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      不同生育期芭蕉芋微量元素的吸收積累與轉(zhuǎn)運(yùn)分配特征

      2016-10-20 15:15:23張文娥潘學(xué)軍
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年7期
      關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)運(yùn)積累微量元素

      張文娥 潘學(xué)軍

      摘要:以3個(gè)芭蕉芋栽培品種為試驗(yàn)材料,研究2個(gè)生育時(shí)期(發(fā)棵結(jié)芋期、子芋完熟期)芭蕉芋各器官礦質(zhì)微量元素含量、積累、分配規(guī)律。結(jié)果表明:在發(fā)棵結(jié)芋期,3個(gè)芭蕉芋品種平均每株累積吸收量表現(xiàn)為錳(Mn)、鐵(Fe)>鋅(Zn)>硼(B)>銅(Cu),紫葉紅花芋、興芋-1的莖、葉中Cu、Zn含量較高,F(xiàn)e以根、根莖內(nèi)含量最高,Mn、B主要分布在葉、根莖內(nèi),而興芋-2根中Cu含量最高,Zn、Mn在各器官的積累相對(duì)均衡,B在根莖中積累量較高;在子芋完熟期,芭蕉芋單株積累量表現(xiàn)為Fe>Mn>B>Zn>Cu,Cu、Zn在各器官中的含量相當(dāng),F(xiàn)e以根系中含量較高,Mn、B在葉中含量較高,興芋-1在根莖中的微量元素含量、積累量明顯高于其他2個(gè)品種。總體看出,芭蕉芋根莖中Cu含量明顯高于其他糧食作物,是一種優(yōu)良的高Cu含量食品原料。

      關(guān)鍵詞:芭蕉芋;微量元素;積累;轉(zhuǎn)運(yùn);分配

      中圖分類(lèi)號(hào): S632.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1002-1302(2016)07-0262-04

      芭蕉芋(Canna edulis Ker)作為一種經(jīng)濟(jì)作物廣泛種植于南美、泰國(guó)、越南等熱帶、亞熱帶地區(qū)[1],于20世紀(jì)20年代傳入我國(guó),現(xiàn)廣泛種植于我國(guó)南方各?。ㄊ校2]。貴州省是我國(guó)芭蕉芋的主產(chǎn)區(qū),近年來(lái),隨著芭蕉芋淀粉產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā),種植面積連年擴(kuò)大[3]。據(jù)報(bào)道,芭蕉芋根莖富含淀粉,干根莖中含量高達(dá)70%~80%[4],且其淀粉顆粒大、黏度高[5],支鏈淀粉含量高,用其制成的粉絲比其他粉絲口感好,更易于人體消化,深受大眾喜愛(ài)[1]。同時(shí),芭蕉芋還含有豐富的維生素、氨基酸及鉀、鎂、鐵、鋅、鈣等礦物質(zhì)[6],是人體攝入微量元素的重要來(lái)源之一。此外,其副產(chǎn)品中還含有豐富的可溶性膳食纖維、果膠等物質(zhì),為功能食品的研究、開(kāi)發(fā)提供了新來(lái)源[7-8]。除了根莖直接或間接作為原料被利用外,芭蕉芋地上部分的莖、葉可通過(guò)飼料工業(yè)而進(jìn)入食物鏈,也是重要的食物源。因此,芭蕉芋是集糧食、能源、飼料于一體的多用途作物,開(kāi)發(fā)潛力極大[9]。

