基于微量元素分析的花椒种质资源评价

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(1.贵州省林业科技推广总站， 贵阳 550001； 2.西北农林科技大学林学院， 陕西 杨凌 712100；3.贵州省林业科学研究院， 贵阳 550005)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是芸香科花椒属植物，其成熟果皮富含挥发油和丰富营养成分[1-3]，是人们日常调味之佳品，具有使用广泛、食用频率高等特点[4]，在陕西、甘肃、重庆、四川等地广泛种植，是当地主要经济树种。矿物质元素对人体的细胞代谢、生物合成及生理功能起着重要作用[5]，在药理活性的发挥中起着重要的协同作用[6]。

目前对花椒的研究主要涉及栽培管理、生理、生化、生态、表型多样性方面[7-19]，对特定的品种进行营养标准值的研究尚未见报道。随着人们对花椒园管理技术的重视和研究的深入，提高花椒产量和品质是花椒管理的主要目标。本研究在花椒主产区收集94份花椒样品，测试并分析其矿物质元素含量，以期了解该地区花椒矿物质元素变异情况，研究花椒主产区果皮营养含量及分布规律，制定花椒营养元素标准值，为指导花椒园的管理和花椒的食用和药用价值的研究提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

品种：顶坛花椒。分布区：贵州关岭县板贵乡三家寨村，海拔600 m，东南坡；木工村：海拔1 000 m，东南坡；贞丰县北盘江镇察耳岩村：海拔600 m，西北坡。每个群体随机选取10～12株生长正常、无病单株进行调查采样。汉源花椒和汉源大红袍来源于四川汉源，茂汶花椒采自四川茂县，河北花椒采自河北涉县，云南昭通花椒采自云南昭通，其余试验材料采自陕西省凤县花椒试验站。具体如下：以坡向和海拔因素选择3个群体。

表1 供试材料

样品来源样本数样品来源样本数汉源花椒四川汉源2府谷花椒陕西凤县2汉源大红袍四川汉源2茂汶花椒四川茂县2凤县大红袍陕西凤县2河北花椒河北涉县2西农无刺陕西凤县2云南昭通花椒云南昭通2韩城大红袍陕西凤县2武都大红袍甘肃武都2陈家仡佬无刺陕西凤县2顶坛花椒贵州关岭县24狮子头陕西凤县2顶坛花椒贵州关岭县21党村无刺陕西凤县2顶坛花椒贵州关岭县21韩城无刺陕西凤县2合计94

表2 花椒果皮矿物质元素含量变异值

营养指标均值标准误标准差极小值极大值极差百分位25%50%(中值)75%变异系数Mn(mg/kg)22.411.029.862.5453.6651.1213.8821.1929.1443.98Fe(mg/kg)1.190.080.760.443.953.510.740.841.5863.84Cu(mg/kg)4.520.232.250.4018.4918.093.244.655.7749.79Ca(mg/kg)14.231.1210.901.1536.4035.251.8614.9024.6476.62K(mg/kg)62.141.3813.3430.9290.1359.215.686.377.9521.47Mg(mg/kg)6.980.181.774.3611.296.9351.0264.9670.7825.44

1.2 试验方法

植物中粗灰分的测定：采用直接灰化法。

1.2.1 操作步骤

1) 样品预处理：首先将样品放在60～70 ℃的恒温干燥箱中吹干，然后在105 ℃下烘干，取出样品用研钵或者粉碎机粉碎均匀，磨细过1 mm筛即可，不宜太细，以免燃烧时飞失。

2) 灰分的测定：将洗净的坩埚置于550 ℃高温电炉内灼烧15 min以上，取出，置于干燥器中平衡后称重，直至恒重为止。准确称取待测样品2～5 g(水分多的样品可以称取10 g左右)，疏松地置于坩埚中。

3) 碳化：将装有样品的坩埚置于可调电炉上，在通风厨里缓缓加热，烧至无烟。

4) 高温灰化：将坩埚移到已烧至暗红色的高温电炉门口，片刻后再放进高温电炉内膛深处，关闭炉门，加热至约525 ℃(坩埚呈现暗红色)，烧至灰分近于白色为止，大约1～2 h。如果灰化不彻底(黑色碳粒较多)，取出放冷，滴加几滴蒸馏水或稀硝酸或双氧水100 g/L硝酸铵溶液，在水浴上蒸干，再移入高温电炉中，重复上述操作继续灰化，灰化完以后，待炉温降至约200 ℃时，再移入干燥器中，冷去至室温后称重。必要时再次灼烧，直至恒重。

