不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的差異性

陳 涵，胡慧云，程建峰，黃英金，毛曉嶸，徐小明，曾研華

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西興安種業(yè)有限公司，江西 橫峰 334300）

甘薯（Ipomoea batatasLam.）又名番薯、紅苕、紅薯、山芋、白芋、地瓜和白薯等，為旋花科（Convolvulaceae）番薯屬（Ipomoea）1 年或多年蔓生雙子葉草本植物，性喜溫，不耐寒，是喜光的短日照作物[1-3]。甘薯作為一種雜糧作物，具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、耐熱抗旱、適應(yīng)性強(qiáng)及營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，是世界衛(wèi)生組織推薦的最佳食物，兼具糧食、經(jīng)濟(jì)作物的功能，用途廣泛，可用作鮮食、淀粉加工、食品加工、葉菜和觀賞等，已成為世界上重要的糧食、飼料及工業(yè)、食品原料、園藝等作物[4-6]。甘薯的品種繁多，分類方式有多種，根據(jù)肉質(zhì)顏色可分為白色、黃色、紅色、粉紅色、橘紅色、紫色和五彩等，根據(jù)用途可分為食用型、食品加工型、淀粉加工型、莖葉菜用型、保健色素型和飼用型等[7-8]。甘薯除含有豐富的碳水化合物外，還含有膳食纖維、多糖、多酚、維生素、礦物質(zhì)、糖蛋白和花青素等功能活性成分，具有健脾、強(qiáng)腎、防癌、抗癌、抗衰老、抗氧化、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力和防治心血管病等保健功能和藥用價(jià)值[3，9-11]。近年來(lái)，隨著薯類作物主食化的提出，甘薯的消費(fèi)市場(chǎng)逐步擴(kuò)大，其所具有的營(yíng)養(yǎng)成分以及保健功能也逐漸受到人們的青睞和重視，由傳統(tǒng)概念上解決饑餓的粗糧轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸喾N功效的營(yíng)養(yǎng)保健食品[12-14]。

人類至今為止從自然界中發(fā)現(xiàn)了92 種元素及300多種同位素，其中具有生物效應(yīng)（豐缺對(duì)動(dòng)植物和人類的遺傳、生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝有著重要的影響）的元素有47 種[15-16]。農(nóng)業(yè)化學(xué)一般分為植物營(yíng)養(yǎng)元素、有益元素和重金屬有毒元素[17]。植物營(yíng)養(yǎng)元素是對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起直接作用的必需元素[18]，目前有19種，其中鐵、鋅、錳和銅也是動(dòng)物和人體必需的微量元素，如鐵具有造血功能，參與血紅蛋白的生成及細(xì)胞色素和各種酶的合成，在血液中運(yùn)輸和攜帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[19-20]；鋅能提高免疫力，保持味覺(jué)平衡，保證胃腸道的營(yíng)養(yǎng)菌群處于正常狀態(tài)，維護(hù)視力，保持肝臟代謝[20-22]。植物有益元素是指雖非植物必需但對(duì)一些植物生長(zhǎng)具有良好作用的元素，主要有硒、鈷和鋁等[17]。其中，硒被譽(yù)為人類的“健康窗口元素”“長(zhǎng)壽元素”“抗癌之王”“心臟守護(hù)神”“生命的火種”“天然解毒劑”和“明亮使者”等[23-26]。重金屬有害元素是指有些少量或過(guò)量存在時(shí)對(duì)植物有害的元素，如重金屬鎘、鉛、鉻、汞和非金屬砷等[27-28]。甘薯收獲的產(chǎn)品器官為生長(zhǎng)在土壤中的塊根，全生育期都被土壤包裹著，與絕大多數(shù)產(chǎn)品器官暴露在空氣中的地上部不同，大大減少了各類元素的長(zhǎng)距離運(yùn)輸與分配，使得甘薯塊根中的礦質(zhì)元素與土壤中的元素密切相關(guān)，即表現(xiàn)出對(duì)土壤元素的特定自然富集能力[29-36]。陸國(guó)權(quán)等[37]研究發(fā)現(xiàn)，21個(gè)甘薯品種（系）的5 個(gè)產(chǎn)地200 多份樣品中的鐵、鋅、鈣和硒含量存在明顯的基因型差異。廖青等[38]研究發(fā)現(xiàn)，廣西壯族自治區(qū)10個(gè)主栽甘薯品種中的桂紫薇薯1 號(hào)自然富硒能力最強(qiáng)。黃婷等[39]研究發(fā)現(xiàn)，7 個(gè)甘薯品種在大田中對(duì)硒的富集能力差異明顯，富硒能力最強(qiáng)的品種為徐薯18 號(hào)，其次為高系14 號(hào)，富硒能力最差的品種為寧紫薯。目前，有關(guān)甘薯對(duì)自然元素富集能力的研究主要集中于硒元素[37-41]，極少關(guān)注鐵、鋅和鈣等其他有益元素[42]，對(duì)有害元素的研究主要集中于鎘和鉻[43-45]，尚未見(jiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)有益和有害元素進(jìn)行系統(tǒng)研究的報(bào)道。為此，以16個(gè)在生產(chǎn)上廣泛種植的不同基因型甘薯為材料，首先測(cè)定和分析了不同甘薯基因型塊根中的鐵、鋅、硒、鎂、鎘、鉻、鉛、汞和砷元素含量與累積量的差異，并采用模糊隸屬函數(shù)法、熵權(quán)優(yōu)劣解距離法和模糊綜合評(píng)判法對(duì)不同基因型甘薯的自然富集元素能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而闡明不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的差異，明確高富集有益元素和低富集有害元素的甘薯基因型，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)安全甘薯品種的遺傳改良和生產(chǎn)種植提供理論依據(jù)及實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年3—11 月在江西省橫峰縣港邊鄉(xiāng)善塘村進(jìn)行，選擇適宜甘薯高產(chǎn)栽培的地塊，土層深厚，肥力中上等且較均勻，富含有機(jī)質(zhì)，疏松、通氣，排灌方便，前作為油菜的砂壤地或砂性地。土壤含硒0.35 mg∕kg、鐵24315.4 mg∕kg、鎂483.6 mg∕kg、鋅196.0 mg∕kg、鎘0.11 mg∕kg、鉻28.0 mg∕kg、鉛25.0 mg∕kg、汞0.038 mg∕kg、砷9.38 mg∕kg。

