10份黔引生姜資源農藝性狀及活性成分的分析評價

侯穎輝 李德文 王少銘 羅莉斯 李晉華 冷家歸 汪志燚

收稿日期：2023-04-06；修回日期：2024-01-21

基金項目：貴州省農業科學院青年基金（黔農科院青年基金〔2020〕18號、黔農科院青年基金〔2022〕27號）；貴州省科技支撐計劃（黔科合支撐〔2021〕一般260）

作者簡介：侯穎輝，女，助理研究員，研究方向為辛香料成分分析及產品開發。E-mail：houyinghui-ok@163.com

通信作者：李德文，男，副研究員，研究方向為作物遺傳育種。E-mail：16356486@qq.com

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0209

摘??? 要：探明10份省外生姜資源和5份省內資源的生物學性狀及品質表現，為貴州生姜產業發展及相關標準制定提供理論依據。采用水蒸氣法、GC-MS及HPLC等技術測定不同生姜資源的農藝性狀及活性成分含量。結果表明，單株產量＞500 g的有9份，其中，GZD單株產量最高。相關性分析表明，單株產量與姜球數量呈極顯著負相關，與主莖葉片數呈極顯著正相關；姜球直徑與姜球數呈顯著負相關，與分枝數呈顯著正相關，與姜塊寬度呈極顯著正相關。JY干物質含量顯著高于其他資源，達21.72%。HL的纖維素含量達1.384%，顯著高于其他資源。根據精油組分，15份生姜可分為2種類型：I型11份，3種主要成分（α-姜烯，姜黃烯，α-法呢烯）含量之和約占總香氣成分的50%；II型4份，3種主要成分含量之和＜30%。此外，除JY、FS 外，其余13份生姜資源的6-姜酚含量（w，后同）均＞6 mg·g-1，其中GZD的6-姜酚含量顯著高于其他資源，為12.36 mg·g-1。其中省外引種資源中GG、YJ和HL的產量和品質表現俱佳，單株產量均在500 g以上，干物質含量適中，為14.75%～17.20%，精油得率相對較高，為0.022～0.029 mL·g-1，姜辣素含量為6.99～10.20 mg·g-1，適宜在貴州種植。

關鍵詞：引種生姜；農藝性狀；精油；GC-MS；姜辣素

中圖分類號：S632.5+S632.5???????????? 文獻標志碼：A??????????? 文章編號：1673-2871（2024）04-094-09

Analysis and evaluation on agronomic characters and active components of 10 ginger resources introduced in Guizhou

HOU Yinghui， LI Dewen， WANG Shaoming， LUO Lisi， LI Jinhua， LENG Jiagui， WANG Zhiyi

（Guizhou Institute of Oil（Spice）Crops， Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang 550006， Guizhou， China）

Abstract： The biological characters and quality performance of 10 ginger resources outside the province and 5 resources within the province were investigated， which provided theoretical basis for the development of ginger industry in Guizhou and the formulation of relevant standards. Field investigation， water vapor method， GC-MS and HPLC techniques were used to study the agronomic properties of ginger resources from different sources and the content of ginger essential oil and gingerol. The results showed that there were 9 ginger resources with yield > 500 g， GZD plant yield was the highest （670 g）. The correlation analysis showed that the yield per plant was significantly negatively correlated with the number of rhizome and positively correlated with the number of main stem leaves. Rhizome width was positively correlated with plant height， branch number， stem and leaf weight and plant width. The diameter of ginger finger was negatively correlated with the number of ginger finger， positively correlated with the branch number and the width of Rhizome. The dry matter content of JY was significantly higher than that of others with 21.72%. There was no significant difference in dry matter content between HN and GDY， with 12.44% and 12.31%， respectively. The content of cellulose in HLwas 1.384%， significantly higher than that of other resources. The 15 ginger accessions could be divided into 2 types according to the component contnet of essential oils ： Type I （11 parts）， α-gingerene > 27%， curcumene > 6%， α-farthene > 12%， 3 main components content accounted for about 50% of the total aroma components; Type II （4 parts）， sum of 3 main components content < 30%. There were 13 samples with 6-gingeral content > 6 mg·g-1. The 6-gingeral content（12.36 mg·g-1）of GZD was significantly higher than that of others . In summary， GG， YJ and HL have better production and quality performance than those from other provinces， single plant yield was above 500 g， the dry matter content was 14.75%-17.20%， the essential oils content was much higher， accounting for 0.022-0.029 mL·g-1， the 6-gingeral content was 6.99-10.20 mg·g-1. Inclusion， GG， YJ and HL are suitable for planting in Guizhou.

