不同大白菜品种矿质元素含量评价

汪 洁，李兆壮，金 宁，金 莉，吕 剑，郁继华,2，刘泽慈

（1.甘肃农业大学园艺学院 兰州 730070； 2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室 兰州 730070）

大白菜（Brassica pekinensis（Lour.）Rupr.）原产于我国北部，19 世纪传入日本及欧美各国，为十字花科（Brassicaceae）芸薹属中以叶球为食用器官的一年生或二年生草本植物，其供应周期长，营养丰富，食用方法多样，深受消费者喜爱，在我国蔬菜生产和日常消费中占重要地位[1-3]。

近年来，随着人们消费水平的提高与蔬菜种植面积的扩大，对于大白菜品种的要求逐渐由产量过渡到营养品质[3]。描述大白菜叶球品质的指标有很多，目前主要集中在维生素C、可溶性蛋白、膳食纤维、可溶性糖以及有机酸含量等指标的研究，对大白菜矿质元素含量的报道较少，各种矿质元素含量间的关系也未见有明确结论[4]。矿质元素是蔬菜作物生理代谢过程中的物质基础和重要调控因子，与蔬菜生长发育及品质形成密切相关[5]。蔬菜矿质元素含量不仅可反映土壤的肥力水平和养分吸收利用率，还可反映作物营养水平与品质，为制定科学的施肥方案提供依据[6-7]。此外，人体必须利用矿质营养元素维持正常的生理代谢，但人体无法自行合成矿质元素，须从果蔬中获取。因此，对大白菜等大宗蔬菜中矿质元素含量测定及各矿质元素间相关性分析显得尤为重要。

目前，对大白菜矿质元素的研究主要集中在单一品种上，很少有关于多个品种之间矿质元素含量综合比较的研究报道。因此，笔者以8 个大白菜品种为试验材料，通过测定K、P、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn 等8 种矿质元素含量，并利用水平分析、相关性分析、主成分分析及聚类分析对大白菜品种和矿质元素间的关系进行分析和合理分类，为科学评价不同大白菜品种矿质营养差异提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

前期田间试验于2021 年6－10 月在甘肃省兰州市榆中县康源农业示范园进行。试验材料（表1）于苗龄30 d 定植，定植时间为7 月15 日，株距25 cm，行距40 cm，栽培期间各材料肥水管理均采用当地常规方法，并于2021 年10 月1 日后采集不同品种成熟期叶球进行后续试验。

表1 供试8 个大白菜品种信息

1.2 试验设计

采用随机区组设计，每个品种3 次重复，每个重复10 株，共240 株。从每个品种中选取3 株大小相同、成熟度相近、无病虫害的大白菜进行试验。

1.3 方法

将大白菜的外叶剥去，以防止外来杂质的干扰。整个叶球从生长点到底部垂直分成4 等份，105 ℃杀青，80 ℃烘干，用植物组织粉碎器进行研磨，用孔径0.25 mm 的筛子过筛，装入自封袋备用。采用原子吸收光谱法[8]测定K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和Zn 元素含量；采用钼锑抗比色法[9]测定P元素含量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 对不同品种大白菜叶球中各元素含量数据进行整理，利用SPSS26.0软件对数据进行水平分析、相关性分析、主成分分析和系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 大白菜叶球矿质元素含量的水平分析

由图1 可知，8 个品种大白菜中紫宝5 号K 和Ca 元素含量均最高，均显著高于其他7 个品种，且所有品种中K 元素含量均高于其他元素（除P 元素）含量；依据P 元素含量将8 个品种分为3 个高P品种和5 个低P 品种，其中以娇娃P 元素含量最高，HC104 最低；Mg 元素含量以秋欢最高，且显著高于其他7 个品种。

图1 8 个品种大白菜叶球大量元素含量

由图2 可知，8 个品种间Cu 元素含量以HC104 最高，且显著高于其他7 个品种；Fe 元素含量以中娃-1 最高，且显著高于其他7 个品种；Mn 元素含量以紫宝5 号最高，且显著高于其他7 个品种；Zn 元素含量以秋欢最高，且显著高于除紫宝5号外其他6 个品种。这表明同一矿质元素含量在不同品种间存在一定差异。