供試甘薯為兼用型甘薯廣薯87（對(duì)照），淀粉型甘薯蘇薯29、龍薯10號(hào)、煙薯1915、贛薯203、贛薯3號(hào)和濟(jì)薯25，鮮食型甘薯浙紫3號(hào)、贛渝3號(hào)、徐紫8號(hào)、贛薯6 號(hào)、龍薯9 號(hào)、心香、贛K06、湛薯16 和普薯32（西瓜紅），所有品種均由江西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，重復(fù)間過(guò)道寬1.0 m，試驗(yàn)四周保護(hù)區(qū)寬2.0 m。小區(qū)長(zhǎng)3.5 m、寬4.0 m，4 行區(qū)。采用機(jī)械起壟、人工栽插方式種植，單壟單行。3 月育苗，于2021 年5 月21 日栽插，栽插密度為60 000 株∕hm2，11 月9 日收獲。栽培管理按農(nóng)戶常規(guī)管理進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量 收獲時(shí)，在每壟中部連續(xù)挖取10株計(jì)算塊根產(chǎn)量。

1.3.2 元素含量 收獲測(cè)產(chǎn)后，按小區(qū)采集甘薯地下塊根并編號(hào)，隨后帶回實(shí)驗(yàn)室對(duì)甘薯樣品進(jìn)行分塊烘干處理，烘干后研磨成粉，過(guò)0.074 mm 尼龍篩，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（GB 5009.268—2016）測(cè)定樣品中的鐵、鋅、硒、鎂、鎘、鉻、鉛、汞和砷元素含量[46]。

1.4 富集元素能力的綜合評(píng)價(jià)

因單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確反映甘薯品種自然富集元素的能力強(qiáng)弱，普遍存在指標(biāo)間的此低彼高現(xiàn)象，無(wú)法進(jìn)行直觀比較，需進(jìn)行多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。在多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)時(shí)，運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)法綜合評(píng)判較準(zhǔn)確，而模糊隸屬函數(shù)法又需選擇適宜的指標(biāo)并確定其權(quán)重，若將指標(biāo)同等對(duì)待（權(quán)重相等）則不能反映出不同指標(biāo)的重要性差異[47-49]。熵權(quán)優(yōu)劣解距離法是一種多指標(biāo)的決策分析方法，可客觀地對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，有效避免人為主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)的影響[50-52]，故本研究在評(píng)價(jià)甘薯自然富集元素能力的優(yōu)劣時(shí)將采用此法。根據(jù)甘薯塊根的9個(gè)元素指標(biāo)對(duì)甘薯塊根品質(zhì)優(yōu)劣的影響方式，將指標(biāo)分為正向（值越大越好）和負(fù)向（值越小越好）指標(biāo)，并進(jìn)行歸一化處理，正向指標(biāo)：Rij=（Xij-Xmin）∕（Xmax-Xmin），負(fù)向指標(biāo)：Rij=（Xmax-Xij）∕（Xmax-Xmin）。Rij代表不同指標(biāo)類型，Xij代表多目標(biāo)決策矩陣，其中i表示樣本值，j表示指標(biāo)值。

