努爾買買提·阿布地熱木,焦灰敏,周小魏,伊再提古麗·加帕爾,王飛雪,王新建,2,*

(1.塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培 與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室,新疆阿拉爾 843300; 2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木盆地生物資源保護與利用重點實驗室,新疆阿拉爾 843300)

核桃是核桃科(Juglandaceae)、核桃屬(Juglans)的一種果材兼用樹種,也是我國栽培歷史悠久、分布廣泛、種質(zhì)資源豐富的古老果樹。作為造林首選樹種,核桃屬植物具有其重要的生態(tài)價值[1]。新疆是我國最早種植核桃的地區(qū)之一,栽培歷史悠久,優(yōu)良品種豐富,主要有紙皮核桃、薄殼核桃、露仁核桃、早熟核桃等,普遍具有殼薄、果大等特點,核桃樹還是非常適宜新疆干旱地區(qū)綠化和觀賞的樹種[2]。

核桃以其豐富的營養(yǎng)和獨特的風味被廣大人民群眾喜愛,核桃富含人體必需的各種蛋白質(zhì)及氨基酸、維生素、脂肪酸、礦質(zhì)元素等多種營養(yǎng)成分[3-4]。礦物質(zhì)元素是人體不可缺少的重要元素之一,研究發(fā)現(xiàn)某些礦物質(zhì)元素還具有較高的保健作用,如K、Ca、Se等。微量元素在人體內(nèi)不僅能促進機體合成生命活動所需的物質(zhì),而且還能提高酶的活性,增強機體的免疫功能,是維持生命活動不可缺少的物質(zhì),缺少時會引起各種疾病[5-6]。礦質(zhì)元素含量與食品的營養(yǎng)價值及中藥材藥效緊密相關(guān)[7]。

由廖天錄[8]、錢新標[9]和田建保[10]等人對核桃、山核桃和美國山核桃微量元素的測定可知三者都含有豐富多樣的微量元素,某些元素在含量上差異不大,而有些元素卻有很大差異。郭向華[11]以早實薄皮核桃-綠嶺為試材,研究了主要礦質(zhì)元素含量與早實核桃產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)系,從各時期葉中N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn含量與果實產(chǎn)量、核仁蛋白質(zhì)、核仁脂肪等復(fù)雜的相關(guān)性中可以看出,核桃果實產(chǎn)量及品質(zhì)受礦質(zhì)元素的影響因時期不同而存在差異。葉靜等[12]對新疆烏什縣新溫185號核桃樹營養(yǎng)進行盈虧分析時提出Ca、Mg元素濃度適宜范圍分別為28.19～38.47、9.52～11.29 g/kg,核桃葉片F(xiàn)e元素濃度適宜范圍為308.32～384.41 mg/kg、Mn元素為71.25～136.53 mg/kg、Zn元素為30.95～35.78 mg/kg、Cu元素為10.95～13.44 mg/kg。核桃仁還含有豐富的維生素及鈣、鐵、磷、鋅等多種微量元素[13-14]。錳具有促進人體生長發(fā)育、保證機體內(nèi)分泌正常功能、參與人體骨骼造血等多種生物學功能[15];磷是人體軟組織的重要組成部分;體內(nèi)99%的鈣與磷形成骨鹽集中于骨骼和牙齒中,維生素D的缺乏會影響鈣的吸收,因此日常補鈣建議同時補充維生素D;鋅銅比值低對冠心病患者緩解病情有益[16];鐵在人體內(nèi)主要以鐵蛋白的形式存在于肝、脾和骨髓中,是構(gòu)成血紅蛋白的主要原料成分,參與氧的運輸和存儲。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(Inductively coupled plasma-optical emission spectrometer,ICP-OES)具有分析速度快、線性范圍寬、可多元素同時測定、檢出限低等優(yōu)點,已被廣泛地應(yīng)用于生物與醫(yī)學、地質(zhì)與環(huán)境、食品與化學、貴金屬和高純物質(zhì)分析[17-23]等領(lǐng)域。近年來隨著新疆環(huán)塔里木盆地特色林果產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,核桃栽種面積迅速擴大,追求高品質(zhì)和更高的營養(yǎng)價值是核桃深層次開發(fā)利用中的關(guān)鍵科學問題。

