木薯块根不同部位的矿质元素研究

魏 艳，黄 洁，林立铭

(1.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南 儋州 571737；2.中国热带农业科学院科技信息研究所，海南 儋州 571737)

木薯块根不同部位的矿质元素研究

魏 艳1,2，黄 洁1*，林立铭1

(1.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南 儋州 571737；2.中国热带农业科学院科技信息研究所，海南 儋州 571737)

为进一步研究木薯块根中矿质元素的分布规律，提高木薯的综合利用价值，采用等离子发射光谱法，测定了6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段7种矿质元素的含量。结果表明：薯肉的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量(干基)分别为333.1～620.8、28.7～150.7、45.0～132.3、1.08～4.10、0.36～1.05、0.47～1.81、0.12～0.32 mg/100g，部分矿质营养价值优于马铃薯、糙米，不亚于甘薯和小麦；薯皮的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu含量分别为薯肉的2.4～16.2、3.1～7.8、1.8～7.7、1.1～6.5、1.1～2.6、1.1～2.5倍，部分矿质营养价值优于或不亚于红枣、核桃、杏仁，值得重视薯皮的综合利用；不同段的薯肉和薯皮Ca、Mn、Zn元素存在较密切的相关关系。

木薯；块根；薯肉；薯皮；矿质

近年来，国内外对作物不同部位的矿质元素含量开展了较多研究，分析比较了大米和米糠、面粉和小麦麸皮等矿质元素含量[1-3]，为均衡膳食提供依据；比较了管花肉苁蓉不同部位的矿质元素含量[4]，为选择药用价值较高部位提供数据参考。目前，人们已利用甘薯中丰富的Ca、P、Fe[5-6]，马铃薯中丰富的K[7]，红枣、核桃、杏仁中丰富的Fe和Zn[8-10]，研发生产出一些具有保健功能的高附加值产品，从而大幅提高以上作物的经济价值，促进其产业发展。此外，通过研究植物体内矿质元素含量与酶活性的关系，可为植物的抗性生理提供新的理论依据[11-13]。

木薯(ManihotesculentaCrantz)属于大戟科木薯属，其块根主要用于食用、饲用和加工，是世界上超过8亿人口的主粮，木薯块根约含有1.0 %～2.0 %薯外皮、10.0 %～14.0 %薯内皮(以下简称薯皮)和80.0 %～90.0 %薯肉[14-15]。近年来，吴朝霞[16]、Katayama等[17]测定了木薯块根中矿质元素含量，陈晓明等测定了薯皮中矿质元素含量[18]，魏艳等评价了3个木薯品系薯肉与薯皮的营养成分和矿质元素含量[19-20]，但国内外未见报道细分全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段矿质元素研究。目前，我国木薯加工业的综合利用程度还较低，已严重制约其良性发展[22]，因此，本课题选用6份木薯种质，分别测定其全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段7种矿质元素含量，将进一步阐明木薯块根不同部位的矿质元素分配规律，从而提高木薯的综合利用价值。

表1 供试木薯种质来源

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料取自位于海南省儋州市的中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所(简称“品资所”)木薯种质资源圃，6份木薯种质的来源见表1，其中，SC9、ZM8229、GR891是食用品种，其鲜薯HCN含量﹤50 mg/kg，可以直接去皮后食用。2011年11月21日种植，2013年3月22日采样，全生长期为16个月。种植地土壤为砖红壤，土壤条件为pH 6.4，有机质0.9 %，碱解氮35.2 mg/kg、速效磷(P2O5) 10.1 mg/kg、速效钾(K2O) 66.8 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 样品准备区 收获木薯时每份种质随机取3株，每株随机取3条中等木薯块根，要求块根外观无损、无病虫害；洗净抹干，擦去薯外皮，切取头(离薯柄2～5 cm)、中(中间3 cm)、尾(离薯尾2～5 cm) 3段，每段均为3 cm长；先随机取头中尾的全薯各3段，然后将其余的头中尾全薯都剥离为薯肉和薯皮，对全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段样品分别切丝；从混合丝样中抽取100 g鲜样烘干打粉作为一个处理样品，每个处理设3个重复。

