不同生育期芭蕉芋微量元素的吸收積累與轉運分配特征

張文娥　潘學軍

摘要：以3個芭蕉芋栽培品種為試驗材料，研究2個生育時期（發棵結芋期、子芋完熟期）芭蕉芋各器官礦質微量元素含量、積累、分配規律。結果表明：在發棵結芋期，3個芭蕉芋品種平均每株累積吸收量表現為錳（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，Fe以根、根莖內含量最高，Mn、B主要分布在葉、根莖內，而興芋-2根中Cu含量最高，Zn、Mn在各器官的積累相對均衡，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為Fe>Mn>B>Zn>Cu，Cu、Zn在各器官中的含量相當，Fe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個品種?？傮w看出，芭蕉芋根莖中Cu含量明顯高于其他糧食作物，是一種優良的高Cu含量食品原料。

關鍵詞：芭蕉芋；微量元素；積累；轉運；分配

中圖分類號： S632.301 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0262-04

芭蕉芋（Canna edulis Ker）作為一種經濟作物廣泛種植于南美、泰國、越南等熱帶、亞熱帶地區[1]，于20世紀20年代傳入我國，現廣泛種植于我國南方各?。ㄊ校2]。貴州省是我國芭蕉芋的主產區，近年來，隨著芭蕉芋淀粉產品的不斷開發，種植面積連年擴大[3]。據報道，芭蕉芋根莖富含淀粉，干根莖中含量高達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[1]。同時，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[6]，是人體攝入微量元素的重要來源之一。此外，其副產品中還含有豐富的可溶性膳食纖維、果膠等物質，為功能食品的研究、開發提供了新來源[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、葉可通過飼料工業而進入食物鏈，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，開發潛力極大[9]。

目前，國內外學者在高淀粉作物（如小麥、玉米、甘薯等）礦質營養的積累、運轉方面開展了大量研究工作[10-12]，但對芭蕉芋的研究甚少，僅見芭蕉芋大量元素累積與分配特征方面的研究報道[13]，而對微量元素的積累、分配特征方面的研究在國內外尚未見報道。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養元素[14]，若缺乏會導致貧血、心臟病、免疫力降低、生長緩慢等多種身體問題或疾病[15]。研究表明，目前全球有10億多人口正面臨著由于礦質元素缺乏所導致的“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、鐵等微量元素攝入的不足已成為影響人體健康、社會發展的重要問題。食用富含礦質元素的食物或在食物中添加礦物質元素進行食物強化是解決礦質元素缺乏的常用方法，而開發利用高微量元素含量的功能型食品，或通過遺傳改良提高微量元素含量是最為經濟有效的方法[10]。本研究以當前國內主栽的3個芭蕉芋品種為試驗材料，系統研究不同品種芭蕉芋Fe、Mn、Zn、Cu、B 5種微量元素的積累、運轉規律，以期為高微量元素含量的功能型食品原料的開發利用提供依據，并為改善芭蕉芋根莖微量營養品質的農業管理措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的3個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），試驗材料均取自貴州省興義市。于2010年3月底選擇發育健壯、無病蟲感染的種球，按株行距 30 cm×50 cm的密度種植于苗圃內，常規管理。待幼苗長到5張真葉時，選擇生長一致、發育良好的幼苗移至上口徑 45 cm、高30 cm的塑料盆內，盆內裝20 kg風干田園土。供試土壤為黃壤土，pH值8.1、有機質含量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。用于發棵結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，每個處理6次重復。移栽后遮陰，緩苗后移入溫室內進行管理。

1.2 樣品采集與測試方法

試驗于2010年3月中旬至2011年3月在貴州大學喀斯特環境與地質災害重點實驗室、貴州大學果樹工程技術研究中心進行。于發棵結芋期（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，葉鞘留在莖部）收集裝袋。105 ℃殺青20 min，70 ℃恒溫烘至恒質量，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射光譜儀（JCP-AES，法國JY公司）測定Fe、Cu、Zn、Mn、B含量。元素累積量計算公式為：

元素累積量=器官元素含量×器官生物量。

1.3 數據處理

試驗數據表示方法為“平均值±標準差”（3次重復），采用Excel、SAS（9.1）進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 芭蕉芋不同器官的微量元素含量

2.1.1 發棵結芋期不同器官的微量礦質元素含量 由表1可見，在發棵結芋期，3個芭蕉芋品種不同器官間的微量元素分布規律存在相似之處，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元素含量 由表2可見，在子芋完熟期，芭蕉芋體內微量元素Fe含量最高，其次是Mn、B、Zn、Cu，含量基本相當。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個品種均以根系內Cu、Fe、Mn含量最高，根莖或莖內含量最低；Zn含量則是莖、根中含量較高，根莖內最低；葉、根內B含量較高，根莖內含量最低。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 發棵結芋期微量元素的積累分布特性 由表3可見，本試驗條件下，在發棵結芋期，紫葉紅花芋、興芋-1對微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、B的單株累積規律基本相同，均表現為Mn累積量最高，Fe、Zn、B次之，Cu積累量最少，Cu、Zn主要積累在莖、葉部，Fe主要在根、根莖內，Mn、B主要分布在葉、根莖內。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均勻，優勢器官不明顯。經計算，紫葉紅花芋的產量器官根莖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 討論與結論

