不同木薯叶营养成分对饲养木薯蚕的影响

2022-09-05曹萌萌陈松笔安飞飞

南方农业学报 2022年6期

曹萌萌，杨龙，陈松笔，安飞飞*

（1中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南海口 571101；2南京农业大学农学院，江苏南京 210000；3贵州省亚热带作物研究所，贵州兴义 562400）

0 引言

【研究意义】木薯（Crantz）为大戟科（Euphorbiaceae）木薯属（Miller）作物，是热区重要的粮食、生物质能源和饲料作物（邓干然等，2018；曹升等，2021）。木薯具有耐贫瘠、耐干旱、生物量高、种植管理成本低等优点，其块根可加工成淀粉及工业酒精等商品，叶片可作食用、饲料加工原料及饲养木薯蚕，茎秆可用于生产食用菌和制作种苗基质。可见，发展木薯产业对缓解我国能源危机和推动社会经济发展具有重大意义。然而，目前木薯开发利用仍存在诸多问题，如木薯种植业经济效益不高、淀粉加工和工业酒精产品单一、木薯叶及茎秆等废弃物未得到充分利用等（曹升等，2021）。木薯叶富含蛋白和氨基酸，尤其是赖氨酸含量明显高于柱花草等豆科牧草，人们对木薯叶的综合利用也逐渐受到关注，且木薯叶的高生物产量有利于解决木薯蚕饲料的供应问题。因此，通过分析木薯叶营养成分，了解不同营养成分对木薯蚕生长发育的影响，可为进一步筛选出适宜饲养木薯蚕的品种及加强木薯叶饲用化提供参考依据。【前人研究进展】木薯叶中的蛋白含量高达20.0%～36.4%（周璐丽等，2020），除蛋氨酸外，其他氨基酸含量均比大豆等粮食作物更丰富（Leguizamón et al.，2021）；叶片中的活性物质如总黄酮、维他命等含量充足（冀凤杰等，2015），但新鲜叶片中也存在丰富的抗营养因子，包括氢氰酸、单宁和植酸等（商永梅和包怡红，2013；许成帅等，2016）。因此，木薯叶作为食用或饲用时，其有毒有害物质需尽可能清除（胡琳等，2015）。木薯叶不仅可用作饲料加工原料（张冠冬，2016），通过在饲粮中添加木薯叶干粉还能增加蛋白和纤维含量，促进畜禽健康生长及节省养殖成本（李茂等，2016；邓干然等，2018；周璐丽等，2020）。自广西岑溪县利用木薯叶饲养蓖麻蚕（也称木薯蚕）获得成功以来，木薯蚕的鲜茧最高年产量超过4.2万t（杨其保等，2017），蚕茧皮产量位居世界第一。木薯蚕抗病性强，管理饲养操作简单（莫嘉凌，2002；袁孝芬等，2010；张冠冬，2016），且生长发育快、龄期较短、蚕体强（成春到，2003；Longvah et al.，2012）。木薯蚕生命过程的各阶段均可开发利用，木薯蚕粪是改良土壤的首选肥料，也可替代麦麸，作为生产香菇等食用菌的基质（施丽方和吕爱月，2002）；木薯蚕丝可用于缫丝，加工蚕丝被等（莫现会等，2010）；木薯蚕蛹较家蚕蛹含有更丰富的蛋白和较低的脂肪，是人体必需氨基酸的重要来源（郑必平等，2006）。近年来，随着政府支持养蚕产业发展力度的增大及养蚕新技术的不断成熟完善（何东凌和潘土新，2008），有效加快了蚕种的更新换代，养蚕产业更规范化、集约化（贾雪峰等，2016）。受木薯叶来源及其饲用性的限制，木薯蚕产业波动较明显（莫现会等，2012）。据统计，2009年木薯蚕的饲养量约3500盒，但木薯叶中抗营养因子的存在仍是木薯蚕产业发展面临的巨大挑战（李剑和刘德钦，2010；梁贵秋等，2016）。【本研究切入点】研究表明，适当地采摘幼叶对木薯生长和块根产量的影响很小，木薯叶再生能力强，可持续供应木薯蚕的生产（袁孝芬等，2010；高超等，2011；贾雪峰，2016）。木薯蚕产业的发展不仅可丰富木薯的综合利用途径，还能增加薯农收入，推动木薯产业化进程，但关于木薯叶与蓖麻叶的营养物质差异、不同叶片饲养对木薯蚕生长发育是否存在影响等问题至今尚未明确。【拟解决的关键问题】选用华南9号（SC9）木薯、花叶木薯、无叶柄木薯和紫叶木薯4种木薯叶作为研究材料，以蓖麻叶为对照，分析不同叶片营养成分差异，并调查不同叶片饲养对木薯蚕五龄幼虫体长、体重、蛹重及全茧重的影响，观察蚕丝纤维形态结构，以期筛选出适宜饲养木薯蚕的木薯品种，为木薯叶饲用化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用蓖麻、SC9木薯、花叶木薯、无叶柄木薯和紫叶木薯为试验材料，其中，花叶木薯从国际热带农业中心引进，无叶柄木薯和紫叶木薯从巴西国家农牧研究院引进，蓖麻种子购自海南青峰生物科技有限公司，所有材料均于2017年3月在中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所国家木薯种质资源圃种植，种植后5个月选取第4～5片完全展开且无病虫害的叶片测定其营养成分。木薯蚕种为广西蚕业技术推广总站提供的南黄白一品种，于2017年8月将孵化出的蚁蚕用蓖麻叶喂养至一龄幼虫时期，然后分别用种植5个月后的木薯和蓖麻第4～5片完全展开叶饲养木薯蚕。

