17个紫山药地方品种的品质比较与评价

张武君, 刘保财, 陈菁瑛, 黄颖桢, 赵云青

(福建省农业科学院农业生物资源研究所/福建省农业科学院药用植物研究中心，福建 福州 350003)

紫山药又名紫莳药、紫淮山和紫参薯等，属薯蓣科(Dioscoreaceae)薯蓣属(DioscoreaL.)参薯(D.alataL.), 块茎肉质呈紫红色。紫山药原产于亚洲热带地区，在我国主要分布于南方诸省的温暖地带，包括浙江、江苏、广东、广西、福建、江西、云南和台湾等[1]。由于地理环境差异和人为选择偏好，不同地区逐渐形成了较多地方品种，如浙江黄岩紫山药[2]、江西万载紫玉红山药[3]和福建武平紫参薯[4]等。紫山药块茎不仅富含碳水化合物、蛋白质、尿囊素、矿物质等营养物质，还含有花色苷类化合物[5]，具有健脾养胃、降血糖、延缓衰老等功效，营养和药用价值较高[6]。不同紫山药地方品种在外观、产量、抗病性及品质上均有较大差异[7]，因此在引种时需选择品质优良且适合当地种植的地方品种。国内外对紫山药的研究多集中在栽培[8]、药理[9]和加工[10]等方面，有关品质指标综合评价及相关性研究较少。宋曙辉等[11]比较了9个产地的紫山药表明，不同产地紫山药品质差异较大，可从中筛选出高品质地方品种。

漳州市云霄县是福建省山药主产区之一，种植面积达1 500 hm2，其中云霄县的‘马铺淮山’被认定为国家地理标志保护产品[12]。该地区土壤属于富硒土壤[13](硒含量>0.4 mg·kg-1)。硒是人体必需的微量元素，当前我国居民硒日摄入量较低，从食物中摄取硒元素既简便、经济又安全，因此富硒农产品研究是农业研究的热点之一[14-15]。鉴于此，本研究在云霄县马铺乡客寮村对福建及周边5个省份的17个紫山药地方品种进行品质比较，以期筛选出品质较优且达到富硒要求的地方品种，促进福建山药产业发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于漳州市云霄县马铺乡客寮村富硒家庭农场(117°28′92.91″E，24°16′54.78″N)，属于亚热带季风气候，年均气温21.3 ℃，年均降雨量1 730.6 mm。经测定，试验地的砖红壤pH值为4.5，有机质含量11.4 g·kg-1，碱解氮、有效磷、速效钾和全硒含量分别为57.4、2.1、15.0、0.76 mg·kg-1。

1.2 供试品种与试验设计

17份紫山药地方品种分别采集于福建、安徽、江苏、浙江、江西和云南(表1)。将参试紫山药块茎切成长5～10 cm、重75～125 g的薯块，在切面上粘草木灰，晾晒2 d后种植。2018年4月底采用起垄直播方式种植，垄宽0.8～0.9 m、沟宽0.6～0.7 m、垄高40 cm左右，按25～30 cm的株距放置薯块，在两薯块间施入N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15的三元硫酸钾复合肥50 g，覆土10 cm将薯块盖好。每份参试品种每小区种植30株，各小区长9.0 m、宽1.5 m，随机区组排列，3次重复。种植完成后，每种山药均留20个薯块埋于垄端。1个月后观察出苗情况，若有薯块未出苗则及时取垄端薯块补栽。及时摘除基部长出的多余藤蔓，仅保留1条藤蔓，按当地常规田间管理。

表1 供试紫山药地方品种的编号及来源Table 1 Origins and codes of local purple yam varieties

1.3 品质测定

2019年3月采收，每个地方品种随机挖取10株块茎。取块茎中部10 cm洗净去皮切片，部分鲜样用于花色苷含量测定；其余鲜样于60 ℃下烘干，粉碎过40目筛后4 ℃下密封保存，用于可溶性总糖、粗多糖、尿囊素、硒、淀粉、粗纤维、蛋白质和粗灰分等品质指标的测定。可溶性总糖含量测定参照王学奎[16]方法；粗多糖含量测定参照华树妹等[17]的方法；尿囊素含量测定参照黄瑞平[18]的方法；采用pH示差法测定花色苷含量[19]；分别参照文献[20-24]测定硒、淀粉、粗纤维、蛋白质和粗灰分含量。各指标重复测定3次，取平均值。