在進(jìn)行不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的綜合評(píng)價(jià)時(shí)，以元素含量和累積量為對(duì)象，首先采用模糊隸屬函數(shù)法獲得對(duì)應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)值，接著采用熵權(quán)優(yōu)劣解距離法計(jì)算出模糊隸屬函數(shù)值對(duì)應(yīng)的信息權(quán)重，然后將每個(gè)基因型每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)值和信息權(quán)重的乘積之和作為對(duì)應(yīng)基因型的模糊綜合評(píng)判得分，并根據(jù)得分高低進(jìn)行自然富集元素能力的優(yōu)劣排序，最后對(duì)得分進(jìn)行聚類分析，從而對(duì)不同基因型甘薯塊根的自然富集元素能力進(jìn)行分類。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。方差分析、模糊隸屬函數(shù)分析、熵權(quán)優(yōu)劣解距離分析、模糊綜合評(píng)判分析和聚類分析均采用SPSSPRO 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行[53]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因型甘薯塊根產(chǎn)量差異

由表1 可以看出，不同基因型甘薯的塊根產(chǎn)量存在巨大差異，介于16 524.0 kg∕hm2（浙紫3號(hào)）～51 267.0 kg∕hm2（贛薯203），平均產(chǎn)量為30 552.7 kg∕hm2，最高產(chǎn)量是最低產(chǎn)量的3.1 倍，變異系數(shù)為30.8%。不同鮮食型甘薯的塊根產(chǎn)量存在顯著或極顯著差異，平均產(chǎn)量為31 266.3 kg∕hm2，最高產(chǎn)量（46 170.0 kg∕hm2）是最低產(chǎn)量（16 524.0 kg∕hm2）的2.80 倍，變異系數(shù)為30.1%。其中，龍薯9號(hào)產(chǎn)量（46 170.0 kg∕hm2）最高，比對(duì)照（30 748.5 kg∕hm2）增產(chǎn)50.2%；浙紫3 號(hào)產(chǎn)量（16 524.0 kg∕hm2）最低，比對(duì)照減產(chǎn)46.3%。不同淀粉型甘薯的塊根產(chǎn)量也存在顯著或極顯著差異，平均產(chǎn)量為29 449.5 kg∕hm2，最高產(chǎn)量（51 267.0 kg∕hm2）是最低產(chǎn)量（21 006.0 kg∕hm2）的2.4 倍，變異系數(shù)為37.4%。其中，贛薯203產(chǎn)量（51 267.0 kg∕hm2）最高，較對(duì)照增產(chǎn)66.7%；贛薯3 號(hào)產(chǎn)量（21 006.0 kg∕hm2）最低，較對(duì)照減產(chǎn)31.7%。從變異系數(shù)大小來(lái)看，淀粉型甘薯的塊根產(chǎn)量差異大于鮮食型，而鮮食型甘薯間的差異略小于總體間，說(shuō)明淀粉型甘薯基因型間的塊根產(chǎn)量存在明顯的多樣性。

表1 不同基因型甘薯的塊根產(chǎn)量（鮮質(zhì)量）Tab.1 Yield of fresh root tubers of different genotypes of sweet potatokg∕hm2

2.2 不同基因型甘薯塊根自然富集有益元素的能力差異

2.2.1 有益元素含量差異 不同基因型甘薯的塊根（鮮質(zhì)量）中不同有益元素含量間存在巨大差異（表2），鎂含量（167.97 mg∕kg）最高，鐵含量（9.25 mg∕kg）次之，硒和鋅含量較低。

表2 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素含量的差異Tab.2 Differences of beneficial element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

由表2 可知，不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中同一有益元素含量存在較大差異。鎂含量在97.95 mg∕kg（徐紫8 號(hào)）～263.33 mg∕kg（贛K06），最大值∕最小值為2.69，平均值為167.97 mg∕kg；鐵含量在5.34 mg∕kg（徐紫8 號(hào)）～20.33 mg∕kg（蘇薯29），最大值∕最小值為3.81，平均值為9.25 mg∕kg；鋅含量在1.59 mg∕kg（心香）～3.42 mg∕kg（贛渝3號(hào)），最大值∕最小值為2.07，平均值為2.28 mg∕kg；硒含量高出檢測(cè)限3μg∕kg 的品種只有50%（8 個(gè)），在3.84 μg∕kg（普薯32）～8.99 μg∕kg（贛薯203），最大值∕最小值為2.64，所有基因型平均值為2.95μg∕kg。不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中4個(gè)有益元素含量的變異系數(shù)表現(xiàn)為硒（110.37%）＞鐵（44.24%）＞鎂（27.50%）＞鋅（19.53%），即甘薯基因型間塊根（鮮質(zhì)量）中的硒含量差異最大，鐵次之，鋅最小。

