不同蕪菁種質(zhì)資源營(yíng)養(yǎng)成分分析及評(píng)價(jià)

任延靖，趙孟良，3，韓 睿

（1 青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 西寧810016 2 青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西寧810016 3 青海大學(xué) 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西寧810016）

蕪菁（Brassica rapaL.ssp.rapa）屬十字花科蕓薹屬二年生蔬菜作物，又名地蔓菁，扁蘿卜、芫根，盤菜，能夠適應(yīng)高海拔氣候環(huán)境，距今已有1 000 多年的種植歷史[1]。主要分布在我國(guó)的西北地區(qū)，如青海、西藏、新疆、四川等地[2]。其加工利用部位主要為地下部塊根，可熟食或用來(lái)泡酸菜或作飼料[3]。蕪菁?jí)K根中富含多種營(yíng)養(yǎng)元素，具有抗缺氧、補(bǔ)腎生精、健胃消食的功效[4]，被譽(yù)為“長(zhǎng)壽圣果”[5]。

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)蕪菁的研究主要集中在農(nóng)藝性狀多樣性研究[6-7]、倍性鑒定[8]、基因克隆[9]、糖料加工[10]、抗缺氧[11]、品質(zhì)分析[12]等方面，對(duì)青海蕪菁種質(zhì)資源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及成分分析的研究未見系統(tǒng)性報(bào)道。本研究分析來(lái)自青海不同地區(qū)的50 份蕪菁資源中礦質(zhì)元素及氨基酸的成分和含量，以期挖掘青海特色植物資源，提高資源的利用率，為開發(fā)適用于高海拔作業(yè)人群緩解高原反應(yīng)的抗缺氧功能產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以課題組前期收集的來(lái)自不同的50 份蕪菁種質(zhì)資源為試驗(yàn)材料（具體信息見表1），其中3份來(lái)自日本、2 份來(lái)自北京、1 份來(lái)自河南、6 份來(lái)自河北、6 份來(lái)自內(nèi)蒙古、13 份來(lái)自青海、2 份來(lái)自四川、2 份來(lái)自西藏、2 份來(lái)自新疆、2 份來(lái)自云南、1 份來(lái)自浙江、1 份來(lái)自甘肅、1 份來(lái)自黑龍江、8 份來(lái)自國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)。材料種植于青海省西寧市二十里鋪的青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院園藝所1號(hào)試驗(yàn)基地內(nèi)。該地區(qū)屬湟水流域灌溉區(qū)，土壤為栗鈣土，土壤有機(jī)質(zhì)含量20.28 g/kg，pH 8.12，全氮1.17 g/kg，全磷2.18 g/kg，全鉀22.5 g/kg，速效氮0.069 g/kg，速效磷0.065 g/kg，速效鉀0.299 g/kg[13]。取成熟時(shí)期的蕪菁?jí)K根，用清水沖洗干凈后取根肉。

表1 供試材料信息Table 1 Information of tested materials

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器 AA-800 型原子吸收分光光度計(jì)，美國(guó)PE 公司；6400A 型火焰光度計(jì)儀器，上海分析第三儀器廠；UNICRYO MC4L 型冷凍干燥箱，德國(guó)尤尼普公司。

1.2.2 試劑 硝酸、鹽酸，默克生命科學(xué)（上海）有限公司；高氯酸，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 礦質(zhì)元素含量的測(cè)定 采用原子吸收分光光度法[14]測(cè)定礦質(zhì)元素含量。精確稱取預(yù)先處理好的蕪菁?jí)K根凍干樣品，按照樣品制備程序?qū)⑵浞湃敫稍餄崈舻娜瞧恐?，加入硝?高氯酸溶液2.5 mL，于電熱板上進(jìn)行消煮；取出消煮液，冷卻后加蒸餾水定容至100 mL，搖勻待測(cè)；采用原子吸收分光光度計(jì)和火焰光度計(jì)儀器進(jìn)行鈣、鋅、鉀、鐵、鎂、硒、鎘含量的測(cè)定。

