不同芜菁种质资源营养品质分析及综合评价

马一栋1,2,李晓娟1,2,赵孟良1,2,3,张海旺1,2,韩睿1,2,赵家兴1,赵凤1,任延靖1,2,3*

1(青海大学 农林科学院,青海 西宁,810016) 2(青海省蔬菜遗传与生理重点实验室,青海 西宁,810016) 3(青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室,青海 西宁,810016)

摘 要 为了探究芜菁种质资源的开发及利用价值,以50份来源不同的芜菁种质资源为试验材料,利用微量法、可见分光光度法及酸碱消煮法分别对50份芜菁种质资源的4个组织(叶片、叶柄、根皮、根肉)中的含水量、抗坏血酸、抗氧化能力、可溶性蛋白、可溶性糖及粗纤维进行了检测,同时进行了相关性分析、聚类分析及隶属函数综合评价。结果表明,在营养品质方面,50份芜菁种质资源具有极显著的遗传差异和种质多样性,相比于十字花科常见蔬菜作物,芜菁抗坏血酸含量与可溶性蛋白含量更高,可溶性糖含量与含水量与之持平,芜菁粗纤维含量普遍较低。单独分析各项营养指标,T1和IC0043为根肉高抗坏血酸含量的特异种质资源,IC0040为根肉高抗氧化能力的特异种质资源,T17为根肉高可溶性蛋白的特异种质资源,W31为根肉高可溶性糖的特异种质资源,W26为叶片富含抗坏血酸的特异种质资源,聚类分析显示在遗传距离为5处,可以将50份芜菁资源分为7大类,其中第VII类营养指标的可溶性蛋白、可溶性糖含量较高,粗纤维含量较低,综合表现最好。所有种质资源的各项营养指标的隶属函数均值显示T17、IC0039和W31的综合营养指标较为优良。该研究结果为芜菁特异种质资源的筛选及优质芜菁新品种选育及加工利用奠定了良好的基础。

关键词 芜菁;种质资源;营养品质;隶属函数;综合评价

芜菁(Brassica rapa L.ssp.rapa)属十字花科芸薹属两年生蔬菜作物[1],又名地蔓菁、扁萝卜、芫根、盘菜[2],在中国各地均有栽培,性喜冷凉,不耐暑热、栽培容易、耐储藏[3]。芜菁的地下块根以及上端绿叶均可食用,绿叶可作为春季蔬菜,块根中富含多种营养元素,具有抗缺氧、补肾生精、健胃消食的功效[4],被誉为“长寿圣果”[5]。芜菁是制作食材的好原料、改良土壤的优良作物、观光农业新宠,还是提高免疫力的良药。芜菁还具有抗衰老作用,也是冬春补饲大畜、种畜的良好饲料[6]。具有药用、食用、饲用三大应用价值,有助于对抗营养不良和多样化饮食[7],深受人们的喜爱[8],是青藏高原地区最具有特色的蔬菜资源之一[9-11],也是青海地区重要的经济作物[6]

芜菁在青海玉树地区已有上千年的栽培历史,近年来,青海也已经有芜菁加工的产品,为芜菁种质资源的进一步开发奠定了研究基础,成为一种发展三江源地区草业经济的特色产品资源[12]

目前国内针对芜菁的研究主要集中在农艺性状多样性研究[13-14]、倍性鉴定[15]、基因克隆[16]、糖料加工[17]、抗缺氧[18]、品质分析[19]等方面,而对青海芜菁种质资源的营养物质及成分分析的研究未见系统性报道。本研究分析了来自不同地区的50份芜菁资源中含水量及抗坏血酸、抗氧化能力、可溶性蛋白、可溶性糖、粗纤维等5个营养指标的含量,以期明晰芜菁中重要的营养成分。在此基础上,结合实际提出了芜菁价值最大化利用的发展建议,促进芜菁的优势得以充分利用,并实现多用途利用[20]