1.2.2 测定方法 采用等离子发射光谱法测定K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu的含量[20]；参照“热带作物品种区域试验技术规程——木薯”(ICS 65.020.20)测定木薯块根的形态[21]。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2007和SAS 9.0进行方差分析和相关性分析，显著性检验为t检验。

表2 不同部位木薯块根的形态

注：薯皮厚或薯径的同行不同小写字母表示各段间差异达显著水平(P<0.05)，不同大写字母表示各段间差异达极显著水平(P<0.01)。 Note: Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05),and different uppercase letters indicate reaching very significant differences(P<0.01)in the same line of cortex thickness or root diameter between three sections.

表3 木薯块根不同部位的K含量

注：同行不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)，不同大写字母表示差异达极显著水平(P<0.01)。下同。 Note: Different lowercase letters in the same line indicate reaching significant differences(P<0.05), while different uppercase letters in the same column indicate very significant differences(P<0.01). The same as below.

2 结果与分析

2.1 块根形态

6份木薯种质的块根长度为25.0～31.5 cm。薯径及薯皮厚表现为头段﹥中段﹥尾段，均达到极显著差异(表2)。

2.2 干样中矿质元素含量

2.2.1 K含量 木薯块根不同部位的K含量见表3。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的K含量分别为381.7～687.0、333.1～620.8、538.8～975.3 mg/100g，薯皮K含量是薯肉的1.1～2.6倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异；比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾段K含量，均达到极显著差异，其中，全薯中段的K含量最高。

2.2.2 Ca含量 木薯块根不同部位的Ca含量见表4。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的Ca含量分别为56.9～180.3、28.7～150.7、253.2～669.5 mg/100g，薯皮Ca含量是薯肉的2.4～16.2倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异；比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾段的Ca含量，均达到极显著差异，其中，薯肉头段的Ca含量最高。

2.2.3 Mg含量 木薯块根不同部位的Mg含量见表5。6份木薯种质(系)全薯、薯肉、薯皮的Mg含量分别为51.9～103.2、45.0～132.3、65.5～137.4 mg/100g，不同木薯品种的不同薯块部位之间，其Mg含量存在较大差异，SC205和NZ199的Mg含量表现为薯肉﹥全薯﹥薯皮，薯肉Mg含量是薯皮的1.1～1.6倍，达到极显著差异；而SC9、ZM8229、GR891、GR4的Mg含量表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，薯皮Mg含量是薯肉的1.1～2.3倍，达到极显著差异。

表4 木薯块根不同部位的Ca含量

表5 木薯块根不同部位的Mg含量

2.2.4 Fe含量 木薯块根不同部位的Fe含量见表6。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的Fe含量分别为1.16～4.68、1.08～4.10、2.52～6.80 mg/100g，薯皮Fe含量是薯肉的1.1～6.5倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异。

2.2.5 Mn含量 木薯块根不同部位的Mn含量见表7。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的Mn含量分别为0.54～1.61、0.36～1.05、1.57～4.88 mg/100g，薯皮Mn含量是薯肉的3.1～7.8倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异；比较每1份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段Mn含量，均达到极显著差异，其中，薯皮头段的Mn含量最高。

2.2.6 Zn含量 木薯块根不同部位的Zn含量见表8。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的Zn含量分别为0.82～1.95、0.47～1.81、2.60～5.05 mg/100g，薯皮Zn含量是薯肉的1.8～7.7倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异；比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段Zn含量，绝大多数达到极显著差异，其中，薯肉头段的Zn含量最高。

2.2.7 Cu含量 木薯块根不同部位的Cu含量见表9。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的Cu含量分别为0.21～0.36、0.12～0.32、0.24～0.68 mg/100g，薯皮Cu含量是薯肉的1.1～2.5倍，表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异；比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段Cu含量，绝大多数达到极显著差异，其中，薯皮头段的Cu含量最高。

