking of garlic collections from main producing areas in China

表7 不同大蒜品種品質(zhì)與其原產(chǎn)地土壤指標(biāo)的相關(guān)性Table 7 Correlations between garlic quality index of different collections and its local soil index

3 討論與結(jié)論

3.1 不同大蒜品種產(chǎn)地土壤及蒜種多樣性

中國(guó)幅員遼闊，形成土壤性質(zhì)差異大、氣候多樣的現(xiàn)狀。土壤是影響大蒜品質(zhì)的重要因素，其養(yǎng)分及質(zhì)地對(duì)生長(zhǎng)有著重要影響[23]。本研究對(duì)全國(guó)16個(gè)省區(qū)50個(gè)品種大蒜對(duì)應(yīng)土壤分析表明，不同地區(qū)土壤的N、P、K和有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)較大，表現(xiàn)出明顯的地域差異。

此外，由于環(huán)境氣候的差異性，各地栽培大蒜農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀存在較大的差異性，各地栽培品種均呈現(xiàn)一定的地區(qū)適應(yīng)性[24]。從50份大蒜種質(zhì)主成分分析結(jié)果可以看出，大蒜雖為無(wú)性繁育但仍存在遺傳多樣性。本研究通過(guò)對(duì)不同大蒜品種各主成分的特征值與貢獻(xiàn)率進(jìn)行比較分析，找出累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到79.8%的4大主成分，包括以蒜瓣質(zhì)量和蒜瓣數(shù)量為代表指標(biāo)的第一主成分；以硒和鍺含量為決定性因素的第二主成分；以可溶性糖為代表指標(biāo)的第三主成分；以及以可溶性蛋白為代表指標(biāo)第四主成分。這4大主成分包含產(chǎn)量構(gòu)成因子、大蒜鱗莖外觀品質(zhì)構(gòu)成因子及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)構(gòu)成因子等方面，可以較為客觀地揭示大蒜種質(zhì)的特點(diǎn)[24]。根據(jù)主成分分析后F值排名，發(fā)現(xiàn)有19個(gè)品種品質(zhì)一般，超過(guò)一半的大蒜品種品質(zhì)較差，并通過(guò)篩選比較認(rèn)為‘蘇02’‘蘇01’‘貴02’‘豫07’和‘晉01’品種品質(zhì)優(yōu)良，位于品質(zhì)排名前5名，可以考慮將其作為選育主要種質(zhì)。

3.2 土壤及蒜種相關(guān)性評(píng)價(jià)

本研究對(duì)土壤整體指標(biāo)與大蒜品質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在一定的相關(guān)性。大蒜鱗莖中大蒜素含量與土壤中S元素含量呈顯著正相關(guān)，可溶性糖含量與土壤中N含量呈極顯著正相關(guān)，與S呈顯著正相關(guān)。由此可見(jiàn)，土壤與大蒜營(yíng)養(yǎng)元素之間存在相互作用的關(guān)系。一般情況下大蒜適宜的生長(zhǎng)土壤為富含有機(jī)質(zhì)、S、N等營(yíng)養(yǎng)元素含量較高的酸性土壤[25]，而本研究在一定程度上驗(yàn)證了這一結(jié)論。已有研究結(jié)果表明土壤增施氮肥利于菠菜中可溶性糖含量增加[26]，增施硫肥可顯著提高大蒜可溶性糖和大蒜素含量[27]，這可能是由于硫元素和氮元素增強(qiáng)了光合作用，促進(jìn)了大蒜光合產(chǎn)物的合成和積累。

總之，通過(guò)對(duì)16個(gè)省份50個(gè)大蒜農(nóng)藝性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及相應(yīng)地區(qū)土壤的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)各地大蒜種質(zhì)類型豐富，遺傳差異性較大，土壤與大蒜品質(zhì)之間存在相關(guān)性。本研究為種質(zhì)資源的選育及栽種土壤選擇改良提供了一定的理論依據(jù)。