1 材料与方法

1.1 试验材料

以课题组前期收集来源不同的50份芜菁种质资源为试验材料,具体信息见表1。材料种植于青海大学农林科学院园艺所1号试验基地内。该地区属湟水流域灌溉区,土壤为栗钙土,土壤有机质含量20.28 g/kg,pH 8.12,全氮1.17 g/kg,全磷2.18 g/kg,全钾22.5 g/kg,速效氮0.069 g/kg,速效磷0.065 g/kg,速效钾0.299 g/kg[18]。取成熟时期的芜菁叶片、叶柄、根皮、根肉4个组织,用清水冲洗干净后取样,每个样品重复3次,共18个重复。

表1 供试材料信息
Table 1 Information of materials tested

资源编号来源资源编号来源资源编号来源资源编号来源1401青海G1青海W30青海T18甘肃1402青海G2青海W31青海IC9国家种质资源库1403西藏G3青海T1河北IC22国家种质资源库1404青海G4青海T2河北IC23国家种质资源库1405青海W21北京T4黑龙江IC28国家种质资源库1406四川W22河南T5内蒙古IC39国家种质资源库1407四川W23河北T6内蒙古IC40国家种质资源库1408新疆W24河北T11日本IC43国家种质资源库1409新疆W25河北T14日本IC44国家种质资源库1410青海W26内蒙古T15日本BLK内蒙古1411西藏W27北京T16青海SK黑龙江1412云南W28内蒙古T17青海NS1内蒙古1413云南W29青海

1.2 仪器与设备

BCD-471 WDCD型冷冻储藏箱,海尔智家股份有限公司;DW-40L508 J型医用低温保存箱,海尔生物医疗股份有限公司;SPECORD210PLUS型可见光分光光度计,德国耶拿分析仪器股份公司;HH-600型数显恒温水箱,金坛市大地自动化仪器厂;EPOCH2TS型酶标仪,BioRek Instruments,Inc.;Tissuelyser-96型磨样机,上海净信实业发展有限公司;Eppendorf AG 22331 Hamburg型离心机,eppendorf。

1.3 实验方法

1.3.1 抗坏血酸含量测定

参考抗坏血酸含量检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)微量法测定[21]

1.3.2 抗氧化能力测定

采用总抗氧化能力检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)可见分光光度法测定[22-23]

1.3.3 可溶性双缩脲蛋白质含量测定

采用双缩脲法蛋白质含量检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)可见分光光度法测定。

1.3.4 可溶性糖含量测定

采用植物可溶性糖含量检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)可见分光光度法测定。

1.3.5 含水量测定

新鲜健康的芜菁组织称其鲜重后,经105 ℃杀青15 min,采用70 ℃烘干至恒重并称重,计算含水量,每个组织样品重复3次。

1.3.6 粗纤维含量测定

参考GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》,采用改良酸碱消煮法进行粗纤维含量的测定。分别取芜菁干样5 g地上部组织混合样(叶片+叶柄)和5 g地下部组织混合样(根皮+根肉)置于烧杯中,加入体积分数为1.25%的浓硫酸200 mL,煮沸30 min,其间不断搅拌,保持200 mL体积不变(补充蒸馏水)。煮沸完成后用12层纱布过滤,用蒸馏水清洗滤渣,拧干水分后放回烧杯,加入质量分数为1.25%的KOH 200 mL煮沸30 min,其间不断搅拌,保持200 mL体积不变(补充蒸馏水)。煮沸完成后用12层纱布过滤,用蒸馏水清洗滤渣,再用75%的乙醇清洗,收集清洗后的滤渣,105 ℃烘干至恒重。

1.4 数据统计分析

采用EXCEL2017进行数据的整理,并计算各性状的最大值、最小值、平均值和变异系数。采用SPSS 20.0软件进行隶属函数分析、相关性分析和聚类分析。根据(-1.281 8S)、(-0.542 6S)、(+0.542 6S)和(+1.281 8S)4分点原则和前人的分级标准[24-25]对各性状数量分级并整理,通过公式:H′=-∑piInPi(其中Pi为某一性状在第i个级别出现的频率)计算各性状的Shannon-Weiner多样性指数(H′)。隶属函数计算如公式(1)所示[26]

(1)

式中:Xi为指标测定值;XmaxXmin为所有参试材料某一指标的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 50份芜菁种质资源抗坏血酸含量分析