不同用途類型甘薯間及同一用途類型的不同基因型甘薯間塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素含量均存在明顯差異（表2），鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎂平均含量（176.70 mg∕kg）明顯大于淀粉型（159.30 mg∕kg），其變異系數(shù)（30.57%）也大于淀粉型（23.17%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鐵平均含量（9.15 mg∕kg）明顯小于淀粉型（9.91 mg∕kg），其變異系數(shù)（38.35%）遠(yuǎn)小于淀粉型（53.46%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鋅平均含量（2.33 mg∕kg）與淀粉型（2.25 mg∕kg）基本相同，但其變異系數(shù)（25.05%）遠(yuǎn)大于淀粉型（8.13%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中硒平均含量（2.98 μg∕kg）明顯小于淀粉型（3.39μg∕kg），其變異系數(shù)（98.85%）遠(yuǎn)小于淀粉型（117.66%）。說(shuō)明鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中的鎂含量普遍比淀粉型高，但其鐵和硒含量普遍低于淀粉型，而鋅含量?jī)烧呋緹o(wú)差異；且鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎂和鋅含量的基因型間差異大于淀粉型，而鐵和硒含量的基因型間差異小于淀粉型。

2.2.2 有益元素累積量差異 不同基因型甘薯的塊根（鮮質(zhì)量）中不同有益元素累積量間存在較大差異（表3），鎂累積量（4 956.83 g∕hm2）最高，鐵（285.19 g∕hm2）次之，鋅和硒較低。

表3 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素累積量的差異Tab.3 Differences of beneficial element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中同一有益元素累積量存在較大差異（表3），鎂累積量在2 987.85 g∕hm2（贛薯3號(hào)）～8 030.55 g∕hm2（贛K06），最大值∕最小值為2.69，平均值為4 956.83 g∕hm2；鐵累積量在127.65 g∕hm2（心香）～529.65 g∕hm2（龍薯9號(hào)），最大值∕最小值為4.15，平均值為285.19 g∕hm2；鋅累積量在28.50 g∕hm2（心香）～105.00 g∕hm2（龍薯9 號(hào)），最大值∕最小值為3.68，平均值為69.35 g∕hm2；高出檢測(cè)限的甘薯基因型硒累積量在98.70 mg∕hm2（心香）～460.95 mg∕hm2（贛薯203），最大值∕最小值為4.67 所有莖因型，所有基因型平均值為88.29 mg∕hm2。不同基因型甘薯4 個(gè)有益元素累積量的變異系數(shù)表現(xiàn)為硒（139.02%）＞鐵（50.50%）＞鋅（33.26%）＞鎂（31.45%），即甘薯基因型間塊根（鮮質(zhì)量）中的硒累積量差異最大，鐵次之，鋅和鎂較小。

不同用途類型甘薯間及同一用途類型的不同基因型甘薯間塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素累積量均存在明顯差異（表3），鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎂平均累積量（5 307.20 g∕hm2）明顯大于淀粉型（4 533.05 g∕hm2），其變異系數(shù)（33.71%）也大于淀粉型（28.40%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鐵平均累積量（297.85 g∕hm2）略大于淀粉型（282.23 g∕hm2），其變異系數(shù)（53.39%）也略大于淀粉型（49.62%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鋅平均累積量（72.93 g∕hm2）略大于淀粉型（65.10 g∕hm2），其變異系數(shù)（36.99%）也略大于淀粉型（29.87%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中硒平均累積量（77.83 mg∕hm2）小于淀粉型（118.70 mg∕hm2），其變異系數(shù)（102.99%）遠(yuǎn)小于淀粉型（150.83%）。說(shuō)明鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中的鎂累積量普遍比淀粉型高，鐵和鋅累積量差異不大，而硒累積量低于淀粉型；且鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎂、鐵和鋅累積量的基因型間差異大于淀粉型，而硒累積量的基因型間差異小于淀粉型。

2.3 不同基因型甘薯塊根自然富集有害元素的能力差異

2.3.1 有害元素含量差異 不同基因型甘薯的塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素含量間存在較大差異（表4），鉻含量（9.84 μg∕kg）最高，鎘（5.45μg∕kg）次之，砷（1.82μg∕kg）較低，鉛和汞含量均低于檢測(cè)限。

表4 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素含量的差異Tab.4 Differences of hazardous element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potatoμg∕kg

由表4 可知，不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中同一有害元素含量存在較大差異：鉻含量在0.00μg∕kg（普薯32）～38.20μg∕kg（蘇薯29），最大值∕最小值為2.09，平均值為9.84 μg∕kg；鎘含量在2.20（煙薯1915）～10.46 μg∕kg（贛渝3 號(hào)），最大值∕最小值為4.75，平均值為5.45μg∕kg；砷含量在0.00μg∕kg（濟(jì)薯25）～3.88 μg∕kg（蘇薯29），最大值∕最小值為3.92，平均值為1.82 μg∕kg；不同基因型甘薯有害元素含量的變異系數(shù)表現(xiàn)為鉻（142.65%）＞砷（50.61%）＞鎘（45.30%），即甘薯基因型間塊根（鮮質(zhì)量）中的鉻含量差異最大，砷和鎘次之。

