不同品种枇杷果实微量元素分析及综合评价

2019-12-19于馨淼陈发兴卢海芬邱秀玉郑国华杨俊

热带作物学报 2019年11期

于馨淼陈发兴卢海芬邱秀玉郑国华杨俊

摘要本研究采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定23种枇杷果实中9种微量元素含量，并对果实的外观品质指标进行测定，运用主成分分析、聚类分析方法及结合SPSS 19.0统计软件对测定结果进行综合评价。结果表明：（1）不同品种枇杷果实中微量元素含量顺序均为：Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V。其中Mn、Fe和Zn 3种微量元素是枇杷果实中主要微量元素，主成分分析筛选出4个主因子，枇杷果肉中Mn、Co、Cu和Se是枇杷的特征微量元素，综合得分较高的前3个品种依次是‘新霄、‘卓南1号和‘少核大红袍。（2）根据微量元素含量将枇杷分为3个类型，即高Zn、Fe含量类型，包括‘木鱼种、‘小毛枇杷等共计19个品种;高Cu含量类型，包括‘少核大红袍和‘湖北二六;高Mn、Co含量类型，包括‘卓南1号和‘新霄。（3）对果实中微量元素之间相关性分析发现，元素Mn和Co、Cu之间表现为极显著性相关，相关系数分别为0.852和0.538;此外元素V和Fe、Zn，元素Co和Cu之间表现出显著相关，元素Ni和Se表现为显著相关。同时对微量元素与果实品质之间做相关性分析表明，Fe与果肉中的可溶性固形物呈极显著相关;元素Cu与果实横径表现为极显著相关。综合分析表明，枇杷中富含Fe、Zn、Mn等有益微量元素，且含有特征微量元素Se。‘新霄是23个品种中营养价值最高的品种。

关键词枇杷;微量元素;外观品质;ICP-MS;主成分分析;聚类分析

中图分类号 S667.3 文獻标识码 A

Abstract Nine trace elements in 23 kinds of loquat fruits were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， and the appearance quality index of the fruit was determined. Principal component analysis， cluster analysis and SPSS 19.0 statistical software were used to comprehensively evaluate the results， and the correlation between fruit quality and trace elements content of different varieties was analyzed too. The order of trace elements content in different varieties of loquat fruits was： Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V. Mn， Fe and Zn were the mainly trace elements in loquat fruit. Mn， Co， Cu and Se were selected by principal component analysis as the characteristic inorganic trace elements of loquat. The top three varieties were ‘Xinxiao， ‘Zhuonan No.1 and ‘Less seeds Dahongpao in total ranking. According to the trace element content， the loquat varieties were divided into 3 types. There were 19 varieties in the first type， including ‘Muyuzhong and ‘Xiaomaopipa， which was of high Zn and Fe content. ‘Less seeds Dahongpao and ‘Hubei 26 were in the second type， which was of high Cu content. ‘Zhuonan No.1 and ‘Xinxiao were grouped in the third type， which was of high Mn and Co content. Correlation analysis among trace elements showed that there was an extremely significantly positive correlation between element Mn with Co （|r|=0.852） and Cu （|r|=0.538）， and a significant correlation between elements V with Fe and Zn， Co with Cu was seen. As for Ni and Se， they showed a significant correlation. The element Cu showed a highly significant correlation in the transverse diameter of the fruits. At the same time， a correlation analysis between trace elements and fruit quality showed that there was a highly significant correlation between Fe and SSC in the flesh. Based on the results of principal component analysis and cluster analysis， it was concluded that ‘Xinxiao had the highest content of trace elements in all 23 loquat varieties. Comprehensive analysis showed the pulp was rich in beneficial trace elements such as Fe， Zn and Mn and other elements. ‘Xinxiao was the most nutritious one among the 23 varieties.