通過對新疆薄皮核桃果仁中的礦質(zhì)元素組成、各組分相對含量進行比較分析,可為新疆薄皮核桃資源評價及新品種選育提供理論依據(jù)。本實驗以新疆主要栽培的新新2號、溫185與其實生后代等68個品系作為測試材料,采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES),測定各優(yōu)株堅果礦質(zhì)元素的最大值、最小值、平均值、標準差及變異系數(shù),采用相關(guān)性分析,主成分分析法對堅果品質(zhì)進行分析,以期為核桃品質(zhì)化育種和核桃加工品種化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

供試材料 選取新疆阿拉爾市塔里木大學園藝試驗站栽植的2個品種的實生后代核桃,主要有“溫185”核桃與實生后代35株和“新新2號”核桃與實生后代33株,總共68個樣品,樹勢生長強壯,常規(guī)管理。2015年9月10～30日,分別對每個實生后代單株(編號依次為北1-10、北3-10、北6-10、北7-15、中1-12、中5-9、中6-10等)于每株樹的樹冠中部外圍采集發(fā)育正常的完熟期果實30個,放于陰涼通風處3～5 d,待青皮自行脫落,放于通風、干燥處晾曬,晾曬過程中每天翻動,使其干燥均勻,剝?nèi)怨?用刀片切成碎末,混勻,備用；濃硝酸(優(yōu)級純) 西隴化工股份有限公司；乙腈、磷酸為色譜純,自制超純水；其余試劑 均為分析純。

ICP-OES720 瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 美國瓦里安技術(shù)中國有限公司;ICPMS7700電感耦合等離子體原子發(fā)射質(zhì)譜儀 美國安捷倫公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的制備 稱取0.5 g核桃(粉碎核桃)入微波消解管中,加入硝酸5 mL,過氧化氫2 mL?；旌弦阂徊⒎湃朐O(shè)定好的微波消解儀消解后冷卻過濾定容到50 mL,儀器進樣得出測試結(jié)果。

1.2.2 核桃仁中礦質(zhì)元素含量的測定方法 通過瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀,測試核桃仁中 K、P、Ca、Mg、Na、Si、Fe、B 含量,采用安捷倫電感耦合等離子體原子發(fā)射質(zhì)譜儀測定核桃仁中 Mn、Cu、Zn、Se含量。測試條件:檢測環(huán)境溫度:24.0 ℃;濕度:50% RH。射頻功率1000 W,等離子體氣流量:16 L/min,載氣流量1.5 mL/min,泵速15 r/min,進樣速率0.1 mL/min。其中等離子氣、輔助氣:0.6 L/min、霧化氣0.5 L/min,均為高純氬。按照選定的儀器工作條件,取樣液直接測定各元素含量,方法檢出限0.05 mg/L,誤差<5%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS7.55版進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆核桃實生后代堅果礦質(zhì)元素比較

2.1.1 “溫185”親本與實生后代堅果礦質(zhì)元素比較 由表1可知,溫185實生后代中各類礦質(zhì)元素含量由高到低依次為P>K>Mg>Ca>Fe>Zn>Na>Si>Mn>Cu>B>Se,其中P元素含量最高,說明P是核桃仁內(nèi)主要礦質(zhì)元素,溫185親本總元素內(nèi)P含量占50.84%,后代的P含量占49.75%;綜上所述可知,后代堅果礦質(zhì)元素中Se含量的變異系數(shù)較大(36.04%),其變異幅度為0.12～0.52 mg/100 g。以親本對比和超過親本的高營養(yǎng)價值為篩選優(yōu)良品系的指標,溫185的實生后代中,北1-10、北1-11、北3-13、北4-16北6-9、北6-11,可以認為是較優(yōu)品系。