Key words： Introduced ginger; Agronomic traits; Essential oil; GC-MS; Gingerol

中? 國? 瓜? 菜

試驗研究

2024，37（4）：94-102

生姜（Zingiber officinale Roscoe）屬姜科姜屬多年生宿根草本植物，是常見的藥食同源作物。食用可去腥增鮮，藥用可降血糖、降血脂等[1-3]。精油及姜辣素是生姜重要的品質指標和活性物質，其中姜辣素含量更被視為生姜藥用品質的衡量指標[4]。姜辣素主要由6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚和6-姜烯酚組成，其中以6-姜酚含量最高，在60%以上[5]。生姜精油的主要活性成分包括α-姜烯、α-法呢烯和α-姜黃烯等[6]，在生物防治領域具有廣闊的應用前景。生姜作為貴州重要的特色經濟作物，種植面積不斷擴大，但由于其為無性繁殖，種質資源創新困難，品種單一，科學引進外省優良資源或可解決這一難題。由于貴州屬溫暖濕潤、寡熱照氣候，部分引種資源可能出現產量不高、品質不佳等不適應現象。筆者以省內特色生姜資源水城小黃姜為參照，針對10份省外生姜資源進行農藝性狀及活性成分評價，以此為依據進行科學引種，篩選出適宜貴州生長的外省優質生姜資源，以期為貴州生姜產業的可持續發展提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以連續3 a（年）年栽種于貴州省貴陽市金竹鎮香料資源圃內（2019－2021年）的15份（省外10份，省內5份）生姜資源為研究對象（表1），對2021年栽種的生姜進行農藝性狀調查，并將該年度收獲的鮮姜用于品質檢測。

1.2 方法

1.2.1 農藝性狀調查 按照《姜種質資源描述規范和數據標準》[7]測定生姜的農藝性狀。每年4－5月在貴州省農業科學院油料研究所試驗田進行試驗，隨機區組排列，3次重復，每小區定植30株，株距15 cm，行距30 cm，2019—2021年連續3 a（年）進行農藝性狀調查。每小區隨機抽取10株，在生姜生育期內測定13個表型性狀，其中2個質量性狀包括株型、肉色；11個數量性狀包括株高、株幅、分枝數、主莖葉片數、主莖粗、莖葉鮮質量、根莖鮮質量、姜球數量、姜球直徑、根莖長和根莖寬。

1.2.2 干物質與木質素、纖維素含量檢測 利用恒溫干燥法測定干物質含量；按照Solarbio的木質素（BC4205）、纖維素（BC4285）檢測試劑盒說明書檢測生姜的纖維素、木質素含量。

1.2.3 精油提取及成分分析 準確稱取姜粉a g，利用水蒸氣法提取生姜精油b mL，計算精油得率b/a（mL·g-1），并利用氣相質譜聯用技術（GC-MS）[8-10]采集精油成分，根據G333660065_MassHunter Qualitative Anaylsis DA Software B.06.00分析化合物種類。色譜和質譜條件如下—GC條件：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 ?m），載氣He，流速為1 μL·min-1，時間間隔為1 s，進樣量為0.1 μL，分流比為30∶1；進樣口溫度為250 ℃，升溫程序：起始溫度70 ℃，保持3.5 min，以6 ℃·min-1升溫至156 ℃，保持1 min，以2 ℃·min-1升溫至180 ℃，最后以5 ℃·min-1升溫至240 ℃，保持10 min。MS條件：電噴霧離子源（ESI），電離能為70 eV，接口溫度為240 ℃，離子源溫度為200 ℃，掃描范圍35～450 m/z。

