菠菜種質資源營養品質分析與評價

李晗懿，彭楓，張力劼，李陽，戴雨柔，葛晨輝，蔡曉鋒，

（1.上海師范大學生命科學學院植物種質資源開發協同創新中心，200234；2.上海尚師農業科技有限公司）

菠菜（Spinacia oleraceaL.）又名波斯菜、赤根菜、鸚鵡菜等，莧科藜亞科菠菜屬植物，一二年生草本植物[1，2]。 菠菜對環境的適應性強且廣，具有供應期長、栽培方式多樣等優點，可實現周年栽培和供應， 作為鮮食和加工種質在各個國家廣泛種植，現已成為我國最常見、 群眾食用最廣泛的蔬菜之一，同時也是我國出口創匯的主要蔬菜之一。

菠菜含有很多對健康有益的化合物，有“營養模范生”之稱，是蛋白質含量較高的一種蔬菜，富含類葉酸、胡蘿卜素、維生素C、維生素K、礦物質（鈣質、鐵質等）、輔酶等多種營養素[3]。但研究表明菠菜也是一種硝酸鹽、草酸累積性蔬菜。 硝酸鹽在胃中易產生亞硝胺，而亞硝胺具有強烈的致癌作用[4]。草酸不僅影響人體對鈣、 鎂和鋅等礦質元素的吸收，而且在人體中容易與鈣離子形成草酸鈣，導致腎結石[5]。

菠菜是營養含量較高、 易于種植的常見蔬菜，研究菠菜種質資源的抗逆能力和營養品質分析等有利于篩選出性狀優良的種質，為菠菜的優質栽培提供依據。 張南[6]測定了具有耐寒性差異的菠菜種質在低溫脅迫處理下的多項指標，從而制定一套綜合評價菠菜耐寒性的體系。沈丹婷等[7]對不同來源、市場上常見的14 份菠菜種質資源不同生長時期的耐熱性進行測定發現，菠菜種子的萌發期和苗期的耐熱性并無顯著關系。何海華[8]在40 份菠菜種質資源中，利用盆栽法與水楊酸法，篩選出不同氮素水平下的低硝酸鹽種質。 李錫香等[9]對來自神農架和三峽地區的42 個菠菜種質材料的營養含量進行鑒定，篩選出營養品質好的多個種質，為菠菜的優質栽培提供依據。

隨著消費者對高品質蔬菜的要求不斷提高，優質栽培日益受到重視， 而優良種質是高質量栽培的基礎。 菠菜作為營養含量較高、 易于種植的常見蔬菜，其栽培技術、抗逆能力等方面的研究較多，而營養品質具體分析方面仍有較大空白[10，11]。 菠菜種質資源的營養品質分析有利于篩選營養含量豐富的種質。為評價菠菜核心種質資源的營養品質，現對150 份菠菜種質資源進行營養成分測定和比較分析，以篩選出營養品質含量豐富，硝酸鹽、草酸等含量低的種質，為菠菜的優質新種質選育提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為上海師范大學種質資源中心園藝系蔬菜課題組收集并保存的150 份菠菜種質資源，所有材料均為該課題組多年來選育的中間材料或高代自交系 （表1）。

表1 菠菜種質資源營養品質多樣性分析

1.2 試驗方法

2020年9月29日播種育苗，基質為草炭和蛭石（3∶1），催苗處理，育苗初期2～3 d 澆1 次水。2 葉1 心后每天澆1 次水，3 d 施1 次氮、 鉀肥；5～6 片真葉時，移植在大棚中。 成熟后，以每個種質資源為單位，隨機選取長勢相近的植株樣品，去根洗凈后冷凍研磨，置于冰箱中備用。

1.3 菠菜品質指標測定

維生素C 和可溶性蛋白含量測定參考林力浩[12]的方法，草酸含量測定參考Cai 等[5]的方法，硝態氮含量測定參考趙麗輝等[13]的方法，可溶性糖含量測定參考齊敏等[14]的方法。

1.4 數據分析

采用Excel 計算各個營養指標的平均值、 最小值、最大值、標準差、變異系數、遺傳多樣性指數等。利用SPSS 23 進行相關性與聚類分析，采用系統聚類組間聚合的方法對150 份菠菜種質進行聚類，采用平方歐式距離繪制聚類分析圖。

采用隸屬函數法對菠菜種質進行綜合評價，分別對菠菜的優良品質指標（維生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量） 和不良品質指標（草酸和硝酸鹽含量）計算平均隸屬函數值，并計算二者間的差值，差值越大，表明該種質含有較高的維生素C、可溶性蛋白和可溶性糖，以及相對較低的草酸、硝酸鹽含量[14]。隸 屬 函 數 值 計 算 公 式 為W=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），Xmax和Xmin為某個指標的最大值和最小值。

