木薯块根矿质元素分布规律研究

林立铭，魏 艳，黄 洁，韩全辉，叶剑秋

(1.海南大学 农学院，海南 海口 570228;2.中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南 儋州 571737)

木薯(Manihot esculenta Crantz)属于大戟科木薯属植物，主要用于食用、饲用和加工，是12.7%世界人口的主粮，木薯块根约含有80.0%～90.0%木薯肉、10.0%～14.0%薯内皮(简称木薯皮)和1.0%～2.0%薯外皮［1-2］。吴朝霞等［3］报道木薯块根中含85.0 mg/hg Ca 和30.0 mg/hg P;Katayama 等［4］报道木薯块根中淀粉和Mg 含量高于甘薯;陈晓明等［5］研究结果表明木薯皮中K 含量最高，Na、Ca、Mg 次之，但将木薯肉、木薯皮分开测定其矿质元素及分布规律等研究鲜见报道。近年来，国内外对水稻和小麦等粮食作物的矿质元素分布规律有较多研究［6-8］，还有营养研究表明，甘薯［9-10］中含有丰富的Ca、P、Fe，马铃薯［11］中含有丰富的K，红枣、核桃、杏仁等［12-14］含有丰富的Fe 和Zn，基于以上的矿质营养研究，人们已研发生产一些具有保健功能的高附加值产品，从而大幅提高以上作物的经济价值，并促进其产业发展。目前，我国木薯综合利用程度低，高附加值产品少，已影响到产业的健康发展，为此，本试验测定3个木薯品系木薯肉、木薯皮中的7 种矿质元素，并研究其分布规律，这将为木薯深加工研发提供一定的理论依据，拓展其产业链，提高木薯肉、木薯皮的综合利用价值，最终增强木薯产业的综合竞争力，在此基础上探讨了矿质元素在木薯抗性中的作用，为进一步木薯抗性研究提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所选育的高产、高淀粉木薯品系E24、E1424 和F701，种植在海南省白沙县的白沙综合试验站基地，2012 年11 月15 日采样，全生长期10 个月。种植地土壤条件为pH 5.95，有机质含量0.69%，碱解氮42.10 mg/kg，速效磷(P2O5)3.53 mg/kg，速效钾(K2O)52.54 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集与预处理 收获时，每个木薯品系随机取3 株，每株选取大、中、小薯块各2 条，要求薯块外观无损、无病虫害。然后，洗净抹干，擦去薯外皮，剥离木薯皮后，对木薯肉、木薯皮的头(离薯柄2～5 cm)、中(中间3 cm)、尾(离薯尾2～5 cm)3 部分，分别切取3 cm 长的木薯肉和木薯皮，切丝混匀后，从中取100 g 鲜样烘干打粉。

1.2.2 测定方法 样品中的矿质元素采用等离子发射光谱法测定［15］，在本试验测定方法中，用干灰化法消化样品时，因样品直接放入(500±20)℃的马弗炉中加热2 h，不能充分消化完全，故作如下改进:①将称取好样品的坩埚，加盖，留一小缝;②将坩埚放置在电炉上以低温加热至不再冒烟;③逐渐升高温度至最大，灰化至样品呈灰白色;④转移至马弗炉中以(500±20)℃加热2 h，即可灰化完全。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2003 和SAS 9.0 进行方差分析和相关性分析，显著性检验为t 检验。

2 结果与分析

2.1 矿质元素含量

木薯肉、木薯皮中的矿质元素含量测定结果见表1。木薯肉干样中含788.5～987.0 mg/hg K、47.0～52.9 mg/hg Ca、86.0～104.6 mg/hg Mg、1.54～1.95 mg/hg Fe、0.76～1.37 mg/hg Mn、0.96～1.79 mg/hg Zn、0.18～0.36mg/hg Cu;木薯皮干样中含516.5～745.8 mg/hg K、545.0～658.0 mg/hg Ca、41.8～65.5 mg/hg Mg、3.40～7.16 mg/hg Fe、5.76～7.93 mg/hg Mn、3.11～4.70 mg/hg Zn、0.36～0.84 mg/hg Cu;木薯肉中K 和Mg 含量分别是木薯皮的1.1～1.9 和1.3～2.5 倍，均达极显著差异;木薯皮中的Ca、Fe、Mn、Zn 和Cu 含量分别是木薯肉的10.3～14.0、1.7～4.6、4.2～10.4、1.7～4.9 和1.0～4.6 倍，均达极显著差异。

表1 木薯肉、木薯皮的矿质元素含量Tab.1 Mineral element content of the flesh and cortex

2.2 木薯肉矿质元素含量的相关性分析

木薯肉中矿质元素含量的相关性分析结果见表2。木薯肉的K 与Zn 含量呈极显著正相关，Fe 与Mg 含量呈极显著正相关，Ca 与Mg、Fe 含量均呈显著正相关。

表2 木薯肉矿质元素含量的相关性分析Tab.2 Correlation analysis of mineral elements content of the flesh

