不同氮素水平對葉用甘薯營養(yǎng)品質(zhì)的影響

王和壽

（寧德市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗檢測中心，352100，福建寧德）

葉用甘薯是指甘薯莖尖約10cm的莖葉作為蔬菜食用的甘薯品種，具有適應(yīng)性強、抗性好及作為蔬菜食用品質(zhì)優(yōu)等特點，與常見的葉用型蔬菜相比，具有更高的營養(yǎng)價值。甘薯葉中蛋白質(zhì)含量豐富，莖尖中蛋白含量約為黃瓜和芹菜的4倍，且其氨基酸種類齊全，人體所需的必需氨基酸含量較高，氨基酸的組成模式與FAO推薦的基本一致[1]。甘薯葉中的粗纖維和可溶性膳食纖維含量高，具有很好的降低膽固醇和血糖等的作用[2-3]。黃酮類物質(zhì)是一種重要的天然酚類化合物，屬于次級代謝產(chǎn)物，具有抗炎、免疫活性強和抗氧化等作用，是植物藥材中重要的有效成分，對于人體健康有很大的益處[4-5]。Truong等[6]通過液相色譜法測定發(fā)現(xiàn)，甘薯葉富含黃酮類物質(zhì)，且高于甘薯塊根。李鑫[7]和李佳銀等[8]研究發(fā)現(xiàn)，甘薯葉片中含有蘆丁、異槲皮苷及槲皮素等黃酮化合物，在生物學功能研究中具有降血壓、抗炎等作用。因此，葉用甘薯在美國和日本等國家被公認為新型營養(yǎng)保健型蔬菜，在我國隨著人們生活品質(zhì)的提高，葉用甘薯也被廣大群眾所青睞。在這種新形勢下，探索葉用甘薯品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培技術(shù)對于甘薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

氮素是植物生長過程中不可或缺的重要元素之一，優(yōu)化氮素水平是改善作物產(chǎn)量和品質(zhì)的有效手段[9]。當前氮素對葉用甘薯品質(zhì)影響特別是對黃酮物質(zhì)含量的影響研究較少。本試驗主要研究不同的氮肥水平對葉用甘薯中黃酮類物質(zhì)、蛋白質(zhì)和還原糖等營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，為葉用甘薯品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以葉用甘薯品種福菜薯18和臺農(nóng)71為試驗材料，這2個品種均由福建省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在福建省寧德市蕉城區(qū)洋中鎮(zhèn)進行。試驗地為沙壤土，土壤肥力狀況為有機質(zhì)13.80g/kg、堿解氮98.50mg/kg、速效磷15.70mg/kg、速效鉀63.60g/kg、pH 5.9。

于2020年7月8日移植。種植前統(tǒng)一施用20.00g/m2復(fù)合肥（N:P2O5:K2O=21:6:13）作基肥。待植株生長至25cm左右時修剪莖葉，留茬7～10cm。然后進行氮素處理。設(shè)5個氮素濃度梯度，施氮量分別為 0.00（CK）、87.50（T1）、175.00（T2）、262.50（T3）和 350.00g/m2（T4），每個氮素濃度梯度為1個小區(qū)，株行距為20cm×25cm，面積為5.0m×1.6m，設(shè)置3個重復(fù)，隨機排列。其他管理措施統(tǒng)一按常規(guī)栽培進行。待莖葉重新生長至20cm左右時進行取樣，取樣時間為2020年8月7日。每個小區(qū)進行3次重復(fù)取樣，取樣后進行考種制樣，測定樣品中黃酮類化合物、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 黃酮類物質(zhì) 樣品前處理：稱取樣品分別經(jīng)干燥、粉碎、過篩(100目篩)制備甘薯葉粉末。取粉末各2.00g，置于50.00mL離心管中，加入80%甲醇10.00mL，60℃水浴超聲1h后，5000轉(zhuǎn)/min離心30min。吸取上清液2.00mL于10.00mL離心管內(nèi)，加入0.10g凈化劑C18后充分振蕩，5000轉(zhuǎn)/min離心30min。吸取1mL上清液過0.45μm濾膜，待上機測定。

色譜條件：C18（2.1mm×100mm）；流動相：水（A）和乙腈（B）。梯度洗脫程序：20%B 1min；20%B～50%B 2min；50%B～90%B 3min；90%B 1min；90%B～20%B 0.1min；20%B 1.9min。流速：0.30mL/min；柱溫：40℃；進樣體積：5μL；霧化氣流量：3L/min；接口溫度：350℃。