不同用途類型甘薯間及同一用途類型的不同基因型甘薯間塊根（鮮質(zhì)量）中鉻、鎘和砷含量均存在較大差異（表4），鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鉻平均含量（10.68μg∕kg）與淀粉型（10.23μg∕kg）基本相同，而其變異系數(shù)（127.57%）遠(yuǎn)小于淀粉型（161.73%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎘平均含量（6.55 μg∕kg）明顯大于淀粉型（3.68 μg∕kg），其變異系數(shù)（37.97%）略小于淀粉型（41.95%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中砷平均含量（1.76μg∕kg）小于淀粉型（2.08 μg∕kg），但其變異系數(shù)（51.55%）略大于淀粉型（47.14%）。說(shuō)明鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎘含量普遍比淀粉型高，但其砷含量普遍低于淀粉型，而鉻含量?jī)烧呋緹o(wú)差異；且鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中砷含量的基因型間差異大于淀粉型，而鉻和鎘含量的基因型間差異小于淀粉型。

2.3.2 有害元素累積量差異 不同基因型甘薯的塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素累積量間均存在明顯差異（表5），鉻累積量（298.93 mg∕hm2）最高，鎘（165.54 mg∕hm2）次之，砷（55.85 mg∕hm2）較低。

表5 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素累積量的差異Tab.5 Differences of hazardous element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potatomg∕hm2

不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中同一有害元素累積量存在較大差異（表5），鉻累積量在0.00 mg∕hm2（心香）～1 127.55 mg∕hm2（湛薯16），最大值∕最小值為3.19，平均值為298.93 mg∕hm2；鎘累積量在58.80 mg∕hm2（濟(jì)薯25）～318.45 mg∕hm2（贛渝3號(hào)），最大值∕最小值為5.42，平均值為165.54 mg∕hm2；砷累積量在0.00 mg∕hm2（心香）～126.15 mg∕hm2（龍薯9 號(hào)），最大值∕最小值為5.88，平均值為55.85 mg∕hm2；不同基因型甘薯有害元素累積量的變異系數(shù)表現(xiàn)為鉻（144.17%）＞砷（59.60%）＞鎘（53.44%），即甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中基因型間的鉻累積量差異最大，砷和鎘次之。

不同用途類型甘薯間及同一用途類型的不同基因型甘薯間塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素累積量存在明顯差異（表5），鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鉻平均累積量（356.87 mg∕hm2）明顯大于淀粉型（261.85 mg∕hm2），但其變異系數(shù)（132.67%）小于淀粉型（158.82%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎘平均累積量（204.45 mg∕hm2）遠(yuǎn)大于淀粉型（102.95 g∕hm2），其變異系數(shù)（46.41%）也大于淀粉型（37.93%）；鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中砷平均累積量（56.98 mg∕hm2）略小于淀粉型（59.13 g∕hm2），其變異系數(shù)（68.47%）遠(yuǎn)大于淀粉型（44.53%）。說(shuō)明鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中的鉻和鎘累積量普遍比淀粉型高，而砷累積量與淀粉型無(wú)顯著差異；且鮮食型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中鎘和砷累積量的基因型間差異大于淀粉型，而鉻累積量的基因型間差異小于淀粉型。

2.4 不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的模糊隸屬函數(shù)分析

2.4.1.1 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中元素含量的模糊隸屬函數(shù)分析 依據(jù)甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素含量的模糊隸屬函數(shù)值大小進(jìn)行甘薯塊根自然富集有益元素能力評(píng)價(jià)（表6），發(fā)現(xiàn)鮮食型甘薯塊根自然富集有益元素的能力表現(xiàn)為贛K06＞湛薯16＞贛渝3 號(hào)＞浙紫3 號(hào)＞普薯32＞心香＞龍薯9號(hào)＞贛薯6 號(hào)＞徐紫8 號(hào)，淀粉型甘薯塊根自然富集有益元素的能力表現(xiàn)為蘇薯29＞贛薯3 號(hào)＞贛薯203＞濟(jì)薯25＞龍薯10 號(hào)＞煙薯1915。綜合來(lái)看，甘薯塊根高富集有益元素的基因型表現(xiàn)為贛K06＞湛薯16＞蘇薯29，中富集有益元素的基因型表現(xiàn)為贛渝3號(hào)＞浙紫3號(hào)＞普薯32＞贛薯3號(hào)＞贛薯203＞濟(jì)薯25，低富集有益元素的基因型表現(xiàn)為心香＞龍薯10號(hào)＞龍薯9 號(hào)＞煙薯1915＞廣薯87＞贛薯6 號(hào)＞徐紫8號(hào)。

表6 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素含量的模糊隸屬函數(shù)值Tab.6 Fuzzy membership function values of beneficial element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

