二十二份引进菊芋种质资源的叶片性状分析

赵孟良，钟启文，刘明池，李 莉，*

(1.青海大学 农林科学院/青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，青海 西宁 810016； 2.国家蔬菜工程技术研究中心，北京 100097)

二十二份引进菊芋种质资源的叶片性状分析

赵孟良1，钟启文1，刘明池2，李 莉1，*

(1.青海大学 农林科学院/青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，青海 西宁 810016； 2.国家蔬菜工程技术研究中心，北京 100097)

采用原子吸收分光光度法、硫酸与重铬酸钾氧化法及紫外分光光度法，分别对24份菊芋资源叶片的矿质元素、纤维素、绿原酸和黄酮含量进行了测定，并对国外引进的菊芋种源叶片性状进行了鉴定评价。结果表明：22份国外菊芋种源叶片中含水量最高为F12，达27.58%，最低为F16，达19.02%；来自丹麦与法国的菊芋种源叶片含水量均值差异不大，但均低于青芋3号和青芋4号；叶片形状中近圆形3份，长卵圆形1份，卵圆形18份；叶片中K含量最高的为F19，达30.62 mg·g-1，是青芋3号的2.5倍；Mg含量最高的为D8，达14.17 mg·g-1，与青芋3号含量差异不大；Fe含量差别不大，范围为0.09～0.19 mg·g-1；Ca含量最高的为D8，达26.87 mg·g-1；绿原酸和黄酮含量最高的均为F7，分别达2.55%和1.24 g·100g-1；粗纤维含量最高的为F9，达16.7%，最低的为F19，达7.36%。通过主成分及聚类分析可知：在遗传距离为0.65处，可将24份菊芋种源划分为3个组；其中第1组叶片主要是卵圆形和近圆形，第2组叶片为长卵圆形，第3组叶片均为卵圆形。不同菊芋种源叶片中各指标间存在差异，综合参试的各项指标，最终筛选出了F19、D8、F9、F7、D14、D11 等6份特异菊芋种源，供今后进一步的研究。

菊芋；种质资源；叶片性状；矿质元素；纤维素；聚类分析

菊芋(HelianthustuberosusLinn.)为菊科(Compositae)向日葵属(HelianthusLinn.)多年生草本植物，菊芋块茎富含菊糖，地上部生物量大，茎叶可做饲料，可在菊芋生长旺季割取地上茎叶用做青饲料，也可在秋季粉碎后用做干饲料[1]，喂养兔、猪、羊、牛、马等。菊芋亦可作为功能营养食品[2]，叶片作为茶[3]的原材料。

近年来国内众多学者对其他植物叶片的研究已经取得了很大的进展，如操璟璟等[4]研究了深山含笑叶片的挥发油成分及其生物活性；孙娈姿等[5]对菊苣叶片不同溶剂提取物对粘虫的生物活性进行了研究。张海娟等[6]对菊芋叶片中绿原酸提取工艺进行了研究，岳会兰等[7]对柴达木盆地不同生长期菊芋叶片绿原酸含量变化规律进行了研究；范君华等[8]对南疆引进的52份菊芋品种资源叶片生理性状进行了主成分和聚类分析。目前，针对菊芋种质资源的研究主要集中在遗传多样性分析[9-11]、抗逆性鉴定[12]、品种选育[13]等方面，而对菊芋叶片性状的研究仍存在研究单一、不够深入等问题。菊芋地上茎叶产量可达2 t·667m-2，采收后的菊芋地上部被闲置或仅仅作为家畜饲料使用，其价值远未被开发利用。为充分有效地发挥菊芋叶片的价值，首先应明晰不同菊芋种源间叶片的差异及成分含量等。

青海大学农林科学院目前收集保存菊芋种质资源350份，对其遗传背景、功能用途等方面正在开展研究，本研究选取从国外引进的22份菊芋种源，以国内2个菊芋品种做参考，通过测定其叶片特征、矿质元素及营养成分的含量，采用主成分分析和聚类分析，明晰22份国外菊芋种源的叶片性状，为今后菊芋种质资源收集、评价、分类、鉴定、良种选育提供科学依据，为菊芋全面利用及产业发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试的24份菊芋种源，均保存于青海大学农林科学院菊芋研发中心。其中，11份来源于丹麦，11份来源于法国，2份为国内已审定的菊芋品种。2016年8月25日进行叶片取样，每个菊芋种源选取3株，分别取植株中部叶10～25片，混合后液氮速冻，经冻干机冻干后-80 ℃保存备用。

