菠菜種質(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物種質(zhì)資源開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心，200234；2.上海尚師農(nóng)業(yè)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(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)且廣，具有供應(yīng)期長、栽培方式多樣等優(yōu)點，可實現(xiàn)周年栽培和供應(yīng)， 作為鮮食和加工種質(zhì)在各個國家廣泛種植，現(xiàn)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(chuàng)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(yǎng)模范生”之稱，是蛋白質(zhì)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(zhì)（鈣質(zhì)、鐵質(zhì)等）、輔酶等多種營養(yǎng)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(chǎn)生亞硝胺，而亞硝胺具有強(qiáng)烈的致癌作用[4]。草酸不僅影響人體對鈣、 鎂和鋅等礦質(zhì)元素的吸收，而且在人體中容易與鈣離子形成草酸鈣，導(dǎo)致腎結(jié)石[5]。

菠菜是營養(yǎng)含量較高、 易于種植的常見蔬菜，研究菠菜種質(zhì)資源的抗逆能力和營養(yǎng)品質(zhì)分析等有利于篩選出性狀優(yōu)良的種質(zhì)，為菠菜的優(yōu)質(zhì)栽培提供依據(jù)。 張南[6]測定了具有耐寒性差異的菠菜種質(zhì)在低溫脅迫處理下的多項指標(biāo)，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(zhì)資源不同生長時期的耐熱性進(jìn)行測定發(fā)現(xiàn)，菠菜種子的萌發(fā)期和苗期的耐熱性并無顯著關(guān)系。何海華[8]在40 份菠菜種質(zhì)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(zhì)。 李錫香等[9]對來自神農(nóng)架和三峽地區(qū)的42 個菠菜種質(zhì)材料的營養(yǎng)含量進(jìn)行鑒定，篩選出營養(yǎng)品質(zhì)好的多個種質(zhì)，為菠菜的優(yōu)質(zhì)栽培提供依據(jù)。

隨著消費(fèi)者對高品質(zhì)蔬菜的要求不斷提高，優(yōu)質(zhì)栽培日益受到重視， 而優(yōu)良種質(zhì)是高質(zhì)量栽培的基礎(chǔ)。 菠菜作為營養(yǎng)含量較高、 易于種植的常見蔬菜，其栽培技術(shù)、抗逆能力等方面的研究較多，而營養(yǎng)品質(zhì)具體分析方面仍有較大空白[10，11]。 菠菜種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)分析有利于篩選營養(yǎng)含量豐富的種質(zhì)。為評價菠菜核心種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)，現(xiàn)對150 份菠菜種質(zhì)資源進(jìn)行營養(yǎng)成分測定和比較分析，以篩選出營養(yǎng)品質(zhì)含量豐富，硝酸鹽、草酸等含量低的種質(zhì)，為菠菜的優(yōu)質(zhì)新種質(zhì)選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為上海師范大學(xué)種質(zhì)資源中心園藝系蔬菜課題組收集并保存的150 份菠菜種質(zhì)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(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)多樣性分析

1.2 試驗方法

2020年9月29日播種育苗，基質(zhì)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(zhì)資源為單位，隨機(jī)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(zhì)指標(biāo)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(tài)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(shù)據(jù)分析

采用Excel 計算各個營養(yǎng)指標(biāo)的平均值、 最小值、最大值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、遺傳多樣性指數(shù)等。利用SPSS 23 進(jìn)行相關(guān)性與聚類分析，采用系統(tǒng)聚類組間聚合的方法對150 份菠菜種質(zhì)進(jìn)行聚類，采用平方歐式距離繪制聚類分析圖。

采用隸屬函數(shù)法對菠菜種質(zhì)進(jìn)行綜合評價，分別對菠菜的優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)（維生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量） 和不良品質(zhì)指標(biāo)（草酸和硝酸鹽含量）計算平均隸屬函數(shù)值，并計算二者間的差值，差值越大，表明該種質(zhì)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(shù) 值 計 算 公 式 為W=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），Xmax和Xmin為某個指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)品質(zhì)分析