1.2 叶片营养成分测定

叶片可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（张志良和瞿伟菁，2003）；粗蛋白含量参照植物中全氮的测定方法进行测定（徐娟和黄洁，2013）；叶片干物率采用烘干法，称取15～20 g叶片，105 ℃烘干30 min，80 ℃烘干至恒重，干物率（%）=叶片干重/鲜叶片重×100。叶片氢氰酸含量测定参照《木薯种质资源描述规范》（NY/T 1943—2010）进行测定，类胡萝卜素含量采用浸提法（无水乙醇∶丙酮=1∶1）测定（黄秋蝉等，2013），叶片花青素含量参照盐酸浸提法测定（于晓南，2000），总黄酮含量通过亚硝酸钠—硝酸铝—氢氧化钠法进行测定（郑晓涛，2012）。

1.3 蚕丝纤维形态结构显微观察

参照张鑫玲等（2021）的方法，运用扫描电子显微镜观察木薯蚕蚕丝的显微形态结构。样品委托海南大学分析测试中心采用S-3000N型加速扫描电镜进行观察并摄影，加速电压11.0～12.0 kV。

1.4 统计分析

采用SPSS 17.0对叶片中的花青素、总黄酮、可溶性糖等各项营养指标进行相关分析和主成分分析；以Excel 2013和DPS v7.05对生理数据进行分析，差异显著性检验则采用Duncan's新复极差法。

2 结果与分析

2.1 木薯叶和蓖麻叶叶绿素、叶黄素、胡萝卜素及总类胡萝卜素含量的比较

蓖麻叶及木薯叶的形态特征如图1所示。蓖麻功能叶片明显大于木薯功能叶片，4种木薯叶形态各异，其中，SC9木薯叶呈绿色；花叶木薯叶基部呈黄色，顶端呈绿色；紫叶木薯叶呈紫色；无叶柄木薯成簇状，无叶柄。

蓖麻叶和木薯叶的叶绿素、叶黄素、胡萝卜素及总类胡萝卜素含量如图2所示。其中，叶绿素含量最高的是紫叶木薯叶（21.05 mg/L），最低的为花叶木薯叶（13.86 mg/L），蓖麻叶的叶绿素含量与花叶木薯叶差异不显著（＞0.05，下同），但显著低于其他3种木薯叶（＜0.05，下同）；叶黄素含量最高的是SC9木薯叶（0.57 mg/g），最低的为花叶木薯叶（0.33 mg/g），蓖麻叶的叶黄素含量与花叶木薯、无叶柄木薯和紫叶木薯的叶片相比均无显著差异；胡萝卜素含量最高的是紫叶木薯叶（0.484 mg/g），最低的为花叶木薯叶（0.297 mg/g），蓖麻叶的胡萝卜素含量与花叶木薯叶片无显著差异，但显著低于其他3种木薯叶；在总类胡萝卜素含量方面，以无叶柄木薯叶的最高（0.90 mg/g），蓖麻叶和花叶木薯叶的总类胡萝卜素含量相对较低，均为0.64 mg/g。