1.4 数据统计

采用Excel 2010软件计算各指标的平均值、标准差和变异系数(CV)；采用SPSS 19.0软件对数据进行聚类分析、相关性分析及主成分分析；采用Person′s相关系数表示相关性。聚类方法为离差平方和法。

2 结果与分析

2.1 紫山药地方品种主要品质指标比较

2.1.1 基本营养成分含量 测定的基本营养成分包括淀粉、粗纤维、蛋白质、粗灰分和可溶性糖。从表2可见，淀粉含量在67.22%～89.62%间，平均80.14%， CV为8.50%，10号地方品种含量最高、12号最低；粗纤维含量在0.31%～2.53%之间，平均1.30%，CV为44.64%， 12号最高、4号最低；蛋白质含量在6.20%～16.50%之间，平均10.62%，CV为26.63%，12号最高、17号最低；粗灰分含量在1.82%～5.68%之间，平均3.06%，CV为35.44%，12号最高、3号最低；可溶性糖含量在1.08%～4.81%之间，平均2.99%，CV为39.36%，1号最高、10号最低。由上可见，不同地方品种紫山药的淀粉含量变异最小，粗纤维含量变异最大；来源于福建省云霄县的12号紫山药品质较为突出，淀粉含量低且蛋白、纤维、粗灰分含量高；来源于福建省德化的10号淀粉含量高；来源于福建省连城的1号可溶性糖含量最高；来源于福建省上杭的4号口感较顺滑，粗纤维含量最低。

2.1.2 全硒含量 硒具有抗氧化、提高人体免疫机能和保护心血管等保健功能[25]。从表2可见，17个地方品种全硒含量在0.040～0.271 mg·kg-1之间，平均为0.142 mg·kg-1，CV为49.63%，变幅较大。为区分品种间富硒能力的差异，经聚类分析将17个地方品种分为3类。第1类硒平均含量为0.238 mg·kg-1，包括1号～4号及16号；第2类平均含量为0.129 mg·kg-1，包括7号、9号、10号、12号、13号；第3类平均含量为0.082 mg·kg-1，包括5号、6号、8号、11号、14号、15号、17号。由上可见，来源于福建省龙岩市的1号～4号地方品种以及来源于江西省丰城市的16号富硒能力较强。

2.1.3 花色苷含量 花色苷属类黄酮化合物，具有保护血管、抗糖尿病、抗炎、抗肿瘤等作用[26]。从表2可见，17个地方品种的花色苷含量在3.19～129.49 mg·kg-1之间，平均含量为35.92 mg·kg-1，CV高达93.34%。品种间差异较大，17号含量最高，是4号(含量最低)的40.47倍。为区分品种间花色苷含量差异，经聚类分析将17个地方品种分为4类。第1类仅包括来源于云南省红河州的17号，整个块茎肉色呈深紫色，花色苷含量高达129.49 mg·kg-1，是特色明显的高花色苷地方品种；第2类花色苷平均含量为64.63 mg·kg-1，包括1号、9号、13号、14号，块茎肉色呈紫红色；第3类平均含量为33.76 mg·kg-1，块茎肉色呈粉紫色，包括7号、8号、12号、15号、16号；第4类平均含量为7.74 mg·kg-1，块茎内仅近表皮一圈为紫色或头部紫色，包括2号～6号、10号、11号。

表2 17个紫山药地方品种的主要品质指标含量Table 2 Contents of main quality indicators of 17 local purple yam varieties

