中国大蒜主产区主要品种鳞茎品质及其与产地土壤养分的关系

李攀龙，李夏夏，杨 帆，赵勇强，孟焕文，程智慧

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)

大蒜最早是用于预防瘟疫和治病的，现代医学研究发现，大蒜有改善人体代谢、防癌抗癌、降低血糖、防治糖尿病、抗菌消炎、改善免疫调节等保健功效，其保健功效主要源于其功能成分大蒜素、硒元素和锗元素。在美国，大蒜素制品更是排在了人参等保健药物的首位[1]。在完整的大蒜中没有大蒜素，但含有硫化合物蒜氨酸(alliin)[2]。当大蒜受到机械破损时，能形成主要活性物质—有机硫化物，其有机硫化物多达30多种，而蒜素约占70%[3-5]。大蒜中硒含量是蔬菜中最高的，是其他蔬菜的20～30倍[6]，同时硒具有抗癌[7]、防止白肌病、克山病、大骨节病[8]、保护心脏、延缓衰老等作用。大蒜含锗量也较为丰富，是一种价格低廉的有机锗源[3]，有机锗在细胞介导的免疫应答中起作用，表现出抗癌抗肿瘤的效果[9-10]，锗及其化合物可清除动植物体内产生的自由基，避免各细胞器受到自由基攻击[11-12]。

中国是世界上大蒜主产国，大蒜品种资源丰富，各地都有优良品质，但对其功能成分缺乏系统分析和评价。土壤是大蒜生长的主要介质，关于土壤化学性质pH、有机质和主要养分(N、P、K、S)及硒、锗元素含量与大蒜功能成分含量的关系尚缺乏系统研究结果。但由于品种退化，大蒜存在着不同程度的减产问题，引进优质品种，生产优质大蒜，是生产者和消费者及加工企业迫切的实际需要。

本研究从国内16个大蒜主产省区采集50个大蒜品种及其土壤，测定大蒜鳞茎功能成分和品质，测定土壤pH和主要养分(N、P、K、S)及硒、锗等元素含量，分析各主产区大蒜鳞茎品质及其与原产地土壤的关系，以期为大蒜品种加工利用和引种栽培提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2017年6-8月，采集全国16个省区50份大蒜品种与对应土壤(表1)。每份采集回大蒜样本称取400 g，存放到超低温冰箱中保存，用于品质分析，土壤样品风干保存，用于pH、有机质及硒、锗等元素含量测定。

表1 供试大蒜品种和产地Table 1 Tested garlic collections and its origin

1.2 方 法

大蒜素含量测定采用液相色谱法[13]，硒和锗元素含量测定采用等离子发射质谱法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[14]。可溶性糖含量测定采用蒽铜比色法[15]，鳞茎性状测定参照《大蒜种质资源描述规范和数据标准》[16]。

土壤硫元素测定采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[17]。锗元素含量测定采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。硒元素含量测定采用氢化物原子荧光光谱法[18]。前处理方法如下：称量0.50 g样品于消煮管中，加入12 mL硝酸，静置过夜，次日于150 ℃进行消解，溶液消煮到5 mL时取出，待消煮管温度降至常温后加入5 mL过氧化氢，在100 ℃反应完全后加热至160 ℃继续消解，溶液消煮到1 mL后用水定容至25 mL，混匀，重复3次。有机质含量测定采用重铬酸钾容量法，土壤pH测定采用电位法，速效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-分光光度法，速效钾含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法[19]，速效氮含量测定采用凯氏法[20]。

1.3 数据处理

利用Excel 2007对数据进行处理，用SPSS 17进行相关性分析和主成分分析。数据以“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种大蒜鳞茎营养指标

50个大蒜品种鳞茎营养指标测定结果见表2。大蒜素含量最多和最少的品种分别是‘川01’(5.23 mg/g)和‘甘02’(0.16 mg/g)，变异系数为94%；品种间大蒜素含量差异较大，但同省份不同品种间差异较小。硒元素含量为3.63～143.2 μg/kg，最高的是‘晋01’，变异系数为53%，同地区品种间和各地品种间差异都较大。锗元素含量不同地区、不同品种间差异都较小，变异系数18%，含量最多的为‘贵02’(1.54 μg/kg)，最少的是‘黑02’(0.32 μg/kg)，相差约5倍。可溶性糖变异系数为24%，但同地区及品种间差异较小，‘豫01’含量最高，达91.1%；最低的是‘甘04’(26.6%)。可溶性蛋白含量变异系数为20%，5项指标差异最小；以‘新07’可溶性蛋白含量最高(84.7 mg/g)，‘陕01’最低(30.1 mg/g)。

表2 不同品种大蒜鳞茎营养与性状指标Table 2 Bulb nutrition and agronomy traits of different garlic collections

表3 中国主产区大蒜品种产地土壤化学性状Table 3 Chemical properties of soils from maingarlic producing areas in China

