菠菜种质资源营养品质分析与评价

李晗懿，彭枫，张力劼，李阳，戴雨柔，葛晨辉，蔡晓锋，

（1.上海师范大学生命科学学院植物种质资源开发协同创新中心，200234；2.上海尚师农业科技有限公司）

菠菜（Spinacia oleraceaL.）又名波斯菜、赤根菜、鹦鹉菜等，苋科藜亚科菠菜属植物，一二年生草本植物[1，2]。 菠菜对环境的适应性强且广，具有供应期长、栽培方式多样等优点，可实现周年栽培和供应， 作为鲜食和加工种质在各个国家广泛种植，现已成为我国最常见、 群众食用最广泛的蔬菜之一，同时也是我国出口创汇的主要蔬菜之一。

菠菜含有很多对健康有益的化合物，有“营养模范生”之称，是蛋白质含量较高的一种蔬菜，富含类叶酸、胡萝卜素、维生素C、维生素K、矿物质（钙质、铁质等）、辅酶等多种营养素[3]。但研究表明菠菜也是一种硝酸盐、草酸累积性蔬菜。 硝酸盐在胃中易产生亚硝胺，而亚硝胺具有强烈的致癌作用[4]。草酸不仅影响人体对钙、 镁和锌等矿质元素的吸收，而且在人体中容易与钙离子形成草酸钙，导致肾结石[5]。

菠菜是营养含量较高、 易于种植的常见蔬菜，研究菠菜种质资源的抗逆能力和营养品质分析等有利于筛选出性状优良的种质，为菠菜的优质栽培提供依据。 张南[6]测定了具有耐寒性差异的菠菜种质在低温胁迫处理下的多项指标，从而制定一套综合评价菠菜耐寒性的体系。沈丹婷等[7]对不同来源、市场上常见的14 份菠菜种质资源不同生长时期的耐热性进行测定发现，菠菜种子的萌发期和苗期的耐热性并无显著关系。何海华[8]在40 份菠菜种质资源中，利用盆栽法与水杨酸法，筛选出不同氮素水平下的低硝酸盐种质。 李锡香等[9]对来自神农架和三峡地区的42 个菠菜种质材料的营养含量进行鉴定，筛选出营养品质好的多个种质，为菠菜的优质栽培提供依据。

随着消费者对高品质蔬菜的要求不断提高，优质栽培日益受到重视， 而优良种质是高质量栽培的基础。 菠菜作为营养含量较高、 易于种植的常见蔬菜，其栽培技术、抗逆能力等方面的研究较多，而营养品质具体分析方面仍有较大空白[10，11]。 菠菜种质资源的营养品质分析有利于筛选营养含量丰富的种质。为评价菠菜核心种质资源的营养品质，现对150 份菠菜种质资源进行营养成分测定和比较分析，以筛选出营养品质含量丰富，硝酸盐、草酸等含量低的种质，为菠菜的优质新种质选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为上海师范大学种质资源中心园艺系蔬菜课题组收集并保存的150 份菠菜种质资源，所有材料均为该课题组多年来选育的中间材料或高代自交系 （表1）。

表1 菠菜种质资源营养品质多样性分析

1.2 试验方法

2020年9月29日播种育苗，基质为草炭和蛭石（3∶1），催苗处理，育苗初期2～3 d 浇1 次水。2 叶1 心后每天浇1 次水，3 d 施1 次氮、 钾肥；5～6 片真叶时，移植在大棚中。 成熟后，以每个种质资源为单位，随机选取长势相近的植株样品，去根洗净后冷冻研磨，置于冰箱中备用。

1.3 菠菜品质指标测定

维生素C 和可溶性蛋白含量测定参考林力浩[12]的方法，草酸含量测定参考Cai 等[5]的方法，硝态氮含量测定参考赵丽辉等[13]的方法，可溶性糖含量测定参考齐敏等[14]的方法。

1.4 数据分析

采用Excel 计算各个营养指标的平均值、 最小值、最大值、标准差、变异系数、遗传多样性指数等。利用SPSS 23 进行相关性与聚类分析，采用系统聚类组间聚合的方法对150 份菠菜种质进行聚类，采用平方欧式距离绘制聚类分析图。

采用隶属函数法对菠菜种质进行综合评价，分别对菠菜的优良品质指标（维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量） 和不良品质指标（草酸和硝酸盐含量）计算平均隶属函数值，并计算二者间的差值，差值越大，表明该种质含有较高的维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖，以及相对较低的草酸、硝酸盐含量[14]。隶 属 函 数 值 计 算 公 式 为W=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），Xmax和Xmin为某个指标的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 营养品质分析

