木薯塊根不同部位的礦質元素研究

魏 艷，黃 潔，林立銘

(1.中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所/農業部木薯種質資源保護與利用重點實驗室，海南 儋州 571737；2.中國熱帶農業科學院科技信息研究所，海南 儋州 571737)

木薯塊根不同部位的礦質元素研究

魏 艷1,2，黃 潔1*，林立銘1

(1.中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所/農業部木薯種質資源保護與利用重點實驗室，海南 儋州 571737；2.中國熱帶農業科學院科技信息研究所，海南 儋州 571737)

為進一步研究木薯塊根中礦質元素的分布規律，提高木薯的綜合利用價值，采用等離子發射光譜法，測定了6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭、中、尾3段7種礦質元素的含量。結果表明：薯肉的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量(干基)分別為333.1～620.8、28.7～150.7、45.0～132.3、1.08～4.10、0.36～1.05、0.47～1.81、0.12～0.32 mg/100g，部分礦質營養價值優于馬鈴薯、糙米，不亞于甘薯和小麥；薯皮的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu含量分別為薯肉的2.4～16.2、3.1～7.8、1.8～7.7、1.1～6.5、1.1～2.6、1.1～2.5倍，部分礦質營養價值優于或不亞于紅棗、核桃、杏仁，值得重視薯皮的綜合利用；不同段的薯肉和薯皮Ca、Mn、Zn元素存在較密切的相關關系。

木薯；塊根；薯肉；薯皮；礦質

近年來，國內外對作物不同部位的礦質元素含量開展了較多研究，分析比較了大米和米糠、面粉和小麥麩皮等礦質元素含量[1-3]，為均衡膳食提供依據；比較了管花肉蓯蓉不同部位的礦質元素含量[4]，為選擇藥用價值較高部位提供數據參考。目前，人們已利用甘薯中豐富的Ca、P、Fe[5-6]，馬鈴薯中豐富的K[7]，紅棗、核桃、杏仁中豐富的Fe和Zn[8-10]，研發生產出一些具有保健功能的高附加值產品，從而大幅提高以上作物的經濟價值，促進其產業發展。此外，通過研究植物體內礦質元素含量與酶活性的關系，可為植物的抗性生理提供新的理論依據[11-13]。

木薯(ManihotesculentaCrantz)屬于大戟科木薯屬，其塊根主要用于食用、飼用和加工，是世界上超過8億人口的主糧，木薯塊根約含有1.0 %～2.0 %薯外皮、10.0 %～14.0 %薯內皮(以下簡稱薯皮)和80.0 %～90.0 %薯肉[14-15]。近年來，吳朝霞[16]、Katayama等[17]測定了木薯塊根中礦質元素含量，陳曉明等測定了薯皮中礦質元素含量[18]，魏艷等評價了3個木薯品系薯肉與薯皮的營養成分和礦質元素含量[19-20]，但國內外未見報道細分全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段礦質元素研究。目前，我國木薯加工業的綜合利用程度還較低，已嚴重制約其良性發展[22]，因此，本課題選用6份木薯種質，分別測定其全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段7種礦質元素含量，將進一步闡明木薯塊根不同部位的礦質元素分配規律，從而提高木薯的綜合利用價值。

表1 供試木薯種質來源

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料取自位于海南省儋州市的中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所(簡稱“品資所”)木薯種質資源圃，6份木薯種質的來源見表1，其中，SC9、ZM8229、GR891是食用品種，其鮮薯HCN含量﹤50 mg/kg，可以直接去皮后食用。2011年11月21日種植，2013年3月22日采樣，全生長期為16個月。種植地土壤為磚紅壤，土壤條件為pH 6.4，有機質0.9 %，堿解氮35.2 mg/kg、速效磷(P2O5) 10.1 mg/kg、速效鉀(K2O) 66.8 mg/kg。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品準備區 收獲木薯時每份種質隨機取3株，每株隨機取3條中等木薯塊根，要求塊根外觀無損、無病蟲害；洗凈抹干，擦去薯外皮，切取頭(離薯柄2～5 cm)、中(中間3 cm)、尾(離薯尾2～5 cm) 3段，每段均為3 cm長；先隨機取頭中尾的全薯各3段，然后將其余的頭中尾全薯都剝離為薯肉和薯皮，對全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段樣品分別切絲；從混合絲樣中抽取100 g鮮樣烘干打粉作為一個處理樣品，每個處理設3個重復。

