延安新造耕地下不同品種馬鈴薯微量元素含量分析與評(píng)價(jià)*

王祥龍 蘇翠翠 馬吉福 陳學(xué)林**

（1 西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 甘肅蘭州 730070 2 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 陜西西安 710061）

黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，土質(zhì)疏松，溝壑縱橫，其長(zhǎng)度大于500 m 的溝道約有27 萬多條，總面積大約64 萬km2，嚴(yán)重影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。 新中國成立以來，黨和國家十分重視黃土高原生態(tài)建設(shè)，先后經(jīng)歷坡面治理、溝坡聯(lián)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(shí)施退耕還林草工程以來，黃土高原的生態(tài)環(huán)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(yīng)還林草面積為236 萬hm2，截止2008年實(shí)際退耕面積為483 萬hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期退耕還林面積。 這一情況無疑加劇了當(dāng)?shù)厝丝诘募Z食需求量與實(shí)際糧食供應(yīng)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(qū)實(shí)施了治溝造地工程項(xiàng)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(dāng)?shù)厮燎治g，而且有利于丘陵溝壑地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。然而，新造耕地土壤貧瘠，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［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(qū)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(fā)現(xiàn)新大陸后，馬鈴薯經(jīng)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(chǎn)國，面積和總產(chǎn)均居世界第1 位［3～8］。

科學(xué)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(fā)現(xiàn)，不同農(nóng)作物在新造耕地上生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)差異較大，馬鈴薯在新造耕地生長(zhǎng)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(duì)延安新造耕地種植的12 個(gè)馬鈴薯品種微量元素含量的測(cè)定、分析與評(píng)價(jià)，以期篩選出微量元素含量相對(duì)較高的馬鈴薯品種，為后期馬鈴薯品種的進(jìn)一步篩選提供數(shù)據(jù)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(fēng)干燥箱； 分析天平； 植物粉碎機(jī)。 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(biāo)準(zhǔn)溶液；超純水。

1.3 實(shí)驗(yàn)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(zhì)量恒重，最后用植物粉碎機(jī)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(dòng)，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(jī)物大部分被分解，待溶液沸騰不甚劇烈時(shí)，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(cè)，同時(shí)制備空白對(duì)照［12］。

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

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法 本研究所列結(jié)果為3次重復(fù)測(cè)定值的平均值，用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分因子分析，Origin8.5 進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯微量元素含量比較 對(duì)12個(gè)不同品種馬鈴薯Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、Cr、Ni 微量元素含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表1。比較結(jié)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(hào)’、‘隴薯6號(hào)’、‘隴薯7 號(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’、‘克新18 號(hào)’、‘克新1 號(hào)’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(hào)’的含量最高，分別為75.05 mg/kg 和107.06 mg/kg；‘青薯9 號(hào)’ 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(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’、‘克新18 號(hào)’、‘克新1 號(hào)’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(hào)’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(hào)’、‘隴薯3 號(hào)’的Mn 含量均極顯著低于于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘青薯9號(hào)’和‘隴薯3 號(hào)’的含量最低，分別為1.38 mg/kg和1.43 mg/kg，‘隴薯6 號(hào)’、‘費(fèi)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(hào)’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(hào)’、‘隴薯6 號(hào)’、‘隴薯7 號(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’、‘費(fèi)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(hào)’和‘隴薯6 號(hào)’的含量最低，分別為2.47 mg/kg和1.71 mg/kg，‘克新18 號(hào)’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(hào)’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(hào)’的含量最高，分別為19.75 mg/kg 和19.96 mg/kg；‘費(fèi)烏瑞它’、‘克新18 號(hào)’、‘克新1號(hào)’的Cu 含量均極顯著低于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘克新18 號(hào)’和‘克新1 號(hào)’的含量最低，分別為3.07 mg/kg 和2.32 mg/kg，‘隴薯6 號(hào)’、‘隴薯7號(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’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(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’ 的Mo 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），‘隴薯6 號(hào)’、‘隴薯7號(hào)’、‘克新18 號(hào)’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中‘新大坪’和‘費(fèi)烏瑞它’的含量最高，分別為0.536 mg/kg 和0.449 mg/kg；‘青薯9 號(hào)’、‘隴薯3號(hào)’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(hào)’、‘隴薯3號(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’、‘克新18 號(hào)’、‘克新1 號(hào)’的Co 含量均極顯著高于‘本地品種’（P＜0.01），其中‘隴薯3 號(hào)’和‘克新18 號(hào)’的含量最高，分別為0.075 mg/kg 和0.069 mg/kg；‘隴薯6號(hào)’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(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’、‘克新18 號(hào)’、‘克新1 號(hào)’ 的Cr 含量均極顯著高于 ‘本地品種’（P＜0.01），‘隴薯6 號(hào)’、‘隴薯7 號(hào)’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中，‘費(fèi)烏瑞它’和‘克新18 號(hào)’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(hào)’、‘隴薯3 號(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’、‘克新18號(hào)’ 的Ni 含量均極顯著高于 ‘本地品種’(P＜0.01),‘隴薯7 號(hào)’、‘隴薯10 號(hào)’顯著高于‘本地品種’（P＜0.05），其中，‘新大坪’和‘費(fèi)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(hào)’、‘克新1 號(hào)’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(hào)’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(guān)性分析對(duì)不同品種馬鈴薯微量元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。微量元素之間存在一定的相關(guān)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(guān)為促進(jìn)作用，負(fù)相關(guān)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(guān)，又存在一定的負(fù)相關(guān)，正相關(guān)占多數(shù)，約為75%；負(fù)相關(guān)占少數(shù)，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(jìn)作用。