①维生素C 150 份菠菜种质的维生素C 含量在170.29～422.26 mg/kg，平均值为290.27 mg/kg，标准差为49.29，变异系数较大，为16.98%（表2）。种质C133 的维生素C 含量最高，达422.26 mg/kg，其次表现较优的（＞380 mg/kg）种质是C275、C169、C314、U59、U327、C253。 表现最差的是U269，维生素C 含量为170.29 mg/kg，低于均值41.34%。

②可溶性蛋白 150 份菠菜种质的可溶性蛋白含量在15.41～36.73 mg/g， 平均值为23.50 mg/g，标准差为2.53，变异系数为10.75%（表2）。种质C242的可溶性蛋白含量最高，达36.73 mg/g，其次表现较优的（＞27 mg/g） 是SP -6、U74、U303、C270、U32、U65。表现最差的是U18，可溶性蛋白含量15.41 mg/g，低 于 均 值34.47%。

③可溶性糖 150 份 菠菜种质的可溶性糖含量在4.30%～10.85%，平 均 值 为6.69%， 标准差为1.34，变异系数为20.09%（表2）。种质U27 的可溶性糖含量最高，达10.85%，其次表现较优的（＞9%）是U58、C105、SP-1、U48、U333、U269、C314。 表现最差的是C271，可溶性糖含量为4.30%，低于均值35.82%。

④草酸 150 份菠菜种质的草酸含量在21.45～29.18 mg/g，平均值为25.66 mg/g，标准差为1.52，变异系数较小，为5.94%（表2）。种质U7 的草酸含量最低，为21.45 mg/g，其次较低的（＜23 mg/g）是C302、U58、U132、U10、U187。 含量最高的是U223，草酸含量为29.18 mg/g，高于均值13.72%。

⑤硝态氮 150 份菠菜种质的硝态氮含量在91.16～597.39 μg/g， 均值308.24 μg/g， 标准差为105.40，变异系数较大，为34.19%（表2）。种质U141的硝态氮含量最低， 为91.16 μg/g， 其次较低的（＞120 μg/g）是U94、C132、C240、U290、C169。 含量最高的是U292，硝态氮含量高达597.39 μg/g，高于均值93.81%。

表2 菠菜种质资源营养品质多样性分析

综合分析，营养品质指标中硝态氮的变异系数最大（34.19%），草酸的变异系数最小（5.94%），变异系数顺序为硝态氮＞可溶性糖＞维生素C＞可溶性蛋白＞草酸（表2）。 应选维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量较高，而硝态氮、草酸含量较低的菠菜种质。

测定结果表明，150 份菠菜种质的遗传多样性指数在1.873～2.078，多样性丰富（表2）。

2.2 菠菜种质资源隶属函数值分析

菠菜的营养品质要考虑多方面因素，利用平均隶属函数值对菠菜的优良品质指标和不良品质指标进行综合分析。结果表明优良指标平均隶属函数值的变异区间为0.149～0.705，均值为0.407，标准差为0.093； 不良指标平均隶属函数值的变异区间为0.074～0.904， 均值为0.486， 标准差为0.154 （表3）。

表3 菠菜种质平均隶属函数分析

用优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值作差，差值越大，说明该种质的维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量高，同时草酸、硝态氮含量低，其营养品质越优。 差值越小，说明该种质的有益元素含量少，而有害元素含量高，营养品质越差。

150 份菠菜种质的优良指标和不良指标的平均隶属函数值差值的变异区间在-0.595～0.364， 均值为-0.080，标准差为0.210（表3）。表现最好、营养品质最优的是C133， 综合平均隶属函数值为0.364；其次较优的是C302 和C132，综合隶属函数分别为0.350 和0.345 （表4）； 此 外，C314、U141、C169、C275、U59 和C299 也表现良好 （综合隶属函数在0.20～0.30）。

表4 营养品质较优种质平均隶属函数值

2.3 菠菜种质资源营养品质相关性分析

通过对150 份菠菜种质的5 个营养指标进行相关性分析，能够看到各指标的内在联系，从而通过对某一营养指标的选择来影响另一营养指标。

分析结果（表5）表明，维生素C 与可溶性蛋白含量呈极显著正相关，与草酸、可溶性糖、硝态氮呈极显著负相关； 可溶性蛋白与可溶性糖呈极显著负相关，与草酸呈显著负相关； 可溶性糖与草酸、硝态氮呈微弱负相关；草酸与硝态氮呈微弱正相关。