1.3.2 氨基酸含量的測(cè)定 采用氨基酸自動(dòng)分析儀法[15]測(cè)定氨基酸含量。精確稱取干樣30 mg，分別置于20～25 mL 安瓿中，用注射器注入6 mol/L鹽酸15 mL，抽真空后充入氮?dú)?，迅速封口，?10℃烘箱內(nèi)水解24 h。取出放冷至室溫，打開管口，將水解液濾至50 mL 的容量瓶中，用0.01 mol/L鹽酸沖洗安瓿內(nèi)壁和濾紙3 次，合并至各容量瓶?jī)?nèi)，定容后搖勻。分別精密吸取1.0 mL 樣品液，減壓蒸干，水洗2 次并揮干，準(zhǔn)確加入0.02 mol/L 鹽酸8 mL，溶解后，精密吸取一定量樣品溶液上機(jī)測(cè)定氨基酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

氨基酸分類分析參照趙孟良等[16]的方法進(jìn)行，分別分析總氨基酸、必需氨基酸、非必需氨基酸、兒童必需氨基酸；以及味覺(jué)氨基酸：鮮味類、甜味類、苦味類及芳香族氨基酸。采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行主成分和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 50 份蕪菁種質(zhì)資源礦質(zhì)元素含量特征

通過(guò)對(duì)50 份蕪菁種質(zhì)資源塊根中的鈣、鋅、鉀、鐵、鎂、硒、鎘7 種礦質(zhì)元素進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)（表2）：蕪菁種質(zhì)資源塊根中富含鈣、鉀、鎂3 種礦質(zhì)元素，平均含量均超過(guò)2 g/kg DW。其中，鈣含量最高的蕪菁為T8 和T15（10.80 g/kg DW），含量最低的為T12（2.99 g/kg DW），極差為7.81 g/kg DW，變異系數(shù)為0.38；鋅元素含量最高的蕪菁為BLK（67.80 mg/kg DW），含量最低的為T12（13.70 mg/kg DW），極差為54.10 mg/kg DW，平均值為29.89 mg/kg DW，變異系數(shù)為0.39；鉀元素含量最高的蕪菁是T11（67.60 g/kg DW），含量最低的是T18（18.30 g/kg DW），極差為49.30 g/kg DW，平均值為43.09 g/kg DW，變異系數(shù)為0.31；鐵元素含量最高的蕪菁是IC44，含量為100 mg/kg DW，最低的是T8，含量為25.70 mg/kg DW，極差為74.3 mg/kg DW，平均值為54.58 mg/kg DW，變異系數(shù)為0.37；鎂元素含量最高的蕪菁是G2（4.09 g/kg DW），最低的是T12 為0.81 g/kg DW，極差為3.28 g/kg DW，平均值為2.18 g/kg DW，變異系數(shù)為0.40；硒元素含量最高的是G4，為110.00 μg/kg DW，含量最低的是W29，為3.5 μg/kg DW，極差為106.5 μg/kg DW，平均值為9.63 μg/kg DW，變異系數(shù)為1.60；鎘元素含量最高的蕪菁是IC20，為2.50 mg/100 g DW，含量最低的是SK，為0.25 mg/100 g DW，極差為2.25 mg/100 g DW，平均值為0.98 mg/100 g DW，變異系數(shù)為0.48。7 種礦質(zhì)元素含量大小在50 份蕪菁種質(zhì)資源呈現(xiàn)為鉀＞鈣＞鎂＞鐵＞鋅＞鎘＞硒。

表2 50 份蕪菁種質(zhì)資源主要礦質(zhì)元素含量Table 2 The main mineral nutrient elements content in the 50 Brassica rapa L.ssp. rapa resources