表1 “溫185”與實生后代堅果12種礦質(zhì)元素比較(mg/100 g)Table 1 “Wen185”with the offspring nuts comparison of 12 mineral elements(mg/100 g)

溫185的實生后代中P含量超過親本(563.24 mg/100 g)的占85.00%,低于的占15.00%;后代中K含量超過親本(290.08 mg/100 g)的占70.00%,低于的占30.00%;后代中Mg含量超過親本(142.29 mg/100 g)的占95.00%,低于的占5.00%;后代中Ca含量超過親本(94.34 mg/100 g)的占50.00%,低于的占50.00%;后代中Fe含量超過親本(4.35 mg/100 g)的占80.00%,低于的占20.00%;后代中Zn含量超過親本(2.96 mg/100 g)的占95.00%,低于的占5.00%;后代中Na含量超過親本(3.64 mg/100 g)的占30.00%,低于的占70.00%;后代中Si含量超過親本(3.36 mg/100 g)的占60.00%,低于的占40.00%;后代中Mn含量超過親本(4.88 mg/100 g)的占0.00%,低于的占100.00%;后代中Cu含量超過親本(1.92 mg/100 g)的占95.00%,低于的占5.00%;后代中B含量超過親本(0.97 mg/100 g)的占75.00%,低于的占25.00%;后代中Se含量超過親本(0.27 mg/100 g)的占65.00%,低于的占35.00%。

2.1.2 “新新2號”親本與實生后代堅果礦質(zhì)元素比較 由表2可知,新新2號實生后代中各類礦質(zhì)元素含量由高到低依次為P>K>Mg>Ca>Na>Fe>Si>Mn>Zn>Cu>B>Se;其中P元素含量最高,說明P是核桃仁內(nèi)主要礦質(zhì)元素,新新2號親本總元素P含量內(nèi)占41.64%,后代的P含量占42.84%;新新2號實生后代中P含量超過親本(386.96 mg/100 g)的占88.89%,低于的占11.11%;后代中K含量超過親本(286.83 mg/100 g)的占77.78%,低于的占22.22%;后代中Mg含量超過親本(142.10 mg/100 g)的占77.78%,低于的占22.22%;后代中Ca含量超過親本(98.57 mg/100 g)的占50.00%,低于的占50.00%;后代中Na含量超過親本(3.22 mg/100 g)的占72.22%,低于的占27.78%;后代中Fe含量超過親本(3.56 mg/100 g)的占38.89%,低于的占61.11%;后代中Si含量超過親本(3.21 mg/100 g)的占55.56%,低于的占44.44%;后代中Mn含量超過親本(3.14 mg/100 g)的占38.89%,低于的占61.11%;后代中Zn含量超過親本(2.68 mg/100 g)的占72.22%,低于的占27.78%;后代中Cu含量超過親本(2.11 mg/100 g)的占55.56%,低于的占44.44%;后代中B含量超過親本(1.03 mg/100 g)的占77.78%,低于的占22.22%;后代中Se含量超過親本(0.19 mg/100 g)的占66.67%,低于的占33.33%。

表2 “新新 2號”親本與實生后代堅果12種礦質(zhì)元素比較(mg/100 g)Table 2 “Xinxin No 2”parents and their offspring nuts comparison of 12 mineral elements(mg/100 g)

綜上所述可知,后代堅果礦質(zhì)元素中Se與Mn含量的變異系數(shù)較大(為32.15%、30.77%)。以親本對比和超過親本的高營養(yǎng)價值為篩選優(yōu)良品系的指標,新新2號的實生后代中,中1-11、中2-12、中3-11、中4-12、中5-9、中6-11,可以認為是較優(yōu)品系。