1.2.2 測定方法 采用等離子發射光譜法測定K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu的含量[20]；參照“熱帶作物品種區域試驗技術規程——木薯”(ICS 65.020.20)測定木薯塊根的形態[21]。

1.2.3 數據處理 采用Excel 2007和SAS 9.0進行方差分析和相關性分析，顯著性檢驗為t檢驗。

表2 不同部位木薯塊根的形態

注：薯皮厚或薯徑的同行不同小寫字母表示各段間差異達顯著水平(P<0.05)，不同大寫字母表示各段間差異達極顯著水平(P<0.01)。 Note: Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05),and different uppercase letters indicate reaching very significant differences(P<0.01)in the same line of cortex thickness or root diameter between three sections.

表3 木薯塊根不同部位的K含量

注：同行不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)，不同大寫字母表示差異達極顯著水平(P<0.01)。下同。 Note: Different lowercase letters in the same line indicate reaching significant differences(P<0.05), while different uppercase letters in the same column indicate very significant differences(P<0.01). The same as below.

2 結果與分析

2.1 塊根形態

6份木薯種質的塊根長度為25.0～31.5 cm。薯徑及薯皮厚表現為頭段﹥中段﹥尾段，均達到極顯著差異(表2)。

2.2 干樣中礦質元素含量

2.2.1 K含量 木薯塊根不同部位的K含量見表3。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的K含量分別為381.7～687.0、333.1～620.8、538.8～975.3 mg/100g，薯皮K含量是薯肉的1.1～2.6倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異；比較每一份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭、中、尾段K含量，均達到極顯著差異，其中，全薯中段的K含量最高。

2.2.2 Ca含量 木薯塊根不同部位的Ca含量見表4。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的Ca含量分別為56.9～180.3、28.7～150.7、253.2～669.5 mg/100g，薯皮Ca含量是薯肉的2.4～16.2倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異；比較每一份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭、中、尾段的Ca含量，均達到極顯著差異，其中，薯肉頭段的Ca含量最高。

2.2.3 Mg含量 木薯塊根不同部位的Mg含量見表5。6份木薯種質(系)全薯、薯肉、薯皮的Mg含量分別為51.9～103.2、45.0～132.3、65.5～137.4 mg/100g，不同木薯品種的不同薯塊部位之間，其Mg含量存在較大差異，SC205和NZ199的Mg含量表現為薯肉﹥全薯﹥薯皮，薯肉Mg含量是薯皮的1.1～1.6倍，達到極顯著差異；而SC9、ZM8229、GR891、GR4的Mg含量表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，薯皮Mg含量是薯肉的1.1～2.3倍，達到極顯著差異。

表4 木薯塊根不同部位的Ca含量

表5 木薯塊根不同部位的Mg含量

2.2.4 Fe含量 木薯塊根不同部位的Fe含量見表6。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的Fe含量分別為1.16～4.68、1.08～4.10、2.52～6.80 mg/100g，薯皮Fe含量是薯肉的1.1～6.5倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異。

2.2.5 Mn含量 木薯塊根不同部位的Mn含量見表7。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的Mn含量分別為0.54～1.61、0.36～1.05、1.57～4.88 mg/100g，薯皮Mn含量是薯肉的3.1～7.8倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異；比較每1份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段Mn含量，均達到極顯著差異，其中，薯皮頭段的Mn含量最高。

2.2.6 Zn含量 木薯塊根不同部位的Zn含量見表8。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的Zn含量分別為0.82～1.95、0.47～1.81、2.60～5.05 mg/100g，薯皮Zn含量是薯肉的1.8～7.7倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異；比較每一份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段Zn含量，絕大多數達到極顯著差異，其中，薯肉頭段的Zn含量最高。

2.2.7 Cu含量 木薯塊根不同部位的Cu含量見表9。6份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的Cu含量分別為0.21～0.36、0.12～0.32、0.24～0.68 mg/100g，薯皮Cu含量是薯肉的1.1～2.5倍，表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異；比較每一份木薯種質全薯、薯肉、薯皮的頭中尾3段Cu含量，絕大多數達到極顯著差異，其中，薯皮頭段的Cu含量最高。