（續(xù)表2）

2.2 蕪菁主要礦質(zhì)元素含量與其它十字花科作物的對(duì)比

蕪菁屬于十字花科作物，經(jīng)查閱文獻(xiàn)將其鈣、鉀和鎂含量與十字花科蕓苔屬其它7 種蔬菜作物進(jìn)行了比較（表3），結(jié)果表明蕪菁中鈣的含量是其它7種蔬菜的1.2～2.7 倍，鉀含量是其它7 種蔬菜的1.4～4.8 倍，鎂含量是其它7 種蔬菜的1.2～4.4 倍。

表3 十字花科蔬菜中的鈣、鉀和鎂含量（mg/100 g FW）Table 3 Contents of calcium，potassium and magnesium in cruciferous vegetables（mg/100 g FW）

2.3 50 份蕪菁種質(zhì)資源氨基酸含量

氨基酸不僅是人體生長(zhǎng)所需的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更是食品的主要營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味來(lái)源[19]。本研究對(duì)50 份蕪菁的氨基酸組成進(jìn)行了深入分析（表4），發(fā)現(xiàn)50 份蕪菁種質(zhì)資源中含有蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸及賴氨酸等7 種必需氨基酸（EAA），以及組氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、胱氨酸及酪氨酸等10 種非必需氨基酸（NEAA），說(shuō)明蕪菁中氨基酸組分十分豐富。50 份蕪菁資源中氨基酸總量分布在4.16～23.99 g/100 g DW 范圍（表5），平均值為11.29 g/100 g DW，變異系數(shù)為0.34，多樣性指數(shù)為0.60，其中天冬氨酸、脯氨酸和谷氨酸含量較為豐富，含量均值在1.0 g/100 g DW 以上。氨基酸含量最高的蕪菁資源為G4，含量最低的資源為1407；檢測(cè)出的17 種氨基酸種含量平均值最高的是谷氨酸為3.35 g/100 g DW，含量最低的是胱氨酸為0.01 g/100 g DW，變異系數(shù)最大的是胱氨酸為2.08，最小的是亮氨酸和異亮氨酸，均為0.33；多樣性指數(shù)最大的是谷氨酸為0.91，最小的是精氨酸為0.32。

表4 50 份蕪菁的氨基酸組成及含量（g/100 g DW）Table 4 Amino acid composition and content of 50 Brassica rapa L.ssp.rapa germplasm resources（g/100 g DW）

表5 50 份蕪菁的氨基酸含量分析Table 5 Analysis of amino acid content of 50 Brassica rapa L.ssp.rapa germplasm resources

兒童氨基酸指兒童成長(zhǎng)所需的10 種氨基酸，包括精氨酸、組氨酸、賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸，具有促進(jìn)骨骼發(fā)育與生長(zhǎng)激素分泌等重要生理功能[20-21]。50 份蕪菁資源中兒童氨基酸總量排在前3 位的是G4（9.29 g/100 g DW）、G2（8.42 g/100 g DW）、G3（8.22 g/100 g DW），分別占總氨基酸的38.72%，41.42%，42.18%；必需氨基酸是人體不能合成，必須由食物供給的氨基酸，50 份蕪菁資源中必需氨基酸含量最高的3 個(gè)資源分別為G4（5.56 g/100 g DW）、G2（4.84 g/100 g DW）、G3（4.77 g/100 g DW），分別占氨基酸總量的23.18%，23.18%，24.47%；非必需氨基酸含量最高的前3位的資源分別是G4（18.43 g/100 g DW）、G3（14.72 g/100 g DW）和G2（15.49 g/100 g DW），其含量分別占總氨基酸總量的76.82%，75.53%，76.19%（表6）。

表6 50 份蕪菁資源兒童氨基酸（ACC）、必需氨基酸（EAA）及非必須氨基酸（NEAA）含量Table 6 The contents of amino acids in children（AAC），essential amino acids（EAA）and non-essential amino acids（NEAA）with 50 Brassica rapa L.ssp. rapa germplasm resources

