不同生育期芭蕉芋微量元素的吸收积累与转运分配特征

张文娥　潘学军

摘要：以3个芭蕉芋栽培品种为试验材料，研究2个生育时期（发棵结芋期、子芋完熟期）芭蕉芋各器官矿质微量元素含量、积累、分配规律。结果表明：在发棵结芋期，3个芭蕉芋品种平均每株累积吸收量表现为锰（Mn）、铁（Fe）>锌（Zn）>硼（B）>铜（Cu），紫叶红花芋、兴芋-1的茎、叶中Cu、Zn含量较高，Fe以根、根茎内含量最高，Mn、B主要分布在叶、根茎内，而兴芋-2根中Cu含量最高，Zn、Mn在各器官的积累相对均衡，B在根茎中积累量较高；在子芋完熟期，芭蕉芋单株积累量表现为Fe>Mn>B>Zn>Cu，Cu、Zn在各器官中的含量相当，Fe以根系中含量较高，Mn、B在叶中含量较高，兴芋-1在根茎中的微量元素含量、积累量明显高于其他2个品种。总体看出，芭蕉芋根茎中Cu含量明显高于其他粮食作物，是一种优良的高Cu含量食品原料。

关键词：芭蕉芋；微量元素；积累；转运；分配

中图分类号： S632.301 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0262-04

芭蕉芋（Canna edulis Ker）作为一种经济作物广泛种植于南美、泰国、越南等热带、亚热带地区[1]，于20世纪20年代传入我国，现广泛种植于我国南方各省（市）[2]。贵州省是我国芭蕉芋的主产区，近年来，随着芭蕉芋淀粉产品的不断开发，种植面积连年扩大[3]。据报道，芭蕉芋根茎富含淀粉，干根茎中含量高达70%～80%[4]，且其淀粉颗粒大、黏度高[5]，支链淀粉含量高，用其制成的粉丝比其他粉丝口感好，更易于人体消化，深受大众喜爱[1]。同时，芭蕉芋还含有丰富的维生素、氨基酸及钾、镁、铁、锌、钙等矿物质[6]，是人体摄入微量元素的重要来源之一。此外，其副产品中还含有丰富的可溶性膳食纤维、果胶等物质，为功能食品的研究、开发提供了新来源[7-8]。除了根茎直接或间接作为原料被利用外，芭蕉芋地上部分的茎、叶可通过饲料工业而进入食物链，也是重要的食物源。因此，芭蕉芋是集粮食、能源、饲料于一体的多用途作物，开发潜力极大[9]。

目前，国内外学者在高淀粉作物（如小麦、玉米、甘薯等）矿质营养的积累、运转方面开展了大量研究工作[10-12]，但对芭蕉芋的研究甚少，仅见芭蕉芋大量元素累积与分配特征方面的研究报道[13]，而对微量元素的积累、分配特征方面的研究在国内外尚未见报道。铜（Cu）、铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）、硼（B）等微量元素作为维持人体健康必不可少的营养元素[14]，若缺乏会导致贫血、心脏病、免疫力降低、生长缓慢等多种身体问题或疾病[15]。研究表明，目前全球有10亿多人口正面临着由于矿质元素缺乏所导致的“潜在饥饿”[16]。世界上66%～80%的人口可能缺铁，30%的人口缺锌[17]，锌、铁等微量元素摄入的不足已成为影响人体健康、社会发展的重要问题。食用富含矿质元素的食物或在食物中添加矿物质元素进行食物强化是解决矿质元素缺乏的常用方法，而开发利用高微量元素含量的功能型食品，或通过遗传改良提高微量元素含量是最为经济有效的方法[10]。本研究以当前国内主栽的3个芭蕉芋品种为试验材料，系统研究不同品种芭蕉芋Fe、Mn、Zn、Cu、B 5种微量元素的积累、运转规律，以期为高微量元素含量的功能型食品原料的开发利用提供依据，并为改善芭蕉芋根茎微量营养品质的农业管理措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的3个芭蕉芋品种分别为紫叶红花芋（C. edulis cv. PLRF）、兴芋-1（C. edulis cv. Xingyu-1）、兴芋-2（C. edulis cv. Xingyu-2），试验材料均取自贵州省兴义市。于2010年3月底选择发育健壮、无病虫感染的种球，按株行距 30 cm×50 cm的密度种植于苗圃内，常规管理。待幼苗长到5张真叶时，选择生长一致、发育良好的幼苗移至上口径 45 cm、高30 cm的塑料盆内，盆内装20 kg风干田园土。供试土壤为黄壤土，pH值8.1、有机质含量46.5 g/kg、全氮含量1.05 g/kg、全磷含量0.74 g/kg、速效磷含量 3.8 mg/kg、全钾含量5.64 g/kg、速效钾含量132.5 mg/kg。用于发棵结芋期研究的材料每盆移植2株；用于子芋完熟期研究的材料每盆移植1株，每个处理6次重复。移栽后遮阴，缓苗后移入温室内进行管理。