表6 木薯塊根不同部位的Fe含量

表7 木薯塊根不同部位的Mn含量

表8 木薯塊根不同部位的Zn含量

2.3 礦質元素含量的相關性分析

2.3.1 同一礦質元素含量在木薯塊根不同部位間的相關性 同一種礦質元素含量在木薯塊根不同部位間的相關性分析見表9。薯肉的Ca、Zn含量在“頭/中段”、“頭/尾段”或“中/尾段”之間均呈顯著或極顯著正相關。薯皮的K含量在“中/尾段”或“頭/尾段”之間呈顯著正相關；薯皮的Ca含量在“頭/中段”或“中/尾段”之間呈顯著或極顯著正相關；薯皮的Mn含量在“頭/中段”、“頭/尾段”或“中/尾段”之間均呈顯著或極顯著正相關。但在薯肉與薯皮的不同段之間，沒有達到顯著的相關關系。

2.3.2 不同礦質元素含量在木薯塊根同一部位的相關性 對不同礦質元素含量在木薯塊根同一部位的相關性進行分析，在木薯塊根同一部位內的7種礦質元素含量之間無顯著相關關系。

3 討論與結論

3.1 礦質元素分布特點

6份木薯種質塊根的K、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量均表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，達到極顯著差異，這與筆者前期研究3份木薯品系塊根的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量均表現為薯皮﹥薯肉且達極顯著差異[20]的結果一致，但與K含量表現為薯肉﹥薯皮且達極顯著差異[20]的結果相反；有2份木薯種質塊根的Mg含量表現為薯肉﹥全薯﹥薯皮，4份木薯種質的Mg含量表現為薯皮﹥全薯﹥薯肉，均達到極顯著差異，這與筆者前期研究3份木薯品系塊根的Mg含量均表現為薯肉﹥薯皮且達極顯著差異[20]不完全一致。綜合分析2次試驗結果，基本可認為木薯塊根中的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量具有薯皮﹥薯肉的分布特點，但其K、Mg含量不完全一致，原因可能是K、Mg元素容易移動[23-24]而導致不同木薯生長期的K、Mg含量出現較大的差異。本研究還表明，在全薯、薯肉、薯皮的頭、中、尾段礦質元素含量中，以薯肉頭段的Ca和Zn含量最高，薯皮頭段的Mn和Cu含量最高。由于僅是6份木薯種質的礦質元素分布特點，還需進一步在不同地區、不同生長期、不同季節選取更多木薯種質來加以驗證。

表9 木薯塊根不同部位的Cu含量

表10 同一礦質元素含量在木薯塊根不同部位間的相關性分析

注：“/”表示頭段、中段、尾段的兩兩之間相關關系，*代表顯著性水平P<0.05，**代表極顯著性水平P<0.01。 Note: '/'represents the relationships among the head section (H), middle section (M) and or end section (E), * represents the significance at 0.05 level, ** represents very significance at 0.01 level.

3.2 薯肉礦質營養價值

木薯薯肉的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量分別為333.1～620.8、28.7～150.7、45.0～132.3、1.08～4.10、0.36～1.05、0.47～1.81、0.12～0.32 mg/100g，K、Ca、Mg、Fe、Zn含量分別是馬鈴薯的0.9～1.6、19.1～100.4、1.7～4.9、0.8～3.2、1.7～6.5倍[25]，K、Ca含量分別是糙米的1.0～5.2、22.1～115.9倍[26]，Zn含量是甘薯的0.5～4.6倍[27]，Fe、Zn、Cu含量可與小麥相媲美[28]。因此，薯肉的部分礦質營養價值優于馬鈴薯、糙米，不亞于甘薯和小麥。此外，魏艷等研究表明薯肉的干物質、淀粉含量高于甘薯，維生素C和可溶性糖高于馬鈴薯，維生素C、粗蛋白和可溶性糖含量可與甘薯相媲美[19,29]，且在非洲、南美洲及部分亞洲國家，一直把木薯作為主糧作物，可見，值得研究木薯在華南地區的潛在糧食作物價值。

