桑叶各部位的水分和干物含量及主要元素的分布

曾燕蓉 李韬 林强 邱长玉 唐燕梅 朱光书 张朝华 刘丹 陆晓媚 朱方容

(广西壮族自治区蚕业技术推广站， 南宁 530007)

双子叶植物的叶片一般由叶片、叶柄、托叶3部分组成，叶片则又细分为表皮、叶肉和叶脉3个部分[1]。桑树(MorusL.)属于双子叶植物，桑叶作为桑树的主要收获物用于饲养家蚕生产原料茧。桑叶还具有降血糖、降血脂、降血压、抑制动脉硬化以及抗菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老功效，因而也是开发保健食品和药品的原料[2-5]。近几年，富含蛋白质等营养成分的桑叶还作为畜禽饲料来源受到广泛关注，并取得了初步的应用成果[6-9]。在传统的蚕桑生产中，通常将采摘的桑树叶片直接饲喂家蚕，也称片叶育[10]，即家蚕的饲料桑叶是指包含叶肉、叶脉、叶柄在内的全叶。但是，家蚕取食的主要是桑叶的叶肉及其表皮部分，而叶脉中粗大的主脉、次级叶脉以及叶片的叶柄等是不能取食的部分，最终与蚕粪等残留于蚕座中极少被利用。借鉴和引用禽畜类的饲料效率，桑叶用于家蚕饲养的饲料效率概念是指食饵(桑)量与产物量(产茧量)之比，这是养蚕投入与产出比测算十分重要的一个因素，直接关系着蚕桑生产经济效益，因此对家蚕的饲料效率研究一直受到国内外学者的重视[11-12]。依据传统的桑叶养蚕的饲料效率计算方法，家蚕食饵(桑)量是以全叶计算的，其取值应该是比实际食下的桑叶量偏大，故饲料效率、消化率的测算值存在偏差。此外，近年来对桑树在重金属土壤的栽培修复方面的研究受到学者的密切关注[13-17]。在对土壤重金属污染严重的桑园采叶饲养家蚕的研究中发现，桑叶中含有一定量的重金属不会对家蚕的生长发育产生不利影响，可以安全利用[18-20]。这些研究基本上都是以桑叶全叶取样测算重金属含量，即将家蚕未取食的叶脉、叶柄也计入其中做测算，从严格意义上讲是不准确、不严谨的。

为了更加科学准确地研究和掌握家蚕对桑叶的食下消化率、饲料效率以及桑叶重金属含量的安全阈值，从而更好地指导生产实践，我们将桑叶分为带皮叶肉、叶脉、叶柄3个部位，对各部位的水分含量、干物率以及大量营养元素和常见重金属元素的分布规律进行了较为系统的检测与分析。

1 材料与方法

1.1 供试桑叶及各部位取样

供试材料为桑品种“桂桑优62”相同叶位的成熟叶片，成熟度为5龄家蚕适熟用叶(6～15叶位)。桑叶来源：广西壮族自治区蚕业技术推广站本部桑园(记为桑叶A样品)，栽培地为多年种植桑树的普通土壤；河池市怀远镇的桑园(记为桑叶B样品)，栽培地为矿区周边土壤，土壤中的金属元素含量较普通土壤高[19]。

根据实际生产中家蚕对桑叶的取食特点，将成熟桑叶分为3个部位进行取样。第1个部位是叶柄，即是桑叶摘下前叶片与桑树的枝条连接的部位，也是植物学意义上的叶柄；第2个部位是叶脉，包括粗大的主脉和两侧的次级叶脉，第3级叶脉也尽量收集，以保证对大部分叶脉的取样；第3个部位是带皮叶肉，为家蚕可食用的部位，是桑叶的叶肉及包裹叶肉的表皮，以下简称为“带皮叶肉”。

1.2 试验方法

1.2.1 桑叶各部位样品的制备

从两地采摘的5龄蚕适用桑叶中分别随机取30片，将桑叶洗净后用干净纱布擦干，双手也洗净吹干后将桑叶的叶柄与叶片交接处剪断，收集获得叶柄样品；剪下的叶片沿着大叶脉慢慢将叶肉与叶脉分开，除了主叶脉以外，主叶脉两侧的次级叶脉也尽可能地将叶肉分离开，分别收集获得带皮叶肉、叶脉样品。称量3个部位样品的鲜质量，每个部位重复3次取样。

样品置于干净信封内，在实验室烘箱中高温杀青后置于60 ℃恒温烘干(烘至恒重为干)，称量样品干质量；分别粉碎至60目后装于密封袋待检测。

1.2.2 检测项目

测定桑叶各部位样品的含水率、干物率等质量指标；测定桑叶各部位样品的全氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)等大量营养元素含量；测定桑叶各部位样品的铬(Cr)、铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等常见重金属元素含量。