Keywords loquat （Eriobotrya japonica Lindl.）; trace elements; appearance quality; ICP-MS; principal component analysis; cluster analysis

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.11.018

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）为蔷薇科常绿乔木果树，原产于我国长江流域及南方各省，主要栽培地在中国、印度和日本等亚洲国家，以及地中海沿岸的西班牙、意大利、以色列等国家[1]。果实是枇杷栽培生产和消费者食用的主要经济器官，其清咽润肺、止咳化痰等功效尤为显著，枇杷作为药食两用植物深受人们喜爱[2]，为实现按需施肥调节果实品质、培育高质量果品的目标，对影响枇杷果实营养质量及外观品质等的相关因素进行深入研究显得尤为必要。

在枇杷生长的整个过程中，除了需要氮（N）、磷（P）、钾（K）等大量元素外，微量元素对枇杷的生长也是不可或缺的，其种类和含量是衡量枇杷营养价值的重要指标之一[3-4]。微量元素大多为酶、辅酶的组成成分或活化剂，如铜（Cu）是多种氧化酶的组分，参与细胞体内的氧化过程等。矿质营养元素的变化、富集对果实生长发育及其品质具有重要作用。元素铁（Fe）、锌（Zn）和钙（Ca）提高梨果实可溶性固形物和可溶性糖含量[5]，元素K、N显著影响苹果果实大小[6]，叶面喷施磷酸钙有助于提高桃果实的果肉硬度[7]。此外，微量元素是參与人体生长发育和免疫过程的重要物质，对人体起着极其重要的作用，摄入过多或缺乏都会不同程度地引起人体生理功能的异常或疾病的发生[8]。因此，本研究从果树生长发育与果品营养角度出发，对23个枇杷品种果实中微量元素含量及单果重、果核重、果实横、纵径、可溶性固形物含量进行测定，比较分析不同品种间微量元素含量及外观品质的差异，并进一步进行主成分分析及聚类分析，以确定枇杷的特征元素和分类依据，以期为选出营养价值高、外观品质优良的枇杷种质资源提供参考依据，也为进一步优化枇杷栽培与合理施肥提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验材料 ‘木鱼种、‘小毛枇杷等23个品种果实均采于国家果树种质福州枇杷圃，砧木为‘解放钟，树龄12 a;选择管理水平及生长状况一致的树体，每株作为1个处理，设置3个重复，选择生长发育正常、大小一致的成熟枇杷果实，按东、南、西、北和中5个方向各取3个，置于冰盒中立即带回实验室。

1.1.2 实验地概况枇杷圃地处福建省福州市（11930E，2610N），常年平均日照数为1700～ 1980 h;年平均降水量为900～2100 mm;年平均气温为20～25 ℃。试材立地条件和栽培管理水平均一致。

1.1.3 仪器 A120S电子天平（精度为0.1 mg），德国Sartoruis公司;PAL-3手持数字式折光仪，日本ATAGO公司;Agilent 7700X型电感耦合等离子体质谱仪，美国Agilent公司;500-155-30数显游标卡尺（精度为0.01），日本Mitutoyo公司;Mars5微波消解系统，美国CEM公司;DHG-9240A型鼓风干燥箱，上海恒科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品预处理采取大小相近、无机械损伤的成熟枇杷果实，洗净后去果皮，切取中部果肉，置于105 ℃恒温鼓风干燥箱中杀青1 h，之后调温至60 ℃烘箱中烘24 h后，粉碎并过100目筛，用于元素测定[9]。

1.2.2 微量元素的测定使用体积分数为20%的硝酸溶液浸泡玻璃器具及聚四氟乙烯消解罐12 h以上，再用去离子水冲洗3遍后使用。称取枇杷果肉干样0.5 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL浓硝酸，轻轻晃动消解罐，使样品完全浸没，在设定的条件下进行微波消解（表1）。微波消解完成后，自然冷却。开盖后，将消解液转移至25 mL容量瓶中，定容、摇匀，用于元素测定[10]。9种微量元素标准溶液均来源于国家标准物质研究中心;质谱调谐液Li、Co、Y、Ce和Tl购于美国Agilent公司;内标溶液Rh、Ge和Sc购于美国Agilent公司;硝酸（HNO3）为分析纯，购于德国CNW Technologies GmbH公司。

电感耦合等离子质谱仪的工作参数：功率1420 W;采样深度3.8 mm;氩气流量1.07 L/min;蠕动泵转速0.1 r/min;化室温度3 ℃;提取电压1为192.6 V;提取电压2为80 V;提取电压3为116 V;偏转电压2为9.8 V。具体微波消解程序详见表1。

1.2.3 外观品质指标的测定使用数显游标卡尺测定果实纵横径，果实纵径与横径的比值即为果实的果形指数。用电子天平测定单果重、果核重。称取果实单果重后，再分离果皮和果肉，称取果肉重量，果肉质量与单果质重比值即果实可食率。使用阿贝折光仪测定果实中可溶性固形物含量。以上均做3个生物重复，取平均值。