表2 不同品種馬鈴薯微量元素間的相關(guān)系數(shù)

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(duì)不同品種馬鈴薯微量元素含量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［15～16］，由主成分因子特征值、貢獻(xiàn)率（表3）、載荷矩陣（表4）及特征向量值（表5）分析結(jié)果可知，主成分因子1、2、3 可作為綜合評(píng)價(jià)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(xiàn)率

表4 旋轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，得到主成分分值F1、F2、F3，由綜合得分進(jìn)行排序，結(jié)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(fèi)烏瑞它’微量元素含量綜合評(píng)價(jià)最佳，其次是‘克新1 號(hào)’，‘青薯168’最差。 如果以微量元素作為評(píng)價(jià)因子，‘費(fèi)烏瑞它’為最優(yōu)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(yíng)養(yǎng)的食品，它在人類營(yíng)養(yǎng)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(nèi)的含量不多，但與人的生存和健康息息相關(guān)［16］，它們的攝入過量或不足都會(huì)不同程度地引起人體生理的異常或發(fā)生疾?。?7］。 通過對(duì)12 個(gè)不同品種馬鈴薯中Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、Cr、Ni 微量元素含量進(jìn)行測(cè)定，不同品種間微量元素含量均值順序?yàn)镕e＞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(jù)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(jié)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(huán)境條件不同造成的結(jié)果，根據(jù)前期對(duì)延安新造耕地中土壤微量元素的測(cè)量發(fā)現(xiàn)新造耕地中土壤微量元素的含量較匱乏，馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)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(duì)紅錐葉營(yíng)養(yǎng)元素分析結(jié)果顯示微量元素之間存在正相關(guān)關(guān)系［13］。 通過分析發(fā)現(xiàn)馬鈴薯中微量元素間的吸收與積累存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明馬鈴薯間的微量元素不是孤立的，存在相互協(xié)同促進(jìn)作用，這與前人的分析結(jié)論相一致。通過主成分分析及綜合得分排序得出‘費(fèi)烏瑞它’微量元素含量綜合評(píng)價(jià)最佳，其次是‘克新1 號(hào)’，‘青薯168’ 最差。 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)后期馬鈴薯品種的進(jìn)一步篩選具有一定的參考價(jià)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(shí)施后，植被面積增加，耕地減少［1］，這也從側(cè)面進(jìn)一步體現(xiàn)出新造耕地的迫切性。 同時(shí)微量元素在生物生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的生理學(xué)功能，參與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，并與蛋白質(zhì)和其他有機(jī)基團(tuán)結(jié)合參與維生素、激素、酶等生物大分子合成。它的代謝失衡會(huì)導(dǎo)致一系列病理改變并最終導(dǎo)致疾病。因此通過對(duì)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(jìn)一步篩選出高經(jīng)濟(jì)附加值并適宜在當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)良品種，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展、當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂惶峁┬峦緩健?/p>