2 結果與分析

2.1 營養品質分析

①維生素C 150 份菠菜種質的維生素C 含量在170.29～422.26 mg/kg，平均值為290.27 mg/kg，標準差為49.29，變異系數較大，為16.98%（表2）。種質C133 的維生素C 含量最高，達422.26 mg/kg，其次表現較優的（＞380 mg/kg）種質是C275、C169、C314、U59、U327、C253。 表現最差的是U269，維生素C 含量為170.29 mg/kg，低于均值41.34%。

②可溶性蛋白 150 份菠菜種質的可溶性蛋白含量在15.41～36.73 mg/g， 平均值為23.50 mg/g，標準差為2.53，變異系數為10.75%（表2）。種質C242的可溶性蛋白含量最高，達36.73 mg/g，其次表現較優的（＞27 mg/g） 是SP -6、U74、U303、C270、U32、U65。表現最差的是U18，可溶性蛋白含量15.41 mg/g，低 于 均 值34.47%。

③可溶性糖 150 份 菠菜種質的可溶性糖含量在4.30%～10.85%，平 均 值 為6.69%， 標準差為1.34，變異系數為20.09%（表2）。種質U27 的可溶性糖含量最高，達10.85%，其次表現較優的（＞9%）是U58、C105、SP-1、U48、U333、U269、C314。 表現最差的是C271，可溶性糖含量為4.30%，低于均值35.82%。

④草酸 150 份菠菜種質的草酸含量在21.45～29.18 mg/g，平均值為25.66 mg/g，標準差為1.52，變異系數較小，為5.94%（表2）。種質U7 的草酸含量最低，為21.45 mg/g，其次較低的（＜23 mg/g）是C302、U58、U132、U10、U187。 含量最高的是U223，草酸含量為29.18 mg/g，高于均值13.72%。

⑤硝態氮 150 份菠菜種質的硝態氮含量在91.16～597.39 μg/g， 均值308.24 μg/g， 標準差為105.40，變異系數較大，為34.19%（表2）。種質U141的硝態氮含量最低， 為91.16 μg/g， 其次較低的（＞120 μg/g）是U94、C132、C240、U290、C169。 含量最高的是U292，硝態氮含量高達597.39 μg/g，高于均值93.81%。

表2 菠菜種質資源營養品質多樣性分析

綜合分析，營養品質指標中硝態氮的變異系數最大（34.19%），草酸的變異系數最小（5.94%），變異系數順序為硝態氮＞可溶性糖＞維生素C＞可溶性蛋白＞草酸（表2）。 應選維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量較高，而硝態氮、草酸含量較低的菠菜種質。

測定結果表明，150 份菠菜種質的遺傳多樣性指數在1.873～2.078，多樣性豐富（表2）。

2.2 菠菜種質資源隸屬函數值分析

菠菜的營養品質要考慮多方面因素，利用平均隸屬函數值對菠菜的優良品質指標和不良品質指標進行綜合分析。結果表明優良指標平均隸屬函數值的變異區間為0.149～0.705，均值為0.407，標準差為0.093； 不良指標平均隸屬函數值的變異區間為0.074～0.904， 均值為0.486， 標準差為0.154 （表3）。

表3 菠菜種質平均隸屬函數分析

用優良品質指標和不良品質指標的平均隸屬函數值作差，差值越大，說明該種質的維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量高，同時草酸、硝態氮含量低，其營養品質越優。 差值越小，說明該種質的有益元素含量少，而有害元素含量高，營養品質越差。

150 份菠菜種質的優良指標和不良指標的平均隸屬函數值差值的變異區間在-0.595～0.364， 均值為-0.080，標準差為0.210（表3）。表現最好、營養品質最優的是C133， 綜合平均隸屬函數值為0.364；其次較優的是C302 和C132，綜合隸屬函數分別為0.350 和0.345 （表4）； 此 外，C314、U141、C169、C275、U59 和C299 也表現良好 （綜合隸屬函數在0.20～0.30）。

表4 營養品質較優種質平均隸屬函數值

2.3 菠菜種質資源營養品質相關性分析

通過對150 份菠菜種質的5 個營養指標進行相關性分析，能夠看到各指標的內在聯系，從而通過對某一營養指標的選擇來影響另一營養指標。

分析結果（表5）表明，維生素C 與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關，與草酸、可溶性糖、硝態氮呈極顯著負相關； 可溶性蛋白與可溶性糖呈極顯著負相關，與草酸呈顯著負相關； 可溶性糖與草酸、硝態氮呈微弱負相關；草酸與硝態氮呈微弱正相關。