2.3 木薯皮矿质元素含量的相关性分析

木薯皮中矿质元素含量的相关性分析结果见表3。木薯皮的Ca 与Fe 含量呈极显著负相关，K 与Mn 含量呈显著负相关，Ca 与Zn 含量呈显著正相关，Mg 与Mn、Cu 含量均呈显著负相关。

表3 木薯皮矿质元素含量的相关性分析Tab.3 Correlation analysis of mineral elements content of the cortex

2.4 木薯肉与木薯皮之间矿质元素含量的相关性分析

木薯肉与木薯皮之间矿质元素含量的相关性分析结果见表4。木薯肉的Cu 与木薯皮的Zn 含量呈极显著正相关;木薯肉的K 与木薯皮的Mn 含量呈显著正相关;木薯肉的Mn 与木薯皮的K 含量呈显著负相关;木薯肉的Cu 与木薯皮的Mg 含量呈显著负相关;木薯肉的Zn 与木薯皮的Ca、Cu 含量均呈显著正相关。

表4 木薯肉和木薯皮之间矿质元素含量的相关性分析Tab.4 Correlation analysis of mineral element content between the flesh and cortex

3 结论与讨论

以本试验的木薯肉矿质元素含量测定结果与前人的相关干基研究结果比较，木薯肉的Ca 含量为糙米的1.2～8.1 倍［16］、马铃薯的33.8～92.8 倍［17］，其K、Fe、Zn 含量分别是马铃薯的2.2～3.4、1.9～2.4、2.6～4.8 倍［18］，其Mn 和Zn 含量分别是甘薯的0.5～6.0 和0.9～4.6 倍［19］，其Fe、Zn、Cu 含量与小麦［20］相媲美。可见，木薯肉的部分矿质营养价值优于或不亚于糙米、小麦、甘薯和马铃薯。中医学认为红枣中的丰富铁质等矿质元素，对贫血、倦怠无力、心悸失眠等有很好的补益作用［12］。核桃和杏仁中的Fe、Mn、Zn 矿质元素，与健脑、保持心脏健康、维持内分泌正常和抗衰老等有着密切关系［14，21-22］。以本试验的木薯皮矿质元素含量与前人的相关干基研究结果比较，木薯皮中Ca、Fe 含量是红枣的3.5～4.2、1.8～3.7 倍［12］，是核桃的6.4～7.7、1.3～2.8 倍［21］，其Ca、Zn 含量是杏仁的7.7～9.3、0.9～1.3 倍［14］，可见，木薯皮的部分矿质营养价值也优于或不亚于红枣、核桃、杏仁。据陈晓明等［5，23］研究表明，木薯皮含有药用价值的部分生物碱、香豆素及抗胆碱酯酶等重要活性物质。因此，应重视木薯皮矿质营养的综合利用研究。

据前人研究，Ca2+离子除维持细胞壁、细胞膜及膜结合蛋白的稳定性外，还能与细胞内的钙调蛋白(CaM)结合，在环境胁迫下，钙和钙调蛋白参与胁迫信号的感受、传递、响应与表达，并在各种逆境信号转导中起核心作用［24-27］。早期，McGuire 和Bateman 等［28-29］证明了Ca2+通过加强植物细胞壁而增强植物的抗病性。近年，冀乙萌等［30］研究结果表明，喷施适宜浓度的钙溶液能够提高木薯的抗寒性。但张学君等［31-32］根据不同马铃薯品种抗感性强弱与Ca 含量的分析，及Ca 处理对抗性影响的结果，他认为Ca2+在软腐病中的作用相当复杂，必须从寄主-病菌相互作用的动态观点去全面考虑，同时还指出Cu、Zn 含量与其对软腐病的抗性有正相关，Mn2+、Zn2+、Fe2+等离子提高抗菌细胞壁降解酶的能力比Mg2+强，但其在植物体中的浓度较低，因而Ca2+和Mg2+在软腐病程中有可能具有结构活性。可见，Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+及Cu2+与植物的抗逆性均有密切关系。

本研究结果表明，木薯皮的Ca 含量是木薯肉的10.3～14.0 倍;木薯皮中的Ca 含量是Mg 含量的8.3～15.7 倍，约是Fe 和Zn 含量的76～212 倍。矿质元素相关性分析表明，木薯肉中的Ca 含量与Mg、Fe 含量均呈显著正相关;木薯皮的Ca 含量与Fe 含量呈极显著负相关，木薯皮的Ca 含量与Zn 含量呈显著正相关;木薯皮的Ca 与木薯肉的Zn 含量呈显著正相关，可见，木薯肉、木薯皮中的Ca、Mg、Fe、Zn含量之间存在密切关系，尤以Ca 含量起到核心支配作用。据研究报道，木薯具有较强的抗旱等抗逆特性［33-34］。根据本研究数据，可推测木薯块根特别是木薯皮中的Ca、Mg、Fe、Zn 等矿质元素在各种抗性中可能起到关键作用，而Ca 可能起到关键的核心调控作用，这值得进一步研究。

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