不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的差异性

陈 涵，胡慧云，程建峰，黄英金，毛晓嵘，徐小明，曾研华

（1.江西农业大学农学院，江西 南昌 330045；2.江西兴安种业有限公司，江西 横峰 334300）

甘薯（Ipomoea batatasLam.）又名番薯、红苕、红薯、山芋、白芋、地瓜和白薯等，为旋花科（Convolvulaceae）番薯属（Ipomoea）1 年或多年蔓生双子叶草本植物，性喜温，不耐寒，是喜光的短日照作物[1-3]。甘薯作为一种杂粮作物，具有高产稳产、耐热抗旱、适应性强及营养丰富等特点，是世界卫生组织推荐的最佳食物，兼具粮食、经济作物的功能，用途广泛，可用作鲜食、淀粉加工、食品加工、叶菜和观赏等，已成为世界上重要的粮食、饲料及工业、食品原料、园艺等作物[4-6]。甘薯的品种繁多，分类方式有多种，根据肉质颜色可分为白色、黄色、红色、粉红色、橘红色、紫色和五彩等，根据用途可分为食用型、食品加工型、淀粉加工型、茎叶菜用型、保健色素型和饲用型等[7-8]。甘薯除含有丰富的碳水化合物外，还含有膳食纤维、多糖、多酚、维生素、矿物质、糖蛋白和花青素等功能活性成分，具有健脾、强肾、防癌、抗癌、抗衰老、抗氧化、调节肠道菌群、增强机体免疫能力和防治心血管病等保健功能和药用价值[3，9-11]。近年来，随着薯类作物主食化的提出，甘薯的消费市场逐步扩大，其所具有的营养成分以及保健功能也逐渐受到人们的青睐和重视，由传统概念上解决饥饿的粗粮转变为具有多种功效的营养保健食品[12-14]。

人类至今为止从自然界中发现了92 种元素及300多种同位素，其中具有生物效应（丰缺对动植物和人类的遗传、生长发育、新陈代谢有着重要的影响）的元素有47 种[15-16]。农业化学一般分为植物营养元素、有益元素和重金属有毒元素[17]。植物营养元素是对植物生长发育起直接作用的必需元素[18]，目前有19种，其中铁、锌、锰和铜也是动物和人体必需的微量元素，如铁具有造血功能，参与血红蛋白的生成及细胞色素和各种酶的合成，在血液中运输和携带营养物质[19-20]；锌能提高免疫力，保持味觉平衡，保证胃肠道的营养菌群处于正常状态，维护视力，保持肝脏代谢[20-22]。植物有益元素是指虽非植物必需但对一些植物生长具有良好作用的元素，主要有硒、钴和铝等[17]。其中，硒被誉为人类的“健康窗口元素”“长寿元素”“抗癌之王”“心脏守护神”“生命的火种”“天然解毒剂”和“明亮使者”等[23-26]。重金属有害元素是指有些少量或过量存在时对植物有害的元素，如重金属镉、铅、铬、汞和非金属砷等[27-28]。甘薯收获的产品器官为生长在土壤中的块根，全生育期都被土壤包裹着，与绝大多数产品器官暴露在空气中的地上部不同，大大减少了各类元素的长距离运输与分配，使得甘薯块根中的矿质元素与土壤中的元素密切相关，即表现出对土壤元素的特定自然富集能力[29-36]。陆国权等[37]研究发现，21个甘薯品种（系）的5 个产地200 多份样品中的铁、锌、钙和硒含量存在明显的基因型差异。廖青等[38]研究发现，广西壮族自治区10个主栽甘薯品种中的桂紫薇薯1 号自然富硒能力最强。黄婷等[39]研究发现，7 个甘薯品种在大田中对硒的富集能力差异明显，富硒能力最强的品种为徐薯18 号，其次为高系14 号，富硒能力最差的品种为宁紫薯。目前，有关甘薯对自然元素富集能力的研究主要集中于硒元素[37-41]，极少关注铁、锌和钙等其他有益元素[42]，对有害元素的研究主要集中于镉和铬[43-45]，尚未见同时对多个有益和有害元素进行系统研究的报道。为此，以16个在生产上广泛种植的不同基因型甘薯为材料，首先测定和分析了不同甘薯基因型块根中的铁、锌、硒、镁、镉、铬、铅、汞和砷元素含量与累积量的差异，并采用模糊隶属函数法、熵权优劣解距离法和模糊综合评判法对不同基因型甘薯的自然富集元素能力进行综合评价，从而阐明不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的差异，明确高富集有益元素和低富集有害元素的甘薯基因型，为高产优质营养安全甘薯品种的遗传改良和生产种植提供理论依据及实践指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021 年3—11 月在江西省横峰县港边乡善塘村进行，选择适宜甘薯高产栽培的地块，土层深厚，肥力中上等且较均匀，富含有机质，疏松、通气，排灌方便，前作为油菜的砂壤地或砂性地。土壤含硒0.35 mg∕kg、铁24315.4 mg∕kg、镁483.6 mg∕kg、锌196.0 mg∕kg、镉0.11 mg∕kg、铬28.0 mg∕kg、铅25.0 mg∕kg、汞0.038 mg∕kg、砷9.38 mg∕kg。

