王向東， 宋玥， 馬艷芝

（1.唐山師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)管理中心，河北 唐山 063000； 2.唐山師范學(xué)院生命科學(xué)系，河北 唐山 063000；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北 保定 071000）

生姜（Zingiber officinaleRosc.），別名姜根、百辣云，屬于姜科姜屬，原產(chǎn)于東南亞熱帶地區(qū)，現(xiàn)分布于亞洲東南部和非洲地區(qū)，尤其在中國(guó)、印度尼西亞、馬來(lái)西亞、印度等國(guó)家廣泛種植[1]。我國(guó)生姜種質(zhì)資源十分豐富，其栽培面積大，總產(chǎn)量和出口量均居世界前列[2]，生姜種植多分布于山東、河北、安徽、湖南、河南等地，尤以山東昌邑、安丘等地最為出名。

生姜是不可或缺的調(diào)味蔬菜，也是具有抗氧化、改善心腦血管系統(tǒng)等功效的藥用植物[3]。生姜不僅含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還含有姜辣素、姜醇、姜烯酚、姜黃素等辛辣和芳香成分[4]?，F(xiàn)有關(guān)于生姜的研究多集中在對(duì)其種植養(yǎng)護(hù)[5]、成分提取[6]、藥效價(jià)值[7]等方面。前人曾以可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C含量等作為指標(biāo)評(píng)價(jià)生姜的品質(zhì)，邵海南等[8]曾探究不同施肥水平對(duì)生姜品質(zhì)的影響，認(rèn)為當(dāng)施入氮、磷、鉀肥的量分別為670.20、583.65、785.10 kg·hm-2時(shí)，生姜的產(chǎn)量最高，且能提高生姜蛋白質(zhì)含量10.2%～49.0%，維生素C含量23.8%～60.0%，姜辣素含量34.0%～87.2%，可溶性糖含量38.9%～84.8%。周潔等[9]比較分析了‘恩施鳳頭姜’‘萊蕪大姜’等10種生姜資源的可溶性蛋白、姜辣素等品質(zhì)成分，發(fā)現(xiàn)不同生姜資源營(yíng)養(yǎng)成分和功能成分存在較大差異。韓春梅等[10]以四川地方生姜品種為材料，比較不同栽培模式對(duì)生姜品質(zhì)的影響，認(rèn)為生姜與大豆間作和生姜與四季蔥間作均能有效提高生姜中維生素C含量，生姜與四季蔥間作能顯著提高可溶性糖、姜辣素和蛋白質(zhì)含量。譚金霞等[11]對(duì)山東地區(qū)12個(gè)主栽生姜品種的品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為‘昌邑生姜’‘萊蕪?fù)尥藿汀睬鸫蠼C合品質(zhì)較好，‘昌邑生姜’適用于提取特征活性成分和用于鮮食、調(diào)味等用途，‘昌邑黃姜’適用于加工姜糖、姜片等產(chǎn)品。多糖類化合物具有抗氧化、驅(qū)寒止嘔、健胃解毒、降低膽固醇、免疫調(diào)節(jié)、抗癌抑菌、抗炎、抗輻射等多重生理功效[12]；姜辣素是生姜中的辛辣成分[6]，其具有抗氧化、抑制細(xì)胞衰老、抑菌保肝等藥用價(jià)值[13]；姜黃素具有保肝利膽、降血脂、抗癌、消炎、抗氧化等多方面藥理作用[14]；生姜中的黃酮類化合物是其主要的抗氧化成分之一，降血脂、降血壓、抗衰老、抗心腦血管疾病等生理活性明顯[15]；多酚是生姜的主要成分，多酚結(jié)構(gòu)使其具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗肥胖以及抗心腦血管疾病等作用[16]。隸屬函數(shù)(membership function)是用于表征模糊集合的數(shù)學(xué)工具，其根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理，利用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估，該方法具有較大的合理性，目前廣泛應(yīng)用在綜合評(píng)價(jià)中。