2.2 核桃親本與實生后代堅果中礦質(zhì)元素相關(guān)分析

2.2.1 “溫185”親本與實生后代堅果中礦質(zhì)元素相關(guān)分析 對溫185與實生后代堅果礦質(zhì)元素成分進行相關(guān)性分析見表3。由表3可知,P與K、Mg元素,K元素與Mg、Zn元素,Mg與Zn元素,Zn與Cu元素之間呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),相關(guān)指數(shù)分為0.58、0.62、0.81、0.56、0.71、0.68;P與Zn,B與Se元素之間呈顯著正相關(guān)(p<0.05),相關(guān)指數(shù)分為0.51、0.48;其余礦質(zhì)元素間無極顯著相關(guān)性。

表3 “溫185”親本與實生后代堅果中不同礦質(zhì)元素的相關(guān)分析Table 3 “Wen 185”parents and their offspring nuts correlation analysis of different mineral elements

2.2.2 “新新2號”親本與實生后代堅果中不同礦質(zhì)元素的相關(guān)分析 由表4可知,Zn與Cu,Mg與Zn、K,Mn與Ca元素之間呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),相關(guān)指數(shù)分為0.90、0.62、0.60、0.56;P與K元素,Mg與Cu元素,Mn與Se元素之間呈顯著正相關(guān)(p<0.05),相關(guān)指數(shù)分為0.47、0.47、0.46;Mg與Mn、B與Ca、Mn、Si元素之間呈顯著負相關(guān)(p<0.05),相關(guān)指數(shù)分為-0.54、-0.55、-0.45、-0.52;其余礦質(zhì)元素間無極顯著相關(guān)性。

表4 “新新2號”親本與實生后代堅果中不同礦質(zhì)元素的相關(guān)分析Table 4 “Xinxin No 2”parents and their offspring nuts correlation analysis of different mineral elements

2.3 核桃親本與實生后代堅果中礦質(zhì)元素主成分分析

2.3.1 “溫185”與實生后代堅果中礦質(zhì)元素主成分分析 主成分分析法是用少數(shù)變量盡可能多的反映原來變量的信息,一般認為累積方差貢獻率大于85%,就可以保留大部分重要信息[16]。由表5可知,第1主成分的貢獻率最大,為31.33%,是最重要的主成分,第1主成分以Mg、K、Zn和P等元素為代表,第2主成分以B、Cu和Se等元素為代表,第3主成分以Si和Mn等元素為代表,第4主成分以Na和Si等元素為代表,第5主成分以Se和Fe等元素為代表,第6主成分以Ca元素為代表。前6個因子的方差貢獻率分別為31.33%、18.46%、12.70%、9.46%、7.83%、6.68%,其累積貢獻率達86.46%。因此可通過對以上12種元素的測定分析,知悉核桃品種果實中礦質(zhì)元素的含量高低。前6個主成分的累計貢獻率為86.46%,這6個主成分能較為全面的反映礦質(zhì)元素的大部分信息,因此提取6個成分比較合適。

表5 “溫185”親本與實生后代礦質(zhì)元素組成成分的主成分分析Table 5 “Wen185”parents and their offspring nuts mineral element principal component analysis

2.3.2 “新新2號”親本與實生后代礦質(zhì)元素主成分分析 對礦質(zhì)元素含量值進行主成分分析,由表6可知,第1主成分的貢獻率最大,為26.80%,是最重要的主成分,第1主成分以Zn、Mg和Cu等元素為代表,第2主成分Mn和Ca等元素為代表,第3主成分以Na和Cu、Zn等元素為代表,第4主成分以K、Se和Si等元素為代表,第5主成分以Na和B等元素為代表,第6主成分以P和Fe等元素為代表。前6個因子的方差貢獻率分別為26.80%、22.29%、16.06%、10.95%、7.17%、6.06%,其累積貢獻率達89.32%。因此可通過對以上12種元素的測定分析來知悉核桃品種果實中礦質(zhì)元素的含量高低。前6個主成分的累計貢獻率為89.32%,這6個主成分能較為全面的反映礦質(zhì)元素的大部分信息,因此提取6個成分比較合適。