供试甘薯为兼用型甘薯广薯87（对照），淀粉型甘薯苏薯29、龙薯10号、烟薯1915、赣薯203、赣薯3号和济薯25，鲜食型甘薯浙紫3号、赣渝3号、徐紫8号、赣薯6 号、龙薯9 号、心香、赣K06、湛薯16 和普薯32（西瓜红），所有品种均由江西省农业农村厅农业技术推广总站提供。

1.2 试验设计

试验采用随机区组排列，3 次重复，重复间过道宽1.0 m，试验四周保护区宽2.0 m。小区长3.5 m、宽4.0 m，4 行区。采用机械起垄、人工栽插方式种植，单垄单行。3 月育苗，于2021 年5 月21 日栽插，栽插密度为60 000 株∕hm2，11 月9 日收获。栽培管理按农户常规管理进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量 收获时，在每垄中部连续挖取10株计算块根产量。

1.3.2 元素含量 收获测产后，按小区采集甘薯地下块根并编号，随后带回实验室对甘薯样品进行分块烘干处理，烘干后研磨成粉，过0.074 mm 尼龙筛，采用电感耦合等离子体质谱法（GB 5009.268—2016）测定样品中的铁、锌、硒、镁、镉、铬、铅、汞和砷元素含量[46]。

1.4 富集元素能力的综合评价

因单一指标不能准确反映甘薯品种自然富集元素的能力强弱，普遍存在指标间的此低彼高现象，无法进行直观比较，需进行多指标的综合评价。在多指标的综合评价时，运用模糊隶属函数法综合评判较准确，而模糊隶属函数法又需选择适宜的指标并确定其权重，若将指标同等对待（权重相等）则不能反映出不同指标的重要性差异[47-49]。熵权优劣解距离法是一种多指标的决策分析方法，可客观地对各指标进行权重赋值，有效避免人为主观因素对评价的影响[50-52]，故本研究在评价甘薯自然富集元素能力的优劣时将采用此法。根据甘薯块根的9个元素指标对甘薯块根品质优劣的影响方式，将指标分为正向（值越大越好）和负向（值越小越好）指标，并进行归一化处理，正向指标：Rij=（Xij-Xmin）∕（Xmax-Xmin），负向指标：Rij=（Xmax-Xij）∕（Xmax-Xmin）。Rij代表不同指标类型，Xij代表多目标决策矩阵，其中i表示样本值，j表示指标值。

在进行不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的综合评价时，以元素含量和累积量为对象，首先采用模糊隶属函数法获得对应的模糊隶属函数值，接着采用熵权优劣解距离法计算出模糊隶属函数值对应的信息权重，然后将每个基因型每个元素对应的模糊隶属函数值和信息权重的乘积之和作为对应基因型的模糊综合评判得分，并根据得分高低进行自然富集元素能力的优劣排序，最后对得分进行聚类分析，从而对不同基因型甘薯块根的自然富集元素能力进行分类。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2019进行统计分析。方差分析、模糊隶属函数分析、熵权优劣解距离分析、模糊综合评判分析和聚类分析均采用SPSSPRO 统计分析软件进行[53]。