1.2.3 主要仪器及测试方法

用连续流动分析仪(德国希尔公司生产，型号：SEAL-AA3)检测全氮含量，用紫外可见分光光度计[岛津(上海)公司生产，型号：UV2450]检测全磷含量，并参照《NYT 2017-2011》植物中氮、磷的测定方法。

用电感耦合等离子体发射光谱仪[聚光科技(杭州)股份有限公司生产，型号：ICP-5000]，按《GB5009.268-2016》食品中多元素的测定方法检测全钾含量，按《GB5009.268-2017》食品中多元素的测定方法检测钙含量，按《GB5009.268-2018》食品中多元素的测定方法检测镁含量。

用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司生产，型号：NEXION 350X)，按《GB5009.268-2019》食品中多元素的测定方法检测铬含量，按《GB5009.268-2020》食品中多元素的测定方法检测铅含量，按《GB5009.268-2021》食品中多元素的测定方法检测镉含量。

用原子荧光形态分析仪(北京吉天仪器有限公司生产，型号：SA-20)，按《GB5009.17-2014》食品中汞的测定方法检测汞含量，按《GB5009.11-2014》食品中砷的测定方法检测砷含量。

1.3 数据统计处理

样品干物率=样品干质量/样品鲜质量×100%

(1)

样品含水率=100%-样品干物率(%)

(2)

所有数据采用Excel 2003软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 桑叶中水分和干物质在各部位的分布

由表1可知：新鲜桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄3个部位的含水率A样品分别为79.05%、82.15%、87.22%，B样品分为77.55%、79.07%、86.08%，含水率由高到低均依次为叶柄、叶脉、带皮叶肉，同一来源桑叶样品不同部位间相差不超过10%；桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄的干物率A样品分别为20.95%、17.85%、12.78%，B样品分别为22.45%、20.93%、13.92%，干物率由高到低均依次为带皮叶肉、叶脉、叶柄。

表1 桑叶各部位的水分和干物含量分布统计

计算桑叶A、B样品的带皮叶肉分别占全叶鲜质量的71.25%、65.27%，这是家蚕可取食的部位，也是叶片主要质量部位；A、B样品的叶脉占全叶鲜质量的21.25%、22.42%，约占叶片质量的1/5；桑叶A、B样品的叶柄分别占全叶鲜质量的7.50%、12.31%，是3个部位中占比最小的。

桑叶A样品中的干物率为19.68%，在带皮叶肉、叶脉、叶柄的分布分别为14.93%、3.79%、0.96%；桑叶B样品中的干物率为21.06%，在带皮叶肉、叶脉、叶柄的分布分别为14.65%、4.69%、1.71%。由此计算出全叶干物质的69.56%～75.86%分布于带皮叶肉，即家蚕的可食部位，其余的19.26%～22.27%分布于叶脉，仅有4.88%～8.12%分布在叶柄。

2.2 桑叶中大量营养元素在各部位的分布

2.2.1 氮(N)元素的分布

由表2可知，桑叶各部位样品的全氮(N)含量由高到低依次为带皮叶肉、叶脉、叶柄，A、B样品的分布规律一致；带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中N的质量分数，A样品中分别为4.10%、1.93%、1.35%，B样品中分别为3.15%、1.15%、0.77%。

表2 桑叶各部位的氮(N)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄的N在全叶鲜质量中的质量比，A样品分别为6 121.30 mg/kg、731.47 mg/kg、129.60 mg/kg，B样品分别为4 614.75 mg/kg、539.35 mg/kg、131.67 mg/kg。

2.2.2 磷(P)元素的分布

由表3可知，桑叶A样品带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中P的质量分数分别为0.36%、0.39%、0.35%，3个部位的P含量相差不大；桑叶B样品不同部位中的P含量由高到低依次是带皮叶肉、叶脉、叶柄，叶脉、叶柄的P含量相差较小，且较显著低于带皮叶肉的P含量。

表3 桑叶各部位的磷(P)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄中的P在全叶鲜质量中的质量比，其中A样品分别为541.96 mg/kg、147.81 mg/kg、33.41 mg/kg，B样品分别为364.79 mg/kg、74.57 mg/kg、23.60 mg/kg。

2.2.3 钾(K)元素的分布

由表4可知，桑叶各部位样品的K含量由高到低依次为叶柄、叶脉、带皮叶肉，A、B样品的分布规律一致；桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中K的质量比，A样品分别为2.11 mg/kg、4.65 mg/kg、6.64 mg/kg，B样品分别为1.29 mg/kg、1.47 mg/kg、1.85 mg/kg。