依據(jù)甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素含量的模糊隸屬函數(shù)值大小進(jìn)行甘薯塊根自然富集有害元素能力評(píng)價(jià)（表7），發(fā)現(xiàn)鮮食型甘薯塊根自然富集有害元素的能力表現(xiàn)為徐紫8 號(hào)＜贛薯6 號(hào)＜浙紫3號(hào)＜心香＜贛K06＜普薯32＜贛渝3 號(hào)＜龍薯9 號(hào)＜湛薯16，淀粉型甘薯塊根自然富集有害元素的能力表現(xiàn)為濟(jì)薯25＜煙薯1915＜贛薯203＜贛薯3 號(hào)＜龍薯10 號(hào)＜蘇薯29。綜合來(lái)看，甘薯塊根高富集有害元素的基因型表現(xiàn)為湛薯16＞蘇薯29，中富集有害元素的基因型表現(xiàn)為龍薯9 號(hào)＞贛渝3 號(hào)＞普薯32＞龍薯10 號(hào)，低富集有害元素的基因型表現(xiàn)為心香＞浙紫3 號(hào)＞贛薯3 號(hào)＞廣薯87＞贛薯203＞煙薯1915＞贛薯6號(hào)＞徐紫8號(hào)＞濟(jì)薯25。

表7 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素含量的模糊隸屬函數(shù)值Tab.7 Fuzzy membership function values of hazardous element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

2.4.1.2 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中元素累積量的模糊隸屬函數(shù)分析 依據(jù)甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中元素累積量的模糊隸屬函數(shù)值大小進(jìn)行甘薯塊根自然富集有益元素能力評(píng)價(jià)（表8），發(fā)現(xiàn)鮮食型甘薯塊根自然富集有益元素的能力表現(xiàn)為普薯32＞贛K06＞湛薯16＞龍薯9 號(hào)＞贛渝3 號(hào)＞贛薯6 號(hào)＞徐紫8 號(hào)＞浙紫3 號(hào)＞心香，淀粉型甘薯塊根自然富集有益元素的能力表現(xiàn)為贛薯203＞蘇薯29＞龍薯10號(hào)＞濟(jì)薯25＞煙薯1915＞贛薯3 號(hào)。綜合來(lái)看，甘薯塊根高富集有益元素的基因型為贛薯203，中富集有益元素的基因型表現(xiàn)為普薯32＞贛K06＞湛薯16＞龍薯9 號(hào)＞贛渝3 號(hào)＞蘇薯29，低富集有益元素的基因型表現(xiàn)為龍薯10 號(hào)＞濟(jì)薯25＞贛薯6 號(hào)＞廣薯87＞煙薯1915＞贛薯3號(hào)＞徐紫8號(hào)＞浙紫3號(hào)＞心香。

表8 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有益元素累積量的模糊隸屬函數(shù)值Tab.8 Fuzzy membership function values of beneficial element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

依據(jù)甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中元素累積量的模糊隸屬函數(shù)值大小進(jìn)行甘薯塊根自然富集有害元素能力評(píng)價(jià)（表9），發(fā)現(xiàn)鮮食型甘薯塊根自然富集有害元素的能力表現(xiàn)為徐紫8號(hào)＜浙紫3號(hào)＜贛薯6號(hào)＜心香＜贛K06＜贛渝3號(hào)＜普薯32＜湛薯16＜龍薯9號(hào)，淀粉型甘薯塊根自然富集有害元素的能力表現(xiàn)為濟(jì)薯25＜煙薯1915＜贛薯3 號(hào)＜贛薯203＜龍薯10 號(hào)＜蘇薯29。綜合來(lái)看，甘薯塊根高富集有害元素的基因型表現(xiàn)為龍薯9 號(hào)＞湛薯16，中富集有害元素的基因型表現(xiàn)為普薯32＞蘇薯29＞贛渝3 號(hào)＞龍薯10號(hào)，低富集有害元素的基因型表現(xiàn)為贛K06＞贛薯203＞廣薯87＞心香＞贛薯6 號(hào)＞贛薯3 號(hào)＞浙紫3 號(hào)＞煙薯1915＞徐紫8號(hào)＞濟(jì)薯25。

表9 不同基因型甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中有害元素累積量的模糊隸屬函數(shù)值Tab.9 Fuzzy membership function values of hazardous element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

2.4.2 甘薯塊根自然富集元素能力的評(píng)價(jià)權(quán)重

以元素含量、元素累積量及兩者共同為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)熵權(quán)優(yōu)劣解距離法計(jì)算獲得信息權(quán)重（表10）。由表10可知，若以元素含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，硒含量的權(quán)重（34.862%）最大，其次為鐵含量（22.649%）、鎂含量（11.131%）、鋅含量（10.178%）、鉻含量（7.897%）、鎘含量（7.492%）、汞含量（5.791%），鉛和砷含量的權(quán)重均為0。若以元素累積量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，硒累積量的權(quán)重（39.442%）最大，其次為鎂累積量（15.196%）、鐵累積量（12.649%）、鎘累積量（10.143%）、鉛累積量（8.292%）、鋅累積量（8.079%）、砷累積量（6.199%），鉻和汞累積量的權(quán)重均為0。若同時(shí)以元素含量和累積量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，硒累積量的權(quán)重（20.078%）最大，其次為硒含量（17.144%）、鐵含量（11.138%）、鎂累積量（7.728%）、鐵累積量（6.437%）、鎂含量（5.474%）、鎘累積量（5.101%）、鋅含量（5.005%）、鉻累積量（4.208%）、鋅累積量（4.115%）、鉻含量（3.884%）、鎘含量（3.684%）、砷累積量（3.155%）和砷含量（2.848%），鉛和汞的含量及累積量的權(quán)重均為0。