郭曉春等研究認為，由于每種微量元素在植物生命代謝活動中發揮著各自特殊的生理功能，在植物的不同生長發育階段，各種元素含量呈現具有各自特征的變化規律[18]。小麥對Fe的吸收隨生育時期的遞進呈雙峰曲線變化，而小麥植株內Fe含量則呈單峰曲線變化[19]。本研究也發現，在不同的生長發育時期，芭蕉芋體內微量元素吸收分配存在差異。在發棵結芋期，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、植物的生長發育需求密切相關。

基因型差異是影響作物體內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。前期研究發現，興芋-1產量器官根莖的水分含量較低，光合凈產出率較高[13]，這與錢秋平等在甘薯中得出的低干率甘薯品種的礦質營養元素含量高于高干率品種的結論[20]不一致，說明芭蕉芋中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。在不同發育時期，其他元素的分配中心發生轉移，Cu、Zn在發棵結芋期的優勢分配器官為莖、葉，但在子芋完熟期則全株分配較為均勻，無明顯的優勢器官，也與小麥中Zn的積累分配規律不同。

在子芋完熟期，3個芭蕉芋品種根莖內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。礦質營養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，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，芭蕉芋是一種高Cu含量的食品原料，而Cu對維持人體中樞神經系統的完整性有重要作用，缺銅會導致心血管功能紊亂、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。

參考文獻：

[1]Chansri R，Puttanlek C，Rungsadthong V，et al. Characteristics of clear noodles prepared from edible canna starches[J]. Journal of Food Science，2005，70（5）：S337-S342.

[2]歐珍貴，周正邦，周明強. 芭蕉芋的種質資源及栽培技術研究進展[J]. 湖北農業科學，2012，51（3）：441-445.

[3]周正邦. 貴州芭蕉芋發展現狀及潛力分析[J]. 貴州農業科學，2009，37（2）：136-137.

[4]Pérez E，Lares A M，Gonzlez Z. Some characteristics of sagu （Canna edulis Ker） and zulu （Maranta sp.） rhizomes[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry，1997，45（7）：2546-2549.

[5]Puncha-Arnon S，Puttanlek C，Rungsardthong V，et al. Changes in physicochemical properties and morphology of Canna starches during rhizomal development[J]. Carbohydrate Polymers，2007，70（2）：206-217.

[6]張 娟，王正武. 芭蕉芋化學成分及其變性淀粉研究進展[J]. 食品與機械，2008，24（6）：144-147.

[7]Zhang J，Wang Z W. Soluble dietary fiber from Canna edulis Ker by-product and its physicochemical properties[J]. Carbohydrate Polymers，2013，92（1）：289-296.

[8]Zhang J，Wang Z W，Yu W J et al. Pectins from Canna edulis Ker residue and their physicochemical characterization[J]. Carbohydrate Polymers，2011，83（1）：210-216.

[9]Hung P V，Morita N. Physicochemical properties and enzymatic digestibility of starch from edible canna （Canna edulis） grown in Vietnam[J]. Carbohydrate Polymers，2005，61（3）：314-321.

[10]張 勇，王德森，張 艷，等. 北方冬麥區小麥品種籽粒主要礦物質元素含量分布及其相關性分析[J]. 中國農業科學，2007，40（9）：1871-1876.

[11]楊恒山，張玉芹，徐壽軍，等. 超高產春玉米干物質及養分積累與轉運特征[J]. 植物營養與肥料學報，2012，18（2）：315-323.

[12]呂長文，趙 勇，唐道彬，等. 不同類型甘薯品種氮、鉀積累分配及其與產量性狀的關系[J]. 植物營養與肥料學報，2012，18（2）：475-482.

[13]張文娥，王 飛，潘學軍. 芭蕉芋干物質及礦質營養元素累積與分配特征研究[J]. 植物營養與肥料學報，2013，19（3）：670-676.

[14]羅付香，林超文，龐良玉，等. 氮肥運籌對不同小麥品種籽粒微量元素含量和產量的影響[J]. 麥類作物學報，2011，31（4）：695-701.

[15]張羽萍. 微量元素與人體健康[J]. 江西化工，2005，21（1）：73-74.

[16]Foulkes M J，Hawkesford M J，Barraclough P B，et al. Identifying traits to improve the nitrogen economy of wheat：recent advances and future prospects[J]. Field Crops Research，2009，114（3）：329-342.

[17]White P J，Broadley M R. Biofortifying crops with essential mineral elements[J]. Trends in Plant Science，2005，10（12）：586-593.

[18]郭曉春，廖蓉蘇. 玫瑰枝、葉中微量元素含量的測定及動態研究[J]. 光譜實驗室，2013，30（4）：1897-1901.

[19]魯 璐，吳 瑜. 3種微量元素對小麥生長發育及產量和品質的影響研究進展[J]. 應用與環境生物學報，2010，16（3）：435-439.

[20]錢秋平，陸國權，衣申艷，等. 不同干率甘薯鐵、鋅、鈣、硒微量元素含量的產地差異[J]. 浙江農業學報，2009，21（2）：168-172.

[21]林 電，程寧寧，趙回丞，等. 超甜玉米不同生育期各部位微量元素分配[J]. 中國農學通報，2007，23（5）：450-455.

[22]王戈亮. 甘薯若干礦物質營養元素含量的基因型差異及其環境效應[D]. 杭州：浙江大學，2004.

[23]趙 強. 我國主要農作物微量元素含量狀況分析[D]. 北京：中國農業大學，2006.