表4 桑叶各部位的钾(K)元素含量及分布

结合各部位占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄中的K在全叶鲜质量中的质量比，A样品分别为0.32 mg/kg、0.18 mg/kg、0.06 mg/kg，B样品分别为0.19 mg/kg、0.07 mg/kg、0.03 mg/kg。3个部位的K含量相差较大，带皮叶肉含K最多，其次为叶脉，叶柄含K最少，叶脉中K的含量是叶柄的2～3倍，带皮叶肉的K含量是叶柄的5～6倍、叶脉的2倍左右。

2.2.4 钙(Ca)元素的分布

由表5可知，桑叶的带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Ca的质量比，其中A样品分别为11.80 mg/kg、13.90 mg/kg、10.60 mg/kg，B样品中分别为18.50 mg/kg、23.40 mg/kg、24.60 mg/kg。

表5 桑叶各部位的钙(Ca)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄的Ca在全叶鲜质量中的质量比，其中A样品分别为1.76 mg/kg、0.53 mg/kg、0.10 mg/kg，B样品分别为2.71 mg/kg、1.10 mg/kg、0.42 mg/kg。

2.2.5 镁(Mg)元素的分布

由表6的数据可知，桑叶各部位样品的镁(Mg)含量由高到低依次为叶柄、叶脉、带皮叶肉，A、B样品的分布规律一致。桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Mg的质量比在A样品中分别为2.50 mg/kg、2.60 mg/kg、4.00 mg/kg，B样品中分别为2.10 mg/kg、4.20 mg/kg、8.30 mg/kg。

表6 桑叶各部位的镁(Mg)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄中的Mg在全叶鲜质量的质量比，其中A样品分别为0.37 mg/kg、0.10 mg/kg、0.04mg/kg，B样品分别为0.31 mg/kg、0.20 mg/kg、0.14 mg/kg。

2.3 桑叶各部位的常见重金属元素分布

2.3.1 铬(Cr)元素的分布

由表7可知，桑叶A样品带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Cr的质量比分别为6.69 mg/kg、9.40 mg/kg、11.23 mg/kg，B样品中的上述3个部位Cr的质量比分别为5.26 mg/kg、8.41 mg/kg、7.62 mg/kg。总体而言，桑叶A样品的Cr含量稍高于B样品。

表7 桑叶各部位的铬(Cr)元素含量及分布

结合样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶A样品带皮叶肉、叶脉、叶柄的Cr在全叶鲜质量中的质量比分别为1.00 mg/kg、0.36 mg/kg、0.11 mg/kg，B样品中的上述3个部位分别为0.77 mg/kg、0.39 mg/kg、0.13 mg/kg。

2.3.2 铅(Pb)元素的分布

由表8可知，桑叶A样品带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Pb的质量比分别为1.04 mg/kg、0.69 mg/kg、0.71 mg/kg，B样品中的上述3个部位分别为1.99 mg/kg、2.17 mg/kg、2.09 mg/kg。桑叶B样品各部位的Pb含量明显高于A样品。

表8 桑叶各部位的铅(Pb)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄的Pb在全叶鲜质量中的质量比，其中A样品分别为0.155 3 mg/kg、0.026 2 mg/kg、0.006 8 mg/kg，B样品分别为0.291 5 mg/kg、0.101 8 mg/kg、0.035 7 mg/kg。

2.3.3 镉(Cd)元素的分布

由表9可知桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Cd的质量比，其中桑叶A样品分别为0.04 mg/kg、0.02 mg/kg、0.03 mg/kg，B样品分别为0.20 mg/kg、0.19 mg/kg、0.25 mg/kg。桑叶B样品中的Cd含量显著高于A样品。

表9 桑叶各部位的镉(Cd)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄的Cd在全叶鲜质量中质量比，其中桑叶A样品3个部位分别为0.006 0 mg/kg、0.000 8 mg/kg、0.000 3 mg/kg，B样品分别为0.029 3 mg/kg、0.008 9 mg/kg、0.004 3 mg/kg。

2.3.4 汞(Hg)元素的分布

由表10可知，桑叶各部位的汞(Hg)含量由高到低依次为带皮叶肉、叶脉、叶柄，在A、B样品各部位的分布规律一致。桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中Hg的质量比在A样品中分别为0.017 0 mg/kg、0.007 4 mg/kg、0.003 7 mg/kg，在供试B样品中分别为0.054 0 mg/kg、0.014 0 mg/kg、0.006 0 mg/kg。桑叶B样品中的Hg含量显著高于A样品中的Hg含量。

