不同大白菜品種礦質(zhì)元素含量評(píng)價(jià)

汪 潔，李兆壯，金 寧，金 莉，呂 劍，郁繼華,2，劉澤慈

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 蘭州 730070； 2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730070）

大白菜（Brassica pekinensis（Lour.）Rupr.）原產(chǎn)于我國北部，19 世紀(jì)傳入日本及歐美各國，為十字花科（Brassicaceae）蕓薹屬中以葉球?yàn)槭秤闷鞴俚囊荒晟蚨晟荼局参?，其供?yīng)周期長，營養(yǎng)豐富，食用方法多樣，深受消費(fèi)者喜愛，在我國蔬菜生產(chǎn)和日常消費(fèi)中占重要地位[1-3]。

近年來，隨著人們消費(fèi)水平的提高與蔬菜種植面積的擴(kuò)大，對(duì)于大白菜品種的要求逐漸由產(chǎn)量過渡到營養(yǎng)品質(zhì)[3]。描述大白菜葉球品質(zhì)的指標(biāo)有很多，目前主要集中在維生素C、可溶性蛋白、膳食纖維、可溶性糖以及有機(jī)酸含量等指標(biāo)的研究，對(duì)大白菜礦質(zhì)元素含量的報(bào)道較少，各種礦質(zhì)元素含量間的關(guān)系也未見有明確結(jié)論[4]。礦質(zhì)元素是蔬菜作物生理代謝過程中的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要調(diào)控因子，與蔬菜生長發(fā)育及品質(zhì)形成密切相關(guān)[5]。蔬菜礦質(zhì)元素含量不僅可反映土壤的肥力水平和養(yǎng)分吸收利用率，還可反映作物營養(yǎng)水平與品質(zhì)，為制定科學(xué)的施肥方案提供依據(jù)[6-7]。此外，人體必須利用礦質(zhì)營養(yǎng)元素維持正常的生理代謝，但人體無法自行合成礦質(zhì)元素，須從果蔬中獲取。因此，對(duì)大白菜等大宗蔬菜中礦質(zhì)元素含量測定及各礦質(zhì)元素間相關(guān)性分析顯得尤為重要。

目前，對(duì)大白菜礦質(zhì)元素的研究主要集中在單一品種上，很少有關(guān)于多個(gè)品種之間礦質(zhì)元素含量綜合比較的研究報(bào)道。因此，筆者以8 個(gè)大白菜品種為試驗(yàn)材料，通過測定K、P、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn 等8 種礦質(zhì)元素含量，并利用水平分析、相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析對(duì)大白菜品種和礦質(zhì)元素間的關(guān)系進(jìn)行分析和合理分類，為科學(xué)評(píng)價(jià)不同大白菜品種礦質(zhì)營養(yǎng)差異提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

前期田間試驗(yàn)于2021 年6－10 月在甘肅省蘭州市榆中縣康源農(nóng)業(yè)示范園進(jìn)行。試驗(yàn)材料（表1）于苗齡30 d 定植，定植時(shí)間為7 月15 日，株距25 cm，行距40 cm，栽培期間各材料肥水管理均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法，并于2021 年10 月1 日后采集不同品種成熟期葉球進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

表1 供試8 個(gè)大白菜品種信息

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10 株，共240 株。從每個(gè)品種中選取3 株大小相同、成熟度相近、無病蟲害的大白菜進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 方法

將大白菜的外葉剝?nèi)?，以防止外來雜質(zhì)的干擾。整個(gè)葉球從生長點(diǎn)到底部垂直分成4 等份，105 ℃殺青，80 ℃烘干，用植物組織粉碎器進(jìn)行研磨，用孔徑0.25 mm 的篩子過篩，裝入自封袋備用。采用原子吸收光譜法[8]測定K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和Zn 元素含量；采用鉬銻抗比色法[9]測定P元素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 對(duì)不同品種大白菜葉球中各元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行水平分析、相關(guān)性分析、主成分分析和系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大白菜葉球礦質(zhì)元素含量的水平分析