      目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在高淀粉作物(如小麥、玉米、甘薯等)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的積累、運(yùn)轉(zhuǎn)方面開(kāi)展了大量研究工作[10-12],但對(duì)芭蕉芋的研究甚少,僅見(jiàn)芭蕉芋大量元素累積與分配特征方面的研究報(bào)道[13],而對(duì)微量元素的積累、分配特征方面的研究在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、錳(Mn)、硼(B)等微量元素作為維持人體健康必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素[14],若缺乏會(huì)導(dǎo)致貧血、心臟病、免疫力降低、生長(zhǎng)緩慢等多種身體問(wèn)題或疾病[15]。研究表明,目前全球有10億多人口正面臨著由于礦質(zhì)元素缺乏所導(dǎo)致的“潛在饑餓”[16]。世界上66%~80%的人口可能缺鐵,30%的人口缺鋅[17],鋅、鐵等微量元素?cái)z入的不足已成為影響人體健康、社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題。食用富含礦質(zhì)元素的食物或在食物中添加礦物質(zhì)元素進(jìn)行食物強(qiáng)化是解決礦質(zhì)元素缺乏的常用方法,而開(kāi)發(fā)利用高微量元素含量的功能型食品,或通過(guò)遺傳改良提高微量元素含量是最為經(jīng)濟(jì)有效的方法[10]。本研究以當(dāng)前國(guó)內(nèi)主栽的3個(gè)芭蕉芋品種為試驗(yàn)材料,系統(tǒng)研究不同品種芭蕉芋Fe、Mn、Zn、Cu、B 5種微量元素的積累、運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律,以期為高微量元素含量的功能型食品原料的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù),并為改善芭蕉芋根莖微量營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的農(nóng)業(yè)管理措施提供參考。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      供試的3個(gè)芭蕉芋品種分別為紫葉紅花芋(C. edulis cv. PLRF)、興芋-1(C. edulis cv. Xingyu-1)、興芋-2(C. edulis cv. Xingyu-2),試驗(yàn)材料均取自貴州省興義市。于2010年3月底選擇發(fā)育健壯、無(wú)病蟲(chóng)感染的種球,按株行距 30 cm×50 cm的密度種植于苗圃?xún)?nèi),常規(guī)管理。待幼苗長(zhǎng)到5張真葉時(shí),選擇生長(zhǎng)一致、發(fā)育良好的幼苗移至上口徑 45 cm、高30 cm的塑料盆內(nèi),盆內(nèi)裝20 kg風(fēng)干田園土。供試土壤為黃壤土,pH值8.1、有機(jī)質(zhì)含量46.5 g/kg、全氮含量1.05 g/kg、全磷含量0.74 g/kg、速效磷含量 3.8 mg/kg、全鉀含量5.64 g/kg、速效鉀含量132.5 mg/kg。用于發(fā)棵結(jié)芋期研究的材料每盆移植2株;用于子芋完熟期研究的材料每盆移植1株,每個(gè)處理6次重復(fù)。移栽后遮陰,緩苗后移入溫室內(nèi)進(jìn)行管理。

      1.2 樣品采集與測(cè)試方法

      試驗(yàn)于2010年3月中旬至2011年3月在貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、貴州大學(xué)果樹(shù)工程技術(shù)研究中心進(jìn)行。于發(fā)棵結(jié)芋期(8月上旬)、子芋完熟期(10月中旬)取樣,取樣及樣品處理方法與張文娥等方法[13]相同,即以株為單位,整株采樣,采完后用不銹鋼刀分離,再按須根、根莖、莖、葉片(葉片從葉鞘與葉片連接處分開(kāi),葉鞘留在莖部)收集裝袋。105 ℃殺青20 min,70 ℃恒溫烘至恒質(zhì)量,粉碎后裝入密封袋備用。樣品干灰化后用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(JCP-AES,法國(guó)JY公司)測(cè)定Fe、Cu、Zn、Mn、B含量。元素累積量計(jì)算公式為:

      元素累積量=器官元素含量×器官生物量。

      1.3 數(shù)據(jù)處理

      試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示方法為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”(3次重復(fù)),采用Excel、SAS(9.1)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 芭蕉芋不同器官的微量元素含量

      2.1.1 發(fā)棵結(jié)芋期不同器官的微量礦質(zhì)元素含量 由表1可見(jiàn),在發(fā)棵結(jié)芋期,3個(gè)芭蕉芋品種不同器官間的微量元素分布規(guī)律存在相似之處,5種微量元素含量由高到低分別為Fe、Mn、Zn、B、Cu,且除B在根莖內(nèi)含量最高外,其他4種微量元素均以根系中含量最高,莖或葉中含量最低(PLRF的Zn除外)。此外還可看出,Cu、Zn、Mn基本上以興芋-1的平均含量最高,根莖、莖中含量顯著高于其他2個(gè)品種,興芋-2的含量較低;興芋-1的Fe、B含量較低;興芋-2各器官Fe平均含量較高,紫葉紅花芋的B含量較高。