（續(xù)表4）

谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸這6 種氨基酸由于能使食物呈現(xiàn)出特殊的鮮味，又稱鮮味氨基酸[22]。50 份蕪菁中的鮮味氨基酸含量豐富，其中含量最高的是G4 為11.59 g/100 g DW，占總氨基酸總量的48.31%，其次是1408 為9.88 g/100 g DW，占總氨基酸總量的58.70%；甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、脯氨酸、天冬酰胺呈現(xiàn)甜味，歸屬于甜味氨基酸[23]，其中甜味氨基酸總量最高的是G4 為5.41 g/100 g DW，占總氨基酸總量的22.55%，其次是T16，含量為4.41 g/100 g DW，占總氨基酸總量的31.50%。另外，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)50 份蕪菁種質(zhì)資源中還含有苦味氨基酸和芳香類氨基酸，其中苦味氨基酸含量最高的是G4 為5.72 g/100 g DW，占氨基酸總量的23.84%，其次是G2 為5.14 g/100 g DW，占總氨基酸含量的25.28%；芳香類氨基酸含量最高的資源是1408 為1.09 g/100 g DW，占氨基酸總量的6.48%，其次是T18 為0.99 g/100 g DW，占氨基酸總量的11.48%（表7）。

表7 50 份蕪菁中味覺(jué)氨基酸含量分析Table 7 Analysis of taste amino acid content in 50 Brassica rapa L.ssp.rapa germplasm resources

（續(xù)表6）

含硫氨基酸包括蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸，在食品色、香、味、安全性及營(yíng)養(yǎng)方面作用重大[24]。50 份蕪菁種質(zhì)資源中藥用氨基酸含量最高的是G4 為15.93 g/100 g DW，占總氨基酸含量的66.40%；其次是G2 為13.62 g/100 g DW，占總氨基酸含量的66.99%。含硫氨基酸含量最高的是IC23 為0.23 g/100 g DW，占氨基酸總量的1.76%，T1、T7 和1410 均未檢測(cè)出含硫氨基酸（表8）。

（續(xù)表7）

2.4 基于營(yíng)養(yǎng)成分的主成分分析

對(duì)50 個(gè)蕪菁種質(zhì)資源中含有的17 種氨基酸和7 種礦質(zhì)元素進(jìn)行了主成分分析，結(jié)果表明（表9）：5 個(gè)主成分包含了所有供試性狀的大部分信息，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了81.807%，其中第1 主成分貢獻(xiàn)率達(dá)到了51.492%，貢獻(xiàn)率最大的是賴氨酸（0.954），其次是甘氨酸（0.951）；第2 主成分貢獻(xiàn)率為12.683%，貢獻(xiàn)最大的是鈣（0.814），其次是鉀（0.746）；第3 成分貢獻(xiàn)率為7.665%，貢獻(xiàn)最大的是脯氨酸（0.792）；第4 主成分貢獻(xiàn)率為5.133%，貢獻(xiàn)最大的是胱氨酸（0.340），第5 這成分貢獻(xiàn)率為4.835%，貢獻(xiàn)最大的是鎘（0.739）。

表9 17 種氨基酸和7 種礦質(zhì)元素主成分分析Table 9 Analysis of the principal components of 17 amino acids and 7 mineral elements

2.5 基于營(yíng)養(yǎng)成分的相關(guān)性分析

蕪菁營(yíng)養(yǎng)成分間存在一定的相關(guān)作用和營(yíng)養(yǎng)。由表10 可知，24 種營(yíng)養(yǎng)元素間呈現(xiàn)顯著相關(guān)（P<0.05）或極顯著相關(guān)（P<0.01）。天冬氨酸與谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸、鋅、鉀、鐵、鎂、硒之間均存在極顯著正相關(guān)，且與組氨酸的相關(guān)系數(shù)最大為0.896；胱氨酸與鈣、鉀、鐵和鎂之間呈顯著負(fù)相關(guān)；蛋氨酸與異亮氨酸、亮氨酸之間呈極顯著正相關(guān)，與鈣呈顯著負(fù)相關(guān)；鈣與鉀、鎂呈極顯著正相關(guān)；鋅與鉀、鐵和鎂之間呈極顯著正相關(guān)；鐵與鎂呈極顯著正相關(guān)。