1.3.4 姜辣素提取及含量分析 定量稱取過篩的生姜粉，利用超聲結合有機溶劑萃取技術和高效液相色譜法（HPLC）檢測姜辣素含量（以6-姜酚計）[11]。色譜條件：使用Zorbax-SB-Aq（4.6 mm×250 mm，5 μm）色譜柱，流動相：0.1%乙酸水溶液（A）-乙腈（B），梯度洗脫：0～10 min，40% B；10～40 min，40%～90% B；40～45 min，90%～100% B；45～50 min，100%～40% B；檢測波長275 nm；進樣量10 μL；流速1.0 mL·min-1，柱溫30 ℃。

1.3 數據處理

采用Excel 2003進行數據整理和作圖，采用DPS 21.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀分析

根據根狀莖大小和顏色[7]可將15份生姜資源分為3類：大姜（3份）、小黃姜（9份）和二黃姜（3份）。與大姜相比，小黃姜姜球較小、切面金黃、肉質更加細嫩、辛辣味更濃、纖維更細[12]，二黃姜為小黃姜的變種，其肉色、株型均與小黃姜接近但姜球相對較大。AA為半直立型，SW為平展型，其余品種資源均為直立型。由表2可知，各品種單株根莖鮮質量為258.0～670.0 g，其中，500 g以上資源9份，省內4份（包括GLS、GDY、GZX和GZD），省外5份（包括HJ、JY、GG、YJ和HL），省外資源單株產量均低于貴州大姜GZD和六盤水小黃姜GLS；根莖鮮質量＜350 g資源有3份，其中省內1份（GSN），省外2份（SW和HN），HN最低。

11個數量性狀相關性分析表明（表3），單株根莖鮮質量與姜球數量呈極顯著負相關，相關系數為-0.699 8，與主莖葉片數呈極顯著正相關，相關系數為0.785 4；根莖寬度與株高、分枝數、莖葉鮮質量、株幅呈極顯著正相關，相關系數分別為0.689 9、0.738 5、0.793 8和0.778 1；姜球直徑與姜球數呈顯著負相關，與分枝數呈顯著正相關，與根莖寬度呈極顯著正相關，相關系數分別為-0.621 3、0.606 0和0.648 2；株幅與株高呈極顯著正相關，與分枝數呈顯著正相關；莖葉鮮質量與株高、分枝數均呈極顯著正相關；主莖莖粗與株高、主莖葉片數呈顯著正相關。

2.2 干物質含量分析

干物質含量影響生姜的產量、品質以及貯存周期。不同生姜資源中干物質含量存在顯著差異（圖1），10份省外生姜資源的干物質含量為12.44%～21.72%，JY含量最高，為21.72%，其次為FS，二者顯著高于其他種質資源；HJ、AA、JY、FS、HL 5份資源干物質含量顯著高于貴州特色小黃姜GLS；HJ、AA、JY、FS、HL 均顯著高于貴州特色大姜資源GZD。5份省內資源的干物質含量為12.31%～17.85%，其中GZX含量最高，為17.85%。HN與GDY的干物質含量最低，分別為12.44%和12.31%，二者差異不顯著，但均顯著低于其他種質資源。

2.3 木質素和纖維素含量分析

纖維素和木質素含量檢測結果表明（圖2），除GDY外表現為纖維素含量低于木質素含量外，其他品種纖維素含量均高于木質素含量。10份省外資源的纖維素含量為0.769%～1.384%，其中HL的纖維素含量最高，為1.384%，顯著高于除GG外的其他種質資源，其次為GG，含量為1.336%。HN、GG、GM、YJ、HL均顯著高于貴州小黃姜GLS。5份省內資源中GZD的纖維素含量最高，為1.231%，其次為GLS（1.158%），GDY纖維素含量最低，僅為0.651%，顯著低于其他種質資源。