2 结果与分析

2.1 不同基因型甘薯块根产量差异

由表1 可以看出，不同基因型甘薯的块根产量存在巨大差异，介于16 524.0 kg∕hm2（浙紫3号）～51 267.0 kg∕hm2（赣薯203），平均产量为30 552.7 kg∕hm2，最高产量是最低产量的3.1 倍，变异系数为30.8%。不同鲜食型甘薯的块根产量存在显著或极显著差异，平均产量为31 266.3 kg∕hm2，最高产量（46 170.0 kg∕hm2）是最低产量（16 524.0 kg∕hm2）的2.80 倍，变异系数为30.1%。其中，龙薯9号产量（46 170.0 kg∕hm2）最高，比对照（30 748.5 kg∕hm2）增产50.2%；浙紫3 号产量（16 524.0 kg∕hm2）最低，比对照减产46.3%。不同淀粉型甘薯的块根产量也存在显著或极显著差异，平均产量为29 449.5 kg∕hm2，最高产量（51 267.0 kg∕hm2）是最低产量（21 006.0 kg∕hm2）的2.4 倍，变异系数为37.4%。其中，赣薯203产量（51 267.0 kg∕hm2）最高，较对照增产66.7%；赣薯3 号产量（21 006.0 kg∕hm2）最低，较对照减产31.7%。从变异系数大小来看，淀粉型甘薯的块根产量差异大于鲜食型，而鲜食型甘薯间的差异略小于总体间，说明淀粉型甘薯基因型间的块根产量存在明显的多样性。

表1 不同基因型甘薯的块根产量（鲜质量）Tab.1 Yield of fresh root tubers of different genotypes of sweet potatokg∕hm2

2.2 不同基因型甘薯块根自然富集有益元素的能力差异

2.2.1 有益元素含量差异 不同基因型甘薯的块根（鲜质量）中不同有益元素含量间存在巨大差异（表2），镁含量（167.97 mg∕kg）最高，铁含量（9.25 mg∕kg）次之，硒和锌含量较低。

表2 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有益元素含量的差异Tab.2 Differences of beneficial element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

由表2 可知，不同基因型甘薯块根（鲜质量）中同一有益元素含量存在较大差异。镁含量在97.95 mg∕kg（徐紫8 号）～263.33 mg∕kg（赣K06），最大值∕最小值为2.69，平均值为167.97 mg∕kg；铁含量在5.34 mg∕kg（徐紫8 号）～20.33 mg∕kg（苏薯29），最大值∕最小值为3.81，平均值为9.25 mg∕kg；锌含量在1.59 mg∕kg（心香）～3.42 mg∕kg（赣渝3号），最大值∕最小值为2.07，平均值为2.28 mg∕kg；硒含量高出检测限3µg∕kg 的品种只有50%（8 个），在3.84 µg∕kg（普薯32）～8.99 µg∕kg（赣薯203），最大值∕最小值为2.64，所有基因型平均值为2.95µg∕kg。不同基因型甘薯块根（鲜质量）中4个有益元素含量的变异系数表现为硒（110.37%）＞铁（44.24%）＞镁（27.50%）＞锌（19.53%），即甘薯基因型间块根（鲜质量）中的硒含量差异最大，铁次之，锌最小。

不同用途类型甘薯间及同一用途类型的不同基因型甘薯间块根（鲜质量）中有益元素含量均存在明显差异（表2），鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镁平均含量（176.70 mg∕kg）明显大于淀粉型（159.30 mg∕kg），其变异系数（30.57%）也大于淀粉型（23.17%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中铁平均含量（9.15 mg∕kg）明显小于淀粉型（9.91 mg∕kg），其变异系数（38.35%）远小于淀粉型（53.46%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中锌平均含量（2.33 mg∕kg）与淀粉型（2.25 mg∕kg）基本相同，但其变异系数（25.05%）远大于淀粉型（8.13%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中硒平均含量（2.98 µg∕kg）明显小于淀粉型（3.39µg∕kg），其变异系数（98.85%）远小于淀粉型（117.66%）。说明鲜食型甘薯块根（鲜质量）中的镁含量普遍比淀粉型高，但其铁和硒含量普遍低于淀粉型，而锌含量两者基本无差异；且鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镁和锌含量的基因型间差异大于淀粉型，而铁和硒含量的基因型间差异小于淀粉型。