通过对50份芜菁种质资源叶柄、叶片、根肉、根皮4个部位中的抗坏血酸含量检测结果发现(图1):叶柄中抗坏血酸平均含量1.12 mg/g FW,叶柄抗坏血酸含量最高的资源是1403和T1,均为5.28 mg/g FW,含量最低的是1404、W24和IC0028,含量均为0.04 mg/g FW,极差5.24 mg/g FW,变异系数1.18,多样性指数1.19;叶片抗坏血酸平均含量2.47 mg/g FW,叶片抗坏血酸含量最高的资源是W26(8.72 mg/g FW),含量最低的是BLK和IC0044,含量均为0.18 mg/g FW,极差8.54 mg/g FW,变异系数为0.73,多样性指数为1.35;根肉抗坏血酸平均含量1.29 mg/g FW,根肉抗坏血酸含量最高的资源是T1和IC0043,均为3.70 mg/g FW,芜菁作为十字花科重要的根茎类蔬菜,主要食用部位为根肉,T1和IC0043可作为高抗坏血酸芜菁品种选育的亲本材料,含量最低的是1412、IC009、IC0023和SK,含量均为0.18 mg/g FW,极差3.52 mg/g FW,变异系数为0.77,多样性指数为1.23;根皮抗坏血酸平均含量1.52 mg/g FW,根皮抗坏血酸含量最高的资源是1402(8.81 mg/g FW),含量最低的是1410、G3和IC0023,含量均为0.04 mg/g FW,极差8.77 mg/g FW,变异系数为1.18,多样性指数为1.04;抗坏血酸含量在4个部位中排序为叶片>根皮>根肉>叶柄。

a-叶柄;b-叶片;c-根肉;d-根皮
图1 50份芜菁材料4个组织的抗坏血酸含量
Fig.1 Ascorbic acid content of four tissues in 50 turnip samples

2.2 50份芜菁种质资源抗氧化能力分析

通过对50份芜菁种质资源叶柄、叶片、根肉、根皮4个部位中的抗氧化能力检测结果发现(图2),叶柄中平均抗氧化能力2.90 U/g FW,叶柄抗氧化能力最强的资源是IC0022(7.02 U/g FW),含量最低的是W22(0.21 U/g FW),极差6.81 U/g FW,变异系数为0.59,多样性指数为1.57;叶片中平均抗氧化能力8.19 U/g FW,叶片抗氧化能力最强的资源是IC0044(11.25 U/g FW),含量最低的是BLK(1.67 U/g FW),极差9.58 U/g FW,变异系数为0.25,多样性指数为1.45;根肉中平均抗氧化能力2.20 U/g FW,根肉抗氧化能力最强的资源是IC0040(8.61 U/g FW),含量最低的是BLK(0.01 U/g FW),极差8.60 U/g FW,变异系数为0.88,多样性指数为1.21,其中IC0040、T17和W29中的抗氧化能力明显高于其他种质资源,可作为高抗氧化芜菁新品种选育的亲本材料;根皮中平均抗氧化能力3.24 U/g FW,根皮抗氧化能力最强的资源是1406(10.54 U/g FW),含量最低的是BLK(0.004 U/g FW),极差10.54 U/g FW,变异系数为0.69,多样性指数为1.45;在芜菁4个部位中抗氧化能力的强弱呈现为叶片>根皮>叶柄>根肉。

