延安新造耕地下不同品種馬鈴薯微量元素含量分析與評價*

王祥龍 蘇翠翠 馬吉福 陳學林**

（1 西北師范大學生命科學學院 甘肅蘭州 730070 2 中國科學院地球環境研究所 陜西西安 710061）

黃土高原地區生態環境脆弱，土質疏松，溝壑縱橫，其長度大于500 m 的溝道約有27 萬多條，總面積大約64 萬km2，嚴重影響了區域經濟社會可持續發展。 新中國成立以來，黨和國家十分重視黃土高原生態建設，先后經歷坡面治理、溝坡聯合治理、小流域綜合治理和退耕還林草工程［1］，取得了良好效果。 尤其是退耕還林草工程效果尤為顯著。自1999年實施退耕還林草工程以來，黃土高原的生態環境有了很大改善，植被覆蓋率由1999年的31.6%提高到2013年的59.6%［2］，有效遏制了黃土高原的水土流失。但黃土高原人-地-糧之間的矛盾日益凸顯。 研究指出坡度大于15 度適宜退耕還林草，黃土高原應還林草面積為236 萬hm2，截止2008年實際退耕面積為483 萬hm2，遠遠超過預期退耕還林面積。 這一情況無疑加劇了當地人口的糧食需求量與實際糧食供應量之間的矛盾。 為了解決這一矛盾，中國政府在黃土高原部分地區實施了治溝造地工程項目，該工程總投資50 億，造地48 萬hm2［1］。 這一工程不僅有效解決糧食短缺問題、減緩當地水土侵蝕，而且有利于丘陵溝壑地區生態、經濟、社會的可持續穩定發展。然而，新造耕地土壤貧瘠，不利于農業生產［1］。

馬鈴薯（solanum tuberosumL.）是茄科茄屬草本塊莖植物，栽培種起源于南美洲的哥倫比亞、秘魯、玻利維亞的安第斯山山區及烏拉圭等地。 其栽培種歷史悠久，可追溯到距今4 800—4 000年前，歐洲發現新大陸后，馬鈴薯經歐洲逐次傳到世界各地。 目前，馬鈴薯已成為世界上僅次于小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物，中國已成為世界第一大馬鈴薯生產國，面積和總產均居世界第1 位［3～8］。

科學研究表明，人體中必需的微量元素與生命過程極為密切，并在新陳代謝中起著很重要的作用，它是酶和維生素不可缺少的活性因子，直接影響著人體的健康［9～11］。 前期研究發現，不同農作物在新造耕地上生長發育狀態差異較大，馬鈴薯在新造耕地生長良好。但是，延安新造耕地下種植的馬鈴薯中微量元素含量如何并不清楚，為此本研究通過對延安新造耕地種植的12 個馬鈴薯品種微量元素含量的測定、分析與評價，以期篩選出微量元素含量相對較高的馬鈴薯品種，為后期馬鈴薯品種的進一步篩選提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料 2017年4 月中旬于延安新造耕地種植12 個不同品種馬鈴薯，同年9 月中旬收獲。 待收獲后選取具有代表性且形狀、 大小均一的馬鈴薯作為實驗材料。

1.2 儀器與試劑

主要儀器：原子吸收光譜儀，德國耶拿分析儀器股份公司； 鼓風干燥箱； 分析天平； 植物粉碎機。 主要試劑：濃硝酸（AR）和濃鹽酸（AR）；Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、Cr、Ni 的1 000 μg/mL 標準溶液；超純水。

1.3 實驗方法

1）樣品處理。將馬鈴薯用去超純水充分洗凈，切碎，將其放入恒溫干燥箱中烘至質量恒重，最后用植物粉碎機磨成粉備用。

2）樣品消解。 稱取通過2 mm 篩孔的烘干馬鈴薯樣1.000 g 于消解管中，加濃硝酸15 mL，62%高氯酸3 mL，輕輕搖動，與樣品混勻，冷置過夜；第2 天置于電熱板上低溫加熱至有機物大部分被分解，待溶液沸騰不甚劇烈時，稍稍提高溫度（不大于250℃，保持微沸）；待消化至溶液白色呈透明狀（切勿蒸干），取下冷卻，用超純水洗入50 mL 容量瓶并定容，搖勻待測，同時制備空白對照［12］。

3）測定方法。 Fe、Mn、Zn、Cu 的測定采用火焰原子吸收法；Mo、Co、Cr、Ni 的測定采用石墨爐法。

1.4 數據統計分析方法 本研究所列結果為3次重復測定值的平均值，用Excel 2010 軟件進行數據整理，用SPSS 20.0 統計軟件進行相關性分析和主成分因子分析，Origin8.5 進行制圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯微量元素含量比較 對12個不同品種馬鈴薯Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、Cr、Ni 微量元素含量進行測定，結果見表1。比較結果如表1。