2.2.2 有益元素累积量差异 不同基因型甘薯的块根（鲜质量）中不同有益元素累积量间存在较大差异（表3），镁累积量（4 956.83 g∕hm2）最高，铁（285.19 g∕hm2）次之，锌和硒较低。

表3 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有益元素累积量的差异Tab.3 Differences of beneficial element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

不同基因型甘薯块根（鲜质量）中同一有益元素累积量存在较大差异（表3），镁累积量在2 987.85 g∕hm2（赣薯3号）～8 030.55 g∕hm2（赣K06），最大值∕最小值为2.69，平均值为4 956.83 g∕hm2；铁累积量在127.65 g∕hm2（心香）～529.65 g∕hm2（龙薯9号），最大值∕最小值为4.15，平均值为285.19 g∕hm2；锌累积量在28.50 g∕hm2（心香）～105.00 g∕hm2（龙薯9 号），最大值∕最小值为3.68，平均值为69.35 g∕hm2；高出检测限的甘薯基因型硒累积量在98.70 mg∕hm2（心香）～460.95 mg∕hm2（赣薯203），最大值∕最小值为4.67 所有茎因型，所有基因型平均值为88.29 mg∕hm2。不同基因型甘薯4 个有益元素累积量的变异系数表现为硒（139.02%）＞铁（50.50%）＞锌（33.26%）＞镁（31.45%），即甘薯基因型间块根（鲜质量）中的硒累积量差异最大，铁次之，锌和镁较小。

不同用途类型甘薯间及同一用途类型的不同基因型甘薯间块根（鲜质量）中有益元素累积量均存在明显差异（表3），鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镁平均累积量（5 307.20 g∕hm2）明显大于淀粉型（4 533.05 g∕hm2），其变异系数（33.71%）也大于淀粉型（28.40%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中铁平均累积量（297.85 g∕hm2）略大于淀粉型（282.23 g∕hm2），其变异系数（53.39%）也略大于淀粉型（49.62%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中锌平均累积量（72.93 g∕hm2）略大于淀粉型（65.10 g∕hm2），其变异系数（36.99%）也略大于淀粉型（29.87%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中硒平均累积量（77.83 mg∕hm2）小于淀粉型（118.70 mg∕hm2），其变异系数（102.99%）远小于淀粉型（150.83%）。说明鲜食型甘薯块根（鲜质量）中的镁累积量普遍比淀粉型高，铁和锌累积量差异不大，而硒累积量低于淀粉型；且鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镁、铁和锌累积量的基因型间差异大于淀粉型，而硒累积量的基因型间差异小于淀粉型。

2.3 不同基因型甘薯块根自然富集有害元素的能力差异

2.3.1 有害元素含量差异 不同基因型甘薯的块根（鲜质量）中有害元素含量间存在较大差异（表4），铬含量（9.84 µg∕kg）最高，镉（5.45µg∕kg）次之，砷（1.82µg∕kg）较低，铅和汞含量均低于检测限。

表4 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有害元素含量的差异Tab.4 Differences of hazardous element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potatoµg∕kg

由表4 可知，不同基因型甘薯块根（鲜质量）中同一有害元素含量存在较大差异：铬含量在0.00µg∕kg（普薯32）～38.20µg∕kg（苏薯29），最大值∕最小值为2.09，平均值为9.84 µg∕kg；镉含量在2.20（烟薯1915）～10.46 µg∕kg（赣渝3 号），最大值∕最小值为4.75，平均值为5.45µg∕kg；砷含量在0.00µg∕kg（济薯25）～3.88 µg∕kg（苏薯29），最大值∕最小值为3.92，平均值为1.82 µg∕kg；不同基因型甘薯有害元素含量的变异系数表现为铬（142.65%）＞砷（50.61%）＞镉（45.30%），即甘薯基因型间块根（鲜质量）中的铬含量差异最大，砷和镉次之。