2.3 50份芜菁种质资源可溶性蛋白含量分析

通过对50份芜菁种质资源叶柄、叶片、根肉、根皮4个部位中的可溶性蛋白含量检测结果发现(图3),叶柄中可溶性蛋白平均含量36.27 mg/g FW,叶柄可溶性蛋白含量最高的资源是T17(143 mg/g FW),含量最低的是1413(2.87 mg/g FW),极差140.13 mg/g FW,变异系数为0.65,多样性指数为1.22;叶片可溶性蛋白平均含量77.51 mg/g FW,叶片可溶性蛋白含量最高的资源是T1(159.89 mg/g FW),含量最低的是G1(23.46 mg/g FW),极差136.43 mg/g FW,变异系数为0.45,多样性指数为1.50;根肉可溶性蛋白的平均含量21.99 mg/g FW,含量最高的资源是T17(96.06 mg/g FW),含量最低的是1406(1.93 mg/g FW),极差94.13 mg/g FW,变异系数为0.90,多样性指数为1.24,其中T17和IC0043可溶性蛋白含量显著高于其他种质资源,可以作为芜菁高可溶性蛋白特异品种选育的亲本材料;根皮可溶性蛋白平均含量27.59 mg/g FW,根皮可溶性蛋白含量最高的资源是T16(91.09 mg/g FW),含量最低的是T1(1.52 mg/g FW),极差89.57 mg/g FW,变异系数为0.80,多样性指数为1.27;可溶性蛋白含量在4个部位中排序为叶片>叶柄>根皮>根肉。

a-叶柄;b-叶片;c-根肉;d-根皮
图2 50份芜菁材料4个组织抗氧化能力
Fig.2 Antioxidant capacity of four tissues in 50 turnip materials

a-叶柄;b-叶片;c-根肉;d-根皮
图3 50份芜菁材料4个组织中可溶性蛋白含量
Fig.3 Soluble protein content of four tissues in 50 turnip samples

2.4 50份芜菁种质资源可溶性糖含量分析

通过对50份芜菁种质资源叶柄、叶片、根肉、根皮4个部位中的可溶性糖含量检测结果发现(图4),叶柄中可溶性糖平均含量32.00 mg/g FW,叶柄可溶性糖含量最高的资源是T17(78.73 mg/g FW),含量最低的是NS1(0.23 mg/g FW),极差78.5 mg/g FW,变异系数为0.58,多样性指数为1.42;叶片可溶性糖平均含量39.17 mg/g FW,叶片可溶性糖含量最高的资源是W21(77.75 mg/g FW),含量最低的是T1(0.28 mg/g FW),极差77.47 mg/g FW,变异系数为0.50,多样性指数为1.36;根肉可溶性糖的平均含量55.35 mg/g FW,根肉可溶性糖含量最高的资源是W31(110.64 mg/g FW),可以作为芜菁高可溶性糖特异品种选育的亲本材料,含量最低的是T15(17.54 mg/g FW),极差93.10 mg/g FW,变异系数为0.35,多样性指数为1.48;根皮可溶性糖平均含量38.01 mg/g FW,根皮可溶性糖含量最高的资源是IC0040(70.17 mg/g FW),含量最低的是T15(0.30 mg/g FW),极差69.83 mg/g FW,变异系数为0.39,多样性指数为1.43;可溶性糖含量在4个部位中排序为根肉>叶片>根皮>叶柄。

a-叶柄;b-叶片;c-根肉;d-根皮
图4 50份芜菁材料可溶性糖含量
Fig.4 Soluble sugar content of 50 turnip samples

2.5 50份芜菁种质资源含水量分析

通过对50份芜菁种质资源叶柄、叶片、根肉、根皮4个部位中的含水量检测结果发现(图5),叶柄平均含水量92%,叶柄含水量最高的资源是IC0040(95%),含水量最低的是W29(84%),极差11%,变异系数为0.02,多样性指数为1.04;叶片平均含水量85%,叶片含水量最高的资源是T17(90%),含水量最低的是W29(77%),极差13%,变异系数为0.02,多样性指数为1.45;根肉平均含水量90%,根肉含水量最高的资源是T11(97%),含水量最低的是W23(74%),极差23%,变异系数为0.04,多样性指数为1.12;根皮平均含水量90%,根皮含水量最高的资源是W25(98%),含水量最低的是W22(82%),极差16%,变异系数为0.04,多样性指数为1.47;在4个部位中叶柄平均含水量最高,叶片平均含水量最低,根肉、根皮平均含水量无明显差异。

a-叶柄;b-叶片;c-根肉;d-根皮
图5 50份芜菁材料4个组织中的含水量
Fig.5 Water content of four tissues in 50 turnip samples