1.3.2 可溶性蛋白質(zhì) 利用雙縮脲法蛋白含量檢測試劑盒（Solarbio，貨號BC3185）檢測可溶性蛋白質(zhì)含量，方法參照試劑盒說明書。

1.3.3 可溶性糖 利用植物可溶性糖含量檢測試劑盒（Solarbio，貨號BC0035）檢測可溶性糖含量，方法參照試劑盒說明書。

1.3.4 產(chǎn)量 為消除邊際效應(yīng)，將每個試驗組除邊行外，中間區(qū)域等分為3個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)株數(shù)均為20株，即對每個試驗組進行3次重復(fù)取樣，取樣后分別進行稱重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel建立數(shù)據(jù)庫，并用SPSS 19.0完成相關(guān)的數(shù)據(jù)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素梯度對甘薯葉中黃酮類化合物產(chǎn)量的影響

液質(zhì)色譜檢測結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)，甘薯葉中不同黃酮類化合物的含量差異明顯，其中含量最高的是異槲皮苷，在福菜薯18的CK處理中含量高達74.43mg/kg，而其他物質(zhì)含量均較低，二氫槲皮素在本試驗條件下2個品種中均未檢測到。

表1 不同試驗組中黃酮類物質(zhì)的含量及質(zhì)量Table 1 The content and yield of flavonoids in different test groups

黃酮類化合物的含量在2個品種葉片中存在明顯差異，檢測結(jié)果（表1）顯示，在未施N情況下（CK處理組），臺農(nóng)71中蘆丁和山奈酚2種黃酮類化合物含量顯著高于福菜薯18（P＜0.05），而臺農(nóng)71異槲皮苷、槲皮苷和槲皮素的含量均顯著低于福菜薯18（P＜0.05），柚皮素在2個甘薯品種同一氮素水平下差異不顯著（P＞0.05）。

試驗結(jié)果（表2）發(fā)現(xiàn)，甘薯葉片6種黃酮類物質(zhì)與施N量關(guān)系密切，呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。由表1可知，施少量N肥（T1）后葉片中6種黃酮類化合物含量與CK處理相比均大幅度下降，除了臺農(nóng)71的槲皮苷和福菜薯18的山奈酚，其他所有含量下降均達顯著水平，其中蘆丁和異槲皮苷下降幅度最大，臺農(nóng)71中蘆丁和異槲皮苷降幅分別達71.82%和55.64%，福菜薯18中蘆丁和異槲皮苷降幅分別為52.77%和48.66%。隨著施N量增加，各類物質(zhì)含量持續(xù)下降，尤以蘆丁和異槲皮苷含量為甚，在福菜薯18中，當施N量達到350.00g/m2（T4）時，蘆丁和異槲皮苷與T3處理相比分別下降了66.67%和70.57%（表1）。甘薯葉片中總黃酮含量隨著施N量增加而逐漸下降，臺農(nóng)71總黃酮量在施N量為87.50g/m2（T1）時，與CK處理相比降幅最大達59.03%，福菜薯18總黃酮在施N量為87.50g/m2（T1）時，與CK處理相比，降幅達48.66%；在施N量為350.00g/m2（T4）時，與T3處理相比，降幅達69.33%。從單位面積總黃酮量變化來看，不同施N量對臺農(nóng)71葉片中總黃酮質(zhì)量影響不顯著（P＞0.05），但對于福菜薯18而言，不同施N量對其影響較大。在施N量達到87.50（T1）和262.50g/m2（T3）時，福菜薯18單位面積總黃酮量較高，當施N量達到350.00g/m2（T4）時，與T3處理相比，福菜薯18單位面積總黃酮量降幅達69.03%。

表2 各黃酮類物質(zhì)與氮素水平之間的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between flavonoids and nitrogen level

產(chǎn)量方面上，臺農(nóng)71和福菜薯18的產(chǎn)量隨施N量的增加而增加，當施N量達到262.50g/m2（T3）時，繼續(xù)增加施N量，2個品種產(chǎn)量增幅不顯著（P＞0.05）。當施N量達到262.50（T3）和350.00g/m2（T4）時，2個品種之間的產(chǎn)量差異不顯著（P＞0.05）。