5) 结果计算：

式中：m1为空坩埚质量(g)；m2为灰化后(坩埚+灰分)质量(g)；m3为(空坩埚+样品)质量(g)。

1.2.2 统计分析

利用SPSS 18.0软件和Excel 2007软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同花椒种质矿物质元素的差异分析

对94份花椒果皮6个营养指标进行统计分析，结果见表2。

由表2可知，在所测营养指标中，变异系数范围为21.47%～76.62%，均在15%以上，表明矿物质元素含量在各个种源花椒间具有较大的变异。K含量变异系数最小，平均值为62.14%，变异幅度在30.92～90.13 g/kg之间；Ca含量变异系数最大，平均值为14.23 g/kg，变异幅度在1.15～36.40 g/kg之间，说明花椒果皮Ca含量在各品种间的变异相对不稳定。Mn和Cu变异系数接近，分别为43.98%和49.79%。

2.2 花椒矿物质元素含量的分布规律

花椒果皮中矿物质元素含量K-S正态性检验结果见表3， 花椒果皮中6种矿物质元素含量频率分布见图1。

表3 花椒果皮矿物质元素含量 K-S正态性检验结果

指标极差绝对值正负K-S 值Sig 值Mn0.0650.065-0.0580.6350.815Fe0.270.27-0.1642.6220Cu0.1390.139-0.0941.3470.053Ca0.2060.206-0.1241.9940.001Mg0.1710.171-0.0781.6610.008K0.1050.062-0.1051.0140.255

从表3可以看出，对花椒果皮中6种矿物质元素指标分别进行K-S正态检验。根据K-S假设，α=0.05和α=0.01的统计量(K-S值)的临界值分别是1.36和1.63，只有当Sig>0.05时，性状符合正态分布，对于Sig<0.05的性状，则需进行对数转换，再进行检验。由表3可知，Mn(0.635)、K(1.014)、Cu(1.347)含量的Sig值均大于0.05，服从正态分布，可以进行下一步的概率分级，而进一步结合图1可知，Fe(2.622)、Ca(1.994)、Mg(1.661)不完全符合正态分布，而为偏态分布。

2.3 基于矿物质元素花椒的种质资源评价

花椒矿物质元素含量的概率分级标准见表4。

图1 花椒6种矿物质元素含量频率分布

表4 概率分级标准(单位：mg/kg)

营养指标一级二级三级四级Mn>35.0527.58～35.0517.24～27.58<17.24K>79.2469.14～79.2455.14～69.14<55.14Cu>7.405.70～7.403.34～5.70<3.34

根据花椒质量标准(LY/T-1652-2005)将花椒等级分为特级、一级、二级、三级4个级别。所以这里将矿物质元素含量分为 4个分级区间，用(X-0.524 6 S)、(X+0.524 6 S)和(X+1.281 8 S) 3个分点分为4级，概率分别为 30%、40%、20%和10%。

从表4可以看出，在以Mn含量作为衡量花椒概率分级标准中，一级花椒Mn含量高于35.05 mg/kg，以狮子头花椒为代表；二级花椒Mn含量在27.58～35.05 mg/kg之间，三级花椒Mn含量在17.24～27.58 mg/kg之间，四级花椒Mn含量低于17.24 mg/kg，一级花椒Mn元素含量是四级花椒的两倍之多，其中四级花椒以凤县大红袍、韩城大红袍及西农无刺为代表。

以K含量作为衡量花椒概率分级标准中,一级花椒K含量高于79.24 g/kg，以河北花椒和武都大红袍为代表；二级花椒K含量在69.14～79.24 g/kg之间，三级花椒K含量在55.14～69.14 g/kg之间，四级花椒K含量低于55.14 g/kg，四级花椒以凤县大红袍、汉源大红袍及西农无刺为代表。