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件和SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种枇杷微量元素含量测定

枇杷23个品种的微量元素含量测定结果见表2，枇杷果实中微量矿质营养元素含量浓度高低次序为：Mn>Zn>Fe>Cu>Ni>Co>Mo>Se>V。枇杷果实富含Mn、Zn和Fe 3种微量元素，同时检测出果实Se、V元素的含量相对较低。结果表明不同品种之间Mn元素含量存在较大差异，变异系数为51.48%，而Fe与Zn元素含量相对较稳定，变异系数分别为18.80%和16.85%;Co和Mo元素含量相对较小，分别为2.93和1.87 ?g/kg。在检测的9种微量元素中，不同枇杷品种间Co元素含量差异最大，变异系数高达119.19%，其次是Cu元素，变异系数为86.57%，表明不同品种间元素Co和Cu含量具有较大差异。

2.2 不同枇杷品种的品质性状差异分析

由表3可知，不同品种枇杷果核重量差异最大，变异系数为36.02%，其次是单果重，其变异系数为27.66%;其中果核重大于18 g的品种有3个（‘木鱼种、‘龙泉1号、‘米易1号），果核重小于8 g的品种有4个（‘白肉圆种、‘新霄、‘湖北二六和‘白梨）。表明枇杷果核重量的差异是影响果实单果重的主要因素，在枇杷育种上可优先考虑选择果核大小指标，其次不同品种的枇杷果实的可溶性固形物含量也具有较大差异，变异系数为22.96%。通过SPSS数据处理系统进行K-S检验表明，单果重、果核重、果实纵径、横径、果形指数、可食率和可溶性固形物含量均服从正态分布，双侧检验的概率值P分别大于0.361。

2.3 相关性分析

微量元素间相关性分析结果见表4，元素Mn和Co、Cu之间表现为极显著相关，相关系数为0.852和0.538;此外，元素V和Fe、Zn之间、元素Co和Cu之间、Ni和Se之间呈显著相关。从表面上看，各个元素之间存在相辅相成、相互促进吸收的关系。微量元素Cu与果实横径表现为极显著正相关，元素Fe与果肉中可溶性固形物含量呈极显著相关。

2.4 主成分分析

对枇杷23个品种中9种微量元素进行主成分分析，本研究按照主成分特征值为标准选取公因子，从特征值及特征向量可以看出，前3個特征值均大于1（表5）。特征值分别为3.057、2.179和1.251，且特征值累计贡献率已达72.064%，表明前3个主成分能解释72.064%的微量元素信息，其中，第1、第2和第3主成分贡献率分别为33.963%、24.207%和13.895%。表明这3个主成分能有效包含9种微量元素的大多数信息。由表6可知，除了元素Cu和Zn的共同度稍低些（分别为0.535和0.569）外，其他风味物质的共同度均超过了0.650，说明大部分风味物质的信息能被主成分解释65%以上，所提取的3个主成分能够较好地反映枇杷微量元素的构成。

由表7可知，微量元素Mn、Co、Cu和Se在第1主成分上有较高载荷，说明第1主成分基本反映这些指标的信息，元素V、Fe、Zn和Mo在第2主成分上有较高载荷，第3主成分上仅有元素Ni表现出较高载荷。由于主成分的方差贡献率最大，高达33.963%，故认为第1主成分中的4种元素Mn、Co、Cu和Se即为枇杷的特征元素，平均含量分别为225.89、2.84、45.81和0.17 ?g/kg。

根据上述3个主成分，将标准化后各个品种的微量元素数据与前3个对应的主成分特征向量相乘，从而得出23个枇杷品种在3个主成分上相应的得分向量，然后将每个主成分得分进行规一化处理。所选的3个主成分对应的特征值占3个特征值总和的比例为该主成分在品种综合评价中的权重，利用各个品种主成分得分的规一化结果与其对应的权重作内积，得到23个品种的综合评价得分。从表8可知，第1主成分得分最高的前3个品种依次为‘新霄、‘卓南1号和‘少核大红袍;第2主成分得分较高的前3个品种依次为‘柳州光荣本、‘木罗枇杷和‘花鼓筒;第3主成分得分最高的前3个品种依次为‘实生杨墩、‘湖北二六和‘长红3号;综合排名得分最高的前3个品种依次是‘新霄、‘卓南1号和‘少核大红袍。