①維生素C 150 份菠菜種質(zhì)的維生素C 含量在170.29～422.26 mg/kg，平均值為290.27 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為49.29，變異系數(shù)較大，為16.98%（表2）。種質(zhì)C133 的維生素C 含量最高，達(dá)422.26 mg/kg，其次表現(xiàn)較優(yōu)的（＞380 mg/kg）種質(zhì)是C275、C169、C314、U59、U327、C253。 表現(xiàn)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(zhì)的可溶性蛋白含量在15.41～36.73 mg/g， 平均值為23.50 mg/g，標(biāo)準(zhǔn)差為2.53，變異系數(shù)為10.75%（表2）。種質(zhì)C242的可溶性蛋白含量最高，達(dá)36.73 mg/g，其次表現(xiàn)較優(yōu)的（＞27 mg/g） 是SP -6、U74、U303、C270、U32、U65。表現(xiàn)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(zhì)的可溶性糖含量在4.30%～10.85%，平 均 值 為6.69%， 標(biāo)準(zhǔn)差為1.34，變異系數(shù)為20.09%（表2）。種質(zhì)U27 的可溶性糖含量最高，達(dá)10.85%，其次表現(xiàn)較優(yōu)的（＞9%）是U58、C105、SP-1、U48、U333、U269、C314。 表現(xiàn)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(zhì)的草酸含量在21.45～29.18 mg/g，平均值為25.66 mg/g，標(biāo)準(zhǔn)差為1.52，變異系數(shù)較小，為5.94%（表2）。種質(zhì)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(tài)氮 150 份菠菜種質(zhì)的硝態(tài)氮含量在91.16～597.39 μg/g， 均值308.24 μg/g， 標(biāo)準(zhǔn)差為105.40，變異系數(shù)較大，為34.19%（表2）。種質(zhì)U141的硝態(tài)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(tài)氮含量高達(dá)597.39 μg/g，高于均值93.81%。

表2 菠菜種質(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)多樣性分析

綜合分析，營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)中硝態(tài)氮的變異系數(shù)最大（34.19%），草酸的變異系數(shù)最?。?.94%），變異系數(shù)順序為硝態(tài)氮＞可溶性糖＞維生素C＞可溶性蛋白＞草酸（表2）。 應(yīng)選維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量較高，而硝態(tài)氮、草酸含量較低的菠菜種質(zhì)。

測定結(jié)果表明，150 份菠菜種質(zhì)的遺傳多樣性指數(shù)在1.873～2.078，多樣性豐富（表2）。

2.2 菠菜種質(zhì)資源隸屬函數(shù)值分析

菠菜的營養(yǎng)品質(zhì)要考慮多方面因素，利用平均隸屬函數(shù)值對菠菜的優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明優(yōu)良指標(biāo)平均隸屬函數(shù)值的變異區(qū)間為0.149～0.705，均值為0.407，標(biāo)準(zhǔn)差為0.093； 不良指標(biāo)平均隸屬函數(shù)值的變異區(qū)間為0.074～0.904， 均值為0.486， 標(biāo)準(zhǔn)差為0.154 （表3）。

表3 菠菜種質(zhì)平均隸屬函數(shù)分析

用優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值作差，差值越大，說明該種質(zhì)的維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量高，同時草酸、硝態(tài)氮含量低，其營養(yǎng)品質(zhì)越優(yōu)。 差值越小，說明該種質(zhì)的有益元素含量少，而有害元素含量高，營養(yǎng)品質(zhì)越差。

150 份菠菜種質(zhì)的優(yōu)良指標(biāo)和不良指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值差值的變異區(qū)間在-0.595～0.364， 均值為-0.080，標(biāo)準(zhǔn)差為0.210（表3）。表現(xiàn)最好、營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)的是C133， 綜合平均隸屬函數(shù)值為0.364；其次較優(yōu)的是C302 和C132，綜合隸屬函數(shù)分別為0.350 和0.345 （表4）； 此 外，C314、U141、C169、C275、U59 和C299 也表現(xiàn)良好 （綜合隸屬函數(shù)在0.20～0.30）。

表4 營養(yǎng)品質(zhì)較優(yōu)種質(zhì)平均隸屬函數(shù)值

2.3 菠菜種質(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性分析

通過對150 份菠菜種質(zhì)的5 個營養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，能夠看到各指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系，從而通過對某一營養(yǎng)指標(biāo)的選擇來影響另一營養(yǎng)指標(biāo)。