由圖1 可知，8 個(gè)品種大白菜中紫寶5 號(hào)K 和Ca 元素含量均最高，均顯著高于其他7 個(gè)品種，且所有品種中K 元素含量均高于其他元素（除P 元素）含量；依據(jù)P 元素含量將8 個(gè)品種分為3 個(gè)高P品種和5 個(gè)低P 品種，其中以嬌娃P 元素含量最高，HC104 最低；Mg 元素含量以秋歡最高，且顯著高于其他7 個(gè)品種。

圖1 8 個(gè)品種大白菜葉球大量元素含量

由圖2 可知，8 個(gè)品種間Cu 元素含量以HC104 最高，且顯著高于其他7 個(gè)品種；Fe 元素含量以中娃-1 最高，且顯著高于其他7 個(gè)品種；Mn 元素含量以紫寶5 號(hào)最高，且顯著高于其他7 個(gè)品種；Zn 元素含量以秋歡最高，且顯著高于除紫寶5號(hào)外其他6 個(gè)品種。這表明同一礦質(zhì)元素含量在不同品種間存在一定差異。

圖2 8 個(gè)品種大白菜葉球微量元素含量

由表2 可知，在測得的8 種礦質(zhì)元素中，大量元素含量表現(xiàn)為K＞P＞Mg＞Ca，且Ca 和Mg 含量相近，而微量元素含量表現(xiàn)為Fe＞Zn＞Mn＞Cu，Cu 元素含量的最大值均低于其他微量元素的最小值。在供試8 個(gè)品種大白菜葉球的礦物質(zhì)含量中，F(xiàn)e 含量變異系數(shù)最大，為72.47%；Ca 含量變異系數(shù)最小，為9.62%；礦質(zhì)元素含量系數(shù)介于9.62%～72.47%之間，為中等變異強(qiáng)度。

表2 大白菜葉球8 種礦質(zhì)元素含量

2.2 大白菜葉球礦質(zhì)元素的相關(guān)性分析

利用Person 相關(guān)性分析對(duì)大白菜葉球中8 種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行分析。由表3 可知，K 含量與Ca、Mg 含量呈極顯著正相關(guān)，與Zn 含量呈正相關(guān)，與Cu 含量呈負(fù)相關(guān)，與P 含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與Fe、Mn 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；P 含量與Fe、Mn 含量呈正相關(guān)；Ca 含量與Mg 含量呈極顯著正相關(guān)，與Fe、Mn 含量呈負(fù)相關(guān)，與Cu、Zn 含量呈顯著負(fù)相關(guān)；Mg 含量與Zn 含量呈極顯著正相關(guān)，與Fe、Mn含量呈負(fù)相關(guān)，與Cu 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；Cu 含量與Fe、Mn 含量呈負(fù)相關(guān)，與Zn 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；Fe 含量與Zn 含量呈正相關(guān)，與Mn 含量呈極顯著正相關(guān)；Mn 含量與Zn 含量呈正相關(guān)。這表明大白菜葉球中礦質(zhì)元素含量關(guān)系復(fù)雜。

表3 大白菜礦質(zhì)元素含量相關(guān)性分析

2.3 大白菜葉球礦質(zhì)元素含量的主成分分析

對(duì)8 個(gè)大白菜品種的8 種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行分析，由表4 可知，依據(jù)特征值大于1 的原則，提取出了3 個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)89.13%。因此，對(duì)大白菜礦質(zhì)元素含量由3 個(gè)主成分進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了降維的目的。

表4 大白菜礦質(zhì)元素含量因子分析

2.4 大白菜葉球礦質(zhì)元素含量的綜合評(píng)價(jià)