表10 甘薯塊根（鮮質(zhì)量）中9個(gè)元素含量和累積量的信息權(quán)重Tab.10 Information weight of 9 elements content and accumulation in root tubers（fresh weight）of sweet potato%

2.4.3 不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的綜合得分和排名 根據(jù)甘薯中9個(gè)元素含量和累積量的歸一化處理后的模糊隸屬函數(shù)值（表6—9）及相對(duì)應(yīng)的權(quán)重（表10），采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)16個(gè)甘薯基因型塊根自然富集元素的能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（表11）。從表11 可以看出，若以元素含量及其權(quán)重為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同甘薯塊根自然富集元素的能力表現(xiàn)為贛K06（高）＞贛薯203（高）＞贛薯3 號(hào)（高）＞浙紫3 號(hào)（高）＞湛薯16（中）＞濟(jì)薯25（中）＞普薯32（中）＞心香（中）＞蘇薯29（中）＞贛渝3 號(hào)（中）＞煙薯1915（低）＞龍薯10號(hào)（低）＞龍薯9號(hào)（低）＞廣薯87（低）＞贛薯6 號(hào)（低）＞徐紫8 號(hào)（低）；若以元素累積量及其權(quán)重為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同甘薯塊根自然富集元素能力表現(xiàn)為贛薯203（高）＞贛K06（中）＞普薯32（中）＞濟(jì)薯25（低）＞湛薯16（低）＞贛薯3 號(hào)（低）＞贛渝3 號(hào)（低）＞浙紫3 號(hào)（低）＞贛薯6 號(hào)（低）＞蘇薯29（低）＞龍薯9 號(hào)（低）＞心香（低）＞煙薯1915（低）＞廣薯87（低）＞徐紫8號(hào)（低）＞龍薯10號(hào)（低）；若以元素含量和累積量及其權(quán)重為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同甘薯塊根自然富集元素能力表現(xiàn)為贛薯203（高）＞贛K06（高）＞普薯32（中）＞贛薯3 號(hào)（中）＞濟(jì)薯25（中）＞湛薯16（中）＞浙紫3 號(hào)（低）＞心香（低）＞蘇薯29（低）＞贛渝3 號(hào)（低）＞煙薯1915（低）＞贛薯6 號(hào)（低）＞龍薯9 號(hào)（低）＞龍薯10 號(hào)（低）＞廣薯87（低）＞徐紫8 號(hào)（低）。

表11 不同基因型甘薯塊根自然富集元素能力的綜合得分和排名Tab.11 Comprehensive score and rank of natural enrichment ability of element in root tubers of different genotypes of sweet potato

3 結(jié)論與討論

3.1 相同基因型甘薯塊根對(duì)不同元素的富集能力分析

眾多研究表明，同一作物品種對(duì)不同元素的富集能力是不同的[37，54-55]。陸國(guó)權(quán)等[37]研究發(fā)現(xiàn)，21個(gè)甘薯品種（系）的5 個(gè)產(chǎn)地200 多份樣品中的鐵、鋅、鈣和硒含量存在明顯的基因型差異，鋅、鈣和硒含量產(chǎn)地間均存在顯著差異，但不同肉色甘薯間的鐵、鋅、鈣和硒含量無(wú)顯著差異。胡燕等[54]研究發(fā)現(xiàn)，38 個(gè)甘薯品種中10 種元素含量表現(xiàn)為鉀＞鈉＞磷＞鈣＞鎂＞鐵＞鋅＞錳＞銅＞硒。余華等[55]認(rèn)為，不同肉色甘薯的銅、鐵、錳、鎂含量存在極顯著差異，鋅、鈣含量存在顯著差異。本研究發(fā)現(xiàn)，相同甘薯基因型塊根的不同元素含量差異巨大，鎂含量最高，其次為鐵，鉻、鎘、鋅、硒、砷含量較低，鉛和汞未被檢測(cè)出，除鐵含量的差異性與陸國(guó)權(quán)等[37]研究結(jié)果不同外，其他結(jié)果都與以往研究結(jié)果相似[37，54-56]；相同甘薯基因型塊根的不同元素累積量差異也巨大，鎂累積量最高，其次為鐵，鉛、汞累積量較低。不同元素含量差異表現(xiàn)為鉻（142.65%）＞硒（110.37%）＞砷（50.61%）＞鎘（45.30%）＞鐵（44.24%）＞鎂（27.50%）＞鋅（19.53%），不同元素累積量差異表現(xiàn)為鉻（144.17%）＞硒（139.02%）＞砷（59.58%）＞鎘（53.44%）＞鐵（50.50%）＞鋅（33.28%）＞鎂（31.45%），說(shuō)明不同元素在甘薯塊根中的差異是非常大的，即甘薯塊根對(duì)不同元素的富集能力具有明顯的差異，這可能與不同元素的吸收、利用與運(yùn)轉(zhuǎn)有關(guān)，具體機(jī)制有待于深入研究。