表6 “新新 2號”親本與實生后代礦質(zhì)元素組成成分的主成分分析Table 6 “Xinxin No 2”parents and their offspring nuts mineral element principal component analysis

2.4 溫185和新新2號核桃與它們實生后代種仁中礦質(zhì)元素的比較

供試核桃種仁中礦質(zhì)元素種類和含量比較豐富,溫185核桃仁礦質(zhì)元素中P元素含量最多為563.24 mg/100 g,它后代P元素平均值含量為608.54 mg/100 g;新新2號核桃仁礦質(zhì)元素P含量為386.96 mg/100 g,后代P平均值含量為439.28 mg/100 g;說明溫185核桃P含量比新新2號高176.28 mg/100 g,溫185核桃后代P含量比新新2號后代高169.26 mg/100 g。溫185核桃仁礦質(zhì)元素中Mg含量最多為142.29 mg/100 g,它后代Mg平均值含量為175.59 mg/100 g;新新2號核桃仁礦質(zhì)元素Mg含量為142.10 mg/100 g,后代Mg平均值含量為148.95 mg/100 g。說明溫185核桃后代Mg含量比新新2號后代高26.65 mg/100 g,兩個親本之間差異不大,但它們后代之間差異大。

在微量元素中,溫185核桃仁中Fe含量最多為4.35 mg/100 g,它后代Fe平均值含量為4.85 mg/100 g;新新2號核桃仁礦質(zhì)元素Fe含量為3.56 mg/100 g,后代Fe平均值含量為3.32 mg/100 g,說明溫185核桃Fe含量比新新2號高0.79 mg/100 g,溫185核桃后代Fe含量比新新2號后代高1.53 mg/100 g;溫185核桃仁中Mn含量最多為4.88 mg/100 g,它后代Mn平均值含量為2.89 mg/100 g;新新2號核桃仁礦質(zhì)元素Mn含量為3.14 mg/100 g,后代Mn平均值含量為3.10 mg/100 g,說明溫185核桃Mn含量比新新2號高1.74 mg/100 g,溫185核桃后代Mn含量比新新2號后代低0.21 mg/100 g。

3 討論與結(jié)論

溫185和新新2號實生后代堅果種仁中12種礦質(zhì)元素平均總含量分別為1227.55、1029.76 mg/100 g,高于親本溫185(1115.29 mg/100 g)和新新2號(933.59 mg/100 g)。溫185核桃種仁礦質(zhì)元素中P元素含量最多為563.24 mg/100 g,其后代P元素平均含量為608.54 mg/100 g,高于親本;新新2號核桃種仁礦質(zhì)元素中P含量為386.96 mg/100 g,后代P平均含量為439.28 mg/100 g,也高于親本;溫185親本總元素內(nèi)P含量占50.84%,后代的P含量占49.75%;新新2號親本總元素P含量內(nèi)占41.64%,后代的P含量占42.84%。

本研究中,溫185實生后代中各類礦質(zhì)元素含量由高到低依次為P>K>Mg>Ca>Fe>Zn>Na>Si>Mn>Cu>B>Se,其中P元素含量最高;其中,P、K、Fe、Mn、Zn、Cu等元素含量排序與張琦等[25]研究結(jié)果一致,但本研究中P、Zn元素含量要高于前人的研究結(jié)果;張琦等[25]研究了不同品種核桃外觀品質(zhì)和礦質(zhì)養(yǎng)分含量的比較,研究表明溫185核桃P含量為480 mg/100 g、Zn含量為2.35 mg/100 g。本研究中‘溫185’親本P含量為563.24 mg/100 g,后代中P含量最高的是北5-16,為692.61 mg/100 g;溫185親本Zn含量2.96 mg/100 g,后代中Zn含量最高的是北6-11,為5.28 mg/100 g。因此,本研究中 P、Zn 元素含量高可能與核桃品種、土壤中可利用元素含量、氣候條件、栽培管理等因素有關(guān)。