图2 8 个品种大白菜叶球微量元素含量

由表2 可知，在测得的8 种矿质元素中，大量元素含量表现为K＞P＞Mg＞Ca，且Ca 和Mg 含量相近，而微量元素含量表现为Fe＞Zn＞Mn＞Cu，Cu 元素含量的最大值均低于其他微量元素的最小值。在供试8 个品种大白菜叶球的矿物质含量中，Fe 含量变异系数最大，为72.47%；Ca 含量变异系数最小，为9.62%；矿质元素含量系数介于9.62%～72.47%之间，为中等变异强度。

表2 大白菜叶球8 种矿质元素含量

2.2 大白菜叶球矿质元素的相关性分析

利用Person 相关性分析对大白菜叶球中8 种矿质元素含量进行分析。由表3 可知，K 含量与Ca、Mg 含量呈极显著正相关，与Zn 含量呈正相关，与Cu 含量呈负相关，与P 含量呈显著负相关，与Fe、Mn 含量呈极显著负相关；P 含量与Fe、Mn 含量呈正相关；Ca 含量与Mg 含量呈极显著正相关，与Fe、Mn 含量呈负相关，与Cu、Zn 含量呈显著负相关；Mg 含量与Zn 含量呈极显著正相关，与Fe、Mn含量呈负相关，与Cu 含量呈极显著负相关；Cu 含量与Fe、Mn 含量呈负相关，与Zn 含量呈极显著负相关；Fe 含量与Zn 含量呈正相关，与Mn 含量呈极显著正相关；Mn 含量与Zn 含量呈正相关。这表明大白菜叶球中矿质元素含量关系复杂。

表3 大白菜矿质元素含量相关性分析

2.3 大白菜叶球矿质元素含量的主成分分析

对8 个大白菜品种的8 种矿质元素含量进行分析，由表4 可知，依据特征值大于1 的原则，提取出了3 个主成分，累计方差贡献率达89.13%。因此，对大白菜矿质元素含量由3 个主成分进行评价，实现了降维的目的。

表4 大白菜矿质元素含量因子分析

2.4 大白菜叶球矿质元素含量的综合评价

由表5 可知，主成分1 中，载荷值绝对值大于0.5 的 有K（0.818）、Ca（0.841）、Mg（0.890）、Cu（-0.733）、Mn（0.833）和Zn（0.813）等含量，说明这些指标是主成分1 的主要评价指标，其中K、Ca、Mg、Mn 和Zn 含量的载荷值为正值，对主成分1 的贡献最大；主成分2 中，载荷值绝对值大于0.5 的有K（-0.555）和Fe（0.876），说明这两种元素含量是主成分2 的主要评价指标；主成分3 中载荷值绝对值大于0.5 的仅P（0.866），则表明P 元素含量对主成分3 的影响最大。因为总方差中1/2 以上的贡献来自第1 主成分，因此可认为K、Ca、Mg、Mn 和Zn 是大白菜叶球的特征性矿质元素。

表5 大白菜矿质元素含量的主成分载荷矩阵及特征向量

上述3 个函数表达式中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8分别为标准化的K、P、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 及Zn 含量，以3 个主成分对应的方差贡献率作为权重，由主成分得分和对应的权重线性加权求和得到综合评价函数如下：Y=0.524Y1+0.215Y2+0.152Y3。

根据表6 所示，根据上述主成分综合评价函数，计算出8 个大白菜品种8 种矿质元素的综合得分（Y）和排序。综合得分由高到低依次为紫宝5 号、秋欢、中娃-1、紫裔、迷你小巧、娇娃、荃美和HC104。

表6 大白菜矿质元素因子分析的综合得分与排名

2.5 大白菜叶球矿质元素含量的聚类分析

运用系统聚类分析法将8 个大白菜品种8 种矿质元素含量划分为不同类群，以便对品种进行相似性评价。如图3 所示，以相对距离为5 作为划分依据，8 个品种被划分为3 类，第一类包含品种娇娃、HC104、中娃-1、迷你小巧和荃美，这类品种平均排名靠后，除中娃-1，其他4 个品种品质较低；第二类包含品种紫裔和秋欢，这类品种的8 种矿质元素的平均含量均排名较高且品质较好；第三类为紫宝5 号品种，其排名最高，品质最好，富含K、Ca、Mg和Mn 元素。聚类分析结果与主成分分析结果相近。