表6 木薯块根不同部位的Fe含量

表7 木薯块根不同部位的Mn含量

表8 木薯块根不同部位的Zn含量

2.3 矿质元素含量的相关性分析

2.3.1 同一矿质元素含量在木薯块根不同部位间的相关性 同一种矿质元素含量在木薯块根不同部位间的相关性分析见表9。薯肉的Ca、Zn含量在“头/中段”、“头/尾段”或“中/尾段”之间均呈显著或极显著正相关。薯皮的K含量在“中/尾段”或“头/尾段”之间呈显著正相关；薯皮的Ca含量在“头/中段”或“中/尾段”之间呈显著或极显著正相关；薯皮的Mn含量在“头/中段”、“头/尾段”或“中/尾段”之间均呈显著或极显著正相关。但在薯肉与薯皮的不同段之间，没有达到显著的相关关系。

2.3.2 不同矿质元素含量在木薯块根同一部位的相关性 对不同矿质元素含量在木薯块根同一部位的相关性进行分析，在木薯块根同一部位内的7种矿质元素含量之间无显著相关关系。

3 讨论与结论

3.1 矿质元素分布特点

6份木薯种质块根的K、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量均表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，达到极显著差异，这与笔者前期研究3份木薯品系块根的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量均表现为薯皮﹥薯肉且达极显著差异[20]的结果一致，但与K含量表现为薯肉﹥薯皮且达极显著差异[20]的结果相反；有2份木薯种质块根的Mg含量表现为薯肉﹥全薯﹥薯皮，4份木薯种质的Mg含量表现为薯皮﹥全薯﹥薯肉，均达到极显著差异，这与笔者前期研究3份木薯品系块根的Mg含量均表现为薯肉﹥薯皮且达极显著差异[20]不完全一致。综合分析2次试验结果，基本可认为木薯块根中的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu含量具有薯皮﹥薯肉的分布特点，但其K、Mg含量不完全一致，原因可能是K、Mg元素容易移动[23-24]而导致不同木薯生长期的K、Mg含量出现较大的差异。本研究还表明，在全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾段矿质元素含量中，以薯肉头段的Ca和Zn含量最高，薯皮头段的Mn和Cu含量最高。由于仅是6份木薯种质的矿质元素分布特点，还需进一步在不同地区、不同生长期、不同季节选取更多木薯种质来加以验证。

表9 木薯块根不同部位的Cu含量

表10 同一矿质元素含量在木薯块根不同部位间的相关性分析

注：“/”表示头段、中段、尾段的两两之间相关关系，*代表显著性水平P<0.05，**代表极显著性水平P<0.01。 Note: '/'represents the relationships among the head section (H), middle section (M) and or end section (E), * represents the significance at 0.05 level, ** represents very significance at 0.01 level.

3.2 薯肉矿质营养价值

木薯薯肉的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量分别为333.1～620.8、28.7～150.7、45.0～132.3、1.08～4.10、0.36～1.05、0.47～1.81、0.12～0.32 mg/100g，K、Ca、Mg、Fe、Zn含量分别是马铃薯的0.9～1.6、19.1～100.4、1.7～4.9、0.8～3.2、1.7～6.5倍[25]，K、Ca含量分别是糙米的1.0～5.2、22.1～115.9倍[26]，Zn含量是甘薯的0.5～4.6倍[27]，Fe、Zn、Cu含量可与小麦相媲美[28]。因此，薯肉的部分矿质营养价值优于马铃薯、糙米，不亚于甘薯和小麦。此外，魏艳等研究表明薯肉的干物质、淀粉含量高于甘薯，维生素C和可溶性糖高于马铃薯，维生素C、粗蛋白和可溶性糖含量可与甘薯相媲美[19,29]，且在非洲、南美洲及部分亚洲国家，一直把木薯作为主粮作物，可见，值得研究木薯在华南地区的潜在粮食作物价值。

3.3 薯皮矿质营养价值

6份木薯种质薯皮的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu含量分别为薯肉的2.4～16.2、3.1～7.8、1.8～7.7、1.1～6.5、1.1～2.6、1.1～2.5倍，说明在木薯块根的Ca、Mn、Zn、Fe、K、Cu矿质营养方面，薯皮优于薯肉，这与笔者前期研究结果[20]相类似。对干基含量进行比较，笔者前期研究结果[20]与本研究结果均说明，薯皮的部分矿质营养价值优于或不亚于红枣、核桃、杏仁。此外，薯皮含有较高的β-胡萝卜素、粗蛋白、可溶性糖等营养物质[19]，以及可作药用的部分生物碱、香豆素及抗胆碱酯酶等重要活性物质[18,30]。综上所述，薯皮具有较高的矿质及其它营养价值，值得重视开发利用，制造保健营养品、饲料和肥料等。