我國(guó)生姜主要分布在云南、山東、安徽等地，北方以山東和河北生姜為主，河北省以唐山為主產(chǎn)區(qū)，本課題組對(duì)供試優(yōu)良品種和唐山自育冀姜系列生姜品種遺傳多樣性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)8個(gè)姜品種的遺傳距離在0.212 8～0.842 1之間，地域不同的品種也聚在了一起，表明姜種質(zhì)資源引種頻繁，在某種程度上打破了地域的界限[17]。本研究選用市場(chǎng)上常見的‘山東娃娃姜’‘安徽銅陵生姜’‘山東昌邑大姜’和唐山地區(qū)農(nóng)家種選育的5個(gè)冀姜系列新品種材料，利用隸屬函數(shù)法對(duì)生姜品質(zhì)進(jìn)行初步綜合評(píng)價(jià)，為選育生姜品種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與種植條件

供試生姜分別為‘冀姜1號(hào)’‘冀姜2號(hào)’‘山東娃娃姜’‘安徽銅陵生姜’‘冀姜5號(hào)’‘山東昌邑大姜’‘冀姜7號(hào)’‘冀姜18號(hào)’，由唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生姜研究課題組提供，其中‘山東娃娃姜’為‘山東金昌大姜’變異株；‘安徽銅陵生姜’和‘山東昌邑大姜’為當(dāng)?shù)氐胤狡贩N；冀姜系列品種為自育品種。

2017年4月將生姜種植于河北省唐山師范學(xué)院的試驗(yàn)基地（39°36′N、118°11′E），土質(zhì)為砂壤土，土壤養(yǎng)分含量全氮（N）、有效磷（P）和速效鉀（K）、有機(jī)質(zhì)分別為1.67、46.92、193.48、37.05 g·kg-1，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積4.5 m×10 m，種植密度7.5萬(wàn)株·hm-2，8個(gè)品種，3次重復(fù)，常規(guī)大田管理，10月中旬收獲根莖，儲(chǔ)藏、備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料處理及品質(zhì)測(cè)定 收獲時(shí)測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量，在收獲當(dāng)天每小區(qū)各隨機(jī)選取生姜15株，將其根狀莖鮮樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室立即清洗，去除表面浮土，然后用吸水紙吸干表面水分，挑選大小均勻、形狀整齊，沒(méi)有機(jī)械損傷的姜塊進(jìn)行混合取樣，每個(gè)品種取樣3份，每份500 g。將處理取樣后材料進(jìn)行切片，切片厚度3～5 mm，60～65 ℃烘干至恒重。烘干后材料進(jìn)行粉碎，過(guò)60目篩，保存，備用。

用考馬斯亮藍(lán)G-250法[18-19]測(cè)定可溶性蛋白含量；蒽酮-硫酸法[20]測(cè)定可溶性糖含量；苯酚-硫酸法[21]測(cè)定多糖含量；超聲法[22-24]制備提取液并測(cè)定姜辣素、姜黃素含量；NaNO2-AlNO3顯色法[25]測(cè)定黃酮含量；有機(jī)溶劑浸提法制備提取液并測(cè)定[26]多酚含量；2,6-二氯靛酚鈉滴定法[27]測(cè)定維生素C含量，各品質(zhì)指標(biāo)重復(fù)3次。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理方法 利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[28-29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生姜品種的品質(zhì)比較

2.1.1 不同生姜品種可溶性蛋白含量比較 可溶性蛋白含量越高，蛋白質(zhì)中必需氨基酸所占比例越大，植物具有越好的保健功能[9]。供試生姜可溶性蛋白含量分布在80.677～219.003 μg·g-1之間（圖1）；其中，‘冀姜1號(hào)’可溶性蛋白含量最多，顯著高于其他品種，‘冀姜5號(hào)’可溶性蛋白含量最少，其他介于二者之間。說(shuō)明品種間可溶性蛋白質(zhì)含量差異較大。

圖1 不同生姜品種可溶性蛋白含量Fig. 1 Soluble protein content of different ginger varieties

2.1.2 不同生姜品種可溶性糖和多糖含量比較可溶性糖的含量高，細(xì)胞的滲透勢(shì)就會(huì)下降，這有助于細(xì)胞或組織持水，以保護(hù)植物體細(xì)胞或組織不受到進(jìn)一步的傷害，且其積累量與植物的多種生命活動(dòng)有關(guān)[8]。不同品種生姜可溶性糖含量如圖2所示，其中，‘山東昌邑大姜’可溶性糖含量235.950 0 μg·g-1，顯著高于其他品種；‘冀姜7號(hào)’可溶性糖含量最少，為128.786 1 μg·g-1，顯著低于其他品種。