10份省外資源木質素含量為0.137%～0.536%，均顯著低于六盤水小黃姜GLS和都勻小黃姜GDY，其中FS為0.536%，顯著高于省外其他種質資源，其次為YJ（0.408%），SW、HJ、AA、HN、JY、GG之間差異不顯著，但均顯著低于省內其他種質資源。5份省內資源木質素含量為0.387%～0.915%，其中GDY含量最高，為0.915%，顯著高于省內其他種質資源，其次為GLS（0.879%），GZX的木質素含量顯著低于省內其他種質資源。

2.4 精油得率與成分分析

2.4.1 精油得率 精油得率分析表明（圖3），10份省外生姜資源中精油得率為0.015～0.029 mL·g-1，其中HL顯著高于省外其他資源，同時也是唯一高于GLS的省外資源。HN、GG、GM、YJ之間差異不顯著；SW、HJ、AA均為 0.015 mL·g-1，三者之間差異不顯著，但均顯著低于省外其他資源。5份省內小黃姜資源精油得率差異較大（0.008～0.035 mL·g-1），其中GSN、GDY、GZX的精油得率差異不顯著，但均顯著高于其他生姜資源；GZD的精油得率最低，顯著低于其他生姜資源。

2.4.2 成分分析 采用GC-MS對15種生姜精油成分進行分析，共得到25種相對含量＞1%的化合物（表4）。結合精油組分及化合物含量分布（圖4），可將15份生姜資源分為2種類型：精油I型，相對含量＞1%的化合物種類相對較少，彼此間差異顯著，且α-姜烯含量＞27%，最高可達32%，α-姜黃烯含量＞6%，α-法呢烯含量＞12%，3種主要成分總含量約占總體香氣成分的50%；精油II型，相對含量＞1%的組分較多，大部分含量＜10%，且主要成分α-姜烯含量＜20%，α-姜黃烯含量＞3%，α-法呢烯含量＜9%，3種主要成分含量之和＜30%。15份資源中有11份屬于精油I型，分別為省外資源6份（HL、HN、GG、GM、YJ、FS）和省內資源5份（GSN、GDY、GLS、GZX、GZD）；4份省外資源SW、HJ、AA、JY屬于精油II型。選擇產量、精油含量、干物質含量差異顯著的8份生姜資源（省外5份：GG、YJ、HJ、AA和SW；省內3份：GLS、GZX和GZD）進行精油組分比較（表4）。根據精油GC-MS出峰時間也可將其分為2類：第一類（GG、YJ、GLS、GZX、GZD）出峰時間主要集中在檢測起始6～28 min之間；第二類（HJ、AA、SW）出峰時間持續較長。該結果與根據精油組分及化合物含量分布的精油類型分類一致。

另外，GG、HL、GLS等11份精油I型生姜資源中，3種主要成分的相對含量均表現為α-姜烯（28.252%～32.05%）＞α-法呢烯（12.36%～14.181%）＞α-姜黃烯（6.66%～12.172%）。GG中α-姜烯含量最高，達32.05%，略高于六盤水小黃姜GLS（31.536%）；GG、GM、GZD之間α-姜烯相對含量差異顯著，GM、YJ、HL、GDY、GSN、GZX之間α-姜烯相對含量差異不顯著；GZD中α-姜黃烯含量最高，為9.700%，顯著高于精油I型其他資源；除GG（14.181%）顯著高于GSN（12.299%）、GM（12.570%）和FS（12.360%）外，其余精油I型生姜資源中α-法呢烯的含量差異均不顯著。SW、HJ、AA、JY等4份精油II型生姜資源中，α-姜烯含量為6.768%～17.764%，均顯著低于GLS，其中AA含量最低；不同精油II型生姜資源的α-姜黃烯相對含量差異顯著，其中AA最高，為12.172%，顯著高于其他資源，其次為JY，SW最低，僅為3.478%；JY的α-法呢烯相對含量最高，為8.560%，顯著高于其他3份資源，SW最低，僅為5.082%（圖5）。