本试验在青海省西宁市二十里铺的青海大学农林科学院3号试验基地内进行。试验基地位于36°43′35.20″N，101°45′1.07″E，该地区属湟水流域灌溉区，土壤为栗钙土，土壤有机质含量20.28 g·kg-1，pH 8.12，全氮1.17 g·kg-1，全磷2.18 g·kg-1，全钾22.5 g·kg-1，速效氮0.069 g·kg-1，速效磷0.065 g·kg-1，速效钾0.299 g·kg-1。

1.2 指标测定

叶片形状：参照文献[14]的定级标准，对菊芋叶片的叶形、大小进行叶片定级；叶片含水量测定采用冻干干燥法。

矿质元素含量采用原子吸收分光光度法测定[15]。精确称取预先处理好的菊芋块茎冻干样品，按照样品制备程序将其放入干燥洁净的三角瓶中，加入硝酸—高氯酸溶液2.5 mL，于电热板上160 e进行消煮；取出消煮液，冷却后加蒸馏水定容至100 mL，摇匀待测；采用AA-800型原子吸收分光光度计(美国PE公司)和6400A型火焰光度计(上海分析第三仪器厂)仪器进行测定。绿原酸及黄酮含量采用紫外分光光度法测定；纤维素采用硫酸与重铬酸钾氧化法[16-17]测定。每个样品重复3次，取平均值。

1.3 数据分析

采用Excel及DPS 7.05进行数据统计及分析。

2 结果与分析

2.1 菊芋叶片特征

由表1可知，24份菊芋种源中叶片含水量最高为青芋4号，达30.05%，最低的为F16，仅19.02%；来自丹麦与法国的菊芋种源叶片含水量均值差异不大，均低于中国的2个菊芋品种，F16可作为抗旱菊芋品种的选育的备选材料。叶长介于16.10～23.60 cm，叶宽介于9.48～17.22 cm，叶长与叶宽的比值介于1.24～1.88。根据叶长/叶宽，对照根据相关标准[14]，可将24份菊芋种源叶片形状划分为近圆形、卵圆形、长卵圆形3种类型，其中近圆形资源有4份，占总种源量的16.7%；卵圆形资源有19份，占总种源量的79.2%；长卵圆形1份，占总种源量的4.2%(图1)。

2.2 菊芋叶片主要生物活性物质含量

由表2可知，青芋4号的绿原酸含量最高，为2.62%，D14的绿原酸含量最低，为0.74%，前者是后者的3.5倍；F7的黄酮含量最高，达1.24 g·100g-1，D14的黄酮含量最低，为0.49 g·100g-1，前者是后者的2.5倍。差异显著性分析结果显示，不同菊芋种源间绿原酸及黄酮含量存在显著性差异。以来源于丹麦的D1为例进行说明，D1的绿原酸含量与D3、D4、D5、D8、D10、D12、D13、D14等种源存在极显著差异；D1的黄酮含量与D4、D5、D7、D8、D10、D12、D13、D14等种源存在极显著差异。