圖2 不同生姜品種可溶性糖含量Fig. 2 Soluble sugar content of different ginger varieties

多糖類化合物是使生姜具有抗氧化、抗輻射等多種生理功效的物質(zhì)，其含量越高，說(shuō)明功效越強(qiáng)[13]。在本研究中，不同品種生姜多糖含量差異顯著，分布在1.23～9.09 mg·g-1之間（圖3）；其中，‘山東昌邑大姜’多糖含量最多，顯著高于其他品種；‘山東娃娃姜’中多糖含量最少，顯著低于其他品種；其他介于二者之間。供試品種多糖含量最高值達(dá)到最低值的7倍多，說(shuō)明二者之間多糖含量差異很大。

圖3 不同生姜品種多糖含量Fig. 3 Polysaccharide content of different ginger varieties

2.1.3 不同生姜品種姜辣素和姜黃素含量比較 姜辣素是生姜的辛辣成分，其含量高低不僅能反映生姜的藥用價(jià)值，也能說(shuō)明生姜的食用價(jià)值。圖4顯示，‘冀姜5號(hào)’與‘冀姜18號(hào)’之間姜辣素含量差異不顯著，其余樣品姜辣素含量差異顯著；其中，‘山東昌邑大姜’肉質(zhì)根莖中姜辣素含量顯著高于其他品種；‘冀姜1號(hào)’姜辣素含量顯著低于其他品種。

圖4 不同生姜品種姜辣素含量Fig. 4 Gingerols content of different ginger varieties

生姜是姜黃素最主要的來(lái)源，姜黃素含量越高，說(shuō)明生姜的藥理作用越強(qiáng)。在本研究中，不同品種生姜姜黃素含量差異顯著，含量在27.340～107.692 μg·g-1之間（圖5）；其中，‘山東昌邑大姜’姜黃素含量最高，顯著高于其他品種，‘山東娃娃姜’姜黃素含量顯著低于其他品種。

圖5 不同生姜品種姜黃素含量Fig. 5 Curcumin content of different ginger varieties

2.1.4 不同生姜品種黃酮、多酚和維生素C含量比較 黃酮是生姜中主要的抗氧化成分之一，本試驗(yàn)中，不同品種生姜黃酮含量分布在3.805～7.679 mg·g-1之間（圖6）；其中，‘山東昌邑大姜’中黃酮含量顯著高于其他品種，為7.68 mg·g-1；‘冀姜2號(hào)’肉質(zhì)根莖中黃酮含量最少，顯著低于其他品種。

圖6 不同生姜品種黃酮含量比較Fig. 6 Flavone content of different ginger varieties

不同生姜品種多酚含量分布在3 182.652～4 320.109 μg·g-1之間（圖7）；其中，‘冀姜18號(hào)’肉質(zhì)根莖中多酚含量顯著性高于其他品種；‘冀姜7號(hào)’多酚含量顯著性低于其他品種。

圖7 不同生姜品種多酚含量Fig. 7 Polyphenol content of different ginger varieties

維生素C具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老功效[30]，是衡量蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)[11]。由圖8可見‘，冀姜1號(hào)’與‘冀姜5號(hào)’中維生素C含量差異不顯著，其余樣品之間維生素C含量差異顯著，均分布在152.328～309.509 μg·g-1之間，其中，‘山東昌邑大姜’肉質(zhì)根莖中維生素C含量最高，為309.509 μg·g-1，顯著高于其他品種；‘冀姜2號(hào)’維生素C含量最少（152.328 μg·g-1），顯著低于其他品種。