3.2 不同基因型甘薯塊根對(duì)同一元素的富集能力分析

廖青等[38]研究揭示，廣西10 個(gè)主栽甘薯品種薯塊硒含量存在顯著差異，且莖葉硒含量均高于薯塊，以桂紫薇薯1 號(hào)的富硒能力最強(qiáng)。黃婷等[39]研究發(fā)現(xiàn)，7 個(gè)甘薯品種塊根的硒含量以徐薯18 號(hào)和蘇薯16 號(hào)較高，其次為高系14、川山紫、蘇薯17 和寧紫薯，海南本地紫薯硒含量最低。不同基因型甘薯對(duì)鉻的吸收能力差異較大，廣薯87 最強(qiáng)，金山57最弱，且新鮮塊根中最高，薯肉最低[45]。胡燕等[54]研究認(rèn)為，相同產(chǎn)地的38 個(gè)甘薯品種中10 種元素鉀、鈉、磷、鈣、鎂、鐵、鋅、錳、銅、硒含量相差均較大。在鎘污染稻田區(qū)種植50個(gè)當(dāng)前推廣甘薯品種，各試驗(yàn)點(diǎn)鮮薯產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但不同類型甘薯鮮薯鎘含量平均值存在差異，且隨土壤鎘含量的增加，不同類型甘薯鮮薯鎘含量差異變大[56]。潘曉紅[40]研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型甘薯塊根自然富硒能力存在顯著差異，表現(xiàn)為蘇薯16號(hào)＞濟(jì)薯26＞秦薯8 號(hào)＞榆薯1號(hào)＞煙薯25＞紫薯2號(hào)＞秦薯5 號(hào)＞紫薯3 號(hào)。王戈亮[41]研究發(fā)現(xiàn)，紅黃心甘薯品種的鐵、鋅和硒含量普遍高于白心甘薯品種，而鈣含量則以紅心甘薯品種最高，白心甘薯品種次之，黃心甘薯品種最低，但4種礦物質(zhì)元素含量的差異均沒(méi)有達(dá)到顯著水平。羅啟燕等[43]研究發(fā)現(xiàn)，2017 年在重慶市彭水縣3 個(gè)地點(diǎn)種植的9 個(gè)食用型甘薯品種薯塊中，鉀含量最高，其次為鈣、磷、鎂、鐵、錳、鋅、硼和銅，硒含量最低。不同肉色甘薯的銅、鐵、錳和鎂含量存在極顯著差異，鋅和鈣含量存在顯著差異，其他營(yíng)養(yǎng)成分含量差異不顯著；黃色甘薯中的鋅含量介于橘紅色甘薯和紫色甘薯之間，紫色甘薯鋅、鐵、錳、鎂和鈣含量均顯著高于黃色[55]。本研究結(jié)果表明，在供試的16 個(gè)甘薯基因型中，龍薯9 號(hào)對(duì)鐵和鋅的富集能力最強(qiáng)，贛薯203對(duì)硒的富集能力最強(qiáng)，贛K06對(duì)鎂的富集能力最強(qiáng)；湛薯16 容易富集鉻元素，贛渝3號(hào)容易富集鎘元素，龍薯9號(hào)容易富集砷元素，供試基因型均不易富集鉛和汞。

綜上，甘薯自然富集元素能力存在較大的基因型差異，且與用途類型有關(guān)，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)自身需求進(jìn)行基因型的選擇。鮮食型甘薯中，贛K06對(duì)硒和鎂元素的富集能力最強(qiáng)，龍薯9號(hào)對(duì)鐵和鋅元素的富集能力最強(qiáng)；淀粉型甘薯中，蘇薯29 對(duì)鐵元素的富集能力最強(qiáng)，贛薯203 具有較強(qiáng)的富集鋅、硒和鎂能力。鮮食型甘薯中，心香不易富集鎘元素，徐紫8 號(hào)不易富集砷元素，湛薯16 容易富集鉻元素，贛渝3號(hào)容易富集鎘元素；淀粉型甘薯中，濟(jì)薯25 不易富集鎘和砷元素，蘇薯29 容易富集鉻元素。從有益元素的高積累和有害元素的低積累綜合表現(xiàn)來(lái)看，鮮食型甘薯中的贛K06 最佳，徐紫8 號(hào)最差；淀粉型甘薯中的贛薯203 綜合表現(xiàn)最佳，龍薯10號(hào)最差。供試甘薯基因型塊根均不易富集鉛和汞元素。