表1 二十四份菊芋种源叶片特征

Table 1 Leaf features of 24Helianthustuberosusgermplasm resources

种源编号Germplasmresourcescode来源Sources含水率Moisturecontent/%叶长Length/cm叶宽Width/cm叶长宽比Length⁃widthratio叶面积Leafarea/cm2叶形LeafshapeD1丹麦Denmark21762050165312433984±2064近圆形OvoidsubrotundD3丹麦Denmark20882267131017329767±8474卵圆形OvoidD4丹麦Denmark22652010132215226712±969卵圆形OvoidD5丹麦Denmark23122057152413531537±5213近圆形SubrotundD7丹麦Denmark20491833126414523267±2483卵圆形OvoidD8丹麦Denmark21441947132414725936±3312卵圆形OvoidD10丹麦Denmark26701833116815721400±1510卵圆形OvoidD11丹麦Denmark2568178394818817165±2425长卵圆形LongovoidD12丹麦Denmark26361900113816721600±3306卵圆形OvoidD13丹麦Denmark23371610100616016321±1695卵圆形OvoidD14丹麦Denmark27041740116814920615±3076卵圆形OvoidF6法国France24452157147714632558±5919卵圆形OvoidF7法国France23642133150214232000±3464卵圆形OvoidF8法国France21421800120814921799±1588卵圆形OvoidF9法国France28142260143915732581±3229卵圆形OvoidF10法国France25502203146915032514±4974卵圆形OvoidF12法国France27582170147614732254±3584卵圆形OvoidF14法国France19631960143113728220±6019近圆形SubrotundF16法国France19022177154414133668±1119卵圆形OvoidF17法国France21691957119316423412±1622卵圆形OvoidF19法国France26122000120516623407±5519卵圆形OvoidF20法国France21762360157315037323±4315卵圆形Ovoid青芋3号QingyuNo．3中国China29712152131216428234±4577卵圆形Ovoid青芋4号QingyuNo．4中国China30052342172213640329±3190近圆形Subrotund

图1 叶片形状分类Fig.1 Classification of leaf shape

24个菊芋种源叶片的粗纤维含量也存在显著性差异，其中，F9的粗纤维含量最高，为16.70%，F19的粗纤维含量最低，为7.36%，前者为后者的2.3倍。粗纤维含量较高的D4、D7、D13、F6、F8、F9、F16共7份菊芋种源可作为今后开发粗纤维食品添加剂的原料，粗纤维含量较低的D11、F17、F19种源可作为今后家畜饲料开发原料。D1的粗纤维含量极显著低于D4、D7、D13、F6、F8、F9、F16种源，D3的粗纤维含量与D7、D11、D13、F8、F9、F17、F19种源存在极显著差异。

2.3 菊芋叶片矿质元素含量

24份菊芋种源叶片中，F19的K含量最高，为30.62 mg·g-1，最低的为青芋3号，仅12.45 mg·g-1，前者是后者的2.5倍；Mg含量最高的是青芋3号，为14.77 mg·g-1，含量最低的为F19，仅7.23 mg·g-1；Fe含量差异不大，且含量均不高，其中，含量最高的为F19和D3，均为0.19 mg·g-1；Ca含量最高的为D12，达27.48 mg·g-1，含量最低的为D5(20.60 mg·g-1)。由差异显著性分析可知，不同菊芋种源叶片中矿质元素含量间存在差异，同样以来源于丹麦的D1为例进行说明，其K含量与D3、D4、D7、D10、D11、D12等种源之间存在显著性差异，其Mg含量与D3、D4、D5、D7、D8等种源也存在显著性差异，其Fe含量与D3、D5、D10、D12等种源存在极显著差异，其Ca含量与D3、D4、D5、D7等种源存在极显著差异(表3)。

2.4 聚类分析

将测试的菊芋种源指标进行数据标准化处理后，利用DPS 7.05对24个菊芋种源进行聚类分析。结果(图2)表明：在遗传距离为0.65处，可以将24份菊芋种源划分为3大类，其中第Ⅰ大类包括：D1、D3、F10、F14、F20、D4、D13、F17、D7、F8、F19、D5、F7、F12、青芋4号、F6、F9、F16，叶形主要是卵圆形和近圆形；含水率介于19.02%～30.05%，绿原酸含量介于0.96%～2.62%，黄酮含量介于0.66～1.24 g·100g-1，粗纤维含量介于7.36%～16.7%；矿质元素中，K含量介于21.02～30.62 mg·g-1，Mg含量介于7.23～11.60 mg·g-1，Ca含量介于20.60～26.25 mg·g-1。第Ⅱ大类仅有1种，为D11，其叶片为长卵圆形，区别于其他23份菊芋种源的叶片形状。第Ⅲ大类包括D8、D14、D12、D10、青芋3号，叶片形状均为卵圆形，叶片含水率介于21.44%～29.71%，绿原酸含量介于0.74%～2.21%，黄酮含量介于0.49%～1.0%，粗纤维含量介于8.45%～9.51%；矿质元素中K含量介于14.75～20.07 mg·g-1，Fe含量介于0.09～0.15 mg·g-1，Ca含量介于22.03～26.78 mg·g-1。在遗传距离为0.49处，又可将24份菊芋种源划分为5个亚类，其中，第1亚类包括D1、D3、F10、F14、F20，第2亚类包括D4、D13、F17、D7、F8、F19、D5、F7、F12、青芋4号、F6、F9、F16，第3亚类仅有D11，第4亚类包括D8、D14、D12、D10，第5亚类仅包括青芋3号。