表10 蕪菁不同營(yíng)養(yǎng)元素間相關(guān)系數(shù)Table 10 Correlation coefficients among different nutrient elements of Brassica rapa L.ssp.rapa

2.6 基于營(yíng)養(yǎng)成分的聚類分析

依據(jù)24 個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素?cái)?shù)據(jù)，采用系統(tǒng)聚類分析法對(duì)50 份蕪菁種質(zhì)資源進(jìn)行了分類，結(jié)果表明（圖1）在遺傳距離為5 處，可以將蕪菁種質(zhì)資源分為4 個(gè)類群。第Ⅰ類群包括T12、T17、T18、IC20、IC44、SK、NS1、BLK 等8 份資源，該類統(tǒng)一特征為硒含量最低，平均為0.058 mg/kg DW，平均氨基酸含量最低為9.72 g/100 g DW；第Ⅱ類包括W22、W23、W24、W25、W28、W29、1408、1409、T2、IC22、IC23、IC28、IC40 等13 份資源，該類平均鐵元素含量最低為47.08 mg/kg DW，平均氨基酸總量為10.86 g/100 g DW，平均蛋氨酸含量在4 個(gè)分類中最高為0.10 g/100 g DW；第Ⅲ類包括W21、W26、W27、1403、1406、1412、1413、G1、T1、T3、T6、T7、T16、IC19、IC43 等15 份資源，該類中礦質(zhì)元素及氨基酸含量均處于中下水平，表現(xiàn)一般；第Ⅳ類包括W30、1401、1402、1404、1405、1407、1410、1411、G2、G3、G4、T8、T11、T15 等14 份資源，該類中7 種礦質(zhì)元素含量均最高，且氨基酸含量也位于4 類中的首位，平均含量為13.89 g/100 g DW。

圖1 基于營(yíng)養(yǎng)元素的聚類分析Fig.1 Cluster analysis based on nutrient elements

3 結(jié)論

作物種質(zhì)資源品質(zhì)性狀鑒定評(píng)價(jià)是作物種質(zhì)資源研究的重要組成部分，也是優(yōu)異資源挖掘和利用的基礎(chǔ)[25]。該研究采用采用原子吸收分光光度法和氨基酸自動(dòng)分析儀法對(duì)50 種蕪菁種質(zhì)資源中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素及氨基酸成分進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探明了7 中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和17 種氨基酸在蕪菁中的含量組成與分布特征，并對(duì)其進(jìn)行了營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)。得到如下結(jié)論：

1）50 份蕪菁資源中礦質(zhì)元素含量存在較大差異，其中以鉀、鈣、鎂為主體。其中以G2 和T11兩種資源的總礦質(zhì)元素含量最高，可作為今后功能食品開發(fā)的優(yōu)良資源。

2）50 份蕪菁資源中氨基酸種類及含量十分豐富，其中G4 的氨基酸總量、兒童必需氨基酸、人體必需氨基酸、非必需氨基酸、鮮味氨基酸、甜味氨基酸、藥用氨基酸含量均最高，分別為23.99、9.29、5.56、18.43、11.59、5.41 和15.93 g/100g DW，今后可加大G4 資源在食品、功能保健藥品等領(lǐng)域的開發(fā)研究。

總體而言，蕪菁種質(zhì)資源中的氨基酸種類齊全，鮮味、甜味、含硫與兒童氨基酸等含量豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與市場(chǎng)價(jià)值均較高。該研究可為深度開發(fā)蕪菁蔬菜及產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供理論依據(jù)。