表5 菠菜种质资源各营养指标的相关性分析

2.4 菠菜种质资源聚类分析

基于5 个营养品质指标对150 份菠菜核心种质资源进行聚类分析（图1）。 在距离为8 处聚为7 个组群， 不同组群的营养品质指标具有一定差异。

图1 150 份菠菜种质资源聚类分析

第1 组群最大， 包含58 份材料，占比38.67%，主要特点是综合品质指标平均隶属函数值位居中等水平，整体营养品质一般。

第2 组群包含13 份材料，主要特点是优良品质指标含量较高，不良品质指标含量较低，综合品质指标属中上游，营养品质较好。

第3 组群包含38 份材料，主要特点是优良品质指标含量属中等水平， 硝态氮含量较低， 综合品质指标平均隶属函数较低属中游水平，营养品质中等。

第4 组群包含1 份材料，为U269，主要特点是维生素C 含量最低，可溶性糖含量较高，草酸和硝态氮含量较低，综合平均隶属函数低于均值，营养品质属中游水平。

第5 组群包含1 份材料，为C169，主要特点是维生素C 含量较高，可溶性蛋白、可溶性糖含量、草酸含量和硝态氮含量远低于均值，综合平均隶属函数较高，函数值位居第6，营养品质好。

第6 组群包含6 份材料， 主要特点是优质品质指标（维生素C、可溶性糖含量）均较低，不良品质指标（草酸与硝态氮）含量远高于均值，隶属函数值极高，综合品质指标平均隶属函数低，营养品质差。

第7 组群包含33 份材料， 主要特点是维生素C 含量较低， 优良品质指标平均隶属函数较低；草酸、硝态氮含量较高，不良品质指标平均隶属函数较高，营养品质较差。

3 讨论与结论

本研究对150 份菠菜种质资源的营养品质进行检测和综合性分析发现，5 个营养品质指标的变异系数区间为5.94%～34.19%， 其中硝态氮的变异系数最大，其次是可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白和草酸含量。 150 份菠菜种质的维生素C 含量平均值为290.27 mg/kg， 含量超过360 mg/kg 的种质有14 个， 占材料总数的9.33%； 含量超过330 mg/kg的种质有76 个，占材料总数的50.67%。 可溶性蛋白含量平均值为23.50 mg/g， 含量超过26 mg/g 的有15 个，占材料总数的10%。可溶性糖含量平均值为6.69%，含量高于8.5%的有17 个，占材料总数的11.33%。 草酸含量平均值为25.66 mg/g，含量低于23 mg/g 的有6 个，占材料总数的4%；低于24 mg/g的有22 个， 占比14.67%， 硝态氮含量均值为308.24 μg/g，含量低于120 μg/g 的有6 个，占材料总数的4%；低于200 μg/g 的有19 个，占比12.7%。检测的菠菜种质各营养指标变异丰富，为后期筛选优质菠菜品种提供良好的材料基础。

与张瑞等[15]对崇明岛有机栽培菠菜的12 个种质的品质分析结果相比，本试验数据结果的变异区间较大，本研究的150 份菠菜种质的优良营养品质指标的均值低于崇明岛有机栽培菠菜的种质，不良营养品质指标的均值高于崇明岛的种质，总体质量低于崇明岛种质。导致这种结果的原因可能是张瑞等[15]试验研究的12 个种质为已经推广使用的优质种质，而本试验的150 个菠菜种质品质多样，具有明显的营养品质梯度。

本试验将菠菜的营养品质指标分为优良品质指标（包括维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量）和不良品质指标（包括草酸、硝酸盐含量）2 个方面[14]，采用模糊数学隶属函数法进行综合评价。 150份菠菜种质的优良指标和不良指标的综合平均隶属函数值的变异区间在-0.595～0.364，均值为-0.080，表现最好、营养品质最优的是C133，其次较优 的 是C302、C132、C314 和U141。 此 外，C169、C275 和U59 也表现较为良好。

基于5 个营养品质指标对150 份菠菜种质的聚类分析，在距离为8 处聚为7 个组群，包含2 个小组群，5 个大组群。 分类汇总各个组群的主要特点，总结出不同组群的各个营养品质指标具有一定差异特征。 C133 位于第2 组群，其营养品质优良，显著优于其他种质，为150 份菠菜种质资源中的最优种质，且该组群中各种质营养品质均较优，可作为优质种质资源加以利用。