2.6 50份芜菁种质资源粗纤维含量分析

通过对50份芜菁种质资源地上部组织(叶片+叶柄)与地下部组织(根皮+根肉)中的粗纤维含量检测结果发现(图6),地上部平均粗纤维含量为8%,粗纤维含量最高的资源是G1、G4、IC0022,均为12%,粗纤维含量最低的资源是T17、IC0023、IC0039、IC0044、BLK,均为5%,极差7%,变异系数为0.24,多样性指数为1.48;地下部平均粗纤维含量10%,粗纤维含量最高的资源是G2(18%),粗纤维含量最低的资源是T18(3%),极差15%,变异系数为0.44,多样性指数为1.57,T18粗纤维含量显著低于其他资源,可以作为低粗纤维芜菁品种选育的改良亲本;粗纤维含量在2个部位中呈现为地下部>地上部。

a-地上部;b-地下部
图6 50份芜菁材料粗纤维含量
Fig.6 Crude fiber content of 50 turnip samples

2.7 芜菁含水量及营养指标含量与其他十字花科作物比较

芜菁属十字花科作物,经查阅文献将其含水量及营养指标含量与十字花科其他8种蔬菜作物进行了比较(表2),结果表明,芜菁叶柄中抗坏血酸的含量是其他5种叶用蔬菜(青白口大白菜、小白口大白菜、小白菜、菜薹、芥菜)商品器官的2.5~16倍,叶片抗坏血酸含量是其他5种蔬菜商品器官含量的5.6~35倍,根肉抗坏血酸含量是其他3种根茎类蔬菜(白萝卜、青萝卜、红皮萝卜)商品器官的5.4~9.2倍,根皮抗坏血酸含量是其他3种蔬菜地下部抗坏血酸含量的6.3~10.9倍;芜菁叶柄中可溶性蛋白的含量是其他5种蔬菜的1.3~2.8倍,叶片可溶性蛋白含量是其他5种蔬菜的2.8~6.0倍,根肉可溶性蛋白含量是其他3种蔬菜的1.7~2.4倍,根皮可溶性蛋白含量是其他3种蔬菜的2.1~3.1倍;芜菁地上部可溶性糖的含量略高于其他5种蔬菜或含量相近,地下部可溶性糖含量略低于其他3种蔬菜或含量相近;芜菁地上部含水量相较于其他5种蔬菜略低或相近,芜菁地下部含水量相较于其他3种蔬菜略低或相近;芜菁地上部粗纤维含量是其他5种蔬菜地上部粗纤维含量的0.14~0.44倍,芜菁地下部粗纤维含量是其他3种蔬菜的0.66~1.12倍。综合结果表明,芜菁的抗坏血酸含量、可溶性蛋白含量均高于十字花科其他8种蔬菜作物,干重粗纤维含量低于十字花科其他8种蔬菜作物,可溶性糖含量、含水量与十字花科其他8种蔬菜作物基本处于同一水平。分析结果表明,芜菁的营养品质优于相比较的十字花科常见蔬菜作物,具有较高的食用及饲用价值。

表2 十字花科蔬菜含水量及营养指标比较
Table 2 Water content and nutrient index of Cruciferous vegetables

作物抗坏血酸含量/[mg·(100 g FW)-1]可溶性蛋白含量/[mg·(100 g FW)-1]可溶性糖含量/[mg·(100 g FW)-1]含水量/%粗纤维含量/%地上部地下部地上部地下部地上部地下部地上部地下部地上部地下部大白菜(青白口)28.00-1 400.00-3 000.00-95.10-18.371-大白菜(小白口)19.00-1 300.00-2 800.00-95.20-18.751-小白菜28.00-1 500.00-2 700.00-94.50-201-菜薹44.00-2 800.00-4 000.00-91.30-19.511-白萝卜-21.00-900.00-5 000.00-93.40-15.151青萝卜-14.00-1 300.00-6 800.00-91.00-8.891红皮萝卜-24.00-1 200.00-6 400.00-91.60-14.291芥菜(青头菜)7.00-1 300.00-2 800.00-95.00-561-芜菁叶片247.00-7 751.00-3 917.00-85.00-8-叶柄112.00-3 627.00-3 200.00-92.00-根皮-152.00-2 759.00-3 801.00-90.00-10根肉-129.00-2 199.00-5 535.00-90.00

