生菜葉片類胡蘿卜素含量的快速測定方法研究

王琳琳,林芳隆,蔣羅花,宋婷婷

(1.長春工程學(xué)院理學(xué)院,長春 130012; 2.長春工程學(xué)院無機(jī)材料研究中心,長春 130012)

0 引言

生菜(Lactuca sativa L.)作為常見葉菜類蔬菜,其葉片脆嫩,營養(yǎng)價值高,深受消費(fèi)者喜愛。在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中,生菜葉片的色澤是衡量生菜品質(zhì)好壞的重要指標(biāo),而類胡蘿卜素的種類與含量是影響葉片色澤和品質(zhì)的重要因素。類胡蘿卜素作為植物光合作用過程中的主要光合色素,具有吸收和傳遞光能及保護(hù)葉綠素免受光氧化的功能[1],可以用來反映植物環(huán)境脅迫、光合作用能力和生長發(fā)育狀況[2]。

傳統(tǒng)的類胡蘿卜素測定方法包括分光光度法、高效液相色譜法、原子吸收法等[3],但這些方法不僅測量過程費(fèi)時費(fèi)力,測量時還會對葉片造成損壞,不利于對植株進(jìn)行系統(tǒng)的研究。隨著科技水平的不斷提高,葉綠素測定儀檢測法得到發(fā)展,其原理是用2個發(fā)光二極管向葉片的某個部位發(fā)射紅光和紅外光,利用2個波長下光密度的差別測量葉綠素的相對含量[4]。該方法具有測量快速、操作簡單、數(shù)據(jù)實(shí)時和樣本無損壞等優(yōu)點(diǎn),但是儀器測出的SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值只能反映光合色素的相對含量,無法滿足對數(shù)據(jù)有精確要求的試驗(yàn)。目前,對葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與SPAD值進(jìn)行相關(guān)性研究的報(bào)道較多[5-7],對類胡蘿卜素含量與SPAD值進(jìn)行相關(guān)性研究的報(bào)道較少,其中,王愛玉等[8]研究發(fā)現(xiàn),玉米葉片的類胡蘿卜素含量與SPAD值的相關(guān)性較好,并建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型,為玉米類胡蘿卜素含量的快速測定提供了參考。

間作是中國傳統(tǒng)精細(xì)農(nóng)藝的精華,在土培蔬菜的種植方面已有廣泛應(yīng)用,并取得了良好的種植效果[9-10]。氣霧培作為無土栽培的一種,具有提高土地利用率、節(jié)水節(jié)肥、減輕植物病蟲害、增產(chǎn)增效等優(yōu)勢,是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢[11]。有研究表明,適宜的間作傳統(tǒng)栽培模式與氣霧培技術(shù)相結(jié)合的間作氣霧培模式有利于生菜植株的生長和品質(zhì)[12],并且與不間作相比,間作對植株類胡蘿卜素含量的提高有積極作用[13]。因此,本文以生菜與櫻桃蘿卜間作氣霧培模式下的生菜葉片為研究對象,探究生菜葉片的類胡蘿卜素含量與SPAD值的相關(guān)性,建立回歸方程,為類胡蘿卜素含量的快速、無損和較精確的測定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

生菜為意大利生菜,櫻桃蘿卜為紅丁櫻桃蘿卜,種子均購于吉林省科豐種業(yè)有限公司。將種子催芽后進(jìn)行育苗,當(dāng)生菜和櫻桃蘿卜長出3～4片真葉時進(jìn)行移苗,將生菜與櫻桃蘿卜以1∶1比例進(jìn)行間作,定植于氣霧栽培箱。營養(yǎng)液配方中大量元素配方采用日本園試配方,微量元素配方采用霍蘭德通用配方。培育30 d后,隨機(jī)選取40片生菜植株中部的葉片為測量樣本,編號后分別進(jìn)行SPAD值和類胡蘿卜素含量的測定。

1.2 測量指標(biāo)及方法

SPAD值的測定:采用方科FK-YL04葉綠素測定儀測量植株葉片的SPAD值,取每片菜葉避開葉脈的3個點(diǎn)進(jìn)行測量,取平均值,并根據(jù)編號記錄數(shù)據(jù)。測定SPAD值時,不需要采摘葉片離體。

