林立銘，魏 艷，黃 潔，韓全輝，葉劍秋

(1.海南大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，海南 ?？?570228;2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)部木薯種質(zhì)資源保護(hù)與利用重點實驗室，海南 儋州 571737)

木薯(Manihot esculenta Crantz)屬于大戟科木薯屬植物，主要用于食用、飼用和加工，是12.7%世界人口的主糧，木薯塊根約含有80.0%～90.0%木薯肉、10.0%～14.0%薯內(nèi)皮(簡稱木薯皮)和1.0%～2.0%薯外皮［1-2］。吳朝霞等［3］報道木薯塊根中含85.0 mg/hg Ca 和30.0 mg/hg P;Katayama 等［4］報道木薯塊根中淀粉和Mg 含量高于甘薯;陳曉明等［5］研究結(jié)果表明木薯皮中K 含量最高，Na、Ca、Mg 次之，但將木薯肉、木薯皮分開測定其礦質(zhì)元素及分布規(guī)律等研究鮮見報道。近年來，國內(nèi)外對水稻和小麥等糧食作物的礦質(zhì)元素分布規(guī)律有較多研究［6-8］，還有營養(yǎng)研究表明，甘薯［9-10］中含有豐富的Ca、P、Fe，馬鈴薯［11］中含有豐富的K，紅棗、核桃、杏仁等［12-14］含有豐富的Fe 和Zn，基于以上的礦質(zhì)營養(yǎng)研究，人們已研發(fā)生產(chǎn)一些具有保健功能的高附加值產(chǎn)品，從而大幅提高以上作物的經(jīng)濟(jì)價值，并促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，我國木薯綜合利用程度低，高附加值產(chǎn)品少，已影響到產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，為此，本試驗測定3個木薯品系木薯肉、木薯皮中的7 種礦質(zhì)元素，并研究其分布規(guī)律，這將為木薯深加工研發(fā)提供一定的理論依據(jù)，拓展其產(chǎn)業(yè)鏈，提高木薯肉、木薯皮的綜合利用價值，最終增強(qiáng)木薯產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力，在此基礎(chǔ)上探討了礦質(zhì)元素在木薯抗性中的作用，為進(jìn)一步木薯抗性研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所選育的高產(chǎn)、高淀粉木薯品系E24、E1424 和F701，種植在海南省白沙縣的白沙綜合試驗站基地，2012 年11 月15 日采樣，全生長期10 個月。種植地土壤條件為pH 5.95，有機(jī)質(zhì)含量0.69%，堿解氮42.10 mg/kg，速效磷(P2O5)3.53 mg/kg，速效鉀(K2O)52.54 mg/kg。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集與預(yù)處理 收獲時，每個木薯品系隨機(jī)取3 株，每株選取大、中、小薯塊各2 條，要求薯塊外觀無損、無病蟲害。然后，洗凈抹干，擦去薯外皮，剝離木薯皮后，對木薯肉、木薯皮的頭(離薯柄2～5 cm)、中(中間3 cm)、尾(離薯尾2～5 cm)3 部分，分別切取3 cm 長的木薯肉和木薯皮，切絲混勻后，從中取100 g 鮮樣烘干打粉。

1.2.2 測定方法 樣品中的礦質(zhì)元素采用等離子發(fā)射光譜法測定［15］，在本試驗測定方法中，用干灰化法消化樣品時，因樣品直接放入(500±20)℃的馬弗爐中加熱2 h，不能充分消化完全，故作如下改進(jìn):①將稱取好樣品的坩堝，加蓋，留一小縫;②將坩堝放置在電爐上以低溫加熱至不再冒煙;③逐漸升高溫度至最大，灰化至樣品呈灰白色;④轉(zhuǎn)移至馬弗爐中以(500±20)℃加熱2 h，即可灰化完全。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2003 和SAS 9.0 進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，顯著性檢驗為t 檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素含量