以Cu含量作为衡量花椒概率分级标准中，一级花椒Cu含量高于7.40 mg/kg，以部分顶坛花椒为代表；二级花椒Cu含量在5.70～7.40 mg/kg之间，三级花椒Cu含量在3.34～5.70 mg/kg之间，四级花椒Cu含量低于3.34 mg/kg，一级花椒Cu元素含量是四级花椒的两倍之多，其中以茂文花椒、韩城无刺为代表。

3 结果与讨论

种质资源矿物质元素含量变异系数越大，遗传多样性程度越高。所测花椒营养指标中变异系数均在15%以上，表明各矿物质元素含量在各个种源花椒间具有较大的变异，变异系数在21.47%～76.62%之间。变异系数的大小在一定程度上反映了进化的快慢。K含量变异系数最小，平均值为62.14%，变异幅度在30.92～90.13 g/kg之间；Ca含量变异系数最大，平均值为14.23 g/kg，变异幅度在1.15～36.40 g/kg之间，说明Ca含量可能进化快，K含量进化慢。花椒果皮Ca含量在各品种间的变异相对不稳定。Mn和Cu变异系数接近，分别 为43.98%和49.79%。

K-S 检验分析发现:Cu、Mn、K 3个矿物质元素含量符合正态分布，其余 3 个性状呈偏态分布。Mn、Cu元素含量一级花椒较四级花椒含量高1倍。矿物质元素含量的概率分级是建立在矿物质元素含量概率分布特征基础上的分级方法。矿物质元素含量的合理分级对花椒种质资源的科学利用具有重要的指导价值。由于分点不同，概率分级法和传统的经验分级法分级结果存在很大的差异。所测结果中，一级花椒Mn含量高于35.05 mg/kg，以狮子头花椒为代表；二级花椒Mn含量在27.58～35.05 mg/kg之间，三级花椒Mn含量在17.24～27.58 mg/kg之间，四级花椒Mn含量低于17.24 mg/kg，以凤县大红袍、韩城大红袍及西农无刺为代表。Mn的需要量为每天4～9 mg，其中约1/2经肠道吸收，花椒中Mn含量能够被人体安全吸收。K含量一级高于79.24 g/kg，以河北花椒和武都大红袍为代表；二级花椒含量在69.14～79.24 g/kg之间，三级花椒K含量在55.14～69.14 g/kg之间，四级花椒K含量低于55.14 g/kg，以凤县大红袍、汉源大红袍及西农无刺为代表。K的需要量为每天4～9 mg，其中约1/2经肠道吸收，花椒中Mn含量能够被人体安全吸收。低钾会使胃肠蠕动减慢，导致肠麻痹，加重厌食，出现恶心、呕吐、腹胀等症状。太多的盐与太少的钾会造成紧张与肌肉疲劳。一级花椒Cu含量高于7.40 mg/kg，以部分顶坛花椒为代表；二级花椒Cu含量在5.70～7.40 mg/kg之间，三级花椒Cu含量在3.34～5.70 mg/kg之间，四级花椒Cu含量低于3.34 mg/kg，以茂文花椒、韩城无刺为代表。铜参与各种生理活动和代谢过程，包括维持正常的造血机能、维持中枢神经系统的健康、促进正常黑色素形成和维护毛发的正常结构等。世界卫生组织提出成人铜供给量以不超过每日1.5 mg为宜。建议每日每千克体重的铜需要量婴幼儿为80μg，较大儿童40μg，成人30μg。胆汁郁积或胆汁排出障碍者要减少铜的供给量。消费者可以根据自身需求选择合适的花椒果皮。

通过对花椒矿物质元素含量的分析，首次对花椒果皮矿物质元素进行了概率分级，提出了基于矿物质元素含量分布特征的花椒种质资源概率分级指标体系，并获得较理想的研究结果。概率分级法也有缺陷，例如:样本群要有足够的代表性且样本群要满足一定数量，需要进行相对繁重、精细的测试，还需要复杂的数据分析计算过程。但是概率分级法是依据品种的实际测试数据拟合数学分布函数，再计算概率分布，因此更加科学合理，尤其适用于数值分布广泛、变异丰富的品种。随着花椒品种资源调查和研究的深入进行，这些评价标准还需进一步完善和修订。同时根据花椒果皮矿物质元素含量的研究，花椒果皮矿物质元素含量有着丰富的遗传多样性，为选择育种奠定了重要的物质基础。