生育期对甘薯块根抗营养因子含量（活性）的影响

钟子毓，林力卓，崔 鹏，吕尊富，庞林江，陆国权

（1. 浙江农林大学 现代农学院/浙江省农产品品质改良重点实验室，浙江 杭州 311300；2. 浙江农林大学 薯类作物研究所，浙江 杭州 311300）

我国甘薯（Ipomoea batatasL.）种植面积约为2.38×106hm2，占世界甘薯总种植面积的29.0%，总产占世界57.0%，是一种宜粮、饲、加工的多用途粮食作物[1]。随着人们保健意识的增强，甘薯作为一种高产的保健食物，在食用及健康食品加工方面得到了广泛关注。甘薯本身所含的营养物质比一般的粮食作物高，且其茎叶中富含各种营养成分[2⁃4]，有广阔的深开发前景。

甘薯在我国不同地区均有种植，但不同地区甘薯的扦插期、生育期、种植方式不同，致使甘薯的成分存在巨大的差异。不同生育期甘薯内各种成分含量会有显著的变化。赵丰玲等[5]研究发现，甘薯生育期与甘薯的产量及干物质含量呈正相关，花青素含量则随生育期的延长出现M 形变化。刘中良等[6]研究发现，生育期对甘薯萌芽性及耐贮性均有影响。靳艳玲等[7]研究发现，生育期为130 d时，4个甘薯品种的薯块中可发酵糖含量和单位面积可发酵糖含量均达到峰值。扦插期对甘薯干率、商品薯率等也有显著的影响[8⁃9]。

甘薯中含有多种抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂、单宁、草酸[10⁃11]等，这些抗营养因子会严重阻碍动物对蛋白质和其他营养物质的有效吸收和利用。胰蛋白酶抑制剂与动物小肠中的胰蛋白酶结合，生成无活性的复合物，导致蛋白质消化率和利用率降低[12]。同时，胰蛋白酶抑制剂会引起胰蛋白酶原大量分泌，造成胰腺肥大和增生[13]。单宁和其他营养物质如蛋白质、糖、钙、铜和锌等结合成不溶于水的复合物，这些物质在动物消化道内比较稳定,很难被消化。此外,单宁还能抑制消化酶活性,从而进一步降低营养物质的消化率[14]。草酸被认为是一种抗营养物质和有毒物质[15⁃16]。草酸不仅具有较强的酸性，而且对钙、铁、锰、锌等金属离子具有较强的螯合力,很容易生成不易吸收的草酸盐,不仅阻碍人体对这些必需微量元素的吸收,而且长期积累会导致体内产生结石[17]。

关于胰蛋白酶抑制剂的研究起步较早，主要集中于其分离鉴定及活性测定[18]、摄入后对鼠类的反馈调节[19⁃20]等方面，在甘薯上的研究主要集中于其块根及藤蔓对猪的毒害作用[21]。关于生育期与单宁含量关系的研究在葡萄[22]、牧草[23]等作物上均有报道，葡萄中单宁含量随生育期的延长先上升后下降[22]，牧草中单宁含量随生育期延长先上升后下降再上升[23]。关于生育期与草酸含量的关系在甘草[24⁃25]、水稻[26]等作物中有广泛的研究。甘草的草酸含量随生育期的延长呈先上升后下降的趋势[24⁃25]，草酸含量随水稻生长发育不断上升[26]。而目前关于生育期对甘薯抗营养因子含量（活性）的影响研究尚未见报道。为此，对12个甘薯品种抗营养因子含量（活性）进行分析，并研究生育期对甘薯抗营养因子含量（活性）的影响，以期为调控甘薯抗营养因子含量（活性）措施的制定提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

将试验材料种植于浙江农林大学平山试验基地（18°51'～119°52'E、29°56'～30°23'N）。该地多年平均气温为16.4 ℃，平均年降水量为1 506.0 mm，全年日照时长为1 847.3 h，试验地土壤为砂壤土，排灌能力强，无前茬作物。