1.2 样品采集与测试方法

试验于2010年3月中旬至2011年3月在贵州大学喀斯特环境与地质灾害重点实验室、贵州大学果树工程技术研究中心进行。于发棵结芋期（8月上旬）、子芋完熟期（10月中旬）取样，取样及样品处理方法与张文娥等方法[13]相同，即以株为单位，整株采样，采完后用不锈钢刀分离，再按须根、根茎、茎、叶片（叶片从叶鞘与叶片连接处分开，叶鞘留在茎部）收集装袋。105 ℃杀青20 min，70 ℃恒温烘至恒质量，粉碎后装入密封袋备用。样品干灰化后用电感耦合等离子发射光谱仪（JCP-AES，法国JY公司）测定Fe、Cu、Zn、Mn、B含量。元素累积量计算公式为：

元素累积量=器官元素含量×器官生物量。

1.3 数据处理

试验数据表示方法为“平均值±标准差”（3次重复），采用Excel、SAS（9.1）进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 芭蕉芋不同器官的微量元素含量

2.1.1 发棵结芋期不同器官的微量矿质元素含量 由表1可见，在发棵结芋期，3个芭蕉芋品种不同器官间的微量元素分布规律存在相似之处，5种微量元素含量由高到低分别为Fe、Mn、Zn、B、Cu，且除B在根茎内含量最高外，其他4种微量元素均以根系中含量最高，茎或叶中含量最低（PLRF的Zn除外）。此外还可看出，Cu、Zn、Mn基本上以兴芋-1的平均含量最高，根茎、茎中含量显著高于其他2个品种，兴芋-2的含量较低；兴芋-1的Fe、B含量较低；兴芋-2各器官Fe平均含量较高，紫叶红花芋的B含量较高。

2.1.2 子芋完熟期不同器官的微量矿质元素含量 由表2可见，在子芋完熟期，芭蕉芋体内微量元素Fe含量最高，其次是Mn、B、Zn、Cu，含量基本相当。此外还可看出，芭蕉芋不同器官间微量元素含量差异很大，3个品种均以根系内Cu、Fe、Mn含量最高，根茎或茎内含量最低；Zn含量则是茎、根中含量较高，根茎内最低；叶、根内B含量较高，根茎内含量最低。不同品种间、不同器官间微量元素平均含量略有不同，兴芋-1的Cu、Fe、Zn、Mn平均含量最高，分别为40.1、287.9、39.1、99.5 mg/kg，在根茎、根中的含量显著高于兴芋-2、PLRF（根茎中Cu含量除外）；兴芋-2的Cu（33.5 mg/kg）、Fe（196.9 mg/kg）、Mn（89.2 mg/kg）、B（52.9 mg/kg）平均含量最低；紫叶红花芋的Zn（31.9 mg/kg）平均含量最低，B平均含量最高。

2.2 芭蕉芋微量元素的积累分布特性

2.2.1 发棵结芋期微量元素的积累分布特性 由表3可见，本试验条件下，在发棵结芋期，紫叶红花芋、兴芋-1对微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、B的单株累积规律基本相同，均表现为Mn累积量最高，Fe、Zn、B次之，Cu积累量最少，Cu、Zn主要积累在茎、叶部，Fe主要在根、根茎内，Mn、B主要分布在叶、根茎内。还可看出，与紫叶红花芋、兴芋-1不同，兴芋-2的Fe积累量最高，Mn、Zn、B次之，Cu积累量最少，Cu在根茎中积累量最多，占总积累量的32.6%，其次是根系，占29.3%；Fe在兴芋2根系、根茎中的积累量高，分别占总积累量的5155%、41.4%；Zn、Mn在兴芋2各器官的积累相对均衡；B在兴芋2根茎中积累最高。