圖8 不同生姜品種維生素C含量Fig. 8 Vc content of different ginger varieties

2.2 不同生姜品種品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

利用隸屬度（平均隸屬函數(shù)值）來(lái)描述生姜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的物質(zhì)含量之間的模糊界限，反映生姜綜合品質(zhì)的優(yōu)劣，隸屬度越接近1，表明該生姜品種屬于優(yōu)種的程度越高，即綜合品質(zhì)越好[31]。由表1可見，供試8個(gè)生姜品種在唐山地區(qū)品質(zhì)由高到低排序依次為‘山東昌邑大姜’＞‘冀姜18號(hào)’＞‘冀姜7號(hào)’＞‘冀姜1號(hào)’＞‘安徽銅陵大姜’＞‘冀姜5號(hào)’＞‘冀姜2號(hào)’＞‘山東娃娃姜’。結(jié)果表明，‘山東昌邑大姜’綜合品質(zhì)最好，而本課題組選育的冀姜系列的‘冀姜18號(hào)’‘冀姜7號(hào)’‘冀姜1號(hào)’等排在‘山東昌邑大姜’之后，品質(zhì)較好。

表1 不同生姜品種的隸屬函數(shù)值Table 1 Membership function value of different ginger varieties

2.3 不同生姜品種產(chǎn)量比較

不同生姜品種產(chǎn)量差異較大（圖9），介于18 261.15～97 973.34 kg·hm-2之間，差異達(dá)到5倍多，其中‘冀姜5號(hào)’產(chǎn)量最高，為97 973.34 kg·hm-2，顯著高于其他品種，‘安徽銅陵生姜’產(chǎn)量為18 261.15 kg·hm-2，與‘冀姜18號(hào)’產(chǎn)量差異不顯著，二者顯著低于其他生姜品種。結(jié)果表明，大多數(shù)冀姜系列生姜品種除了‘冀姜18號(hào)’，產(chǎn)量均較高，而‘山東昌邑大姜’產(chǎn)量?jī)H比‘冀姜5號(hào)’低，‘山東娃娃姜’產(chǎn)量也能達(dá)到63 943.95 kg·hm-2，說(shuō)明‘山東昌邑大姜’和‘山東娃娃姜’也適宜在唐山地區(qū)種植，可能是因?yàn)樯綎|和河北地域距離較近，氣候等條件較接近。

圖9 不同生姜品種產(chǎn)量Fig. 9 Yield of different ginger varieties

3 討論

隨著生活質(zhì)量的提高，蔬菜品質(zhì)越來(lái)越受關(guān)注，生姜作為常見的調(diào)味蔬菜，需提高品質(zhì)以滿足消費(fèi)需求。近年來(lái)，我國(guó)生姜生產(chǎn)發(fā)展迅速，產(chǎn)量、出口量均居世界第一位，但部分地區(qū)仍存在良種覆蓋率低等問(wèn)題，急需篩選更多高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的品種，以加快育種進(jìn)程，品質(zhì)育種的關(guān)鍵是品質(zhì)評(píng)價(jià)。

植物蛋白質(zhì)是人體氨基酸的重要來(lái)源，而人體主要吸收利用的是可溶性蛋白，因此，可溶性蛋白含量高的植物種植、開發(fā)價(jià)值高[8]。糖類作為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生命體維持生命活動(dòng)所需能量的主要來(lái)源，可溶性糖積累與植物的多種生命活動(dòng)有關(guān)，尤有利于花芽分化[8]。維生素C的抗氧化作用與清除自由基作用十分顯著，因而具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老之功效[30]。本研究將可溶性蛋白、可溶性糖和維生素C這3種物質(zhì)作為評(píng)價(jià)生姜品質(zhì)的指標(biāo)，與姚禮發(fā)等[31]的研究結(jié)果較一致，但與田紅梅等[2]的研究結(jié)果有差異，這可能由于供試生姜品種間差異，也可能由于種植生態(tài)環(huán)境條件變化會(huì)影響品質(zhì)。多糖是植物體的能源物質(zhì)，也是構(gòu)成其細(xì)胞壁的重要組成成分，具有調(diào)節(jié)免疫、抗癌、抗氧化、輔助降血糖的功效[32]，在保健食品、醫(yī)療領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本研究測(cè)得生姜肉質(zhì)根莖的多糖含量結(jié)果與趙文竹等[12]的研究結(jié)果相近。姜辣素和姜黃素是主要的生姜提取物。姜辣素具有抗氧化、抗突變、抗腫瘤、抗菌和調(diào)節(jié)免疫等功能，是生姜呈現(xiàn)藥理作用的主要功能因子之一；姜黃素具有降脂、降糖、抗炎、抗癌、抗氧化等藥理作用，是植物界少有的具有二酮的色素[33]。本研究生姜肉質(zhì)根莖姜辣素、姜黃素含量略低于賴海濤等[22]、高曉東等[33]的研究結(jié)果，這可能是由于品種間差異且種植地點(diǎn)不同造成的。黃酮、多酚是天然存在的強(qiáng)抗氧化劑，黃酮具有降血脂、降血壓、抗心腦血管疾病、抗腫瘤、抗氧化以及阻止細(xì)胞退化、衰老等生理活性[15]，多酚的抗氧化功能還對(duì)多種慢性病起到預(yù)防作用[27]。本研究中供試材料黃酮、多酚含量與李杰等[15]、劉軍偉等[16]的研究結(jié)果相近。