2.1.4 粗多糖含量 山药粗多糖具有增强免疫、延缓衰老、抗肿瘤和降低血糖等多种药理作用[27]。从表2可见，17个地方品种的粗多糖含量在0.79%～2.66%之间，平均为1.81%，CV为26.07%，品种间有一定差异。为区分品种间粗多糖含量的差异，经聚类分析将17个地方品种分为4类。第1类粗多糖平均含量为2.43%，包括1号、3号、9号、17号；第2类平均含量为1.82%，包括2号、4号、6号、7号、8号、12号、13号、15号、16号；第3类平均含量为1.40%，包括5号、14号；第4类平均含量为0.95%，包括10号、11号。由上可见，来源于福建省连城县的1号、福建省武平县的3号、福建省德化县的9号和云南省红河州的17号地方品种粗多糖含量较高。

2.1.5 尿囊素含量 尿囊素能够促进细胞生长、加快伤口愈合，具有养胃功效，常作为评价山药保健功效的重要指标[28]。从表2可见，17个地方品种的尿囊素含量变幅为2.22～13.44 mg·g-1， 平均为7.50 mg·g-1， CV为44.04%。品种间差异较大，12号含量最高，是17号(最低)的6.07倍。为区分品种间尿囊素含量差异，经聚类分析将17个地方品种分为4类。第1类尿囊素平均含量为12.91 mg·g-1，包括12号、13号、16号；第2类平均含量为9.69 mg·g-1，包括1号、7号、15号；第3类平均含量为6.58 mg·g-1， 包括6号、8号～11号、14号；第4类平均含量为4.05 mg·g-1，包括2号～4号、5号、17号。由上可见，来源于福建省云霄县的12号、安徽省金寨县的13号和江西省丰城市的16号地方品种尿囊素含量较高。

2.2 紫山药地方品种主要品质指标的相关性分析

17个参试地方品种主要品质指标相关性分析见表3。硒含量与所测其他品质指标均无显著相关；花色苷含量与可溶性糖含量呈极显著正相关，与粗多糖含量呈显著正相关；粗多糖含量与可溶性糖含量呈极显著正相关；淀粉含量与粗纤维、蛋白质、粗灰分和尿囊素含量均呈极显著负相关，与可溶性糖含量呈显著负相关；尿囊素含量与粗纤维、蛋白质、粗灰分含量呈极显著正相关。综合来看，淀粉含量高的地方品种，其粗纤维、蛋白质、粗灰分、可溶性糖和尿囊素含量一般较低；蛋白质含量高的地方品种，尿囊素含量较高；可溶性糖含量高的地方品种，粗多糖含量较高；花色苷含量高的地方品种，可溶性糖含量较高。

表3 17个紫山药地方品种主要品质指标的相关性分析1)Table 3 Correlation analysis on main quality indicators of 17 local purple yam varieties

2.3 紫山药地方品种主要品质指标主成分分析及排序

2.3.1 主成分分析 主成分分析表明，前3个主成分的累计方差贡献率为84.746%，因此提取前3个主成分替代原来的9个品质指标(表4)。为更好地解释品质指标与主成分因子间的关系，将所提取的主成分因子进行旋转处理，使一个变量在较少的几个因子上有较高的载荷，其载荷值的大小反映各变量在主成分中的重要程度，结果见表5。由表5可知，第1主成分主要反映淀粉、粗纤维、蛋白质、粗灰分、尿囊素含量的信息，其中载荷最高的为淀粉；第2主成分主要反映粗多糖、花色苷和可溶性糖含量的信息；第3主成分主要反映硒含量的信息，即所提取的3个主成分基本反映了全部指标的信息。

表4 主成分分析结果Table 4 Principal component analysis on main quality indicators

2.3.2 主成分得分计算及排序 将表5中的数据除以对应主成分特征值的开平方根，得到每个指标对应的特征向量。将得到的特征向量与标准化后的主要品质指标含量数据相乘，得到3个主成分的表达式；以各主成分的特征值占3个特征值总和的比例为权重计算主成分综合模型[29]，得到不同紫山药地方品种主成分综合得分。表达式分别为：