      2.1.2 子芋完熟期不同器官的微量礦質(zhì)元素含量 由表2可見(jiàn),在子芋完熟期,芭蕉芋體內(nèi)微量元素Fe含量最高,其次是Mn、B、Zn、Cu,含量基本相當(dāng)。此外還可看出,芭蕉芋不同器官間微量元素含量差異很大,3個(gè)品種均以根系內(nèi)Cu、Fe、Mn含量最高,根莖或莖內(nèi)含量最低;Zn含量則是莖、根中含量較高,根莖內(nèi)最低;葉、根內(nèi)B含量較高,根莖內(nèi)含量最低。不同品種間、不同器官間微量元素平均含量略有不同,興芋-1的Cu、Fe、Zn、Mn平均含量最高,分別為40.1、287.9、39.1、99.5 mg/kg,在根莖、根中的含量顯著高于興芋-2、PLRF(根莖中Cu含量除外);興芋-2的Cu(33.5 mg/kg)、Fe(196.9 mg/kg)、Mn(89.2 mg/kg)、B(52.9 mg/kg)平均含量最低;紫葉紅花芋的Zn(31.9 mg/kg)平均含量最低,B平均含量最高。

      2.2 芭蕉芋微量元素的積累分布特性

      2.2.1 發(fā)棵結(jié)芋期微量元素的積累分布特性 由表3可見(jiàn),本試驗(yàn)條件下,在發(fā)棵結(jié)芋期,紫葉紅花芋、興芋-1對(duì)微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、B的單株累積規(guī)律基本相同,均表現(xiàn)為Mn累積量最高,F(xiàn)e、Zn、B次之,Cu積累量最少,Cu、Zn主要積累在莖、葉部,F(xiàn)e主要在根、根莖內(nèi),Mn、B主要分布在葉、根莖內(nèi)。還可看出,與紫葉紅花芋、興芋-1不同,興芋-2的Fe積累量最高,Mn、Zn、B次之,Cu積累量最少,Cu在根莖中積累量最多,占總積累量的32.6%,其次是根系,占29.3%;Fe在興芋2根系、根莖中的積累量高,分別占總積累量的5155%、41.4%;Zn、Mn在興芋2各器官的積累相對(duì)均衡;B在興芋2根莖中積累最高。

      2.2.2 子芋完熟期微量元素的積累分布特性 由表4可知,在子芋完熟期,芭蕉芋單株積累6.24~6.63 mg Cu,22.23~30.34 mg Fe,6.88~8.50 mg Zn,13.60~14.99 mg Mn,10.59~12.01 mg B。與苗期不同的是,成熟期芭蕉芋體內(nèi)微量元素Fe積累量最高,其次是Mn、B,Cu積累量最低。根系是Fe積累的最主要器官,其次是葉片、根莖,紫葉紅花芋、興芋-1根部Fe積累量均在66.0%以上,Xingyu-2則為560%;葉片、根系是Mn的累積中心,3個(gè)品種中Mn在葉、根中的積累量分別占總積累量的85.9%(紫葉紅花芋)、732%(興芋-1)、83.1%(興芋-2);根莖、葉片是B的積累分配中心,3個(gè)品種均有65%以上的B累積在根莖、葉片中;Cu、Zn在各器官中的積累分配相對(duì)均勻,優(yōu)勢(shì)器官不明顯。經(jīng)計(jì)算,紫葉紅花芋的產(chǎn)量器官根莖Cu、Fe、Zn、Mn、B的單株累積量分別為 1.56、2.99、1.83、1.28、1.73 mg;興芋-1根莖中5種元素的單株累積量分別為1.53、5.61、3.26、2.64、2.52 mg;興芋-2的單株累積量分別為1.27、2.20、1.10、104、2.43 mg??梢钥闯?,興芋-1的食用器官中微量元素積累量最為豐富,其次是紫葉紅花芋,興芋-2的積累量最低。