注:表中除芜菁数据外其余数据均引自《蔬菜营养学》[27]和中国食物成分表第2版[28];1将鲜重粗纤维含量转化为干重粗纤维含量

2.8 基于营养成分的相关性分析

采用SPSS 20.0对芜菁各个组织的6种营养成分进行了相关性分析,结果表明芜菁营养成分间存在一定的相关性。6种营养成分间呈现显著相关(P<0.05)或极显著相关(P<0.01),但相关系数较低。根肉抗坏血酸含量与叶柄抗氧化能力存在极显著正相关;叶片可溶性蛋白含量与根肉可溶性蛋白含量存在极显著正相关;根肉可溶性蛋白含量与根皮可溶性蛋白含量存在极显著正相关;根肉可溶性糖含量与根皮可溶性糖含量存在极显著正相关;根肉含水量与根皮含水量存在极显著正相关。由相关性系数可以看出,芜菁根肉组织与根皮组织的营养成分存在较强的相关性。

表3 芜菁不同营养元素间相关系数
Table 3 Correlation coefficients among different nutrient elements of B.rapa L.ssp.rapa

资源编号P1L1R1RS1P2L2R2RS2P3L3R3RS3P4L4R4RS4P5L5R5RS5UFDFP110.1680.338*0.290*0.2130.053-0.030-0.0330.0910.1280.0600.048-0.047-0.1070.128-0.134-0.097-0.0610.0370.107-0.176-0.070L110.338*0.280*0.328*-0.033-0.1250.045-0.1950.0940.066-0.2000.0960.112-0.101-0.134-0.067-0.031-0.072-0.0460.162-0.042R110.2180.519**0.1150.050-0.008-0.0250.1270.290*0.046-0.1890.021-0.014-0.026-0.083-0.183-0.0090.002-0.004-0.092RS110.2400.2190.0110.342*-0.1670.0980.080-0.133-0.0980.0980.056-0.0490.188-0.129-0.011-0.0310.2300.156P210.1320.0100.093-0.1860.0910.1640.042-0.188-0.178-0.051-0.1590.025-0.146-0.037-0.0120.299*-0.033L210.0430.274-0.079-0.0140.077-0.0070.0300.0350.0870.0270.025-0.278-0.231-0.1190.1280.039R210.0370.1940.316*0.2710.197-0.064-0.1330.0380.193-0.1050.110-0.157-0.070-0.028-0.147

续表3

资源编号P1L1R1RS1P2L2R2RS2P3L3R3RS3P4L4R4RS4P5L5R5RS5UFDFRS210.003-0.241-0.100-0.138-0.0940.044-0.043-0.0040.2580.128-0.0050.1840.1190.186P310.333*0.427**0.372**0.2410.0460.2690.202-0.1100.240-0.143-0.216-0.335*-0.309*L310.512**0.228-0.060-0.246-0.089-0.030-0.1370.075-0.215-0.241-0.237-0.407**R310.618**0.006-0.284*0.0960.004-0.0910.146-0.150-0.344*-0.300*-0.464**RS310.040-0.358*0.1220.136-0.287*0.012-0.184-0.235-0.244-0.459**P410.485**0.2620.481**-0.297*-0.1420.071-0.1200.0040.162L410.414**0.488**-0.021-0.0660.1490.1510.2750.346*R410.569**-0.0770.095-0.196-0.279*-0.036-0.390**RS410.0370.107-0.087-0.0130.044-0.041P510.418**0.1140.389**-0.0040.132L51-0.0320.103-0.348*-0.167R510.668**0.0460.460**RS510.1100.433**UF10.365**DF1

注:*-在0.05水平(双侧)上显著相关;**-在0.01水平(双侧)上显著相关;P表示叶柄,L表示叶片,R表示根肉,RS表示根皮;1表示抗坏血酸含量,2表示抗氧化能力,3表示双缩脲蛋白含量,4表示可溶性糖含量,5表示含水量;UF表示地上部粗纤维含量,DF表示地下部粗纤维含量