譚金霞等[11]對(duì)12個(gè)山東地區(qū)生姜品種各成分進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)定指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，且生姜營(yíng)養(yǎng)成分豐富，僅以某個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)生姜品質(zhì)可能導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。他們利用主成分分析法對(duì)供試材料品質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，但主成分分析法是針對(duì)選擇的指標(biāo)進(jìn)行分析，而且不同研究選取的指標(biāo)不盡相同，所以主成分分析只能針對(duì)所選取的指標(biāo)進(jìn)行選取分析，當(dāng)指標(biāo)數(shù)量不多時(shí)，可以對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，隸屬函數(shù)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理在單因素隸屬度對(duì)各指標(biāo)作出單項(xiàng)評(píng)估，然后對(duì)各因素的隸屬度進(jìn)行加權(quán)算數(shù)平均，計(jì)算綜合隸屬度，得出綜合評(píng)估的指標(biāo)值，其結(jié)果越接近0越差，越接近1越好[34]。譚金霞等[11]利用主成分分析法認(rèn)為‘山東昌邑大姜’品質(zhì)最好，本研究利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果與此一致。供試8個(gè)生姜品種在唐山地區(qū)品質(zhì)表現(xiàn)由高到低排序依次為‘山東昌邑大姜’＞‘冀姜18號(hào)’＞‘冀姜7號(hào)’＞‘冀姜1號(hào)’＞‘安徽銅陵大姜’＞‘冀姜5號(hào)’＞‘冀姜2號(hào)’＞‘山東娃娃姜’。關(guān)于生姜品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇不同的專家學(xué)者并不完全相同，郭孝萱等[35]認(rèn)為，生姜活性成分與生姜生理功能有很大關(guān)系，所以選擇生姜中具有代表性的活性成分指標(biāo)包括姜精油、姜酚、姜烯酚和生姜黃酮作為生姜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的評(píng)價(jià)；韓春梅等[10]選擇了維生素、蛋白質(zhì)、姜辣素、硝酸鹽和可溶性糖含量作為評(píng)價(jià)生姜品質(zhì)的指標(biāo)。本研究?jī)H就部分營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)進(jìn)行了分析，其他成分需要進(jìn)一步研究。

本研究中‘冀姜5號(hào)’產(chǎn)量最高，顯著高于其他7個(gè)供試生姜品種，‘山東昌邑大姜’次之，而品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)在第2位的‘冀姜18號(hào)’，產(chǎn)量只有18 371.85 kg·hm-2，品質(zhì)排在第3位的‘冀姜7號(hào)’，產(chǎn)量只有44 534.85 kg·hm-2，而‘山東昌邑大姜’的綜合品質(zhì)為供試材料首位，說(shuō)明‘山東昌邑大姜’無(wú)論在產(chǎn)量還是品質(zhì)，在唐山地區(qū)均表現(xiàn)較優(yōu)異，可以在唐山地區(qū)進(jìn)行引種及推廣；而新選育的冀姜系列中沒(méi)有在品質(zhì)和產(chǎn)量均表現(xiàn)明顯優(yōu)異的品種，所以在后續(xù)的研究中對(duì)于產(chǎn)量高的品種如‘冀姜5號(hào)’應(yīng)著重進(jìn)行品質(zhì)提升研究，品質(zhì)好的品種如‘冀姜18號(hào)’應(yīng)著重進(jìn)行產(chǎn)量提高研究。