不同氮素水平對葉用甘薯營養品質的影響

王和壽

（寧德市農產品質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，具有適應性強、抗性好及作為蔬菜食用品質優等特點，與常見的葉用型蔬菜相比，具有更高的營養價值。甘薯葉中蛋白質含量豐富，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]。黃酮類物質是一種重要的天然酚類化合物，屬于次級代謝產物，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現，甘薯葉富含黃酮類物質，且高于甘薯塊根。李鑫[7]和李佳銀等[8]研究發現，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保健型蔬菜，在我國隨著人們生活品質的提高，葉用甘薯也被廣大群眾所青睞。在這種新形勢下，探索葉用甘薯品質調優栽培技術對于甘薯產業的發展具有重大的意義。

氮素是植物生長過程中不可或缺的重要元素之一，優化氮素水平是改善作物產量和品質的有效手段[9]。當前氮素對葉用甘薯品質影響特別是對黃酮物質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、蛋白質和還原糖等營養物質含量的影響，為葉用甘薯品質調優栽培技術提供理論依據和技術支撐。

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71為試驗材料，這2個品種均由福建省農業科學院作物研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗在福建省寧德市蕉城區洋中鎮進行。試驗地為沙壤土，土壤肥力狀況為有機質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。種植前統一施用20.00g/m2復合肥（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，株行距為20cm×25cm，面積為5.0m×1.6m，設置3個重復，隨機排列。其他管理措施統一按常規栽培進行。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。每個小區進行3次重復取樣，取樣后進行考種制樣，測定樣品中黃酮類化合物、可溶性蛋白質和可溶性糖含量。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 黃酮類物質 樣品前處理：稱取樣品分別經干燥、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/min離心30min。吸取上清液2.00mL于10.00mL離心管內，加入0.10g凈化劑C18后充分振蕩，5000轉/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 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 產量 為消除邊際效應，將每個試驗組除邊行外，中間區域等分為3個區域，每個區域內株數均為20株，即對每個試驗組進行3次重復取樣，取樣后分別進行稱重。

1.4 數據處理

采用Excel建立數據庫，并用SPSS 19.0完成相關的數據及分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮素梯度對甘薯葉中黃酮類化合物產量的影響

液質色譜檢測結果（表1）發現，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的含量及質量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，檢測結果（表1）顯示，在未施N情況下（CK處理組），臺農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）。

試驗結果（表2）發現，甘薯葉片6種黃酮類物質與施N量關系密切，呈極顯著負相關關系（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，各類物質含量持續下降，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71葉片中總黃酮質量影響不顯著（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 各黃酮類物質與氮素水平之間的相關性分析Table 2 Correlation analysis between flavonoids and nitrogen level

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

經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類黃酮化合物產生顯著影響。針對模型的多重共線性進行檢驗發現，各黃酮類物質與氮素水平之間的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(x)=45.496–0.126x，F(x)=0.386–0.00087x，F(x)=1.031–0.0026x，F(x)=0.063–0.00014x，F(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性（P＜0.01），解釋了氮素水平對各黃酮類物質產生顯著的負向影響關系。

表3 各黃酮類化合物與氮素水平之間線性回歸關系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和可溶性糖的影響

已有研究[1]顯示，葉用甘薯中蛋白質含量豐富，是優質的蛋白源，可溶性蛋白質和可溶性糖含量的高低是評價其品質的重要考量。本試驗結果（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71（P＜0.05），顯示了更高的營養價值。但在施用N肥后，福菜薯18和臺農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量處理之間蛋白質含量沒有顯著差異（P＞0.05），2個品種表現一致。從單位面積可溶性蛋白質量的變化來看，臺農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）。總體而言，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71（P＜0.05）。從單位面積可溶性糖質量變化來看，臺農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，之后繼續增加N肥可溶性糖含量下降，但降幅不顯著（P＞0.05）。

相關性分析（表5）發現，施N量與甘薯葉片可溶性蛋白含量呈極顯著的負相關關系（P＜0.01），與可溶性糖含量為正相關關系，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關系（P＜0.05）。這可能是隨著施用N肥后，甘薯營養生長加快，可溶性蛋白的絕對量雖然較高，但單位質量的相對含量反而下降。而施N促進營養生長，有利于植株進行光合作用，增加光合產物，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性分析Table 5 Correlation analysis between soluble protein,soluble sugar and nitrogen level

經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生影響。針對模型的多重共線性進行檢驗發現，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，模型構建良好。模型的R2數值為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為-0.11，并且呈現出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出極顯著的負向影響關系。可溶性糖與可溶性蛋白的回歸系數為-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關系。

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

3 討論

黃酮類物質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量，也要注重其保健品質。

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系。除二氫槲皮素未檢測出來外，臺農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關系，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現，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]在研究中發現，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]發現，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，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合成的關鍵酶[13]，可能是因為充足的N肥供應，促進植株旺盛生長，減少次生代謝物黃酮類物質的合成與積累。

可溶性蛋白是一類重要的蛋白質，其主要成分包含參與各種代謝的酶，在細胞的滲透調節中起到重要作用，是有效的有機滲透調節物質[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。本試驗結果發現，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，營養生長速度加快，可溶性蛋白的絕對量雖然較高，但單位質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物之一，是甘薯保持快速生長的物質基礎，也對調節逆境生理具有重要的作用[17]。本試驗發現，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71和福菜薯18的可溶性糖含量均達到最高，這個趨勢與關佳莉等[18]和姜麗麗等[19]的研究一致，可能是由于在低氮的環境下，植株的滲透調節能力加強，快速積累了大量的碳源用于自身的生長，當周邊環境的氮素含量不斷提高時，植株代謝將大量的可溶性糖轉化為碳架，從而導致體內可溶性糖含量下降[17]。

4 結論

本試驗發現在施N量達到262.50g/m2（T3）時，繼續增加施N量，對于臺農71和福菜薯18的產量及其營養品質均無顯著提升（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量，又可以保證其保健品質，可以作為指導科學施肥的依據。