月季花瓣营养成分评价及主成分和聚类分析

月季花又称“月贵化”、“月月红”等，素有“花中皇后”之美誉[1]。月季花具有活血、抗毒、抑菌、抗癌、抗氧化、增强细胞免疫力等作用，在医药上常被用于治疗月经不调、肝郁脾虚、跌打肿痛等病理症状[2-7]。于佳[8]对金银花、月季花、茉莉花等中的活性成分进行了抗衰老功效测定，结果显示月季花提取物的抗氧化能力最强，其中对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基清除率达到 98.65%。蔡元元[9]研究发现，用正丁醇从月季花提取的黄酮粗提物对肝癌SMMC-7721细胞具有较好的抑制作用；刘英发等[10]、李艳等[11]分别把月季花的水提物作用于外源性一氧化氮损伤的胰岛细胞和大鼠脑缺血再灌注损伤，结果均发现月季花提取物对受损细胞具有保护作用。同时，月季花还是重要的保健品原料和理想天然色素[12-13]。目前，以月季花瓣为原料开发的月季保健茶、保健枕、月季花精油、月季花糕点等产品越来越受到人们的青睐和喜爱[14-15]，其开发价值和前景不可估量。相比月季种植面积的不断扩大，月季花产品的深加工开发仍然是制约其产业发展的重要瓶颈。前期研究集中于新品种引进培育和主要性状分析上[16-17]，未见对不同品种月季花营养成分差异性的测定和通过主成分及聚类分析对不同栽培品种亲缘关系进行分析的报道。本文选取10种月季主栽品种花瓣为材料，对其基本营养成分的含量进行测定，进而通过相关分析、主成分分析和聚类分析等对其进行评价，以期为月季花的品种鉴定及亲缘关系、月季花资源的利用和产品开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

月季花(品种1“香云”、2“绯扇”、3“粉扇”、4“口红”、5“亚克力红”、6“画魂”、7“自由之钟”、8“坦尼卡”、9“电子表”、10“小粉紫”)，南阳市中国月季园内，每个品种随机采摘10个样品；各单元素标准溶液(质量浓度均为1 000 μg/mL)，国家有色金属及电子材料分析测试中心生产；HNO3(优级纯)，天津市科密欧化学试剂有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

LGJ-30s真空冷冻干燥器，北京松源华兴科技公司；FR-200MKII电子天平，日本A/D公司；Tecator Digestor高温消化炉、Kjeltec 8200全自动凯氏定氮仪，德国Fuchs公司；中阶梯光栅-交叉色散全谱直读型ICP发射光谱仪，美国Leeman公司；ETHOS-1微波消解仪，意大利Miletstone公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料前处理

将各品种的月季花样品放置于真空冷冻干燥器内干燥36 h，粉碎后过筛，置于自封袋内，冰箱低温保存。

1.3.2 营养成分含量的测定

蛋白质和脂肪含量的测定分别参照文献[18-19]中的方法，并加以改进。用电感耦合等离子原子发射光谱法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)测定样品内的矿物元素含量。标准溶液的配制、微波消解程序及ICP参数设置等均参照文献[20]中的方法和条件，每个样品均消解和测定3次。检测波长为K(769.897 nm)、Mg(279.078 nm)、Ca(315.887 nm)、Na(589.592 nm)、Zn(206.200 nm)、Fe(239.563 nm)、Cu(327.396 nm)、Mn(259.372 nm)、Se(196.090 nm)。

1.3.3 主成分分析

主成分分析(principal component analysis，PCA)中的PC值按公式(1)进行计算[21]：

式中：x，原始量测变量测定值

原始量测变量均值(μg/g)；SD，原始量测变量的标准偏差(μg/g)；α，线性变换投影值。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2013对实验数据进行处理；采用Microsoft SPSS 21.0进行相关性分析和PCA分析。

2 结果与分析

2.1 蛋白质、脂肪含量分析

由表1可知，月季花样品中蛋白质平均含量为8.93%(质量分数)，“自由之钟”蛋白质含量最高(10.71±0.13)%；脂肪平均含量为1.28%(质量分数)，“香云”脂肪含量最高(2.07±0.01)%。蛋白质含量的最大差异为39.6%，变异系数为12.4%；脂肪含量的最大差异为233.8%，变异系数为34.3%。

2.2 矿物元素含量分析

2.2.1 常量元素含量及分析

月季花样品中常量元素含量大小顺序为K>Ca>Mg>Na，且常量元素的含量差异达显著水平(表2)。K平均含量为14 459.41 μg/g，变异系数为9.57%，“画魂”中K含量最高；Ca平均含量为2 171.43 μg/g，变异系数为 17.71%，“坦尼卡”中Ca含量最高；Mg 平均含量为 1 692.21 μg/g，变异系数为 13.7%，“小粉紫”中Mg含量最高；Na平均含量为53.04 μg/g，其变异系数为85.3%，“小粉紫”月季花瓣中Na的含量最高。