由表5 可知，主成分1 中，載荷值絕對(duì)值大于0.5 的 有K（0.818）、Ca（0.841）、Mg（0.890）、Cu（-0.733）、Mn（0.833）和Zn（0.813）等含量，說明這些指標(biāo)是主成分1 的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中K、Ca、Mg、Mn 和Zn 含量的載荷值為正值，對(duì)主成分1 的貢獻(xiàn)最大；主成分2 中，載荷值絕對(duì)值大于0.5 的有K（-0.555）和Fe（0.876），說明這兩種元素含量是主成分2 的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)；主成分3 中載荷值絕對(duì)值大于0.5 的僅P（0.866），則表明P 元素含量對(duì)主成分3 的影響最大。因?yàn)榭偡讲钪?/2 以上的貢獻(xiàn)來自第1 主成分，因此可認(rèn)為K、Ca、Mg、Mn 和Zn 是大白菜葉球的特征性礦質(zhì)元素。

表5 大白菜礦質(zhì)元素含量的主成分載荷矩陣及特征向量

上述3 個(gè)函數(shù)表達(dá)式中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8分別為標(biāo)準(zhǔn)化的K、P、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 及Zn 含量，以3 個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，由主成分得分和對(duì)應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和得到綜合評(píng)價(jià)函數(shù)如下：Y=0.524Y1+0.215Y2+0.152Y3。

根據(jù)表6 所示，根據(jù)上述主成分綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算出8 個(gè)大白菜品種8 種礦質(zhì)元素的綜合得分（Y）和排序。綜合得分由高到低依次為紫寶5 號(hào)、秋歡、中娃-1、紫裔、迷你小巧、嬌娃、荃美和HC104。

表6 大白菜礦質(zhì)元素因子分析的綜合得分與排名

2.5 大白菜葉球礦質(zhì)元素含量的聚類分析

運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析法將8 個(gè)大白菜品種8 種礦質(zhì)元素含量劃分為不同類群，以便對(duì)品種進(jìn)行相似性評(píng)價(jià)。如圖3 所示，以相對(duì)距離為5 作為劃分依據(jù)，8 個(gè)品種被劃分為3 類，第一類包含品種嬌娃、HC104、中娃-1、迷你小巧和荃美，這類品種平均排名靠后，除中娃-1，其他4 個(gè)品種品質(zhì)較低；第二類包含品種紫裔和秋歡，這類品種的8 種礦質(zhì)元素的平均含量均排名較高且品質(zhì)較好；第三類為紫寶5 號(hào)品種，其排名最高，品質(zhì)最好，富含K、Ca、Mg和Mn 元素。聚類分析結(jié)果與主成分分析結(jié)果相近。

圖3 不同品種大白菜葉球礦質(zhì)元素含量聚類分析

3 討 論

大白菜是十字花科作物中最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種之一，富含K、Na、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe、P 等礦物質(zhì)[11]。礦質(zhì)元素是評(píng)價(jià)蔬菜品質(zhì)的重要方面，對(duì)人體健康具有重要作用[12]。缺K 會(huì)使人體電解質(zhì)發(fā)生紊亂，導(dǎo)致低鉀血癥的發(fā)生[13]。P 和Mg 是骨骼和牙齒的基本成分，維持體內(nèi)的酸堿平衡[14-15]。缺Ca 則會(huì)誘發(fā)軟骨病和痙攣的發(fā)生[16]。而微量元素Cu、Fe、Mn 和Zn 等不僅參與人體中酶的組成，對(duì)激素、維生素和蛋白質(zhì)的合成和代謝也有重要作用[17]。