2.9 基于营养成分的聚类分析

依据芜菁6个营养成分数据,采用系统聚类分析法对50份芜菁种质资源进行了分类(图7),结果表明在遗传距离为5处,可以将芜菁种质资源分为7个类群。

图7 基于营养元素的聚类分析
Fig.7 Cluster analysis based on nutrient elements

第Ⅰ类群聚类了20份资源,包括1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408、1409、1410、1412、1413、G1、G2、G3、G4、T2、T6、T11以及IC0044,该类特征为叶片、根肉可溶性蛋白含量最低,仅有44.17、9.84 mg/g;第Ⅱ类聚类了16份资源,包括1411、W21、W22、W23、W24、W25、W28、W29、T5、IC009、IC0022、IC0023、IC0028、IC0039、IC0040以及BLK,表现为抗坏血酸含量均低于各部位平均值;第Ⅲ类仅包括W31,表现为根皮抗坏血酸含量和抗氧化能力在7个类群中最高,叶片、根肉可溶性糖含量均为7个类群中最高;第Ⅳ类包括T4、T14、T16、T18、NS1和SK,该类根皮可溶性糖含量为7个类群最低,仅有19.05 mg/g。第V类仅包括IC0043,表现为根肉抗坏血酸含量、叶柄抗氧化能力以及根皮可溶性蛋白为7个类群最高,根皮抗氧化能力、叶片、叶柄可溶性蛋白含量均为7个类群最低。第VI类包括W26、W27、W30、T1、T15等5份资源,该类各部位抗坏血酸含量均显著高于平均值;第VII类仅包括T17,叶片、根肉、根皮部位抗坏血酸含量显著低于各部位平均值,同时叶片、根肉抗氧化能力、各部位可溶性蛋白含量、叶柄、根皮可溶性糖含量均为7个类群最高,且地上部粗纤维含量最低,仅有5%。

2.10 基于营养成分的隶属函数分析

芜菁种质资源的隶属函数数据处理结果表明,50份芜菁资源隶属函数均值分布在0.31~0.65,隶属函数均值为0.42,大于平均值的资源共有23份,占资源总数的46%,根据隶属函数均值的计算结果,筛选均值在0.5以上的资源,分别是T17、IC0039、W31和W26。

3 结论

(1)50份芜菁资源中营养元素含量存在较大差异,其中抗坏血酸含量变异系数在0.78~1.18,多样性指数在1.04~1.35,含量最高为8.81 mg/g FW(1402根皮组织);抗氧化能力变异系数在0.25~0.88,多样性指数在1.21~1.57,含量最高为11.25 U/g FW(IC0044叶片组织);可溶性蛋白含量变异系数在0.45~0.90,多样性指数在1.22~1.50,含量最高为159.89 mg/g FW(T1叶片组织);可溶性糖含量变异系数在0.35~0.58,多样性指数在1.36~1.48,含量最高为110.64 mg/g FW(W31根肉组织);含水量变异系数在0.02~0.04,多样性指数在1.04~1.47,其中W25根皮部位含水量最高(98%);粗纤维含量变异系数在0.24~0.44,多样性指数在1.48~1.57,其中粗纤维含量最低的是T18地下部(3%)。综合结果表明,芜菁种质资源中具有极显著的遗传差异性和种质多样性,本研究结果可以为今后筛选特异性芜菁种质资源及探究调控芜菁种质资源营养含量的基因提供选择依据。

(2)50份芜菁资源中营养指标数据芜菁中抗坏血酸含量、可溶性蛋白含量均超过本文中所比较的十字花科常见蔬菜作物,可溶性糖含量、含水量与本文中所比较的十字花科常见蔬菜作物在同一水平,粗纤维含量普遍低于十字花科常见蔬菜作物。综合结果表明,芜菁营养价值要高于比较的十字花科常见蔬菜作物,具有较高的利用价值。