木薯肉、木薯皮中的礦質(zhì)元素含量測定結(jié)果見表1。木薯肉干樣中含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;木薯皮干樣中含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 含量分別是木薯皮的1.1～1.9 和1.3～2.5 倍，均達(dá)極顯著差異;木薯皮中的Ca、Fe、Mn、Zn 和Cu 含量分別是木薯肉的10.3～14.0、1.7～4.6、4.2～10.4、1.7～4.9 和1.0～4.6 倍，均達(dá)極顯著差異。

表1 木薯肉、木薯皮的礦質(zhì)元素含量Tab.1 Mineral element content of the flesh and cortex

2.2 木薯肉礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析

木薯肉中礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析結(jié)果見表2。木薯肉的K 與Zn 含量呈極顯著正相關(guān)，F(xiàn)e 與Mg 含量呈極顯著正相關(guān)，Ca 與Mg、Fe 含量均呈顯著正相關(guān)。

表2 木薯肉礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of mineral elements content of the flesh

2.3 木薯皮礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析

木薯皮中礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析結(jié)果見表3。木薯皮的Ca 與Fe 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，K 與Mn 含量呈顯著負(fù)相關(guān)，Ca 與Zn 含量呈顯著正相關(guān)，Mg 與Mn、Cu 含量均呈顯著負(fù)相關(guān)。

表3 木薯皮礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of mineral elements content of the cortex

2.4 木薯肉與木薯皮之間礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析

木薯肉與木薯皮之間礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析結(jié)果見表4。木薯肉的Cu 與木薯皮的Zn 含量呈極顯著正相關(guān);木薯肉的K 與木薯皮的Mn 含量呈顯著正相關(guān);木薯肉的Mn 與木薯皮的K 含量呈顯著負(fù)相關(guān);木薯肉的Cu 與木薯皮的Mg 含量呈顯著負(fù)相關(guān);木薯肉的Zn 與木薯皮的Ca、Cu 含量均呈顯著正相關(guān)。

表4 木薯肉和木薯皮之間礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of mineral element content between the flesh and cortex

3 結(jié)論與討論

以本試驗的木薯肉礦質(zhì)元素含量測定結(jié)果與前人的相關(guān)干基研究結(jié)果比較，木薯肉的Ca 含量為糙米的1.2～8.1 倍［16］、馬鈴薯的33.8～92.8 倍［17］，其K、Fe、Zn 含量分別是馬鈴薯的2.2～3.4、1.9～2.4、2.6～4.8 倍［18］，其Mn 和Zn 含量分別是甘薯的0.5～6.0 和0.9～4.6 倍［19］，其Fe、Zn、Cu 含量與小麥［20］相媲美?？梢?，木薯肉的部分礦質(zhì)營養(yǎng)價值優(yōu)于或不亞于糙米、小麥、甘薯和馬鈴薯。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為紅棗中的豐富鐵質(zhì)等礦質(zhì)元素，對貧血、倦怠無力、心悸失眠等有很好的補(bǔ)益作用［12］。核桃和杏仁中的Fe、Mn、Zn 礦質(zhì)元素，與健腦、保持心臟健康、維持內(nèi)分泌正常和抗衰老等有著密切關(guān)系［14，21-22］。以本試驗的木薯皮礦質(zhì)元素含量與前人的相關(guān)干基研究結(jié)果比較，木薯皮中Ca、Fe 含量是紅棗的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］，可見，木薯皮的部分礦質(zhì)營養(yǎng)價值也優(yōu)于或不亞于紅棗、核桃、杏仁。據(jù)陳曉明等［5，23］研究表明，木薯皮含有藥用價值的部分生物堿、香豆素及抗膽堿酯酶等重要活性物質(zhì)。因此，應(yīng)重視木薯皮礦質(zhì)營養(yǎng)的綜合利用研究。