3.3 薯皮礦質營養價值

6份木薯種質薯皮的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu含量分別為薯肉的2.4～16.2、3.1～7.8、1.8～7.7、1.1～6.5、1.1～2.6、1.1～2.5倍，說明在木薯塊根的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu礦質營養方面，薯皮優于薯肉，這與筆者前期研究結果[20]相類似。對干基含量進行比較，筆者前期研究結果[20]與本研究結果均說明，薯皮的部分礦質營養價值優于或不亞于紅棗、核桃、杏仁。此外，薯皮含有較高的β-胡蘿卜素、粗蛋白、可溶性糖等營養物質[19]，以及可作藥用的部分生物堿、香豆素及抗膽堿酯酶等重要活性物質[18,30]。綜上所述，薯皮具有較高的礦質及其它營養價值，值得重視開發利用，制造保健營養品、飼料和肥料等。

3.4 Ca、Mn、Zn元素的抗逆性

據報道，植物體內的礦質元素含量與酶活性有密切關系，其中,Ca離子除維持細胞壁、細胞膜及膜結合蛋白的穩定性外，還與細胞內的鈣調蛋白(CaM)結合，在各種逆境信號轉導中起核心作用[11-12]；Mn、Zn均為SOD(超氧物歧化酶)的激活劑，使植物在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫[13]。早期研究表明，Ca能提高棉花、甘蔗、玉米等的抗旱性[31-34]，能提高小麥、木薯的抗寒性[35-36]，增強馬鈴薯的抗病性[37-38]，增強巴西蕉、小麥的鹽脅迫的耐受性[39-40]，且對木薯增產、提高淀粉產量、改善稻米品質也具有重要作用[41-42]。適宜濃度的Mn、Zn含量能增強棉花的抗病性且提高產量[43-44]，增強擬南芥對鹽的耐受性[45]，提高棗樹的抗寒、抗旱、抗病性[46]。毫無疑問，植物中的Ca、Mn、Zn等礦質元素的含量高低與植物抗逆性有著密切的關系。

本研究表明，薯肉的Ca、Zn含量在“頭/中段”、“頭/尾段”或“中/尾段”之間均呈顯著或極顯著正相關，薯皮的Ca含量在“頭/中段”或“中/尾段”之間呈顯著或極顯著正相關，薯皮的Mn含量在“頭/中段”、“頭/尾段”或“中/尾段”之間均呈顯著或極顯著正相關，可見木薯塊根不同部位的薯肉和薯皮中，Ca、Mn、Zn元素含量之間存在較密切的相關關系，是否以上3種元素之間存在協同反應而起到抗逆作用，這值得進一步研究。

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(責任編輯 陳 虹)

Study on Mineral Elements in Different Parts of Cassava Root

WEI Yan1,2,HUANG Jie1*,LIN Li-ming1

(1.Tropical Crops Genetics Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava Genetic Resources, Ministry of Agriculture, P.R. China, Hainan Danzhou 571737, China; 2.Science and Technology Information Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Hainan Danzhou 571737, China)

In order to further study the mineral element distribution in cassava root and enhance its comprehensive utilization, the contents of seven mineral elements in the head, middle and end sections of the whole root, flesh and cortex of six cassava germplasms by plasma emission spectroscopy were analyzed. The results showed that the contents of K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu in the dry flesh were 333.1-620.8, 28.7-150.7, 45.0-132.3, 1.08-4.10, 0.36-1.05, 0.47-1.81, 0.12-0.32 mg/100g, respectively, and the nutrition values of some mineral elements in the flesh of cassava root were higher than that in potato, brown rice, or as high as sweet potato and wheat. The contents of Ca, Mn, Zn, Fe, K and Cu in the cortex were 2.4-16.2, 3.1-7.8, 1.8-7.7, 1.1-6.5, 1.1-2.6, 1.1-2.5 times higher than that in the flesh, and the nutrition values of some mineral elements in the cortex of cassava root were higher than or as high as that in dates, walnuts and almond, therefore, the comprehensive utilization of the cortex of cassava root was worthy of attention. There were close correlation among Ca, Mn, Zn in different parts of cassava root.

Cassava; Root; Flesh; Cortex; Mineral elements

1001-4829(2016)09-2106-08

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.017

2015-09-12

農業部現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-12-hnhj)；農業部農業行業標準制定項目“熱帶作物品種區域試驗技術規程—木薯”(ICS 65.020.20)

魏 艷(1985-)，女，山東濟寧人，碩士研究生，木薯種質資源的利用與創新，E-mail:wei_yan2010@126.com，13627543466,*為通訊作者：黃 潔，E-mail: hnhjcn@163.com。

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