2.5 聚类分析

聚类分析是可以将一组数据按照本身的内在规律合理地分成几类的探索性分类方法，能够大大缩小由主观判断造成的误差，使数据结果更具有客观性。以23个品种的枇杷样品中的9种微量元素含量为变量，运用SPSS 19.0软件，采用平方欧式距离类平均法，结果见图1，23个品种的枇杷样品在相似系数为5处被分为3类。结合不同品种枇杷果肉微量元素含量（表2），第1类包括‘木鱼种、‘小毛枇杷、‘宝珠等共计19个品种样品，此类样品果实内微量元素Zn和Fe的含量较高，但Mn、Co、Cu含量都相对较低;第2类包括‘少核大红袍和‘湖北二六共2种样品，此类样品中微量元素Cu含量较高，其他微量元素均处于较低水平。第3类包括‘卓南1号和‘新霄，此类样品中元素Mn和Co含量远高于其他品种，可以考虑将富含对人体有益的微量元素Fe、Mn和Zn的品种如‘新霄作为枇杷栽培的候选品种。

3 讨论

已有大量研究表明微量元素与营养价值之间密切相关，对人体的细胞代谢、生物合成及免疫功能起着至关重要的作用。如缺锌会使人体的免疫功能下降;Mn是人体内各种酶的组成成份，是公认的抗癌元素，维持血压、血糖和血脂之间的平衡;Fe在人体内参与合成血红蛋白和肌红蛋白，发挥氧的运送及贮存功能;人体内的生物转化、电子传递氧化还原和组织呼吸都离不开Cu的参与[11]。在本研究中，利用ICP-MS对23种枇杷果实的9种微量元素进行检测，结果显示Mn、Zn和Fe 3种有益微量元素在不同枇杷果肉中的含量相对较高，Co和Mo元素含量相对较小。这与对玫瑰果[12]、椰子[13]、红枣[14]的研究结果一致。除此之外，对9种微量元素进行主成分分析，枇杷果肉中的特征微量元素是Mn、Co、Cu和Se。微量元素Se作为枇杷果肉中的特征微量元素之一，是人、植物的必须营养元素，Se能增强机体的免疫功能，对冠状动脉硬化供血不足有着良好的预防和治疗作用;适量的Se元素不仅可以促进植物的生长发育，还能提高作物的产量和质量[15]。综合评价表明‘新霄具有较高的营养价值。

品种是影响果实中微量元素含量的主要因素，蒋卉等[14]研究发现同一地域不同红枣品种的微量元素含量之间存在差异。付宇新等[16]研究结果表明胡颓子属的不同植物果实中各微量元素含量水平间存在较大的差异。微量元素含量也受到土壤、气候条件和植物不同部位等诸多因素的影响[17-21]，因此，根据生产需要合理选择枇杷栽培品种和栽培地域，从源头上提高枇杷的营养价值。

植物的正常生长发育不仅需要充足的微量元素，而且需要各个微量元素之间存在相互协同、相互拮抗的作用。段小华等[22]研究发现添加适量的铝可促进茶树的根、茎、叶对Fe的吸收，降低对Zn的吸收。马朝忠等[23]研究表明微量元素Cu和P之间存在相互协同的作用，同时施加Cu和P元素能够显著促进西南桦幼林的生长发育。本研究表明元素之间存在显著的相关性，特别是Mn元素与其他微量元素之间存在某种程度的依赖关系。因此在施肥料的时适量添加Mn元素以促进枇杷植株对其他元素的吸收，从而能够更好的促进其生长。除此之外，本研究对微量元素与果实外观品质进行相关性分析，表明元素Cu与果实横径存在极显著正相关，Fe与果肉中的可溶性固形物含量呈极显著正相关，这与周继芬等[5]研究结果一致。叶胜兰[24]研究显示施Fe和Zn可以促进梨枣的生长发育、提高产量，并显著改善果实的品质。岳焕芳等[25]对番茄的研究指出，叶面喷施Zn肥可以有效改善果实品质，提高果实维生素C含量、可溶性固形物含量，提高果实糖酸比。因此施肥时建议适量加入微量元素Cu、Zn和Mn，以提高果实的外观品质。

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