虎海防[26]研究了不同品種核桃6種礦質(zhì)元素(P、K、Ca、Fe、Zn、Se),總含量從高到低依次為‘泡核桃’>‘晉龍1號’>‘綠嶺’>‘魯光’>‘遼寧1號’>‘遼核1號’>‘溫185’>‘香玲’>‘新新2號’>‘遼核3號’>‘中林1號’,其研究表明‘溫185’和‘新新2號’核桃6種礦質(zhì)元素(P、K、Ca、Fe、Zn、Se)總含量分別為944.69、884.31 mg/100 g。本研究‘溫185’和‘新新2號’核桃12種礦質(zhì)元素(P、K、Ca、Mg、Na、Si、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Se)總含量分別為1115.29、933.59 mg/100 g;其中‘溫185’和‘新新2號’核桃6種礦質(zhì)元素(P、K、Ca、Fe、Zn、Se)總含量分別為955.23、778.78 mg/100 g,‘新新2號’核桃6種礦質(zhì)元素總含量稍低于前者的研究結(jié)果。

孫樹杰等[27]研究核桃仁中還含有許多對人體有特殊生理功效的生物活性物質(zhì),具有很高的營養(yǎng)與食用價值?？锪W等[28]、胡淳淳[29]、宋苗語[30]等分別對蘋果、石榴、草莓果實中礦質(zhì)元素含量進行測定,結(jié)果顯示,不同蘋果果實中礦質(zhì)元素排序 K>P>Mg>Ca>Zn>Cu>Mn。石榴果實中的礦質(zhì)元素含量大小依次為K>Ca>Mg>Fe>Cu>Zn>Mn。草莓果實中礦質(zhì)元素含量為K>P>Ca>Mg>Na>Fe>Zn>Se。說明水果果實中主要是K、P、Ca、Mg、Zn、Cu、Mn等元素含量較高。本研究中核桃仁中P、K、Ca、Mg、Zn、Mn元素含量明顯高于蘋果、石榴、草莓等水果。說明核桃仁中富含P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Mn元素,因此,經(jīng)常食用核桃,可及時補充P、K、Mg、Fe、Zn、Mn等元素,對人體滲透壓失衡、生理活動失常的病人有積極幫助[31]。核桃可以成為補充人體易缺乏的微量礦質(zhì)元素Ca、Mg、Fe、Zn的良好食品。

相關(guān)性分析顯示,溫185核桃后代堅果種仁中,K與Mg元素之間呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.81;新新2號核桃后代堅果種仁中Zn與Cu元素之間呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.90。通過主成分分析,溫185核桃后代中,前6個主成分的方差貢獻率分別為31.33%、18.46%、12.70%、9.46%、7.83%、6.68%,其累積貢獻率達86.46%;新新2號核桃后代中,前6個主成分的方差貢獻率分別為26.80%、22.29%、16.06%、10.95%、7.17%、6.06%,其累積貢獻率達89.32%。

因此,以親本為對照和超過親本的高營養(yǎng)價值為篩選優(yōu)良品系的指標,可以得出,溫185實生后代中,北1-10、北1-11、北3-13、北4-16、北6-9、北6-11;新新2號實生后代中,中1-11、中2-12、中3-11、中4-12、中5-9、中6-11可以認為是較優(yōu)品系,可作為核桃果實的功能性食品開發(fā)的適宜類型。研究表明溫185、新新2號兩種核桃品種及其實生后代礦質(zhì)元素含量相對豐富,這為品種改良尤其是高含量的營養(yǎng)元素品種的選擇性育種提供了良好種質(zhì)資源。