月季花瓣?duì)I養(yǎng)成分評(píng)價(jià)及主成分和聚類分析

張孟琴，徐路，孫亞真，石建輝

1(銅仁學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 銅仁， 554300)2(洛陽(yáng)海關(guān)綜合技術(shù)服務(wù)中心，河南 洛陽(yáng)，471003)

月季花又稱“月貴化”、“月月紅”等，素有“花中皇后”之美譽(yù)[1]。月季花具有活血、抗毒、抑菌、抗癌、抗氧化、增強(qiáng)細(xì)胞免疫力等作用，在醫(yī)藥上常被用于治療月經(jīng)不調(diào)、肝郁脾虛、跌打腫痛等病理癥狀[2-7]。于佳[8]對(duì)金銀花、月季花、茉莉花等中的活性成分進(jìn)行了抗衰老功效測(cè)定，結(jié)果顯示月季花提取物的抗氧化能力最強(qiáng)，其中對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基清除率達(dá)到 98.65%。蔡元元[9]研究發(fā)現(xiàn)，用正丁醇從月季花提取的黃酮粗提物對(duì)肝癌SMMC-7721細(xì)胞具有較好的抑制作用；劉英發(fā)等[10]、李艷等[11]分別把月季花的水提物作用于外源性一氧化氮損傷的胰島細(xì)胞和大鼠腦缺血再灌注損傷，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)月季花提取物對(duì)受損細(xì)胞具有保護(hù)作用。同時(shí)，月季花還是重要的保健品原料和理想天然色素[12-13]。目前，以月季花瓣為原料開(kāi)發(fā)的月季保健茶、保健枕、月季花精油、月季花糕點(diǎn)等產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的青睞和喜愛(ài)[14-15]，其開(kāi)發(fā)價(jià)值和前景不可估量。相比月季種植面積的不斷擴(kuò)大，月季花產(chǎn)品的深加工開(kāi)發(fā)仍然是制約其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。前期研究集中于新品種引進(jìn)培育和主要性狀分析上[16-17]，未見(jiàn)對(duì)不同品種月季花營(yíng)養(yǎng)成分差異性的測(cè)定和通過(guò)主成分及聚類分析對(duì)不同栽培品種親緣關(guān)系進(jìn)行分析的報(bào)道。本文選取10種月季主栽品種花瓣為材料，對(duì)其基本營(yíng)養(yǎng)成分的含量進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而通過(guò)相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析等對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為月季花的品種鑒定及親緣關(guān)系、月季花資源的利用和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

月季花(品種1“香云”、2“緋扇”、3“粉扇”、4“口紅”、5“亞克力紅”、6“畫(huà)魂”、7“自由之鐘”、8“坦尼卡”、9“電子表”、10“小粉紫”)，南陽(yáng)市中國(guó)月季園內(nèi)，每個(gè)品種隨機(jī)采摘10個(gè)樣品；各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心生產(chǎn)；HNO3(優(yōu)級(jí)純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LGJ-30s真空冷凍干燥器，北京松源華興科技公司；FR-200MKII電子天平，日本A/D公司；Tecator Digestor高溫消化爐、Kjeltec 8200全自動(dòng)凱氏定氮儀，德國(guó)Fuchs公司；中階梯光柵-交叉色散全譜直讀型ICP發(fā)射光譜儀，美國(guó)Leeman公司；ETHOS-1微波消解儀，意大利Miletstone公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料前處理

將各品種的月季花樣品放置于真空冷凍干燥器內(nèi)干燥36 h，粉碎后過(guò)篩，置于自封袋內(nèi)，冰箱低溫保存。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)成分含量的測(cè)定

蛋白質(zhì)和脂肪含量的測(cè)定分別參照文獻(xiàn)[18-19]中的方法，并加以改進(jìn)。用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)測(cè)定樣品內(nèi)的礦物元素含量。標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、微波消解程序及ICP參數(shù)設(shè)置等均參照文獻(xiàn)[20]中的方法和條件，每個(gè)樣品均消解和測(cè)定3次。檢測(cè)波長(zhǎng)為K(769.897 nm)、Mg(279.078 nm)、Ca(315.887 nm)、Na(589.592 nm)、Zn(206.200 nm)、Fe(239.563 nm)、Cu(327.396 nm)、Mn(259.372 nm)、Se(196.090 nm)。