不同用途类型甘薯间及同一用途类型的不同基因型甘薯间块根（鲜质量）中铬、镉和砷含量均存在较大差异（表4），鲜食型甘薯块根（鲜质量）中铬平均含量（10.68µg∕kg）与淀粉型（10.23µg∕kg）基本相同，而其变异系数（127.57%）远小于淀粉型（161.73%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镉平均含量（6.55 µg∕kg）明显大于淀粉型（3.68 µg∕kg），其变异系数（37.97%）略小于淀粉型（41.95%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中砷平均含量（1.76µg∕kg）小于淀粉型（2.08 µg∕kg），但其变异系数（51.55%）略大于淀粉型（47.14%）。说明鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镉含量普遍比淀粉型高，但其砷含量普遍低于淀粉型，而铬含量两者基本无差异；且鲜食型甘薯块根（鲜质量）中砷含量的基因型间差异大于淀粉型，而铬和镉含量的基因型间差异小于淀粉型。

2.3.2 有害元素累积量差异 不同基因型甘薯的块根（鲜质量）中有害元素累积量间均存在明显差异（表5），铬累积量（298.93 mg∕hm2）最高，镉（165.54 mg∕hm2）次之，砷（55.85 mg∕hm2）较低。

表5 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有害元素累积量的差异Tab.5 Differences of hazardous element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potatomg∕hm2

不同基因型甘薯块根（鲜质量）中同一有害元素累积量存在较大差异（表5），铬累积量在0.00 mg∕hm2（心香）～1 127.55 mg∕hm2（湛薯16），最大值∕最小值为3.19，平均值为298.93 mg∕hm2；镉累积量在58.80 mg∕hm2（济薯25）～318.45 mg∕hm2（赣渝3号），最大值∕最小值为5.42，平均值为165.54 mg∕hm2；砷累积量在0.00 mg∕hm2（心香）～126.15 mg∕hm2（龙薯9 号），最大值∕最小值为5.88，平均值为55.85 mg∕hm2；不同基因型甘薯有害元素累积量的变异系数表现为铬（144.17%）＞砷（59.60%）＞镉（53.44%），即甘薯块根（鲜质量）中基因型间的铬累积量差异最大，砷和镉次之。

不同用途类型甘薯间及同一用途类型的不同基因型甘薯间块根（鲜质量）中有害元素累积量存在明显差异（表5），鲜食型甘薯块根（鲜质量）中铬平均累积量（356.87 mg∕hm2）明显大于淀粉型（261.85 mg∕hm2），但其变异系数（132.67%）小于淀粉型（158.82%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镉平均累积量（204.45 mg∕hm2）远大于淀粉型（102.95 g∕hm2），其变异系数（46.41%）也大于淀粉型（37.93%）；鲜食型甘薯块根（鲜质量）中砷平均累积量（56.98 mg∕hm2）略小于淀粉型（59.13 g∕hm2），其变异系数（68.47%）远大于淀粉型（44.53%）。说明鲜食型甘薯块根（鲜质量）中的铬和镉累积量普遍比淀粉型高，而砷累积量与淀粉型无显著差异；且鲜食型甘薯块根（鲜质量）中镉和砷累积量的基因型间差异大于淀粉型，而铬累积量的基因型间差异小于淀粉型。

2.4 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的综合评价

2.4.1 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的模糊隶属函数分析

2.4.1.1 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中元素含量的模糊隶属函数分析 依据甘薯块根（鲜质量）中有益元素含量的模糊隶属函数值大小进行甘薯块根自然富集有益元素能力评价（表6），发现鲜食型甘薯块根自然富集有益元素的能力表现为赣K06＞湛薯16＞赣渝3 号＞浙紫3 号＞普薯32＞心香＞龙薯9号＞赣薯6 号＞徐紫8 号，淀粉型甘薯块根自然富集有益元素的能力表现为苏薯29＞赣薯3 号＞赣薯203＞济薯25＞龙薯10 号＞烟薯1915。综合来看，甘薯块根高富集有益元素的基因型表现为赣K06＞湛薯16＞苏薯29，中富集有益元素的基因型表现为赣渝3号＞浙紫3号＞普薯32＞赣薯3号＞赣薯203＞济薯25，低富集有益元素的基因型表现为心香＞龙薯10号＞龙薯9 号＞烟薯1915＞广薯87＞赣薯6 号＞徐紫8号。