據(jù)前人研究，Ca2+離子除維持細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及膜結(jié)合蛋白的穩(wěn)定性外，還能與細(xì)胞內(nèi)的鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)合，在環(huán)境脅迫下，鈣和鈣調(diào)蛋白參與脅迫信號的感受、傳遞、響應(yīng)與表達(dá)，并在各種逆境信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起核心作用［24-27］。早期，McGuire 和Bateman 等［28-29］證明了Ca2+通過加強(qiáng)植物細(xì)胞壁而增強(qiáng)植物的抗病性。近年，冀乙萌等［30］研究結(jié)果表明，噴施適宜濃度的鈣溶液能夠提高木薯的抗寒性。但張學(xué)君等［31-32］根據(jù)不同馬鈴薯品種抗感性強(qiáng)弱與Ca 含量的分析，及Ca 處理對抗性影響的結(jié)果，他認(rèn)為Ca2+在軟腐病中的作用相當(dāng)復(fù)雜，必須從寄主-病菌相互作用的動態(tài)觀點去全面考慮，同時還指出Cu、Zn 含量與其對軟腐病的抗性有正相關(guān)，Mn2+、Zn2+、Fe2+等離子提高抗菌細(xì)胞壁降解酶的能力比Mg2+強(qiáng)，但其在植物體中的濃度較低，因而Ca2+和Mg2+在軟腐病程中有可能具有結(jié)構(gòu)活性?？梢?，Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+及Cu2+與植物的抗逆性均有密切關(guān)系。

本研究結(jié)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，約是Fe 和Zn 含量的76～212 倍。礦質(zhì)元素相關(guān)性分析表明，木薯肉中的Ca 含量與Mg、Fe 含量均呈顯著正相關(guān);木薯皮的Ca 含量與Fe 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，木薯皮的Ca 含量與Zn 含量呈顯著正相關(guān);木薯皮的Ca 與木薯肉的Zn 含量呈顯著正相關(guān)，可見，木薯肉、木薯皮中的Ca、Mg、Fe、Zn含量之間存在密切關(guān)系，尤以Ca 含量起到核心支配作用。據(jù)研究報道，木薯具有較強(qiáng)的抗旱等抗逆特性［33-34］。根據(jù)本研究數(shù)據(jù)，可推測木薯塊根特別是木薯皮中的Ca、Mg、Fe、Zn 等礦質(zhì)元素在各種抗性中可能起到關(guān)鍵作用，而Ca 可能起到關(guān)鍵的核心調(diào)控作用，這值得進(jìn)一步研究。

［1］方佳，濮文輝，張慧堅.國內(nèi)外木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展近況［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26(16):353-361.

［2］黃潔.木薯豐產(chǎn)栽培技術(shù)［M］.?？?海南出版社，三環(huán)出版社，2007:12-13.

［3］吳朝霞，丁霞.雜糧的營養(yǎng)價值及雜糧保健食品的開發(fā)和應(yīng)用［J］.雜糧作物，2001，21(5):48-50.

［4］Katayama N，Hashimoto H，Njemanze P C，et al.Cassava for space diet-african contribution to space exploration［C］.Istanbul，2009.

［5］陳曉明，李開綿，臺建祥，等.大戟科木薯皮礦物質(zhì)及化學(xué)成分的波譜分析［J］.食品研究與開發(fā)，2012，33(1):123-129.

［6］石燕，鄒金，鄭為完，等.稻米主要營養(yǎng)成分和礦質(zhì)元素的分布分析［J］.南昌大學(xué)學(xué)報:工科版，2010，32(4):390-393，408.

［7］丁文平.小麥加工過程中的營養(yǎng)損失與面粉的營養(yǎng)強(qiáng)化［J］.糧油加工，2008(5):87-89.

［8］李春燕，封超年，王亞蕾，等.小麥籽粒不同部位的礦質(zhì)元素組成與其含量差異［J］.植物生理學(xué)通訊，2007，43(6):1077-1081.

［9］商麗麗，趙德虎，杜清福，等.甘薯的營養(yǎng)成分及開發(fā)利用研究進(jìn)展綜述［J］.安徽農(nóng)業(yè)通報，2012，18(9):73-74.

［10］江陽，孫成均.甘薯的營養(yǎng)成分及其保健功效研究進(jìn)展［J］.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2010，12(4):56-61.

［11］張秋燕，張福平.馬鈴薯品種的營養(yǎng)成分分析［J］.中國食物與營養(yǎng)，2010(6):75-77.

［12］劉潤平.紅棗的營養(yǎng)價值及其保健作用［J］.中國食物與營養(yǎng)，2009(12):50-52.