2.2 不同大蒜品种产地土壤主要化学性状差异

从表3可以看出，不同地区土壤的主要养分(N、P、K、S)含量差异较大，有机质含量差异也较大。锗含量变化区间为1.23～1.78 mg/kg，不同地区间差异较小。硒含量变化区间为0.11～0.6 mg/kg，甘肃、黑龙江等春播区省份的土壤硒含量较低。硫含量变化区间为186～870 mg/kg，变化范围较大，但同省份差异较小。N、P、K和有机质的变异系数较大，并有较明显的地域特点，同省份差异较小，不同省份间差异较大。

2.3 不同品种大蒜鳞茎品质性状的主成分分析

表4为不同大蒜品种各主成分的特征值与贡献率，可以看出第一至第四主成分分别可以解释27.7%、20.2%、17.1%和14.8%的方差变异，前4个主成分特征值都大于1，且其累计方差贡献率达到了79.8%，已能反映主产区大蒜品种鳞茎性状的基本情况[21]。

表5为大蒜鳞茎性状的得分系数。可以看出，第一主成分主要综合了蒜瓣质量和蒜瓣数量的信息；第二主成分综合了硒和锗含量的信息；第三主成分中可溶性糖正系数最大，为代表指标；第四主成分中可溶性蛋白正系数最大，为代表指标。

2.4 主产区大蒜鳞茎品质评价

根据成分得分计算因子得分，4个因子得分按方差贡献率加权相加为综合得分，结果见表6。

根据F值可分为如下几类[22]：

第一类：品质好的(F≥0.5)，有‘苏02’‘苏01’‘贵02’等5个品种。

第二类：品质一般(0≤F<0.5)的，有‘苏04’‘豫04’‘甘05’等19个品种。

第三类：品质较差(F<0)的，有‘冀02’‘辽01’‘新03’等26个品种。

根据F值排名，品质前5名的品种是‘苏02’‘苏01’‘贵02’‘豫07’和‘晋01’。

2.5 大蒜功能成分与栽培土壤的相关性

大蒜原产地品质指标与土壤指标的相关性分析表明(表7)。土壤N和可溶性糖呈极显著正相关。土壤pH与大蒜Ge含量呈显著正相关。土壤硫元素含量与大蒜素呈显著正相关，与可溶性糖含量呈显著正相关。

表4 主成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率Table 4 Characteristic values of main components,variance contribution rate and cumulative variance contribution rate

表5 大蒜品质指标各主成分得分系数矩阵Table 5 Main component score coefficient matrix of garlic quality indicators

表6 中国主产区大蒜品种的因子得分及排序Table 6 Factor scores and ranking of garlic collections from main producing areas in China

表7 不同大蒜品种品质与其原产地土壤指标的相关性Table 7 Correlations between garlic quality index of different collections and its local soil index

3 讨论与结论

3.1 不同大蒜品种产地土壤及蒜种多样性

中国幅员辽阔，形成土壤性质差异大、气候多样的现状。土壤是影响大蒜品质的重要因素，其养分及质地对生长有着重要影响[23]。本研究对全国16个省区50个品种大蒜对应土壤分析表明，不同地区土壤的N、P、K和有机质的变异系数较大，表现出明显的地域差异。

此外，由于环境气候的差异性，各地栽培大蒜农艺性状及品质性状存在较大的差异性，各地栽培品种均呈现一定的地区适应性[24]。从50份大蒜种质主成分分析结果可以看出，大蒜虽为无性繁育但仍存在遗传多样性。本研究通过对不同大蒜品种各主成分的特征值与贡献率进行比较分析，找出累计方差贡献率达到79.8%的4大主成分，包括以蒜瓣质量和蒜瓣数量为代表指标的第一主成分；以硒和锗含量为决定性因素的第二主成分；以可溶性糖为代表指标的第三主成分；以及以可溶性蛋白为代表指标第四主成分。这4大主成分包含产量构成因子、大蒜鳞茎外观品质构成因子及营养品质构成因子等方面，可以较为客观地揭示大蒜种质的特点[24]。根据主成分分析后F值排名，发现有19个品种品质一般，超过一半的大蒜品种品质较差，并通过筛选比较认为‘苏02’‘苏01’‘贵02’‘豫07’和‘晋01’品种品质优良，位于品质排名前5名，可以考虑将其作为选育主要种质。

3.2 土壤及蒜种相关性评价

本研究对土壤整体指标与大蒜品质进行了相关性分析，发现两者之间存在一定的相关性。大蒜鳞茎中大蒜素含量与土壤中S元素含量呈显著正相关，可溶性糖含量与土壤中N含量呈极显著正相关，与S呈显著正相关。由此可见，土壤与大蒜营养元素之间存在相互作用的关系。一般情况下大蒜适宜的生长土壤为富含有机质、S、N等营养元素含量较高的酸性土壤[25]，而本研究在一定程度上验证了这一结论。已有研究结果表明土壤增施氮肥利于菠菜中可溶性糖含量增加[26]，增施硫肥可显著提高大蒜可溶性糖和大蒜素含量[27]，这可能是由于硫元素和氮元素增强了光合作用，促进了大蒜光合产物的合成和积累。

总之，通过对16个省份50个大蒜农艺性状、营养品质及相应地区土壤的营养指标进行测定，发现各地大蒜种质类型丰富，遗传差异性较大，土壤与大蒜品质之间存在相关性。本研究为种质资源的选育及栽种土壤选择改良提供了一定的理论依据。