1.3.3 主成分分析

主成分分析(principal component analysis，PCA)中的PC值按公式(1)進(jìn)行計(jì)算[21]：

(1)

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2013對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；采用Microsoft SPSS 21.0進(jìn)行相關(guān)性分析和PCA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白質(zhì)、脂肪含量分析

由表1可知，月季花樣品中蛋白質(zhì)平均含量為8.93%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，“自由之鐘”蛋白質(zhì)含量最高(10.71±0.13)%；脂肪平均含量為1.28%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，“香云”脂肪含量最高(2.07±0.01)%。蛋白質(zhì)含量的最大差異為39.6%，變異系數(shù)為12.4%；脂肪含量的最大差異為233.8%，變異系數(shù)為34.3%。

表1 不同品種月季花瓣蛋白質(zhì)、脂肪含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2.2 礦物元素含量分析

2.2.1 常量元素含量及分析

月季花樣品中常量元素含量大小順序?yàn)镵>Ca>Mg>Na，且常量元素的含量差異達(dá)顯著水平(表2)。K平均含量為14 459.41 μg/g，變異系數(shù)為9.57%，“畫(huà)魂”中K含量最高；Ca平均含量為2 171.43 μg/g，變異系數(shù)為 17.71%，“坦尼卡”中Ca含量最高；Mg 平均含量為 1 692.21 μg/g，變異系數(shù)為 13.7%，“小粉紫”中Mg含量最高；Na平均含量為53.04 μg/g，其變異系數(shù)為85.3%，“小粉紫”月季花瓣中Na的含量最高。

表2 月季花瓣常量元素含量 單位：μg/g

2.2.2 微量元素含量及分析

所測(cè)樣品微量元素含量大小順序?yàn)镕e>Mn>Zn>Cu>Se(表3)，變異系數(shù)均大于10%，且品種間差異顯著。其中Fe平均含量為93.31 μg/g，“亞克力紅”Fe 的含量最高[(122.96±3.30) μg/g]；Mn平均含量為 30.98 μg/g， Cu平均含量為3.70 μg/g，Zn平均含量為 20.89 μg/g，Se平均含量為0.87 μg/g。其中“小粉紫”中Mn 含量[(39.11±1.95) μg/g]、Cu含量[(4.66±0.47) μg/g]、Zn含量[(26.19±2.03) μg/g]、Se[(1.18±0.034) μg/g]均為最高。

2.3 各成分含量的相關(guān)性分析

由表4可知，各組分間相關(guān)性顯著。蛋白質(zhì)含量分別與脂肪、Mg、K、Cu等顯著相關(guān)；脂肪含量分別與Mg、Cu、Na、Zn等顯著相關(guān)；Mg含量與Ca、K、Cu、Na、Zn、Fe呈顯著相關(guān)；Ca含量與Mn、Cu、Zn、Fe呈顯著相關(guān)；K與Fe、Mn和Na與Zn分別呈極顯著正相關(guān)。

表3 月季花瓣微量元素的含量 單位：μg/g

表4 月季花瓣各營(yíng)養(yǎng)成分間相關(guān)性矩陣

2.4 不同品種月季花各營(yíng)養(yǎng)成分的主成分及聚類分析

2.4.1 主成分分析

本文共提取到4個(gè)原始特征值大于1的主成分，其累積貢獻(xiàn)率較高(83.24%)(表5)。其中第1、2主成分分別解釋總變量信息的41.11%和19.76%，第3、4主成分分別解釋總變量信息的13.32%和9.14%。其中蛋白質(zhì)、脂肪、Cu、Mg、Na對(duì)第1主成分有較高的載荷值(表6)，說(shuō)明這些成分與第1主成分有較高的相關(guān)性；Mn、Zn、Ca對(duì)第2主成分有較高的載荷，表明它們和第2主成分之間有較高的相關(guān)性。第1和第2主成分因子對(duì)總方差的累積貢獻(xiàn)率較高，達(dá)60.78%，所以，月季花中的特征成分應(yīng)為脂肪、蛋白質(zhì)、Cu、Mg、Na、Mn、Zn、Ca。