2.5 姜辣素（6-姜酚）含量

梯度稀釋6-姜酚標品并制作標準曲線，得到回歸方程：y＝5 800.2x－15.206（R2＝0.999 9）。經計算得知，10份省外生姜資源的6-姜酚含量為5.93～10.20 mg·g-1（圖6），其中GM的6-姜酚含量顯著高于其他省外資源；其次為YJ，6-姜酚含量為8.25 mg·g-1。JY與FS的6-姜酚含量較低，僅為5.96和5.93 mg·g-1，二者差異不顯著，但均顯著低于省外其他資源。5份省內生姜資源的6-姜酚含量為6.51～12.36 mg·g-1，其中GZD 的6-姜酚含量顯著高于其他資源，GLS的6-姜酚含量顯著低于省內其他資源，GSN、GDY、GZX之間差異不顯著。另外，4份省外資源（AA、GM、YJ、HL）中6-姜酚含量顯著高于六盤水小黃姜GLS。綜上可知，除JY和FS 2份生姜資源外，其他資源均符合《中華人民共和國藥典》[4]中對藥用生姜6-姜酚含量的要求。

3 討論與結論

本研究中六盤水小黃姜為國家地理標志產品，在地方特色產業發展中長期種植，將10份省外資源與其進行比較，有利于篩選出高產優質的生姜資源。農藝性狀分析表明，單株產量與主莖葉片數呈顯著正相關，而分枝數與單株根莖鮮質量之間無顯著相關性，該結論與李倩等[13]、徐坤等[14]、李秀等[15]的研究結果有所不同。根據不同的分類方式可以將生姜分為密苗型和疏苗型[7]，二倍體型和混倍體型。王磊[16]通過對63份不同來源的生姜種質資源進行倍性分析，將現有生姜分為兩類：二倍體生姜和二倍-四倍混倍體生姜，兩類生姜存在顯著的形態學差異。不同類型生姜的分枝數與產量之間相關關系不同，另外種植密度、管理條件等也對產量有一定影響。干物質含量對生姜的產量、品質和貯存性能都有很大影響，干物質含量越低越不耐長期貯藏[17]。JY干物質含量顯著高于其他資源，更具有耐貯藏潛質。纖維素和木質素由于會影響口感而在生姜深加工過程中作為廢棄物被丟棄，SW、HJ及JY纖維素和木質素含量相對較低，故在精深加工中出成率相對較高，另外通過化學試劑及微生物發酵等方法也可對生姜中的纖維素進行改性處理以提高生姜的綜合利用率[18]。

生姜精油作為食品及洗化用品添加劑具有廣闊的應用前景，另外，生姜精油還可驅蟲殺菌且對環境和昆蟲影響小[19]，在生物防控領域也得到廣泛應用。本研究中貴州省內小黃姜資源精油得率顯著高于省外引種資源，10份省外生姜資源的精油含量的變化趨勢與來源地區緯度變化趨勢相反，即隨著來源地區緯度的降低，精油含量呈上升趨勢，光照強度增加促進有機物及次生代謝物積累。精油I型生姜資源中姜烯含量明顯高于魯萌萌等[6]的研究結果，該差異的產生可能由植物生長環境不同所致。

周潔等[20]分析不同來源生姜的品質和姜辣素，發現山東萊蕪大姜的6-姜酚含量顯著高于其他材料，達到8 mg·g-1，本研究中山東大姜的6-姜酚含量為6.8 mg·g-1，與之差異較大，可能與山東大姜未完全適應本地氣候環境特征有關，同時不同處理方式對姜辣素得率也有一定影響[21]。此外，本研究中AA、GG和HN的6-姜酚含量分別與前人對安徽小黃姜、廣西小黃姜和恩施鳳頭姜的檢測結果一致[20]。

綜上所述，15份生姜資源的優勢不同，省外引種資源中GG、YJ和HL的產量和品質表現俱佳，單株產量均在500 g以上，干物質含量適中，為14.75%～17.20%，精油含量相對較高，為0.022～0.029 mL·g-1，姜辣素含量為6.99～10.20 mg·g-1，符合《中華人民共和國藥典》[4]中對藥用生姜6-姜酚含量＞6 mg·g-1的要求，因此GG、YJ和HL 3份省外生姜資源適宜在貴州種植。

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