本研究所用甘薯品种由浙江农林大学薯类研究所提供，根据薯肉颜色分为4 类，共12 个品种（表1）。

表1 供试甘薯品种信息Tab.1 Information of tested sweet potato varieties

1.2 试验设计

试验分三部分，第一部分研究相同生育期下12个甘薯品种抗营养因子含量（活性）的差异。每个品种重复3次，随机排列，小区面积16 m2（4 m×4 m），行距50 cm、株距25 cm，统一大田管理。甘薯于6月23日扦插，10月23日收获，生育期120 d。

第二部分研究相同扦插期、不同收获期下不同甘薯品种抗营养因子含量（活性）的差异。所有材料均于5 月1 日扦插，分别于7 月20 日、8 月10 日、9月1 日、9 月20 日、10 月10 日收获，生育期分别为80、100、120、140、160 d。每个品种重复3 次，随机排列，小区面积16 m2(4 m×4 m)，行距50 cm、株距25 cm，统一大田管理。

第三部分研究不同扦插期、相同收获期下不同甘薯品种抗营养因子含量（活性）的差异。分别于5月1 日、5 月20 日、6 月10 日、7 月1 日、7 月20 日扦插，所有材料均于10 月10 日收获，生育期分别为160、140、120、100、80 d。每个品种重复3 次，随机排列，小区面积16 m2(4 m×4 m)，行距50 cm、株距25 cm，统一大田管理。

1.3 测定项目及方法

挑选大小均一、形状相近的无病虫害的甘薯块根，洗净切片后冷冻干燥，磨粉，过孔径160 μm筛，然后于-10 ℃冰箱中保存，用于草酸含量、单宁含量和胰蛋白酶抑制剂活性的测定。其中，草酸含量的测定参考张继民等[27]的方法；单宁含量的测定参考伍云卿等[28]的方法；胰蛋白酶抑制剂活性的测定参考标准NY/T 1103.2—2006[29]。

1.4 数据分析

试验数据使用Excel 2013处理并作图，采用SPSS 19.0组间连接法（Between⁃groups）进行系统聚类。

2 结果与分析

2.1 不同甘薯品种块根抗营养因子差异分析

由表2 可知，3 个紫薯品种块根的草酸含量、单宁含量均显著高于其他薯肉颜色品种。其中，浙紫薯1号块根的草酸含量最高，为558.36 mg/kg，心香块根的草酸含量最低,为118.50 mg/kg；越南紫薯块根的单宁含量最高，为7.10 mg/g,心香块根的单宁含量最低，为2.57 mg/g；心香块根的胰蛋白酶抑制剂活性最高，为1 728 TIU/g，浙紫薯1号块根的胰蛋白酶抑制剂活性最低，为820 TIU/g。

表2 不同甘薯品种块根抗营养因子含量（活性）差异Tab.2 Differences of anti-nutrient factor content（activity）of tubers of different sweet potato varieties

续表2 不同甘薯品种块根抗营养因子含量（活性）差异Tab.2（Continued） Differences of anti-nutrient factor content（activity）of tubers of different sweet potato varieties

由图1可见，根据抗营养因子含量（活性），12个甘薯品种可分为4 类：越南紫薯、浙紫薯3 号为第Ⅰ类，其块根中3种抗营养因子含量（活性）均较高，为抗营养因子高活型；浙紫薯1号单独为第Ⅱ类，其块根中草酸及单宁含量较高，但胰蛋白酶抑制剂活性较低，即单胰蛋白酶抑制剂低活型；徐薯22、浙薯259、浙薯75 等7 个品种为第Ⅲ类，其块根中抗营养因子含量（活性）处于12个品种的中间水平，此类品种为抗营养因子中活性型；广薯87 和浙薯13 为第Ⅳ类，其块根中3种抗营养因子含量（活性）均较低，为抗营养因子低活型。综合考虑草酸含量、单宁含量、胰蛋白酶抑制剂活性，挑选出心香、浙薯75 两个块根中抗营养因子含量（活性）较低的品种，根据薯肉颜色、市场推广度等情况，又挑选越南紫薯共3个品种作为后续研究材料。