表5 菠菜種質資源各營養指標的相關性分析

2.4 菠菜種質資源聚類分析

基于5 個營養品質指標對150 份菠菜核心種質資源進行聚類分析（圖1）。 在距離為8 處聚為7 個組群， 不同組群的營養品質指標具有一定差異。

圖1 150 份菠菜種質資源聚類分析

第1 組群最大， 包含58 份材料，占比38.67%，主要特點是綜合品質指標平均隸屬函數值位居中等水平，整體營養品質一般。

第2 組群包含13 份材料，主要特點是優良品質指標含量較高，不良品質指標含量較低，綜合品質指標屬中上游，營養品質較好。

第3 組群包含38 份材料，主要特點是優良品質指標含量屬中等水平， 硝態氮含量較低， 綜合品質指標平均隸屬函數較低屬中游水平，營養品質中等。

第4 組群包含1 份材料，為U269，主要特點是維生素C 含量最低，可溶性糖含量較高，草酸和硝態氮含量較低，綜合平均隸屬函數低于均值，營養品質屬中游水平。

第5 組群包含1 份材料，為C169，主要特點是維生素C 含量較高，可溶性蛋白、可溶性糖含量、草酸含量和硝態氮含量遠低于均值，綜合平均隸屬函數較高，函數值位居第6，營養品質好。

第6 組群包含6 份材料， 主要特點是優質品質指標（維生素C、可溶性糖含量）均較低，不良品質指標（草酸與硝態氮）含量遠高于均值，隸屬函數值極高，綜合品質指標平均隸屬函數低，營養品質差。

第7 組群包含33 份材料， 主要特點是維生素C 含量較低， 優良品質指標平均隸屬函數較低；草酸、硝態氮含量較高，不良品質指標平均隸屬函數較高，營養品質較差。

3 討論與結論

本研究對150 份菠菜種質資源的營養品質進行檢測和綜合性分析發現，5 個營養品質指標的變異系數區間為5.94%～34.19%， 其中硝態氮的變異系數最大，其次是可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白和草酸含量。 150 份菠菜種質的維生素C 含量平均值為290.27 mg/kg， 含量超過360 mg/kg 的種質有14 個， 占材料總數的9.33%； 含量超過330 mg/kg的種質有76 個，占材料總數的50.67%。 可溶性蛋白含量平均值為23.50 mg/g， 含量超過26 mg/g 的有15 個，占材料總數的10%。可溶性糖含量平均值為6.69%，含量高于8.5%的有17 個，占材料總數的11.33%。 草酸含量平均值為25.66 mg/g，含量低于23 mg/g 的有6 個，占材料總數的4%；低于24 mg/g的有22 個， 占比14.67%， 硝態氮含量均值為308.24 μg/g，含量低于120 μg/g 的有6 個，占材料總數的4%；低于200 μg/g 的有19 個，占比12.7%。檢測的菠菜種質各營養指標變異豐富，為后期篩選優質菠菜品種提供良好的材料基礎。

與張瑞等[15]對崇明島有機栽培菠菜的12 個種質的品質分析結果相比，本試驗數據結果的變異區間較大，本研究的150 份菠菜種質的優良營養品質指標的均值低于崇明島有機栽培菠菜的種質，不良營養品質指標的均值高于崇明島的種質，總體質量低于崇明島種質。導致這種結果的原因可能是張瑞等[15]試驗研究的12 個種質為已經推廣使用的優質種質，而本試驗的150 個菠菜種質品質多樣，具有明顯的營養品質梯度。

本試驗將菠菜的營養品質指標分為優良品質指標（包括維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量）和不良品質指標（包括草酸、硝酸鹽含量）2 個方面[14]，采用模糊數學隸屬函數法進行綜合評價。 150份菠菜種質的優良指標和不良指標的綜合平均隸屬函數值的變異區間在-0.595～0.364，均值為-0.080，表現最好、營養品質最優的是C133，其次較優 的 是C302、C132、C314 和U141。 此 外，C169、C275 和U59 也表現較為良好。

基于5 個營養品質指標對150 份菠菜種質的聚類分析，在距離為8 處聚為7 個組群，包含2 個小組群，5 個大組群。 分類匯總各個組群的主要特點，總結出不同組群的各個營養品質指標具有一定差異特征。 C133 位于第2 組群，其營養品質優良，顯著優于其他種質，為150 份菠菜種質資源中的最優種質，且該組群中各種質營養品質均較優，可作為優質種質資源加以利用。