蔬菜作為人體獲取礦物質(zhì)的安全來源，分析礦物質(zhì)含量十分必要[18]。前人研究表明，在不同類型或不同品種蔬菜中，其同一礦質(zhì)元素含量差異較大[19-20]，如辣椒及辣椒籽中微量元素含量為Ca＞Fe＞Zn＞Cu＞Mn[21]；白屈菜中礦質(zhì)元素含量是N＞P＞Ca＞K＞Mg，白屈菜對(duì)不同礦質(zhì)元素的富集能力不同，在整個(gè)植株中其地上部富集能力較地下部更強(qiáng)[22]；黃花菜中富含Na、Ca、K、Mg 元素，祁東黃花菜礦質(zhì)元素含量是P＞K＞Ca＞Mg＞Na＞Zn＞Fe＞Mn[23]；葫蘆科蔬菜中K、Ca 和Mg 元素的含量較高，而Na、Fe、Cu、Zn 和Mn 元素的含量較低[24]。在筆者的研究中，大白菜8 種礦質(zhì)元素含量排序?yàn)镵＞P＞Mg＞Ca＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu，且部分礦質(zhì)元素含量在不同品種間差異較大。筆者的研究結(jié)果反映了大白菜礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性，有助于研究篩選優(yōu)良種質(zhì)。筆者研究中選擇1 個(gè)K 含量高的品種，其Ca、Mg、Zn 含量也相對(duì)較高；選擇1 個(gè)Ca 含量高的品種，其Mg含量也相對(duì)較高；選擇1 個(gè)Fe 含量高的品種，其Mn 含量也相對(duì)較高。不同大白菜品種礦質(zhì)元素含量的結(jié)果分析，為人們選擇合適品種、平衡礦質(zhì)營養(yǎng)元素?cái)z入量提供參考，也對(duì)科學(xué)施肥提供一定的理論依據(jù)。

目前，因子分析與聚類分析已廣泛應(yīng)用于辣椒[25]、花椰菜[26]、茄子[27]、蘋果[28]、杧果[29]等果蔬品質(zhì)分析中。因子分析可從眾多變量中找出具有代表性的共性因子，其前提是變量之間存在一定的相關(guān)性。主成分和原始指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)為主成分載荷值，它可體現(xiàn)原始指標(biāo)與主成分之間的相關(guān)性，且載荷值絕對(duì)值越接近于1，表明相關(guān)性越強(qiáng)[30]。筆者研究中大白菜葉球中礦質(zhì)元素間具有復(fù)雜的相關(guān)性，利用因子分析可將8 種礦質(zhì)元素指標(biāo)進(jìn)行簡化，最終篩選出K、Ca、Mg、Mn 和Zn 元素作為評(píng)價(jià)大白菜葉球營養(yǎng)品質(zhì)的特征性礦質(zhì)元素。進(jìn)一步分析得到，紫寶5 號(hào)、秋歡和中娃-1 這3 個(gè)大白菜種質(zhì)綜合得分排序在前，說明這3 個(gè)品種的礦質(zhì)元素含量更為豐富。

4 結(jié) 論

綜上所述，大白菜中8 種礦質(zhì)元素的平均含量由高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu。K含量與Ca、Mg 含量呈極顯著正相關(guān)，與P 含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與Fe、Mn 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；Ca 含量與Mg 含量呈極顯著正相關(guān)，與Cu 含量和Zn 含量呈顯著負(fù)相關(guān)；Mg 含量與Cu 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與Zn 含量呈極顯著正相關(guān)；Cu 含量與Zn 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；而Fe 含量與Mn 含量呈極顯著正相關(guān)。K、Ca、Mg、Mn 和Zn 含量是大白菜葉球的特征性礦質(zhì)元素。8 個(gè)大白菜品種可分為3 類，第一類（除中娃-1）為低礦質(zhì)元素品種，包含嬌娃、HC104、迷你小巧和荃美；第二類為中等礦質(zhì)元素品種，包含紫裔和秋歡；第三類為高礦質(zhì)元素品種，為紫寶5 號(hào)，其K、Ca、Mg 和Mn 元素含量高。按照主成分分析綜合得分由高到低8 個(gè)不同品種排名依次為紫寶5 號(hào)、秋歡、中娃-1、紫裔、迷你小巧、嬌娃、荃美和HC104。筆者的研究結(jié)果可為大白菜品質(zhì)評(píng)價(jià)與消費(fèi)提供一定參考。