表2 二十四份菊芋种源叶片中生物活性物质含量

Table 2 Contents of bioactive substances in leaves of 24Helianthustuberosusresources

种源编号Germplasmresourcescode绿原酸Chlorogenicacid/%黄酮Flavone/(g·100g-1)粗纤维Crudefibre/%D1133±013GHIJ072±004GH847±018FGD3096±004KL066±003HI1169±037CDEFD4186±012CDE096±001BCD1269±015BCDED5212±013BC099±002BC866±031FGD7153±007FGHI087±002EF1667±024AD8089±006L063±002I879±078FGD10090±002L055±002J917±064EFGD11119±010JK075±004G773±106GD12173±001DEF086±001EF862±086FGD13186±003CDE096±001BCD1562±010ABD14074±003L049±0J951±181DEFGF6187±012CDE099±0BC1433±052ABCF7255±010A124±001A934±026EFGF8149±010FGHI091±005DE1543±493ABF9210±027BC096±007BCD1670±007AF10160±026EFG086±005EF1188±266CDEF12201±003BCD094±001CD912±006EFGF14131±010HIJ083±004F1053±110DEFGF16211±022BC103±005B1295±250BCDF17205±010BC102±004BC788±060GF19155±016FGH089±003DEF736±108GF20124±002IJ076±003G1040±110DEFG青芋3号QingyuNo．3221±005B100±003BC845±039FG青芋4号QingyuNo．4262±009A117±004A1025±073DEFG

粗纤维含量以叶片干质量计，同列数据后无相同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。

The content of crude fibre was detected based on dry weight of leaves. Data in the same column marked without the same uppercase letter indicated significant differences atP<0.01. The same as bellow.

表3 二十四份菊芋种源叶片中矿质元素含量

Table 3 Contents of mineral elements in leaves of 24Helianthustuberosusresources

mg·g-1

图2 基于24份菊芋种源的叶片性状的聚类分析图Fig.2 Cluster analysis of 24 Helianthus tuberosus resources based on their leaf traits

3 结论与讨论

植物的抗旱性与植株的水分状况有关，植物叶片失水速率或保水力反映了植物细胞内自由水和束缚水的状况，Regan等[18]普遍认为叶片失水率低、保水力强的品种比较抗旱，叶片含水率是一个可靠的植物抗旱鉴定指标。因此。国外菊芋种源F9可作为今后抗旱品种选育的材料。不同菊芋种源叶片的矿质元素及生物活性物质存在显著差异，绿原酸含量为0.74%～2.62%，黄酮含量为0.49～1.24 g·100g-1。青芋4号的绿原酸含量达2.62%，是受试材料中含量最高的种源，远高于国外引进的菊芋种源。粗纤维是人体胃肠的清道夫，能促进胃肠消化，能有效预防和治疗口臭。24份菊芋种源叶片中粗纤维含量为7.36%～16.7%，从食品开发的角度考虑，粗纤维含量较高的D4、D7、D13、F6、F8、F9、F16共7份菊芋种源可作为今后开发粗纤维食品添加剂的原料，粗纤维含量较低的D11、F17、F19 3份菊芋种源可作为今后家畜饲料开发原料。24份菊芋种源叶片中K含量最高的F19(30.62 mg·g-1)可以作为今后富K食品的开发材料。Mg含量最高的是青芋3号(14.77 mg·g-1)，含量最低的为F19，二者相差2倍；Fe元素含量差异不大，且含量均不高；Ca元素含量最高的为D12(27.48 mg·g-1)，含量最低的为D5(20.60 mg·g-1)，二者相差1.3倍。对叶片测试指标进行主成分分析后做聚类分析，结果表明，在遗传距离为0.65处，可以将24份菊芋种源划分为3大类，在遗传距离0.49处，又可将24份菊芋种源划分为5个亚类。从亲缘关系的角度来看，第Ⅰ大类中来自法国与丹麦的部分菊芋种源聚为一类，说明法国与丹麦的菊芋种源某种程度上来源比较接近，后续可作进一步的深入研究。