表10 桑叶各部位的汞(Hg)元素含量及分布

结合各部位样品占全叶的干物率计算，可得鲜桑叶中带皮叶肉、叶脉、叶柄的Hg在全叶鲜质量中的质量比，其中供试A样品分别为0.002 54 mg/kg、0.000 28 mg/kg、0.000 04 mg/kg，B样品中分别为0.007 91 mg/kg、0.000 66 mg/kg、0.000 10 mg/kg。

2.3.5 砷(As)元素的分布

由表11可知桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄干样中总砷(As)的质量比，其中桑叶A样品中分别为0.037 mg/kg、0.047 mg/kg、0.030 mg/kg，B样品中分别为0.490 mg/kg、0.430 mg/kg、0.430 mg/kg。桑叶B样品中的As含量超过A样品10倍左右。

表11 桑叶各部位的砷(As)元素含量及分布

结合桑叶各部位样品占全叶的干物率计算，可得新鲜桑叶带皮叶肉、叶脉、叶柄中的As在全叶鲜质量中的质量比，其中桑叶A样品以上各部位分别为0.005 5 mg/kg、0.001 8 mg/kg、0.000 3 mg/kg，B样品以上各部位分别为0.071 8 mg/kg、0.020 2 mg/kg、0.007 4 mg/kg。

2.4 桑叶各元素的分布情况统计

表12、13是分析上述检测结果后的综合统计数据，桑叶A样品鲜叶中大量营养元素含量的57.14%～87.67%分布在带皮叶肉，其中各元素在全鲜叶中的总含量由高到低依次是氮、磷、钙、钾、镁；桑叶B样品鲜叶中大量营养元素含量的47.69%～87.31%分布在带皮叶肉，其中各元素在全鲜叶中的总含量由高到低依次是氮、磷、钙、镁、钾。分析结果提示A、B鲜叶样品带皮叶肉中各元素的含量分布规律基本一致。

表12 桑叶A样品不同部位中各元素的分布情况

表13 桑叶B样品不同部位中各元素的分布情况

在桑叶的A样品中，常见重金属元素含量的68.03%～88.81%分布于带皮叶肉中，同样B样品中常见重金属元素含量的59.69%～91.24%也分布在带皮叶肉中，在全叶鲜叶中总含量由高到低的元素依次是铬、铅、砷、镉、汞，A、B样品检测到各部位的重金属元素含量分布规律完全一致。

3 讨论

3.1 桑叶的干物质分布及家蚕取食利用

桑叶A、B样品新鲜叶片的水分均较高，叶片的含水率因叶片成熟度不同有差异。新鲜桑叶A样品的含水率稍高于B样品，推测是由于桑叶B样品的成熟度稍高于A样品，或者是因为两地桑园的水肥管理措施不同导致。新鲜桑叶各部位的含水率由高到低依次为叶柄、叶脉、带皮叶肉，而干物率由高到低则依次为带皮叶肉、叶脉、叶柄。叶柄、叶脉属于桑树的输导组织，是维管系统的组成部分，其内部由管状细胞上下相连而成，主要功能是运输水分、无机盐、有机物质，起输导和支撑作用。叶脉是叶肉的维管束，分布在叶肉组织中，其中粗大的主脉由木质部和韧皮部组成，形成层非常有限。叶柄是叶片和枝条的连接部位，也是桑树维管系统的一部分，叶柄将叶脉的维管组织与茎的维管组织连接起来[1]。因此，叶柄、叶脉的干物质积累较少，而输导组织中又含有水分，故含水率相对较高。5龄蚕食用的桑叶属于成熟桑叶，其叶肉细胞经光合作用已积累一定量的有机物质，含水量相对有限，故带皮叶肉含水率低于叶柄、叶脉，干物率则高于叶柄、叶脉。此外，由于叶柄与叶脉相比较，其输导组织更加发达，所以叶柄的含水率高于叶脉。

桑树作为一种绿色植物，可通过自身的光合作用，即利用光能将二氧化碳和水转化成的有机物，供自身生长发育的营养所需。桑叶是桑树的主要产物，其富含蛋白质等营养物质，自古以来就用于饲养家蚕生产原料茧丝。本次测定桑叶A、B样品中的干物质质量分数分别为19.68%、21.06%，其中各营养元素含量的69.56%～75.86%分布于带皮叶肉，也就是家蚕的可取食的部位，其余的19.26%～22.27%分布于叶脉，仅有4.88%～8.12%分布在叶柄。这就表明，家蚕取食的带皮叶肉是桑树叶片物质的主要分布部位，分布有全叶70%～76%的干物质，表明用片叶饲育家蚕时，家蚕对于桑叶有机物的食下比率只有70%～80%，再计算蚕体对桑叶的饲料消化率，能够被直接利用的能量更加有限，其中的损失、浪费不可忽视。