(3)根据50份芜菁种质资源的营养指标数据可知:T1和IC0043根肉抗坏血酸含量接近根肉抗坏血酸平均含量的3倍,IC0040根肉抗氧化能力达到根肉平均抗氧化能力的4倍,T17根肉可溶性蛋白含量达到根肉平均可溶性蛋白含量的4倍,W31根肉可溶性糖含量达到根肉平均可溶性糖含量的2倍,这些资源可以分别作为高抗坏血酸含量、高抗氧化能力、高可溶性蛋白及高可溶性糖的专用型资源进行开发利用;W26叶片抗坏血酸含量接近叶片抗坏血酸平均含量的4倍,可以作为高抗血酸含量叶片专用型资源进行开发利用。在隶属函数分析中显示T17、IC0039和W31的隶属函数均值较高,表明这3份资源在所检测的营养指标中综合评价较高,主要表现为T17具有较高的可溶性蛋白和可溶性糖,且粗纤维含量较低,可作为食用和饲用的优质资源;IC0039各营养指标均处于平均值之上,可以作为营养全面的资源优先进行加工利用;W31在抗坏血酸含量、抗氧化能力及可溶性糖的含量均较高,可以优先考虑作为特异蔬菜资源的鲜食种质,本研究结果可为新时代优质芜菁育种、功能食品开发及特异种质资源利用等提供理论依据。

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Evaluation of nutrient components of different turnip germplasm resources

MA Yidong1,2,LI Xiaojuan1,2,ZHAO Mengliang1,2,3,ZHANG Haiwang1,2,HAN Rui1,2,ZHAO Jiaxing1,ZHAO Feng1,REN Yanjing1,2,3*

1(Academy of Agriculure and Forestry Science,Qinghai University,Xining 810016,China) 2(Qinghai University Qinghai Key Laboratory of Vegetable Genetics and Physiology,Xining 810016,China) 3(State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture,Qinghai University,Xining 810016,China)

Abstract To excavate the exploitation utilization value of turnip resources, the water content, ascorbic acid content, antioxidant capacity, soluble protein, soluble sugar and crude fiber in four tissues (leaf, petiole, root peel and root) of 50 turnip germplasm resources were detected by trace method, visible spectrophotometry and acid-base digestion method. At the same time, correlation analysis, cluster analysis and membership function analysis were conducted. The results showed that there were significant differences in genetics and germplasm diversity in nutrient index of 50 turnip germplasm species. Compared with the common vegetable crops of the cruciferous family, the content of ascorbic acid and soluble protein of turnip were higher than control group, the content of the soluble sugar and water were same as control groups. And the content of crude fiber of turnip was generally lower than them. By the analysis of various nutritional indicators separately, T1 and IC0043 were special germplasm resources of the high ascorbic acid content and IC0040 was special germplasm resource of high antioxidant capacity in root. In addition, T17 was special germplasm resource of high soluble protein and W31 was special germplasm resources of high soluble sugar in root. However, W26 was special germplasm resources with high ascorbic acid in leaf. Further clustering analysis revealed that 50 species of turnip resources could be divided into 7 groups at the 5th genetic distance. The soluble protein and soluble sugar content of group VII were generally higher and the crude fiber content was lower than other groups. Thus, the integrated nutritional value was better than others. Comprehensive analysis of all detected components based on membership function revealed that the comprehensive nutrition index of T17, IC0039 and W31 was admirable. This study lays a good foundation for the breeding and processing of new turnip varieties in the future.

Key words Brassica rapa L. ssp. rapa; germplasm resources; nutrient quality; membership function; comprehensive evaluation

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.027478

引用格式:马一栋,李晓娟,赵孟良,等.不同芜菁种质资源营养品质分析及综合评价[J].食品与发酵工业,2021,47(19):277-287.MA Yidong,LI Xiaojuan,ZHAO Mengliang,et al.Evaluation of nutrient components of different turnip germplasm resources[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(19):277-287.

第一作者:硕士研究生(任延靖副研究员为通讯作者,E-mail:renyan0202@163.com)

基金项目:青海省科技厅青年基金项目(2019-ZJ-979Q);青海省科技厅科技成果转化专项项目(2021-NK-124);国家自然科学基金项目(31960602);青海省科技厅重点实验室项目(2020-ZJ-Y02);青海省农林科学院创新基金项目(2018-NKY-008);青海大学农牧学院大学生科研训练项目(NKX201908,NKX201920)

收稿日期:2021-03-23,改回日期:2021-06-10