2.2.2 子芋完熟期微量元素的积累分布特性 由表4可知，在子芋完熟期，芭蕉芋单株积累6.24～6.63 mg Cu，22.23～30.34 mg Fe，6.88～8.50 mg Zn，13.60～14.99 mg Mn，10.59～12.01 mg B。与苗期不同的是，成熟期芭蕉芋体内微量元素Fe积累量最高，其次是Mn、B，Cu积累量最低。根系是Fe积累的最主要器官，其次是叶片、根茎，紫叶红花芋、兴芋-1根部Fe积累量均在66.0%以上，Xingyu-2则为560%；叶片、根系是Mn的累积中心，3个品种中Mn在叶、根中的积累量分别占总积累量的85.9%（紫叶红花芋）、732%（兴芋-1）、83.1%（兴芋-2）；根茎、叶片是B的积累分配中心，3个品种均有65%以上的B累积在根茎、叶片中；Cu、Zn在各器官中的积累分配相对均匀，优势器官不明显。经计算，紫叶红花芋的产量器官根茎Cu、Fe、Zn、Mn、B的单株累积量分别为 1.56、2.99、1.83、1.28、1.73 mg；兴芋-1根茎中5种元素的单株累积量分别为1.53、5.61、3.26、2.64、2.52 mg；兴芋-2的单株累积量分别为1.27、2.20、1.10、104、2.43 mg。可以看出，兴芋-1的食用器官中微量元素积累量最为丰富，其次是紫叶红花芋，兴芋-2的积累量最低。

3 讨论与结论

郭晓春等研究认为，由于每种微量元素在植物生命代谢活动中发挥着各自特殊的生理功能，在植物的不同生长发育阶段，各种元素含量呈现具有各自特征的变化规律[18]。小麦对Fe的吸收随生育时期的递进呈双峰曲线变化，而小麦植株内Fe含量则呈单峰曲线变化[19]。本研究也发现，在不同的生长发育时期，芭蕉芋体内微量元素吸收分配存在差异。在发棵结芋期，紫叶红花芋、兴芋-1微量元素Mn的总吸收积累量最高，其次是Fe、Zn、B、Cu，而兴芋-2的Fe平均含量、吸收积累总量高于Mn；在子芋完熟期，3个芭蕉芋品种Fe的总吸收积累量均居各元素之首，其次是Mn、B、Zn，Cu的平均含量、总积累量最低。这与微量元素的生理功能、植物的生长发育需求密切相关。

基因型差异是影响作物体内微量元素吸收和利用差异的重要原因[19]，本研究表明，不同芭蕉芋品种的微量元素含量、积累总量差异明显。在子芋完熟期，兴芋-1根茎中Fe、Zn、Mn含量明显高于其他2个品种，3种元素的积累量分别比紫叶红花芋高87.6%、78.1%、106.3%，分别比兴芋-2高1550%、196.4%、153.8%；兴芋-2的B含量显著高于其他2个品种；紫叶红花芋的Cu含量较高，表明基因型是影响芭蕉芋微量元素含量的重要因素之一。前期研究发现，兴芋-1产量器官根茎的水分含量较低，光合净产出率较高[13]，这与钱秋平等在甘薯中得出的低干率甘薯品种的矿质营养元素含量高于高干率品种的结论[20]不一致，说明芭蕉芋中Fe、Zn、Mn元素在品种间的差异不同于甘薯品种。

各生育阶段，芭蕉芋体内Fe元素始终以根中含量、积累量最高，茎中较低；Mn、B的积累分配主要在叶片中，这与超甜玉米的分配规律[21]基本相同，但与小麦[19]、甘薯[22]中的Fe分配特征不同。在不同发育时期，其他元素的分配中心发生转移，Cu、Zn在发棵结芋期的优势分配器官为茎、叶，但在子芋完熟期则全株分配较为均匀，无明显的优势器官，也与小麦中Zn的积累分配规律不同。

在子芋完熟期，3个芭蕉芋品种根茎内Fe、Mn、B、Zn、Cu的平均含量分别为25.2、11.63、16.50、14.43、10.33 mg/kg，与其他农作物相比[22-23]，其Cu含量明显高于小麦籽粒（7.30 mg/kg）、水稻精米（4.36 mg/kg）、玉米籽粒（3.24 mg/kg），与大豆籽粒的Cu含量（11.10 mg/kg）相当。矿质营养元素含量较高的品种兴芋-1根茎中的Fe平均含量为37.4 mg/kg，与甘薯（38.97 mg/kg）、水稻糙米（36.90 mg/kg）、玉米籽粒（35.40 mg/kg）中Fe含量相当，显著高于水稻精米中的Fe含量（18.60 mg/kg）；其Zn、Mn平均含量分别为21.7、17.6 mg/kg，低于小麦籽粒（27.9、31.2 mg/kg）、大豆籽粒（37.5、20.9 mg/kg），但比水稻精米（7.3、5.6 mg/kg）、玉米籽粒的含量（19.9、5.8 mg/kg）高。由此可见，芭蕉芋是一种高Cu含量的食品原料，而Cu对维持人体中枢神经系统的完整性有重要作用，缺铜会导致心血管功能紊乱、心脏病等，芭蕉芋可作为Cu缺乏症的功能型治疗食品；兴芋-1的Fe、Zn、Mn含量也较为丰富，可以作为微量元素食品原料。

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