3.2 桑叶的营养元素分布及家蚕取食利用

桑叶A样品鲜叶中大量营养元素含量的57.14%～87.67%分布在带皮叶肉，在全叶鲜质量中的含量由高到低的元素依次是氮、磷、钙、钾、镁；桑叶B样品鲜叶中大量营养元素含量的47.69%～87.31%分布在带皮叶肉，在全叶鲜质量中含量由高到低的元素依次是氮、磷、钙、镁、钾。A、B样品的分布规律基本一致。说明新鲜桑叶中大量营养元素的47%～87%分布在带皮叶肉部位，即家蚕的可取食部位；大量营养元素中，氮、磷的含量较丰富，钙、镁、钾的含量次之。新鲜桑叶的大量营养元素有50%～90%可能被5龄蚕食下并消化，其余的分布于叶柄和大叶脉中的营养元素则未被5龄蚕利用，这也造成了养蚕用叶部分营养的损失。

氮、磷、钾、钙、镁5种营养元素在A样品新鲜叶片的质量比分别为6 982.37 mg/kg、723.177 mg/kg、0.56 mg/kg、2.39 mg/kg、0.51 mg/kg，在B样品新鲜叶片的质量比分别为5 285.77 mg/kg、462.954 mg/kg、0.29 mg/kg、4.23 mg/kg、0.65 mg/kg。其中，氮元素在A、B样品鲜叶中的质量比分别高达约7.00 mg/kg和5.30 mg/kg。因为蛋白质是一类复杂的含氮化合物，每种蛋白质都有其恒定的含氮量，蛋白质的平均含氮量为16%，可用蛋白氮的量乘以6.25(100/16=6.25)，算出粗蛋白质的含量[21]，即若以总氮含量乘以6.25就相当于样品的粗蛋白含量。据此可估算桑叶A、B样品干物质中粗蛋白的质量分数约为22.23%、15.73%，所以桑叶作为家蚕的饲料所提供的能量充足。桑叶B样品干物质中粗蛋白的含量较低，推测B样品来源桑园土壤中可能N元素相对不足。

3.3 桑叶的重金属元素分布及对家蚕取食和其他应用安全的影响

桑叶A样品中常见重金属元素含量的68%～89%分布在带皮叶肉部位，在B样品中带皮叶肉部位的含量分布为60%～91%，说明鲜桑叶中常见重金属元素含量的60%～91%分布于家蚕可食的部位，剩余约10%～40%的重金属元素分布于叶柄和大叶脉中，并没有被5龄蚕食下，没有进入蚕体，这也在一定程度上减轻了桑叶中重金属元素在蚕体中的富集量以及对蚕体的不利影响。

桑叶中的几种重金属元素总含量由高到低依次是铬、铅、砷、镉、汞。铬、铅、砷、镉、汞元素在供试A样品鲜叶中的质量比分别为1.47 mg/kg、0.188 3 mg/kg、0.007 6 mg/kg、0.007 1 mg/kg、0.002 86 mg/kg，在供试B样品鲜叶中的质量比分别为1.29 mg/kg、0.429 0 mg/kg、0.099 4 mg/kg、0.042 5 mg/kg、0.008 67 mg/kg。桑叶A样品中的铬含量略高于B样品，推测是桑叶A样品来源桑园的土壤中铬含量相对较高所致。桑叶B样品中的铅、砷、镉、汞元素含量均高于桑叶A样品，B样品中这4种重金属元素的含量分别是A样品的2.28、13.08、5.99、3.03倍。分析认为，B样品来源桑园位于矿区周边，其土壤中的重金属元素含量较普通土壤高，所以采摘桑叶中的铅、砷、镉、汞元素含量高也是极有可能的。

桑叶也是生产动物饲料和保健食品的优质植物原料。根据文献[22]中的有关研究报道，GB 13078-2001中规定了饲料中重金属的限制指标，其中鸡、猪等普通畜禽的配合饲料中铬、铅、砷、镉、汞元素的质量比应分别小于10 mg/kg、5 mg/kg、2 mg/kg、0.5 mg/kg和0.1 mg/kg。参照此标准以及文献[2]的有关报道，A、B两地来源的桑叶作为家蚕的饲料，其重金属含量也均在国家标准的限量之内，作为畜禽饲料应用和作为药品、食品原料也是安全的。