表6 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有益元素含量的模糊隶属函数值Tab.6 Fuzzy membership function values of beneficial element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

依据甘薯块根（鲜质量）中有害元素含量的模糊隶属函数值大小进行甘薯块根自然富集有害元素能力评价（表7），发现鲜食型甘薯块根自然富集有害元素的能力表现为徐紫8 号＜赣薯6 号＜浙紫3号＜心香＜赣K06＜普薯32＜赣渝3 号＜龙薯9 号＜湛薯16，淀粉型甘薯块根自然富集有害元素的能力表现为济薯25＜烟薯1915＜赣薯203＜赣薯3 号＜龙薯10 号＜苏薯29。综合来看，甘薯块根高富集有害元素的基因型表现为湛薯16＞苏薯29，中富集有害元素的基因型表现为龙薯9 号＞赣渝3 号＞普薯32＞龙薯10 号，低富集有害元素的基因型表现为心香＞浙紫3 号＞赣薯3 号＞广薯87＞赣薯203＞烟薯1915＞赣薯6号＞徐紫8号＞济薯25。

表7 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有害元素含量的模糊隶属函数值Tab.7 Fuzzy membership function values of hazardous element content in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

2.4.1.2 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中元素累积量的模糊隶属函数分析 依据甘薯块根（鲜质量）中元素累积量的模糊隶属函数值大小进行甘薯块根自然富集有益元素能力评价（表8），发现鲜食型甘薯块根自然富集有益元素的能力表现为普薯32＞赣K06＞湛薯16＞龙薯9 号＞赣渝3 号＞赣薯6 号＞徐紫8 号＞浙紫3 号＞心香，淀粉型甘薯块根自然富集有益元素的能力表现为赣薯203＞苏薯29＞龙薯10号＞济薯25＞烟薯1915＞赣薯3 号。综合来看，甘薯块根高富集有益元素的基因型为赣薯203，中富集有益元素的基因型表现为普薯32＞赣K06＞湛薯16＞龙薯9 号＞赣渝3 号＞苏薯29，低富集有益元素的基因型表现为龙薯10 号＞济薯25＞赣薯6 号＞广薯87＞烟薯1915＞赣薯3号＞徐紫8号＞浙紫3号＞心香。

表8 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有益元素累积量的模糊隶属函数值Tab.8 Fuzzy membership function values of beneficial element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

依据甘薯块根（鲜质量）中元素累积量的模糊隶属函数值大小进行甘薯块根自然富集有害元素能力评价（表9），发现鲜食型甘薯块根自然富集有害元素的能力表现为徐紫8号＜浙紫3号＜赣薯6号＜心香＜赣K06＜赣渝3号＜普薯32＜湛薯16＜龙薯9号，淀粉型甘薯块根自然富集有害元素的能力表现为济薯25＜烟薯1915＜赣薯3 号＜赣薯203＜龙薯10 号＜苏薯29。综合来看，甘薯块根高富集有害元素的基因型表现为龙薯9 号＞湛薯16，中富集有害元素的基因型表现为普薯32＞苏薯29＞赣渝3 号＞龙薯10号，低富集有害元素的基因型表现为赣K06＞赣薯203＞广薯87＞心香＞赣薯6 号＞赣薯3 号＞浙紫3 号＞烟薯1915＞徐紫8号＞济薯25。

表9 不同基因型甘薯块根（鲜质量）中有害元素累积量的模糊隶属函数值Tab.9 Fuzzy membership function values of hazardous element accumulation in root tubers（fresh weight）of different genotypes of sweet potato