2.2 生育期对甘薯块根草酸含量的影响

由图2 可知，相同扦插期、不同收获期下，3 个甘薯品种块根的草酸含量在不同生育期间差异明显，草酸含量为107.7～884.7 mg/kg。5 月1 日扦插后，生育期小于100 d 时，随生育期的延长，心香及浙薯75块根的草酸含量明显下降；生育期大于100 d 时，随生育期的延长，心香及越南紫薯块根的草酸含量总体上逐渐上升，而浙薯75块根的草酸含量先上升后下降。浙薯75 块根的草酸含量在生育期100 d 与160 d 间差异不显著。因此，3 个甘薯品种在5月1日扦插、8月10日收获，即生育期为100 d时控制块根草酸含量效果最好。

由图3 可知，不同扦插期、相同收获期下，3 个甘薯品种块根的草酸含量在不同生育期间差异明显，草酸含量为178.1～884.7 mg/kg。随扦插期的提前，生育期增加，心香块根的草酸含量先下降后上升，在生育期为120 d 时最低，160 d 时最高；越南紫薯块根的草酸含量先上升后下降再上升，在生育期为140 d 时最低；浙薯75 块根的草酸含量在生育期为100 d时达最高，之后逐渐下降。综上，3个甘薯品种同时在10 月10 日收获时，5 月20 日扦插，即生育期为140 d时块根草酸含量控制效果最好。

综上，生育期相同时，不同扦插期处理与不同收获期处理间存在部分差异：与不同收获期处理相比，不同扦插期处理越南紫薯在生育期为140 d 时块根草酸含量明显下降，浙薯75 在生育期为100 d时块根草酸含量明显上升。

2.3 生育期对甘薯块根单宁含量的影响

由图4 可知，相同扦插期、不同收获期下，3 个甘薯品种块根单宁含量在不同生育期间存在明显差异，单宁含量为2.3～8.4 mg/g。随着生育期的延长，心香、越南紫薯、浙薯75块根的单宁含量先下降后上升。3个甘薯品种在5 月1 日扦插、9 月1 日收获，即生育期为120 d时控制块根单宁含量效果最好。

由图5 可知，不同扦插期、相同收获期下，3 个甘薯品种块根的单宁含量在不同生育期间存在明显差异，单宁含量为2.3～8.9 mg/g。控制10月10日收获，随扦插期的提前，生育期延长，心香块根的单宁含量先下降后上升；越南紫薯、浙薯75 块根的单宁含量均呈先上升后下降再上升的趋势。当3个甘薯品种6 月10 日扦插，生育期为120 d 时，控制块根单宁含量的效果最好。

综上，生育期相同时，不同扦插期处理与不同收获期处理间存在部分差异：与不同收获期处理相比，不同扦插期处理越南紫薯块根的单宁含量在生育期为160 d时出现下降趋势。

2.4 生育期对甘薯块根胰蛋白酶抑制剂活性的影响

由图6 可知，相同扦插期、不同收获期下，3 个甘薯品种块根胰蛋白酶抑制剂活性在不同生育期间存在明显差异，胰蛋白酶抑制剂活性为444～747 TIU/g。5 月1 日扦插后，随生育期的延长，心香、浙薯75块根的胰蛋白酶抑制剂活性先上升后下降；越南紫薯块根的胰蛋白酶抑制剂活性呈下降趋势。3个甘薯品种5 月1 日扦插、10 月10 日收获，即生育期为160 d 时控制块根胰蛋白酶抑制剂活性效果最佳。

由图7 可知，不同扦插期、相同收获期下，3 个甘薯品种块根胰蛋白酶抑制剂活性在不同生育期间存在明显差异，胰蛋白酶抑制剂活性为321～630 TIU/g。控制10月10日收获，随扦插期提前，生育期延长，3 个甘薯品种块根的胰蛋白酶抑制剂活性均呈W 形变化趋势。心香、越南紫薯、浙薯75于7月1日扦插，生育期为100 d 时控制块根胰蛋白酶抑制剂活性效果最好；越南紫薯、浙薯75 于5 月20 日扦插，生育期为140 d 时控制块根胰蛋白酶抑制剂活性效果也较好，与7 月1 日扦插、生育期为140 d 时差异不显著。