經(jīng)F檢驗，甘薯葉片中各黃酮類化合物與氮素水平之間呈顯著的線性關(guān)系（P＜0.01）（表3），表明氮素濃度梯度對蘆丁和異槲皮苷等6類黃酮化合物產(chǎn)生顯著影響。針對模型的多重共線性進行檢驗發(fā)現(xiàn)，各黃酮類物質(zhì)與氮素水平之間的VIF值均小于5，表明該模型沒有多重共線性問題，模型構(gòu)建良好。各黃酮類化合物與氮素水平之間R2顯示，氮素水平分別可以解釋蘆丁、異槲皮苷、槲皮苷、槲皮素、柚皮素和山奈酚含量的38%、61%、54%、68%、78%及47%的變化原因，其模型公式分別為：F(x)=5.46–0.016x，F(xiàn)(x)=45.496–0.126x，F(xiàn)(x)=0.386–0.00087x，F(xiàn)(x)=1.031–0.0026x，F(xiàn)(x)=0.063–0.00014x，F(xiàn)(x)=0.147–0.00037x。從回歸方程可以算出，氮素梯度對蘆丁、異槲皮苷、槲皮苷、槲皮素、柚皮素和山奈酚回歸系數(shù)分別為-0.016、-0.126、-0.000、-0.000、-0.000和-0.000，并且呈極顯著負相關(guān)性（P＜0.01），解釋了氮素水平對各黃酮類物質(zhì)產(chǎn)生顯著的負向影響關(guān)系。

表3 各黃酮類化合物與氮素水平之間線性回歸關(guān)系Table 3 Linear regression relationship between flavonoids and nitrogen level

2.2 不同氮素濃度梯度對甘薯葉中可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖的影響

已有研究[1]顯示，葉用甘薯中蛋白質(zhì)含量豐富，是優(yōu)質(zhì)的蛋白源，可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量的高低是評價其品質(zhì)的重要考量。本試驗結(jié)果（表4）表明，在未施N肥時，福菜薯18的可溶性蛋白含量顯著高于臺農(nóng)71（P＜0.05），顯示了更高的營養(yǎng)價值。但在施用N肥后，福菜薯18和臺農(nóng)71品種葉片中可溶性蛋白含量均顯著低于未施N肥處理，但不同的施N量處理之間蛋白質(zhì)含量沒有顯著差異（P＞0.05），2個品種表現(xiàn)一致。從單位面積可溶性蛋白質(zhì)量的變化來看，臺農(nóng)71和福菜薯18均呈先增后減的趨勢，在施N量達到262.50g/m2（T3）時均達到最高值。

表4 不同試驗組中可溶性蛋白和可溶性糖的含量及單位質(zhì)量Table 4 Content and unit mass of soluble protein and soluble sugar in different test groups

施N對甘薯葉片可溶性糖含量的影響與對可溶性蛋白含量的影響不同，施N肥并未顯著降低可溶性糖含量（表4）?？傮w而言，葉片可溶性糖含量隨著施N量的增加呈先升后降的趨勢，2個品種均在施N量為175.00g/m2（T2）時含量最高，且福菜薯18可溶性糖含量顯著高于臺農(nóng)71（P＜0.05）。從單位面積可溶性糖質(zhì)量變化來看，臺農(nóng)71可溶性糖含量隨N肥增加而增加，但當施N量達到175.00g/m2（T2）時，繼續(xù)增加N肥對于可溶性糖含量增幅均不顯著（P＞0.05）。福菜薯18可溶性糖含量則呈先增后減的趨勢，在施N量達到175.00g/m2（T2）時達到最高，之后繼續(xù)增加N肥可溶性糖含量下降，但降幅不顯著（P＞0.05）。

相關(guān)性分析（表5）發(fā)現(xiàn)，施N量與甘薯葉片可溶性蛋白含量呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與可溶性糖含量為正相關(guān)關(guān)系，但未達顯著水平（P＞0.05），而可溶性蛋白與可溶性糖含量之間呈顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。這可能是隨著施用N肥后，甘薯營養(yǎng)生長加快，可溶性蛋白的絕對量雖然較高，但單位質(zhì)量的相對含量反而下降。而施N促進營養(yǎng)生長，有利于植株進行光合作用，增加光合產(chǎn)物，提高了葉片的可溶性糖含量。

表5 可溶性蛋白、可溶性糖與氮素水平之間的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between soluble protein,soluble sugar and nitrogen level

經(jīng)F檢驗，氮素水平與甘薯葉片可溶性蛋白和可溶性糖含量之間呈線性關(guān)系（P＜0.01）（表6），表明研究模型具有意義，氮素濃度梯度和可溶性糖會對可溶性蛋白產(chǎn)生影響。針對模型的多重共線性進行檢驗發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白與氮素水平和可溶性糖之間的VIF值均小于5，表明該模型沒有多重共線性問題，模型構(gòu)建良好。模型的R2數(shù)值為0.59，表明氮素梯度和可溶性糖這2項可以解釋可溶性蛋白59%的變化原因，其模型公式為：Z=124.98–0.0112X–2.015Y，從回歸公式中可以看出，可溶性蛋白與氮素梯度的回歸系數(shù)為-0.11，并且呈現(xiàn)出0.01水平的顯著性（P＜0.01），說明氮素梯度對可溶性蛋白呈現(xiàn)出極顯著的負向影響關(guān)系?？扇苄蕴桥c可溶性蛋白的回歸系數(shù)為-2.01，呈0.05水平的顯著性（P＜0.05），說明可溶性糖對可溶性蛋白呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。