2.2 木薯叶和蓖麻叶其他营养成分的分析结果

木薯叶和蓖麻叶的花青素、总黄酮、干物率、氢氰酸、粗蛋白及可溶性糖含量如图3所示。由图3-A可看出，紫叶木薯叶花青素含量最高（58.42 mg/g），显著高于其他4份材料，含量最低的为蓖麻叶（2.68 mg/g）。叶片总黄酮含量如图3-B所示，总黄酮含量最高的是紫叶木薯叶（69.20 mg/g），含量最低的为花叶木薯叶（29.30 mg/g），且与蓖麻叶、SC9木薯叶和无叶柄木薯叶均无显著差异。叶片干物率排序为：蓖麻叶（21.57%）＜花叶木薯叶（22.95%）＜无叶柄木薯叶（25.12%）＜SC9木薯叶（26.75%）＜紫叶木薯叶（29.03%），且不同叶片干物率差异显著（图3-C）。叶片氢氰酸含量最高的是紫叶木薯，为233.0 mg/kg，显著高于其他4份材料，氢氰酸含量最低的为蓖麻叶（6.1 mg/kg），显著低于4份木薯叶片（图3-D）。叶片粗蛋白含量最高的是SC9 木薯，占叶片鲜重的7.47%，显著高于其他4份材料；紫叶木薯叶的粗蛋白含量最低，占叶片鲜重的4.37%，与无叶柄木薯叶差异不显著，但显著低于蓖麻叶、SC9木薯叶和花叶木薯叶（图3-E）。紫叶木薯叶中的可溶性糖含量最高，占叶片鲜重的0.13%，可溶性糖含量最低的为花叶木薯叶，占叶片鲜重的0.09%，二者差异显著（图3-F）。

2.3 木薯叶和蓖麻叶营养指标的相关分析及主成分分析结果

对木薯叶和蓖麻叶的叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、总类胡萝卜素、花青素、总黄酮等各项营养指标进行相关分析及主成分分析，结果如表1和表2所示。相关分析结果（表1）显示，胡萝卜素与叶绿素、总类胡萝卜素与胡萝卜素、总黄酮与花青素、可溶性糖与氢氰酸呈极显著相关，叶绿素与总类胡萝卜素、氢氰酸和可溶性糖，以及氢氰酸与干物率呈显著相关。主成分分析发现，前2个主成分的累计贡献率为87.632%，其中第一主成分的特征值为6.733，累计贡献率为67.332%；综合表2可知，第一主成分主要由干物率、叶绿素和可溶性糖决定；第二主成分主要由叶黄素和粗蛋白决定。

2.4 木薯叶和蓖麻叶饲养对木薯蚕生长发育的影响

木薯叶和蓖麻叶饲养对木薯蚕熟蚕重、熟蚕体长、蚕蛹重及全茧重的影响如图4所示。30头SC9木薯叶饲养的熟蚕重最重（132.5 g），而30头紫叶木薯叶饲养的熟蚕重最轻（120.2 g），二者差异显著（图4-A）。木薯叶和蓖麻叶饲养的熟蚕体长如图4-B所示，体长最长的为SC9木薯叶饲养的木薯蚕（7.00 cm），体长最短的为蓖麻叶饲养的木薯蚕（6.82 cm）。紫叶木薯饲养的30个蚕蛹重最重（57.71 g），而无叶柄木薯饲养的30个蚕蛹重最轻（44.61 g），二者差异显著（图4-C）。在全茧重（图4-D）方面，以SC9木薯叶饲养获得的木薯蚕全茧重最重（70.05 g），无叶柄木薯叶饲养获得的木薯蚕全茧重最轻（53.01 g），二者差异显著。4种木薯叶饲养的木薯蚕在10月2日陆续开始结茧，以SC9木薯叶饲养的木薯蚕最早开始结茧，其次是紫叶木薯叶，较蓖麻叶饲养的木薯蚕提前1～2 d结茧，并提前2 d结束结茧；蓖麻叶饲养的木薯蚕在10月5日达结茧高峰，结茧较集中；在木薯叶饲养的木薯蚕中，以花叶木薯叶饲养的木薯蚕最晚结茧。