以PC1為橫坐標(biāo)，PC2為縱坐標(biāo)，將通過(guò)計(jì)算得出的PCs標(biāo)入坐標(biāo)系中，獲得PCs二維圖。如圖1所示，發(fā)現(xiàn)100個(gè)樣品聚成了10個(gè)群，每個(gè)群代表1個(gè)品種，其中品種1(香云)、5(亞克力紅)、4(口紅)集中位于二維散點(diǎn)圖的左區(qū)域，品種2(粉扇)、6(畫(huà)魂)、9(電子表)、7(自由之鐘)位于下區(qū)域，品種3(緋扇)位于中上區(qū)域，品種8(坦尼卡)位于右上區(qū)域，品種10(小粉紫)位于右區(qū)域，主成分分析圖把10個(gè)品種很好地分成了5個(gè)區(qū)域。

2.4.2 聚類分析

本文利用歐氏距離計(jì)算法結(jié)合SPSS 對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了系統(tǒng)聚類(圖2)，發(fā)現(xiàn)品種1(香云)、5(亞克力紅)、4(口紅)聚為一類；品種2(粉扇)、6(畫(huà)魂)、9(電子表)、7(自由之鐘)聚為一類；品種3(緋扇)、8(坦尼卡)、10(小粉紫)各自單獨(dú)成類。該分析結(jié)果與上述主成分分析結(jié)果顯示一致。

表5 相關(guān)系數(shù)特征根和方差貢獻(xiàn)率

表6 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷陣

圖1 主成分得分的PC1-PC2二維散點(diǎn)圖

圖2 不同品種月季花聚類分析

3 結(jié)論與討論

本研究測(cè)定了不同品種月季花瓣中蛋白質(zhì)、脂肪和礦物元素等成分的含量，研究結(jié)果表明月季花瓣中蛋白質(zhì)含量較高(7.67%～10.71%)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，脂肪含量較低(0.62%～2.07%)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。常量元素中K含量最高(12 990.28～16 908.7 μg/g)，Ca含量(1 612.35～2 875.39 μg/g)和Mg含量(1 395.18～2 176.9 μg/g)次之，Na含量較低(22.05～175.96 μg/g)。微量元素中Fe含量為 69.92～145.37 μg/g，Cu含量為 2.87～4.66 μg/g，Zn含量為 15.73～26.19 μg/g，Mn含量為 16.63～58.98 μg/g，Se含量為 0.67～1.18 μg/g。其中“小粉紫”品種中 Na、Mg、Mn、Cu、Zn、Se 等元素的含量均最高。因不同植物都有各自不同的元素特征譜，因此，在以微量元素為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)良品種選育時(shí)，“小紫粉”可作為重點(diǎn)栽培對(duì)象進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。

所測(cè)營(yíng)養(yǎng)成分的含量除 K 元素的變異系數(shù)(9.57%)略小于 10% 外，其余各成分的變異系數(shù)均較大，說(shuō)明這些成分在月季花品種間遺傳變異較大，在進(jìn)行月季花的優(yōu)異種質(zhì)資源篩選時(shí)選擇余地較大[22]。

主成分和系統(tǒng)聚類分析均能很好地把10個(gè)月季品種進(jìn)行劃分，說(shuō)明在對(duì)不同品種月季花進(jìn)行分類時(shí)這2種方法是可行的。物種間的化學(xué)成分與親緣關(guān)系之間存在著一定關(guān)聯(lián)，親緣關(guān)系較近的物種常常含有含量相同或相近的化學(xué)成分，因此，可根據(jù)月季花品種間的元素成分含量特點(diǎn)作為育種目標(biāo)性狀進(jìn)行利用。