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

表5 菠菜種質(zhì)資源各營養(yǎng)指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.4 菠菜種質(zhì)資源聚類分析

基于5 個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)對150 份菠菜核心種質(zhì)資源進(jìn)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(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)具有一定差異。

圖1 150 份菠菜種質(zhì)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(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)值位居中等水平，整體營養(yǎng)品質(zhì)一般。

第2 組群包含13 份材料，主要特點是優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)含量較高，不良品質(zhì)指標(biāo)含量較低，綜合品質(zhì)指標(biāo)屬中上游，營養(yǎng)品質(zhì)較好。

第3 組群包含38 份材料，主要特點是優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)含量屬中等水平， 硝態(tài)氮含量較低， 綜合品質(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)較低屬中游水平，營養(yǎng)品質(zhì)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(tài)氮含量較低，綜合平均隸屬函數(shù)低于均值，營養(yǎng)品質(zhì)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(tài)氮含量遠(yuǎn)低于均值，綜合平均隸屬函數(shù)較高，函數(shù)值位居第6，營養(yǎng)品質(zhì)好。

第6 組群包含6 份材料， 主要特點是優(yōu)質(zhì)品質(zhì)指標(biāo)（維生素C、可溶性糖含量）均較低，不良品質(zhì)指標(biāo)（草酸與硝態(tài)氮）含量遠(yuǎn)高于均值，隸屬函數(shù)值極高，綜合品質(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)低，營養(yǎng)品質(zhì)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(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)較低；草酸、硝態(tài)氮含量較高，不良品質(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)較高，營養(yǎng)品質(zhì)較差。

3 討論與結(jié)論

本研究對150 份菠菜種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行檢測和綜合性分析發(fā)現(xiàn)，5 個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)區(qū)間為5.94%～34.19%， 其中硝態(tài)氮的變異系數(shù)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(zhì)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(zhì)有14 個， 占材料總數(shù)的9.33%； 含量超過330 mg/kg的種質(zhì)有76 個，占材料總數(shù)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(shù)的10%?？扇苄蕴呛科骄禐?.69%，含量高于8.5%的有17 個，占材料總數(shù)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(shù)的4%；低于24 mg/g的有22 個， 占比14.67%， 硝態(tài)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(shù)的4%；低于200 μg/g 的有19 個，占比12.7%。檢測的菠菜種質(zhì)各營養(yǎng)指標(biāo)變異豐富，為后期篩選優(yōu)質(zhì)菠菜品種提供良好的材料基礎(chǔ)。

與張瑞等[15]對崇明島有機(jī)栽培菠菜的12 個種質(zhì)的品質(zhì)分析結(jié)果相比，本試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的變異區(qū)間較大，本研究的150 份菠菜種質(zhì)的優(yōu)良營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的均值低于崇明島有機(jī)栽培菠菜的種質(zhì)，不良營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的均值高于崇明島的種質(zhì)，總體質(zhì)量低于崇明島種質(zhì)。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能是張瑞等[15]試驗研究的12 個種質(zhì)為已經(jīng)推廣使用的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)，而本試驗的150 個菠菜種質(zhì)品質(zhì)多樣，具有明顯的營養(yǎng)品質(zhì)梯度。

本試驗將菠菜的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)分為優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)（包括維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量）和不良品質(zhì)指標(biāo)（包括草酸、硝酸鹽含量）2 個方面[14]，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評價。 150份菠菜種質(zhì)的優(yōu)良指標(biāo)和不良指標(biāo)的綜合平均隸屬函數(shù)值的變異區(qū)間在-0.595～0.364，均值為-0.080，表現(xiàn)最好、營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)的是C133，其次較優(yōu) 的 是C302、C132、C314 和U141。 此 外，C169、C275 和U59 也表現(xiàn)較為良好。

基于5 個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)對150 份菠菜種質(zhì)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(jié)出不同組群的各個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)具有一定差異特征。 C133 位于第2 組群，其營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良，顯著優(yōu)于其他種質(zhì)，為150 份菠菜種質(zhì)資源中的最優(yōu)種質(zhì)，且該組群中各種質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)均較優(yōu)，可作為優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源加以利用。