      3 討論與結(jié)論

      郭曉春等研究認(rèn)為,由于每種微量元素在植物生命代謝活動(dòng)中發(fā)揮著各自特殊的生理功能,在植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段,各種元素含量呈現(xiàn)具有各自特征的變化規(guī)律[18]。小麥對(duì)Fe的吸收隨生育時(shí)期的遞進(jìn)呈雙峰曲線(xiàn)變化,而小麥植株內(nèi)Fe含量則呈單峰曲線(xiàn)變化[19]。本研究也發(fā)現(xiàn),在不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期,芭蕉芋體內(nèi)微量元素吸收分配存在差異。在發(fā)棵結(jié)芋期,紫葉紅花芋、興芋-1微量元素Mn的總吸收積累量最高,其次是Fe、Zn、B、Cu,而興芋-2的Fe平均含量、吸收積累總量高于Mn;在子芋完熟期,3個(gè)芭蕉芋品種Fe的總吸收積累量均居各元素之首,其次是Mn、B、Zn,Cu的平均含量、總積累量最低。這與微量元素的生理功能、植物的生長(zhǎng)發(fā)育需求密切相關(guān)。

      基因型差異是影響作物體內(nèi)微量元素吸收和利用差異的重要原因[19],本研究表明,不同芭蕉芋品種的微量元素含量、積累總量差異明顯。在子芋完熟期,興芋-1根莖中Fe、Zn、Mn含量明顯高于其他2個(gè)品種,3種元素的積累量分別比紫葉紅花芋高87.6%、78.1%、106.3%,分別比興芋-2高1550%、196.4%、153.8%;興芋-2的B含量顯著高于其他2個(gè)品種;紫葉紅花芋的Cu含量較高,表明基因型是影響芭蕉芋微量元素含量的重要因素之一。前期研究發(fā)現(xiàn),興芋-1產(chǎn)量器官根莖的水分含量較低,光合凈產(chǎn)出率較高[13],這與錢(qián)秋平等在甘薯中得出的低干率甘薯品種的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量高于高干率品種的結(jié)論[20]不一致,說(shuō)明芭蕉芋中Fe、Zn、Mn元素在品種間的差異不同于甘薯品種。

      各生育階段,芭蕉芋體內(nèi)Fe元素始終以根中含量、積累量最高,莖中較低;Mn、B的積累分配主要在葉片中,這與超甜玉米的分配規(guī)律[21]基本相同,但與小麥[19]、甘薯[22]中的Fe分配特征不同。在不同發(fā)育時(shí)期,其他元素的分配中心發(fā)生轉(zhuǎn)移,Cu、Zn在發(fā)棵結(jié)芋期的優(yōu)勢(shì)分配器官為莖、葉,但在子芋完熟期則全株分配較為均勻,無(wú)明顯的優(yōu)勢(shì)器官,也與小麥中Zn的積累分配規(guī)律不同。

      在子芋完熟期,3個(gè)芭蕉芋品種根莖內(nèi)Fe、Mn、B、Zn、Cu的平均含量分別為25.2、11.63、16.50、14.43、10.33 mg/kg,與其他農(nóng)作物相比[22-23],其Cu含量明顯高于小麥籽粒(7.30 mg/kg)、水稻精米(4.36 mg/kg)、玉米籽粒(3.24 mg/kg),與大豆籽粒的Cu含量(11.10 mg/kg)相當(dāng)。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量較高的品種興芋-1根莖中的Fe平均含量為37.4 mg/kg,與甘薯(38.97 mg/kg)、水稻糙米(36.90 mg/kg)、玉米籽粒(35.40 mg/kg)中Fe含量相當(dāng),顯著高于水稻精米中的Fe含量(18.60 mg/kg);其Zn、Mn平均含量分別為21.7、17.6 mg/kg,低于小麥籽粒(27.9、31.2 mg/kg)、大豆籽粒(37.5、20.9 mg/kg),但比水稻精米(7.3、5.6 mg/kg)、玉米籽粒的含量(19.9、5.8 mg/kg)高。由此可見(jiàn),芭蕉芋是一種高Cu含量的食品原料,而Cu對(duì)維持人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的完整性有重要作用,缺銅會(huì)導(dǎo)致心血管功能紊亂、心臟病等,芭蕉芋可作為Cu缺乏癥的功能型治療食品;興芋-1的Fe、Zn、Mn含量也較為豐富,可以作為微量元素食品原料。

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