2.4.2 甘薯块根自然富集元素能力的评价权重

以元素含量、元素累积量及两者共同为评价指标，通过熵权优劣解距离法计算获得信息权重（表10）。由表10可知，若以元素含量为评价指标，硒含量的权重（34.862%）最大，其次为铁含量（22.649%）、镁含量（11.131%）、锌含量（10.178%）、铬含量（7.897%）、镉含量（7.492%）、汞含量（5.791%），铅和砷含量的权重均为0。若以元素累积量为评价指标，硒累积量的权重（39.442%）最大，其次为镁累积量（15.196%）、铁累积量（12.649%）、镉累积量（10.143%）、铅累积量（8.292%）、锌累积量（8.079%）、砷累积量（6.199%），铬和汞累积量的权重均为0。若同时以元素含量和累积量为评价指标，硒累积量的权重（20.078%）最大，其次为硒含量（17.144%）、铁含量（11.138%）、镁累积量（7.728%）、铁累积量（6.437%）、镁含量（5.474%）、镉累积量（5.101%）、锌含量（5.005%）、铬累积量（4.208%）、锌累积量（4.115%）、铬含量（3.884%）、镉含量（3.684%）、砷累积量（3.155%）和砷含量（2.848%），铅和汞的含量及累积量的权重均为0。

表10 甘薯块根（鲜质量）中9个元素含量和累积量的信息权重Tab.10 Information weight of 9 elements content and accumulation in root tubers（fresh weight）of sweet potato%

2.4.3 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的综合得分和排名 根据甘薯中9个元素含量和累积量的归一化处理后的模糊隶属函数值（表6—9）及相对应的权重（表10），采用模糊综合评判法对16个甘薯基因型块根自然富集元素的能力进行综合评价（表11）。从表11 可以看出，若以元素含量及其权重为评价指标，不同甘薯块根自然富集元素的能力表现为赣K06（高）＞赣薯203（高）＞赣薯3 号（高）＞浙紫3 号（高）＞湛薯16（中）＞济薯25（中）＞普薯32（中）＞心香（中）＞苏薯29（中）＞赣渝3 号（中）＞烟薯1915（低）＞龙薯10号（低）＞龙薯9号（低）＞广薯87（低）＞赣薯6 号（低）＞徐紫8 号（低）；若以元素累积量及其权重为评价指标，不同甘薯块根自然富集元素能力表现为赣薯203（高）＞赣K06（中）＞普薯32（中）＞济薯25（低）＞湛薯16（低）＞赣薯3 号（低）＞赣渝3 号（低）＞浙紫3 号（低）＞赣薯6 号（低）＞苏薯29（低）＞龙薯9 号（低）＞心香（低）＞烟薯1915（低）＞广薯87（低）＞徐紫8号（低）＞龙薯10号（低）；若以元素含量和累积量及其权重为评价指标，不同甘薯块根自然富集元素能力表现为赣薯203（高）＞赣K06（高）＞普薯32（中）＞赣薯3 号（中）＞济薯25（中）＞湛薯16（中）＞浙紫3 号（低）＞心香（低）＞苏薯29（低）＞赣渝3 号（低）＞烟薯1915（低）＞赣薯6 号（低）＞龙薯9 号（低）＞龙薯10 号（低）＞广薯87（低）＞徐紫8 号（低）。

表11 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的综合得分和排名Tab.11 Comprehensive score and rank of natural enrichment ability of element in root tubers of different genotypes of sweet potato

3 结论与讨论

3.1 相同基因型甘薯块根对不同元素的富集能力分析

众多研究表明，同一作物品种对不同元素的富集能力是不同的[37，54-55]。陆国权等[37]研究发现，21个甘薯品种（系）的5 个产地200 多份样品中的铁、锌、钙和硒含量存在明显的基因型差异，锌、钙和硒含量产地间均存在显著差异，但不同肉色甘薯间的铁、锌、钙和硒含量无显著差异。胡燕等[54]研究发现，38 个甘薯品种中10 种元素含量表现为钾＞钠＞磷＞钙＞镁＞铁＞锌＞锰＞铜＞硒。余华等[55]认为，不同肉色甘薯的铜、铁、锰、镁含量存在极显著差异，锌、钙含量存在显著差异。本研究发现，相同甘薯基因型块根的不同元素含量差异巨大，镁含量最高，其次为铁，铬、镉、锌、硒、砷含量较低，铅和汞未被检测出，除铁含量的差异性与陆国权等[37]研究结果不同外，其他结果都与以往研究结果相似[37，54-56]；相同甘薯基因型块根的不同元素累积量差异也巨大，镁累积量最高，其次为铁，铅、汞累积量较低。不同元素含量差异表现为铬（142.65%）＞硒（110.37%）＞砷（50.61%）＞镉（45.30%）＞铁（44.24%）＞镁（27.50%）＞锌（19.53%），不同元素累积量差异表现为铬（144.17%）＞硒（139.02%）＞砷（59.58%）＞镉（53.44%）＞铁（50.50%）＞锌（33.28%）＞镁（31.45%），说明不同元素在甘薯块根中的差异是非常大的，即甘薯块根对不同元素的富集能力具有明显的差异，这可能与不同元素的吸收、利用与运转有关，具体机制有待于深入研究。