表1 不同品種馬鈴薯微量元素含量（單位：mg/kg）

Fe的含量在24.99～107.06 mg/kg 之間，‘夏波蒂’、‘新大坪’、‘青薯168’、‘隴薯3 號’、‘隴薯6號’、‘隴薯7 號’、‘隴薯10 號’、‘費烏瑞它’、‘克新18 號’、‘克新1 號’的Fe 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘夏波蒂’和‘隴薯7 號’的含量最高，分別為75.05 mg/kg 和107.06 mg/kg；‘青薯9 號’ 含量最低，為24.99 mg/kg 且極顯著低于‘本地品種’。

Mn 的含量在1.38～8.47 mg/kg 之間，‘夏波蒂’、‘隴薯7 號’、‘隴薯10 號’、‘克新18 號’、‘克新1 號’的Mn 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘夏波蒂’和‘隴薯7 號’的含量最高，分別為8.47 mg/kg 和6.87 mg/kg；‘新大坪’，‘青薯168’、‘青薯9 號’、‘隴薯3 號’的Mn 含量均極顯著低于于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘青薯9號’和‘隴薯3 號’的含量最低，分別為1.38 mg/kg和1.43 mg/kg，‘隴薯6 號’、‘費烏瑞它’與‘本地品種’無顯著性差異。

Zn的含量在1.71～26.46 mg/kg 之間，‘夏波蒂’和‘克新1 號’的含量最高，分別為20.55 mg/kg 和26.46 mg/kg，且極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01）；‘新大坪’、‘青薯168’、‘隴薯3 號’、‘隴薯6 號’、‘隴薯7 號’、‘隴薯10 號’、‘費烏瑞它’ 的Zn 含量均極顯著低于本地品種（P＜0.01），其中‘隴薯3號’和‘隴薯6 號’的含量最低，分別為2.47 mg/kg和1.71 mg/kg，‘克新18 號’與‘本地品種’無顯著性差異。

Cu 的含量在2.32～19.96 mg/kg 之間，‘夏波蒂’、‘新大坪’、‘青薯168’、‘隴薯3 號’的Cu 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘新大坪’和‘隴薯3 號’的含量最高，分別為19.75 mg/kg 和19.96 mg/kg；‘費烏瑞它’、‘克新18 號’、‘克新1號’的Cu 含量均極顯著低于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘克新18 號’和‘克新1 號’的含量最低，分別為3.07 mg/kg 和2.32 mg/kg，‘隴薯6 號’、‘隴薯7號’、‘隴薯10 號’與‘本地品種’無顯著性差異。

Mo 的含量在0.078～0.536 mg/kg 之間，‘新大坪’、‘隴薯10 號’、‘費烏瑞它’ 的Mo 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），‘隴薯6 號’、‘隴薯7號’、‘克新18 號’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中‘新大坪’和‘費烏瑞它’的含量最高，分別為0.536 mg/kg 和0.449 mg/kg；‘青薯9 號’、‘隴薯3號’的含量低于‘本地品種’且無顯著性差異，含量分別為0.160 mg/kg 和0.147 mg/kg。

Co 的含量在0.021～0.075 mg/kg 之間，‘夏波蒂’、‘新大坪’、‘青薯168’、‘青薯9 號’、‘隴薯3號’、‘隴薯10 號’、‘費烏瑞它’、‘克新18 號’、‘克新1 號’的Co 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘隴薯3 號’和‘克新18 號’的含量最高，分別為0.075 mg/kg 和0.069 mg/kg；‘隴薯6號’和‘本地品種’的含量最低，分別為0.029 mg/kg和0.021 mg/kg。

Cr 的含量在0.039～0.118 mg/kg 之間，‘青薯9 號’、‘隴薯10 號’、‘費烏瑞它’、‘克新18 號’、‘克新1 號’ 的Cr 含量均極顯著高于 ‘本地品種’（P＜0.01），‘隴薯6 號’、‘隴薯7 號’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中，‘費烏瑞它’和‘克新18 號’的含量最高，分別為0.110 mg/kg 和0.118 mg/kg；‘青薯168’極顯著低于‘本地品種’（P＜0.01），‘夏波蒂’顯著低于‘本地品種’（P＜0.05），且它們含量最低，分別為0.039 mg/kg 和0.046 mg/kg。

Ni 的含量在0.302～0.912 mg/kg 之間,‘新大坪’、‘青薯9 號’、‘隴薯3 號’、‘費烏瑞它’、‘克新18號’ 的Ni 含量均極顯著高于 ‘本地品種’(P＜0.01),‘隴薯7 號’、‘隴薯10 號’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中，‘新大坪’和‘費烏瑞它’的含量最高，分別為0.912 mg/kg 和0.791 mg/kg；‘青薯168’、‘隴薯6 號’、‘克新1 號’的含量低于‘本地品種’且無顯著性差異，其中，‘青薯168’和‘克新1 號’的含量最低，分別為0.315 mg/kg 和0.302 mg/kg。