中国的2个菊芋品种青芋3号、青芋4号与国外引进的22份菊芋种源相比，在生物活性物质含量方面占据明显优势，今后可加大对这2个菊芋品种的开发利用。

对不同菊芋种源叶片矿质元素及生物活性物质进行分析，筛选出了较特异的菊芋种源材料6份，分别为：K含量最高的F19，达30.62 mg·g-1；Mg、Ca含量最高的D8，分别达14.17、26.87mg·g-1；粗纤维含量最高的F9，达16.7%；绿原酸、黄酮含量最高的F7，分别达2.55%、1.24 g·100g-1；绿原酸、黄酮含量最低的D14，分别为0.74%、0.49 g·100g-1；叶形为长卵圆形的D11，今后可对上述资源进行更深入的研究。

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(责任编辑 侯春晓)

Leaf traits analysis of 22Helianthustuberosusgermplasm resources introduced from abroad

ZHAO Mengliang1， ZHONG Qiwen1， LIU Mingchi2， LI Li1，*

(1.QinghaiAcademyofAgricultureandForestrySciences，QinghaiUniversity，QinghaiKeyLaboratoryofVegetableGeneticsandPhysiology，Xining810016，China; 2.NationalEngineeringResearchCenterforVegetables，Beijing100097，China)

Atomic absorption spectrophotometry， sulfuric acid and potassium dichromate oxidation method and ultraviolet spectrophotometry were used to determine mineral elements， fiber， content of chlorogenic acid and flavonoids in leaves of 24Helianthustuberosusresources， and characteristics of leaves which introduced from abroad were evaluated. The results showed that the highest leaf moisture content in 22 species was F12 (27.58%)， and the lowest was F16 (19.02%). The mean moisture content in leaves were little difference between the species from Denmark and France， but they were both lower than Qingyu No. 3 and Qingyu No.4. There were 3 subrotund， 1 long ovoid， 18 ovoid in the shape of the leaves. The highest K content in the leaves was F19 (30.62 mg·g-1)， which was 1.5 times higher than Qingyu No.3. The highest Mg content was D8 (14.17 mg·g-1). Fe content in the all 24 resources had little difference， ranging from 0.09 mg·g-1to 0.19 mg·g-1. The highest Ca content in the leaves was D8 (26.87 mg·g-1). The highest levels of chlorogenic acid and flavonoids in the leaves were F7， was 2.55% and 1.24g·100g-1， respectively. The highest fiber content was F9 (16.7%)， and the lowest was F19 (7.36%). Through the analysis of the main component and the clustering analysis， when the genetic distance was 0.65， these 24 resources could be divided into three major categories. Leaves shapes in group 1 were ovoid or subrotund， in group 2 were long ovoid， and in group 3 were ovoid. There were differences among the various leaf indexes of differentHelianthustuberosusresources. Finally， F19， D8， F9， F7， D14 and D11 resources were screened out for further study based on their leaf indexes.

HelianthustuberosusLinn.; germplasm resources; leaf trait; mineral element; cellulose; clustering analysis

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.07.13

2016-12-13

青海省蔬菜遗传与生理重点实验室项目(Sczdsys-2014-02)；青海大学昆仑学者专项

赵孟良(1986—)，男，河南柘城人，助理研究员，博士研究生，主要从事蔬菜遗传育种及生理研究。E-mail: 8304269@163.com

*通信作者，李莉，E-mail: yyslili@163.com

S632.9

A

1004-1524(2017)07-1151-07

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(7): 1151-1157

赵孟良， 钟启文， 刘明池， 等. 二十二份引进菊芋种质资源的叶片性状分析[J]. 浙江农业学报， 2017， 29(7): 1151-1157.