图3 不同品种大白菜叶球矿质元素含量聚类分析

3 讨 论

大白菜是十字花科作物中最具有经济价值的物种之一，富含K、Na、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe、P 等矿物质[11]。矿质元素是评价蔬菜品质的重要方面，对人体健康具有重要作用[12]。缺K 会使人体电解质发生紊乱，导致低钾血症的发生[13]。P 和Mg 是骨骼和牙齿的基本成分，维持体内的酸碱平衡[14-15]。缺Ca 则会诱发软骨病和痉挛的发生[16]。而微量元素Cu、Fe、Mn 和Zn 等不仅参与人体中酶的组成，对激素、维生素和蛋白质的合成和代谢也有重要作用[17]。

蔬菜作为人体获取矿物质的安全来源，分析矿物质含量十分必要[18]。前人研究表明，在不同类型或不同品种蔬菜中，其同一矿质元素含量差异较大[19-20]，如辣椒及辣椒籽中微量元素含量为Ca＞Fe＞Zn＞Cu＞Mn[21]；白屈菜中矿质元素含量是N＞P＞Ca＞K＞Mg，白屈菜对不同矿质元素的富集能力不同，在整个植株中其地上部富集能力较地下部更强[22]；黄花菜中富含Na、Ca、K、Mg 元素，祁东黄花菜矿质元素含量是P＞K＞Ca＞Mg＞Na＞Zn＞Fe＞Mn[23]；葫芦科蔬菜中K、Ca 和Mg 元素的含量较高，而Na、Fe、Cu、Zn 和Mn 元素的含量较低[24]。在笔者的研究中，大白菜8 种矿质元素含量排序为K＞P＞Mg＞Ca＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu，且部分矿质元素含量在不同品种间差异较大。笔者的研究结果反映了大白菜矿质元素之间的相关性，有助于研究筛选优良种质。笔者研究中选择1 个K 含量高的品种，其Ca、Mg、Zn 含量也相对较高；选择1 个Ca 含量高的品种，其Mg含量也相对较高；选择1 个Fe 含量高的品种，其Mn 含量也相对较高。不同大白菜品种矿质元素含量的结果分析，为人们选择合适品种、平衡矿质营养元素摄入量提供参考，也对科学施肥提供一定的理论依据。

目前，因子分析与聚类分析已广泛应用于辣椒[25]、花椰菜[26]、茄子[27]、苹果[28]、杧果[29]等果蔬品质分析中。因子分析可从众多变量中找出具有代表性的共性因子，其前提是变量之间存在一定的相关性。主成分和原始指标的相关系数为主成分载荷值，它可体现原始指标与主成分之间的相关性，且载荷值绝对值越接近于1，表明相关性越强[30]。笔者研究中大白菜叶球中矿质元素间具有复杂的相关性，利用因子分析可将8 种矿质元素指标进行简化，最终筛选出K、Ca、Mg、Mn 和Zn 元素作为评价大白菜叶球营养品质的特征性矿质元素。进一步分析得到，紫宝5 号、秋欢和中娃-1 这3 个大白菜种质综合得分排序在前，说明这3 个品种的矿质元素含量更为丰富。

4 结 论

综上所述，大白菜中8 种矿质元素的平均含量由高到低依次为K＞P＞Mg＞Ca＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu。K含量与Ca、Mg 含量呈极显著正相关，与P 含量呈显著负相关，与Fe、Mn 含量呈极显著负相关；Ca 含量与Mg 含量呈极显著正相关，与Cu 含量和Zn 含量呈显著负相关；Mg 含量与Cu 含量呈极显著负相关，与Zn 含量呈极显著正相关；Cu 含量与Zn 含量呈极显著负相关；而Fe 含量与Mn 含量呈极显著正相关。K、Ca、Mg、Mn 和Zn 含量是大白菜叶球的特征性矿质元素。8 个大白菜品种可分为3 类，第一类（除中娃-1）为低矿质元素品种，包含娇娃、HC104、迷你小巧和荃美；第二类为中等矿质元素品种，包含紫裔和秋欢；第三类为高矿质元素品种，为紫宝5 号，其K、Ca、Mg 和Mn 元素含量高。按照主成分分析综合得分由高到低8 个不同品种排名依次为紫宝5 号、秋欢、中娃-1、紫裔、迷你小巧、娇娃、荃美和HC104。笔者的研究结果可为大白菜品质评价与消费提供一定参考。