2.2.2 微量元素含量及分析

所测样品微量元素含量大小顺序为Fe>Mn>Zn>Cu>Se(表3)，变异系数均大于10%，且品种间差异显著。其中Fe平均含量为93.31 μg/g，“亚克力红”Fe 的含量最高[(122.96±3.30) μg/g]；Mn平均含量为 30.98 μg/g， Cu平均含量为3.70 μg/g，Zn平均含量为 20.89 μg/g，Se平均含量为0.87 μg/g。其中“小粉紫”中Mn 含量[(39.11±1.95) μg/g]、Cu含量[(4.66±0.47) μg/g]、Zn含量[(26.19±2.03) μg/g]、Se[(1.18±0.034) μg/g]均为最高。

2.3 各成分含量的相关性分析

由表4可知，各组分间相关性显著。蛋白质含量分别与脂肪、Mg、K、Cu等显著相关；脂肪含量分别与Mg、Cu、Na、Zn等显著相关；Mg含量与Ca、K、Cu、Na、Zn、Fe呈显著相关；Ca含量与Mn、Cu、Zn、Fe呈显著相关；K与Fe、Mn和Na与Zn分别呈极显著正相关。

2.4 不同品种月季花各营养成分的主成分及聚类分析

2.4.1 主成分分析

本文共提取到4个原始特征值大于1的主成分，其累积贡献率较高(83.24%)(表5)。其中第1、2主成分分别解释总变量信息的41.11%和19.76%，第3、4主成分分别解释总变量信息的13.32%和9.14%。其中蛋白质、脂肪、Cu、Mg、Na对第1主成分有较高的载荷值(表6)，说明这些成分与第1主成分有较高的相关性；Mn、Zn、Ca对第2主成分有较高的载荷，表明它们和第2主成分之间有较高的相关性。第1和第2主成分因子对总方差的累积贡献率较高，达60.78%，所以，月季花中的特征成分应为脂肪、蛋白质、Cu、Mg、Na、Mn、Zn、Ca。

以PC1为横坐标，PC2为纵坐标，将通过计算得出的PCs标入坐标系中，获得PCs二维图。如图1所示，发现100个样品聚成了10个群，每个群代表1个品种，其中品种1(香云)、5(亚克力红)、4(口红)集中位于二维散点图的左区域，品种2(粉扇)、6(画魂)、9(电子表)、7(自由之钟)位于下区域，品种3(绯扇)位于中上区域，品种8(坦尼卡)位于右上区域，品种10(小粉紫)位于右区域，主成分分析图把10个品种很好地分成了5个区域。

本文利用欧氏距离计算法结合SPSS 对该区域进行了系统聚类(图2)，发现品种1(香云)、5(亚克力红)、4(口红)聚为一类；品种2(粉扇)、6(画魂)、9(电子表)、7(自由之钟)聚为一类；品种3(绯扇)、8(坦尼卡)、10(小粉紫)各自单独成类。该分析结果与上述主成分分析结果显示一致。

3 结论与讨论

本研究测定了不同品种月季花瓣中蛋白质、脂肪和矿物元素等成分的含量，研究结果表明月季花瓣中蛋白质含量较高(7.67%～10.71%)(质量分数)，脂肪含量较低(0.62%～2.07%)(质量分数)。常量元素中K含量最高(12 990.28～16 908.7 μg/g)，Ca含量(1 612.35～2 875.39 μg/g)和Mg含量(1 395.18～2 176.9 μg/g)次之，Na含量较低(22.05～175.96 μg/g)。微量元素中Fe含量为 69.92～145.37 μg/g，Cu含量为 2.87～4.66 μg/g，Zn含量为 15.73～26.19 μg/g，Mn含量为 16.63～58.98 μg/g，Se含量为 0.67～1.18 μg/g。其中“小粉紫”品种中 Na、Mg、Mn、Cu、Zn、Se 等元素的含量均最高。因不同植物都有各自不同的元素特征谱，因此，在以微量元素为指标进行优良品种选育时，“小紫粉”可作为重点栽培对象进行开发利用。

所测营养成分的含量除 K 元素的变异系数(9.57%)略小于 10% 外，其余各成分的变异系数均较大，说明这些成分在月季花品种间遗传变异较大，在进行月季花的优异种质资源筛选时选择余地较大[22]。

主成分和系统聚类分析均能很好地把10个月季品种进行划分，说明在对不同品种月季花进行分类时这2种方法是可行的。物种间的化学成分与亲缘关系之间存在着一定关联，亲缘关系较近的物种常常含有含量相同或相近的化学成分，因此，可根据月季花品种间的元素成分含量特点作为育种目标性状进行利用。

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