［13］王利華.核桃的營養(yǎng)保健功能及加工利用［J］.中國食物與營養(yǎng)，2007(8):28-30.

［14］孔凡真.杏仁的營養(yǎng)價值、保健功能及開發(fā)利用［J］.養(yǎng)生保健中藥，2007(5):40-43.

［15］劉中笑，徐東輝，張廷國，等.等離子反射光譜測定蔬菜礦質(zhì)元素前處理方法研究［J］.中國蔬菜，2010(12):50-54.

［16］張惠娜.糙米的營養(yǎng)價值及其食品加工研究進(jìn)展［R］.北京:中國糧油學(xué)會中國農(nóng)業(yè)大學(xué)日本美味技術(shù)研究會，2006.

［17］李超，郭華春，蔡雙元，等.中國馬鈴薯主栽品種塊莖營養(yǎng)品質(zhì)初步分析［R］.重慶:中國作物學(xué)會馬鈴薯專業(yè)委員會，2013.

［18］呂巨智，染和，姜建初.馬鈴薯的營養(yǎng)成分及保健價值［J］.中國食物與營養(yǎng)，2009(3):51-52.

［19］胡燕，李育明，李強(qiáng)，等.甘薯中10 種元素分析［J］.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2010，12(3):131-137.

［20］蘇東民.小麥、小麥粉及面制食品的營養(yǎng)品質(zhì)［J］.營養(yǎng)健康新觀察，2006，31:25-26.

［21］李敏，劉媛，孫翠，等.核桃營養(yǎng)價值研究進(jìn)展［J］.中國糧油學(xué)報，2009，24(6):166-170.

［22］孔凡真.營養(yǎng)保健食品核桃［J］.中國食物與營養(yǎng)，2000(6):44.

［23］陳曉明，李開綿，臺建祥，等.超聲波輔助提取木薯皮活性物質(zhì)工藝［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27:389-396.

［24］孫大業(yè)，郭艷林.細(xì)胞信號系統(tǒng)［M］.北京:科學(xué)出版社，1991:140-203.

［25］李德紅，王小青，潘瑞熾.鈣信使與植物激素信號傳遞［J］.生物學(xué)雜志，1998，15(4):1-4.

［26］Gilroy S，Trewavas A.Signal processing and transduction in plant cells:the end of the beginning［J］.Nature Reviews Molecular Cell Biology，2001，2(4):307-314.

［27］Braam J，Davis R W.Rain-，wind-，and touch-induced expression of calmodulin and calmodulin-related genes in Arabidopsis［J］.Cell，1990，60(3):357-364.

［28］MeGuire R G，Kelman，A.Reduced severity of Erwinia soft rot in potato tubers with increased calcium content［J］.PhytoPathology，1984，74(10):1250-1256.

［29］Bateman D F，Lumsden R D.Relation of calcium content and nature of the pectic substances in bean hypocotyls of different ages to susceptibility to an isolate of Rhizoctonia solani［J］.Phytopathology，1965，55(7):737-738.

［30］冀乙萌，惠杜娟，李瑞梅，等.鈣對低溫脅迫下木薯抗寒相關(guān)生理指標(biāo)的影響［J］.熱帶作物學(xué)報，2012，33(5):894-898.

［31］張學(xué)君，王金生，方中達(dá).馬鈴薯塊莖中一些礦質(zhì)元素的含量及其在軟腐病發(fā)生中的作用［J］.植物病理學(xué)報，1989，19(1):41-45.

［32］張學(xué)君，王金生，方中達(dá).Ca2+、Mn2+等8 種金屬離子對軟腐歐文氏菌一些致病因子的影響［J］.植物病理學(xué)報，1992，25(1):79-84.

［33］Okogbenin E，Setter T L，F(xiàn)erguson M，et al.Phenotypic approaches to drought in cassava:review［J］.Frontiers in Physiology，2013，4:93.

［34］El-Sharkawy M A.Physiological characteristics of cassava tolerance to prolonged drought in the tropics:implications for breedingcultivars adapted to seasonally dry and semiarid environments［J］.Brazilian Journal of Plant Physiology，2007，19(4):257-286.