F1=-0.01ZX1-0.44ZX2+0.39ZX3+0.40ZX4+0.42ZX5+0.31ZX6+0.17ZX7+0.09ZX8+0.44ZX9

F2=0.13ZX1+0.02ZX2-0.18ZX3-0.18ZX4-0.15ZX5+0.47ZX6+0.49ZX7+0.63ZX8-0.16ZX9

F3=0.81ZX1-0.08ZX2-0.33ZX3+0.22ZX4-0.01ZX5+0.02ZX6-0.36ZX7+0.14ZX8+0.17ZX9

F综=0.17ZX1-0.25ZX2+0.11ZX3+0.21ZX4+0.19ZX5+0.30ZX6+0.17ZX7+0.25ZX8+0.23ZX9

式中，ZX1～ZX9分别为硒、淀粉、粗纤维、蛋白质、粗灰分、可溶性糖、花色苷、粗多糖和尿囊素含量标准化后的数据。

根据模型计算主成分分值及综合得分并进行排序，结果见表6。由表6可知，来源于福建省云霄县的12号地方品种综合得分最高(2.44)，其次是来源于福建省连城县的1号(1.49)，得分>1的还有16号、15号、13号。16号、15号、13号紫山药分别为江西省、浙江省、安徽省的地方品种，可能对马铺乡当地气候、环境和种植方式不太适应，因此产量较低；而12号和1号紫山药为福建省的地方品种，适应性较好，因此产量较高。

表6 17个紫山药地方品种品质主成分得分及排序Table 6 Principal component scores and ranking of 17 local varieties of purple yam varieties

3 讨论与结论

云霄县马铺乡是远近闻名的“淮山之乡”，当地紫山药颜色亮丽，受到消费者的青睐。该地区土壤富硒，当地农产品有望被加工成天然富硒食品。为促进当地富硒紫山药产业发展，本研究比较了福建及周边省份17个紫山药地方品种的品质。结果发现，参试紫山药除淀粉含量外，可溶性总糖、粗多糖、尿囊素、硒、粗纤维、蛋白质、粗灰分和花色苷等品质指标的CV均在20%以上。其中，花色苷CV最高(93.34%)，表明不同地方品种花色苷含量差异极大。来源于云南省红河州的紫山药花色苷含量最高，可作为高花色苷资源进行利用。根据福建省地方标准[30]，富硒薯类作物的硒含量(以总硒计)为0.02～0.50 mg·kg-1。参试紫山药硒含量在0.040～0.271 mg·kg-1之间，均达到富硒要求，但不同地方品种的富硒能力差异较大，需进一步筛选。参照华树妹等[17]对61份福建山药多糖含量分类研究，本研究参试紫山药粗多糖含量在0.79%～2.66%之间，基本属于中低型，可能与采收时间较迟(翌年3月份)有关。参试紫山药尿囊素含量在2.22～13.44 mg·g-1之间，差异较大，其中来源于福建省云霄县的12号紫山药尿囊素含量为13.44 mg·g-1，高于廖晓铃等[31]测定的 ‘铁棍山药’‘陈集山药’‘佛手山药’和‘南阳山药’，也高于王海波等[32]测定的河南省焦作市温县和武陟县山药，可将其加工为养胃保健食品。

综合来看，17个参试地方品种以来源于福建省云霄县的12号紫山药品质最优，其尿囊素含量最高、花色苷含量中等偏上、淀粉含量低且蛋白、纤维和粗灰分含量高。该品种块茎长棒状，条形顺直，产量较高，适合省工省力的浅生槽种植，可作为云霄县的主栽地方品种进行推广。来源于福建省连城县的1号紫山药综合排名第2，其富硒能力最强、花色苷含量较高，块茎为短块状，产量较高，采挖方便，也适合在当地种植和推广。

致谢：徐州市农业科学院史新敏研究员提供了江苏省的紫山药地方品种，谨此致谢！