2.5 木薯叶和蓖麻叶饲养对蚕丝纤维形态特征的影响

木薯叶和蓖麻叶饲养木薯蚕的蚕丝形态特征如图5所示。从图5可看出，木薯蚕丝较家蚕丝粗，但蚕丝表面的杂质较多；4种木薯叶饲养获得的木薯蚕丝较蓖麻叶饲养获得的木薯蚕丝宽度有所增加，其中，SC9木薯叶饲养获得的木薯蚕丝杂质较多，花叶木薯和紫叶木薯饲养获得的木薯蚕丝表面较完整，而紫叶木薯饲养获得的蚕丝宽度最宽。

3 讨论

木薯叶含有丰富的蛋白、氨基酸和微量元素，可作为畜禽的部分饲料来源。木薯叶的营养成分与其品种和种植时间密切相关，本研究以蓖麻为种间对照，SC9为不同基因型木薯的种内对照，探究花叶木薯叶、无叶柄木薯叶和紫叶木薯叶的营养成分及其对木薯蚕生长发育的影响，结果发现不同基因型木薯叶和蓖麻叶的营养成分差异明显，与张冠冬（2016）、杨龙等（2017）的研究报道一致。木薯叶的营养成分差异导致木薯蚕摄食量不同，并最终影响其生长发育的状态。本研究通过对木薯叶和蓖麻叶饲养的木薯蚕生长发育情况进行分析，推测每种营养成分须保持在一个适宜水平，更利于木薯蚕对营养的高效吸收与利用。类胡萝卜素是一种挥发性萜烯类化合物（李春秀等，2021），可促使木薯蚕进食增多，结茧日期提前，但不影响生长周期，紫叶木薯叶、SC9木薯叶和无叶柄木薯叶的总类胡萝卜素含量显著高于蓖麻叶和花叶木薯叶，可能是摄食紫叶木薯叶、SC9木薯叶和无叶柄木薯叶的木薯蚕较摄食蓖麻叶和花叶木薯叶木薯蚕提前结茧1～2 d的主要原因。花青素是一类在植物中广泛存在的水溶性天然色素，具有保护肝脏、抗癌、预防心脑血管病变等功能（贾赵东等，2014；祝志欣和鲁迎青，2016），可能是木薯蚕摄食紫叶木薯叶后能减弱叶片中氢氰酸毒害的原因。此外，紫叶木薯叶总黄酮含量高也是木薯蚕喜欢摄食的原因之一，黄酮散发的气味能诱导木薯蚕取食叶片，可能是紫叶木薯叶饲养木薯蚕提前结茧及结茧较集中的主要原因。SC9木薯叶和蓖麻叶的总黄酮和可溶性糖含量差异不显著，导致2种叶片饲养获得的木薯蚕蛹重和熟蚕重差异也无显著差异。蚕丝主要由蛋白构成（王宗乾，2016），SC9木薯叶中的粗蛋白含量显著高于其他3个木薯品种，可能是其饲养的木薯蚕较其他木薯品种饲养木薯蚕全茧重的关键，但具体原理还有待进一步验证。

张冠冬（2016）以野生木薯、SC9和糖木薯的叶片饲养木薯蚕，结果发现木薯蚕取食SC9木薯叶量最大，生长发育最快，蚕体最重，故推荐SC9为适宜饲养木薯蚕的木薯品种。在本研究中，SC9木薯叶的综合营养价值较花叶木薯叶更具优势，其叶片胡萝卜素、总类胡萝卜素、叶绿素、叶黄素和粗蛋白含量均显著高于花叶木薯叶，二者的总黄酮、可溶性糖及花青素含量差异不显著，但总黄酮和可溶性糖含量高于花叶木薯叶，且SC9木薯叶饲养的木薯蚕熟蚕重、蚕蛹重和蚕全茧重均显著高于花叶木薯叶饲养的木薯蚕，即养蚕效果明显优于花叶木薯叶；紫叶木薯叶的花青素、干物质、氢氰酸及总黄酮含量远高于其他叶片，且紫叶木薯叶饲养的木薯蚕蛹大，结茧较集中。综上所述，4种基因型木薯叶饲养木薯蚕时，以紫叶木薯叶的效果最佳，故本研究推荐该种质作为饲养木薯蚕的理想品种。