综上，生育期相同时，不同扦插期处理与不同收获期处理间存在部分差异：与不同收获期处理相比，不同扦插期处理3 个甘薯品种块根胰蛋白酶抑制剂活性均在生育期100 d 时下降、生育期160 d 时上升。

3 结论与讨论

研究发现，不同大豆品种中抗营养因子含量不同[30]。本研究发现，不同甘薯品种抗营养因子含量（活性）间存在明显差异，这与OBOH 等[31]研究结果类似。本研究通过聚类分析，将12个甘薯品种分为4种类型：抗营养因子高活型、单胰蛋白酶抑制剂低活型、抗营养因子中活型、抗营养因子低活型。同时本研究发现，甘薯块根抗营养因子含量（活性）差异与薯肉颜色间存在规律，3 种紫薯块根的草酸及单宁含量均较高，浙薯20、浙薯75、徐薯22、商薯19这4 种白心甘薯块根草酸及单宁含量均较低；浙薯13、心香、广薯87 这3 种黄心甘薯块根草酸及单宁含量最低。

控制生育期是农学上常见且有效的一种处理方式，生育期的差异会带来积温、降水、日照时间等多方面的差异[32]。前人研究发现，不同生育期会影响甘薯的产量、干率、花青素含量[7]等指标。生育期可通过延后收获期及延后扦插期的方式来控制。本研究发现，相同扦插期、不同收获期下，当生育期大于100 d 时，心香及越南紫薯块根草酸含量随生育期的延长总体上逐渐上升，浙薯75总体呈下降趋势。相同收获期、不同扦插期下，越南紫薯块根的草酸含量随生育期延长呈先上升后下降再上升的趋势；心香块根草酸含量随生育期延长先降低后升高，在生育期为120 d时最低；浙薯75块根的草酸含量随生育期延长先升高后降低，在生育期为100 d时最高。

本研究发现，相同扦插期、不同收获期下，心香、越南紫薯、浙薯75 三个甘薯品种块根的单宁含量随生育期的延长呈先下降后上升的趋势。相同收获期、不同扦插期下，心香块根的单宁含量随生育期延长先下降后上升；越南紫薯、浙薯75 块根的单宁含量随生育期延长均呈先上升后下降再上升的趋势，这与AL-MASRI 等[33]在橡木叶中的研究结果相似。

本研究发现，相同扦插期、不同收获期下，心香、浙薯75块根的胰蛋白酶抑制剂活性随生育期延长先上升后下降，越南紫薯块根的胰蛋白酶抑制剂活性随生育期延长呈下降趋势，这与ZHANG等[34]的研究结果相同。相同收获期、不同扦插期下，心香、越南紫薯、浙薯75 三种甘薯块根胰蛋白酶抑制剂活性均随生育期延长呈W 形变化趋势。2种方式相同生育期下甘薯块根胰蛋白酶抑制剂活性的差异较大。刘鲁林等[21]发现，甘薯块根胰蛋白酶抑制剂活性与甘薯生长季节、累积降水量、地理位置等有关。推测该差异由生育期内气候因素变化引起。

5 月初为浙江省内扦插甘薯的常见时间，本研究发现，5 月1 日扦插，于8 月10 日至9 月1 日收获，即控制生育期为100～120 d，该较短的生育期能明显控制甘薯块根内草酸及单宁的含量；10 月10 日收获，即生育期为160 d，该较长的生育期能明显控制甘薯块根内胰蛋白酶抑制剂活性。若生产上扦插较迟，10 月10 日收获，控制扦插期为5 月20 日，即生育期为140 d 时能明显控制甘薯块根内草酸含量及胰蛋白酶抑制剂活性；控制扦插期为6 月10日，即生育期为120 d 时能明显控制甘薯块根内单宁含量。

本研究结果表明，不同甘薯品种块根抗营养因子含量（活性）存在显著差异，其中3 个紫薯品种块根的草酸、单宁含量均显著高于其余甘薯，白心甘薯块根的草酸、单宁含量较低，黄心甘薯块根的草酸、单宁含量最低。