2.2 不同品種馬鈴薯微量元素含量相關性分析對不同品種馬鈴薯微量元素含量進行相關性分析，結果見表2。微量元素之間存在一定的相關性，說明植物中微量元素的積累并不是孤立的，而是具有相互作用，正相關為促進作用，負相關為拮抗作用［13～14］。 從表2 可以看出，微量元素間即存在一定的正相關，又存在一定的負相關，正相關占多數，約為75%；負相關占少數，約為25%。既微量元素間的吸收與積累存在著顯著的相互促進作用。

表2 不同品種馬鈴薯微量元素間的相關系數

2.2 不同品種馬鈴薯微量元素含量主成分分析采用主成分分析方法對不同品種馬鈴薯微量元素含量進行綜合評價［15～16］，由主成分因子特征值、貢獻率（表3）、載荷矩陣（表4）及特征向量值（表5）分析結果可知，主成分因子1、2、3 可作為綜合評價因子，其特征值分別為2.542、2.012、1.635。

表3 主因子特征值及貢獻率

表4 旋轉后因子載荷矩陣

表5 特征向量值

將得到的特征向量值與標準化后的數據相乘，得到主成分分值F1、F2、F3，由綜合得分進行排序，結果見表6。 綜合得分=特征值1/（特征值1+特征值2+特征值3）*F1+特征值2/（特征值1+特征值2+特征值3）*F2+特征值3/（特征值1+特征值2+特征值3）*F3［15］。 由表6 中綜合得分的排序可知‘費烏瑞它’微量元素含量綜合評價最佳，其次是‘克新1 號’，‘青薯168’最差。 如果以微量元素作為評價因子，‘費烏瑞它’為最優品種。

表6 主因子和綜合主因子分值

3 討論

馬鈴薯是一種低脂肪高營養的食品，它在人類營養方面起著重要作用，亦是世界第四大糧食作物。 其微量元素也是生命的重要組成部分，雖然在人體內的含量不多，但與人的生存和健康息息相關［16］，它們的攝入過量或不足都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病［17］。 通過對12 個不同品種馬鈴薯中Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、Cr、Ni 微量元素含量進行測定，不同品種間微量元素含量均值順序為Fe＞Cu＞Zn＞Mn＞Ni＞Mo＞Cr＞Co，其中Fe 的含量在24.99～107.06 mg/kg 之間；Mn 的含量在1.38～8.47 mg/kg 之間；Zn 的含量在1.71～26.46 mg/kg之間；Cu 的含量在2.32～19.96 mg/kg 之間；Mo 的含量在0.078～0.536 mg/kg 之間；Co 的含量在0.021～0.075 mg/kg 之間；Cr 的含量在0.039～0.118 mg/kg之間；Ni 的含量在0.302～0.912 mg/kg 之間。 表明新造耕地下馬鈴薯中Fe、Cu 元素含量較豐富，Co 元素含量最少。 根據廖虹等的研究，馬鈴薯中Fe 的含量在25.43～276.63 mg/kg 之間，Mn 的含量在3.14～9.19 mg/kg 之間；Zn 的含量在12.63～34.53 mg/kg 之間；Cu 的含量在6.10～24.73mg/kg 之間［18］。 如圖1所示，與本研究的結果相比較，其含量均高于本研究的最小值與最大值，究其原因可能是栽培環境條件不同造成的結果，根據前期對延安新造耕地中土壤微量元素的測量發現新造耕地中土壤微量元素的含量較匱乏，馬鈴薯生長發育所需的微量元素不足。

圖1 不同研究下微量元素含量比較

彭玉華等對紅錐葉營養元素分析結果顯示微量元素之間存在正相關關系［13］。 通過分析發現馬鈴薯中微量元素間的吸收與積累存在著顯著的正相關關系，說明馬鈴薯間的微量元素不是孤立的，存在相互協同促進作用，這與前人的分析結論相一致。通過主成分分析及綜合得分排序得出‘費烏瑞它’微量元素含量綜合評價最佳，其次是‘克新1 號’，‘青薯168’ 最差。 綜合評價結果對后期馬鈴薯品種的進一步篩選具有一定的參考價值和重要意義。

陳怡平等研究指出，黃土高原退耕還林還草工程實施后，植被面積增加，耕地減少［1］，這也從側面進一步體現出新造耕地的迫切性。 同時微量元素在生物生命活動中起著至關重要的生理學功能，參與蛋白質結構，并與蛋白質和其他有機基團結合參與維生素、激素、酶等生物大分子合成。它的代謝失衡會導致一系列病理改變并最終導致疾病。因此通過對延安新造耕地下不同品種馬鈴薯微量元素含量的比較與分析，可以進一步篩選出高經濟附加值并適宜在當地種植的優良品種，為當地生態農業發展、當地群眾脫貧致富提供新途徑。