表6 可溶性蛋白與氮素水平、可溶性糖之間線性回歸關(guān)系Table 6 Linear regression relationship between soluble protein and nitrogen level and soluble sugar

3 討論

黃酮類物質(zhì)是一種重要的天然酚類化合物，具有抗炎、免疫活性強及抗氧化等作用，對于人體健康有很大的益處，人們在日常飲食中黃酮攝取來源較少。葉用甘薯中是當前所知黃酮含量較高的一種蔬菜，所以在制定葉用甘薯科學施肥過程中既要考慮葉用甘薯的產(chǎn)量，也要注重其保健品質(zhì)。

本試驗研究了不同施N量與葉用甘薯葉片中的蘆丁、異槲皮苷、二氫槲皮素、槲皮苷、槲皮素、柚皮素和山奈酚7種黃酮類化合物的關(guān)系。除二氫槲皮素未檢測出來外，臺農(nóng)71和福菜薯18的其余6種黃酮類化合物與施N量均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，表明施N量的增加，不利于葉用甘薯中黃酮類化合物的合成與積累。徐丹丹[10]在研究施氮量對青錢柳中黃酮類化合物積累的影響中發(fā)現(xiàn)，低濃度氮素處理組黃酮類化合物顯著高于高濃度氮素處理組；胡彥[11]在研究中發(fā)現(xiàn)，雞骨草葉片中總黃酮的含量隨著施氮量的增加而降低；Kovacik等[12]發(fā)現(xiàn)，缺氮會增加洋甘菊根系和葉片中的總黃酮含量。本試驗研究結(jié)果與上述這些研究相同，推測可能的原因是由于植株充足的氮素供應(yīng)，導致植株中苯丙氨酸解氨酶的活性降低，而苯丙氨酸解氨酶是黃酮類次生代謝物質(zhì)合成的關(guān)鍵酶[13]，可能是因為充足的N肥供應(yīng)，促進植株旺盛生長，減少次生代謝物黃酮類物質(zhì)的合成與積累。

可溶性蛋白是一類重要的蛋白質(zhì)，其主要成分包含參與各種代謝的酶，在細胞的滲透調(diào)節(jié)中起到重要作用，是有效的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[14]。任麗花等[15]和王金剛等[16]研究表明，植株可溶性蛋白隨著氮素濃度的提高呈先升后降的趨勢。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在施用N肥后，可溶性蛋白含量顯著下降，之后隨著氮素水平的提高，2個品種葉片可溶性蛋白含量變化不大，這可能是由于甘薯植株在施用N肥后，營養(yǎng)生長速度加快，可溶性蛋白的絕對量雖然較高，但單位質(zhì)量的相對含量反而下降。之后隨著N肥水平的提高，可溶性蛋白含量總體上維持穩(wěn)定的水平，保持甘薯植株健康快速生長。

可溶性糖是碳同化過程的主要產(chǎn)物之一，是甘薯保持快速生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，也對調(diào)節(jié)逆境生理具有重要的作用[17]。本試驗發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量隨著氮素的增加呈先升后降的趨勢，當施氮量達到175.00g/m2（T2）時，臺農(nóng)71和福菜薯18的可溶性糖含量均達到最高，這個趨勢與關(guān)佳莉等[18]和姜麗麗等[19]的研究一致，可能是由于在低氮的環(huán)境下，植株的滲透調(diào)節(jié)能力加強，快速積累了大量的碳源用于自身的生長，當周邊環(huán)境的氮素含量不斷提高時，植株代謝將大量的可溶性糖轉(zhuǎn)化為碳架，從而導致體內(nèi)可溶性糖含量下降[17]。

4 結(jié)論

本試驗發(fā)現(xiàn)在施N量達到262.50g/m2（T3）時，繼續(xù)增加施N量，對于臺農(nóng)71和福菜薯18的產(chǎn)量及其營養(yǎng)品質(zhì)均無顯著提升（P＞0.05），所以本試驗認為施N量為262.50g/m2（T3）時既能保證葉用甘薯的產(chǎn)量，又可以保證其保健品質(zhì)，可以作為指導科學施肥的依據(jù)。