3.2 不同基因型甘薯块根对同一元素的富集能力分析

廖青等[38]研究揭示，广西10 个主栽甘薯品种薯块硒含量存在显著差异，且茎叶硒含量均高于薯块，以桂紫薇薯1 号的富硒能力最强。黄婷等[39]研究发现，7 个甘薯品种块根的硒含量以徐薯18 号和苏薯16 号较高，其次为高系14、川山紫、苏薯17 和宁紫薯，海南本地紫薯硒含量最低。不同基因型甘薯对铬的吸收能力差异较大，广薯87 最强，金山57最弱，且新鲜块根中最高，薯肉最低[45]。胡燕等[54]研究认为，相同产地的38 个甘薯品种中10 种元素钾、钠、磷、钙、镁、铁、锌、锰、铜、硒含量相差均较大。在镉污染稻田区种植50个当前推广甘薯品种，各试验点鲜薯产量无显著差异，但不同类型甘薯鲜薯镉含量平均值存在差异，且随土壤镉含量的增加，不同类型甘薯鲜薯镉含量差异变大[56]。潘晓红[40]研究发现，不同基因型甘薯块根自然富硒能力存在显著差异，表现为苏薯16号＞济薯26＞秦薯8 号＞榆薯1号＞烟薯25＞紫薯2号＞秦薯5 号＞紫薯3 号。王戈亮[41]研究发现，红黄心甘薯品种的铁、锌和硒含量普遍高于白心甘薯品种，而钙含量则以红心甘薯品种最高，白心甘薯品种次之，黄心甘薯品种最低，但4种矿物质元素含量的差异均没有达到显著水平。罗启燕等[43]研究发现，2017 年在重庆市彭水县3 个地点种植的9 个食用型甘薯品种薯块中，钾含量最高，其次为钙、磷、镁、铁、锰、锌、硼和铜，硒含量最低。不同肉色甘薯的铜、铁、锰和镁含量存在极显著差异，锌和钙含量存在显著差异，其他营养成分含量差异不显著；黄色甘薯中的锌含量介于橘红色甘薯和紫色甘薯之间，紫色甘薯锌、铁、锰、镁和钙含量均显著高于黄色[55]。本研究结果表明，在供试的16 个甘薯基因型中，龙薯9 号对铁和锌的富集能力最强，赣薯203对硒的富集能力最强，赣K06对镁的富集能力最强；湛薯16 容易富集铬元素，赣渝3号容易富集镉元素，龙薯9号容易富集砷元素，供试基因型均不易富集铅和汞。

综上，甘薯自然富集元素能力存在较大的基因型差异，且与用途类型有关，在具体的生产实践中应根据自身需求进行基因型的选择。鲜食型甘薯中，赣K06对硒和镁元素的富集能力最强，龙薯9号对铁和锌元素的富集能力最强；淀粉型甘薯中，苏薯29 对铁元素的富集能力最强，赣薯203 具有较强的富集锌、硒和镁能力。鲜食型甘薯中，心香不易富集镉元素，徐紫8 号不易富集砷元素，湛薯16 容易富集铬元素，赣渝3号容易富集镉元素；淀粉型甘薯中，济薯25 不易富集镉和砷元素，苏薯29 容易富集铬元素。从有益元素的高积累和有害元素的低积累综合表现来看，鲜食型甘薯中的赣K06 最佳，徐紫8 号最差；淀粉型甘薯中的赣薯203 综合表现最佳，龙薯10号最差。供试甘薯基因型块根均不易富集铅和汞元素。