類胡蘿卜素含量的測定:將被測量完SPAD值的葉片,采用95%乙醇提取法[14]測定類胡蘿卜素含量。取新鮮植物葉片進(jìn)行前處理,加石英砂和乙醇研磨至組織變白,再經(jīng)過濾和反復(fù)沖洗,得到色素提取液,最后以95%乙醇為空白,將其分別在葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的最大吸收峰的波長為665 nm、649 nm和470 nm下測定吸光度。

1.3 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算

1)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與計(jì)算,采用SPSS 21.0進(jìn)行相關(guān)性分析、方差分析和配對樣本T檢驗(yàn)。

2)類胡蘿卜素含量計(jì)算公式為

式中:C為類胡蘿卜素含量(mg·g-1);A470、A649和A665為色素提取液在相應(yīng)波長下的吸光度;V為色素提取液體積(mL);W為樣品鮮重(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果

隨機(jī)選取的40個樣本的類胡蘿卜素含量和SPAD值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1,其中30個樣本的相關(guān)數(shù)據(jù)用于模型的建立,10個樣本的相關(guān)數(shù)據(jù)用于模型的驗(yàn)證。

表1 樣本類胡蘿卜素含量和SPAD值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 相關(guān)性模型的建立

為了得到類胡蘿卜素含量與SPAD值的最佳函數(shù)關(guān)系,分別建立了類胡蘿卜素含量與SPAD值的線性方程、二次多項(xiàng)式方程、乘冪方程、指數(shù)方程和對數(shù)方程等模型,并進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見圖1和表2。

圖1 類胡蘿卜素含量與SPAD值的相關(guān)性模型

由表2可以看出,在類胡蘿卜素含量與SPAD值的回歸方程中,乘冪方程的擬合效果最好,決定系數(shù)達(dá)0.721 7,之后依次為指數(shù)方程、二次多項(xiàng)式方程、線性方程和對數(shù)方程。經(jīng)方差分析,這些模型的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平。

表2 類胡蘿卜素含量與SPAD值的相關(guān)性模型

2.3 相關(guān)性模型的驗(yàn)證

將同批進(jìn)行試驗(yàn)的10個樣本作為回歸方程的校驗(yàn)集,采用擬合效果較好的乘冪方程對生菜葉片的類胡蘿卜素含量進(jìn)行預(yù)測,得到的預(yù)測值與95%乙醇提取法測定的實(shí)測值進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn),結(jié)果見表3。

表3 類胡蘿卜素含量的預(yù)測值與實(shí)測值的比較

由表3可以看出,類胡蘿卜素含量的預(yù)測值和實(shí)測值之間的決定系數(shù)達(dá)0.674 0,相關(guān)性較好;P值為0.719 0,遠(yuǎn)大于0.05,表明預(yù)測值和實(shí)測值之間的差異不顯著。綜前所述,可用乘冪方程來預(yù)測類胡蘿卜素含量。

3 結(jié)論與展望

對間作氣霧培模式下生菜葉片的類胡蘿卜素含量和SPAD值進(jìn)行了相關(guān)性研究,結(jié)果表明乘冪方程為生菜葉片類胡蘿卜素含量的較優(yōu)預(yù)測模型,決定系數(shù)達(dá)0.721 7。經(jīng)配對樣本T檢驗(yàn),得到模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)實(shí)測值之間的相關(guān)性較好,且無顯著差異,可見,可以應(yīng)用乘冪方程來預(yù)測生菜葉片類胡蘿卜素含量。將儀器測量的SPAD值代入方程即可快速獲取類胡蘿卜素含量,實(shí)現(xiàn)了對生菜葉片類胡蘿卜素含量的快速無損檢測,避免了傳統(tǒng)化學(xué)方法測定過程中的繁雜工作,為以后研究生菜葉片類胡蘿卜素含量的快速、無損和較精確的測定提供了一種可行方法。

基于本研究,后續(xù)可對后述內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步研究:相較于非間作模式,探究間作模式下生菜葉片類胡蘿卜素含量的變化趨勢;對初步建立的模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和驗(yàn)證;類胡蘿卜素包含多種色素,功能不盡相同,可建立相關(guān)模型以達(dá)到預(yù)測目的。