3.4 Ca、Mn、Zn元素的抗逆性

据报道，植物体内的矿质元素含量与酶活性有密切关系，其中,Ca离子除维持细胞壁、细胞膜及膜结合蛋白的稳定性外，还与细胞内的钙调蛋白(CaM)结合，在各种逆境信号转导中起核心作用[11-12]；Mn、Zn均为SOD(超氧物歧化酶)的激活剂，使植物在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫[13]。早期研究表明，Ca能提高棉花、甘蔗、玉米等的抗旱性[31-34]，能提高小麦、木薯的抗寒性[35-36]，增强马铃薯的抗病性[37-38]，增强巴西蕉、小麦的盐胁迫的耐受性[39-40]，且对木薯增产、提高淀粉产量、改善稻米品质也具有重要作用[41-42]。适宜浓度的Mn、Zn含量能增强棉花的抗病性且提高产量[43-44]，增强拟南芥对盐的耐受性[45]，提高枣树的抗寒、抗旱、抗病性[46]。毫无疑问，植物中的Ca、Mn、Zn等矿质元素的含量高低与植物抗逆性有着密切的关系。

本研究表明，薯肉的Ca、Zn含量在“头/中段”、“头/尾段”或“中/尾段”之间均呈显著或极显著正相关，薯皮的Ca含量在“头/中段”或“中/尾段”之间呈显著或极显著正相关，薯皮的Mn含量在“头/中段”、“头/尾段”或“中/尾段”之间均呈显著或极显著正相关，可见木薯块根不同部位的薯肉和薯皮中，Ca、Mn、Zn元素含量之间存在较密切的相关关系，是否以上3种元素之间存在协同反应而起到抗逆作用，这值得进一步研究。

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(责任编辑 陈 虹)

Study on Mineral Elements in Different Parts of Cassava Root

WEI Yan1,2,HUANG Jie1*,LIN Li-ming1

(1.Tropical Crops Genetics Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava Genetic Resources, Ministry of Agriculture, P.R. China, Hainan Danzhou 571737, China; 2.Science and Technology Information Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Hainan Danzhou 571737, China)

In order to further study the mineral element distribution in cassava root and enhance its comprehensive utilization, the contents of seven mineral elements in the head, middle and end sections of the whole root, flesh and cortex of six cassava germplasms by plasma emission spectroscopy were analyzed. The results showed that the contents of K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu in the dry flesh were 333.1-620.8, 28.7-150.7, 45.0-132.3, 1.08-4.10, 0.36-1.05, 0.47-1.81, 0.12-0.32 mg/100g, respectively, and the nutrition values of some mineral elements in the flesh of cassava root were higher than that in potato, brown rice, or as high as sweet potato and wheat. The contents of Ca, Mn, Zn, Fe, K and Cu in the cortex were 2.4-16.2, 3.1-7.8, 1.8-7.7, 1.1-6.5, 1.1-2.6, 1.1-2.5 times higher than that in the flesh, and the nutrition values of some mineral elements in the cortex of cassava root were higher than or as high as that in dates, walnuts and almond, therefore, the comprehensive utilization of the cortex of cassava root was worthy of attention. There were close correlation among Ca, Mn, Zn in different parts of cassava root.

Cassava; Root; Flesh; Cortex; Mineral elements

1001-4829(2016)09-2106-08

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.017

2015-09-12

农业部现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-12-hnhj)；农业部农业行业标准制定项目“热带作物品种区域试验技术规程—木薯”(ICS 65.020.20)

魏 艳(1985-)，女，山东济宁人，硕士研究生，木薯种质资源的利用与创新，E-mail:wei_yan2010@126.com，13627543466,*为通讯作者：黄 洁，E-mail: hnhjcn@163.com。

S533

A