熊安平 陈 铭 陆 英 秦玉芝 彭 忠 熊兴耀 胡新喜*

（1 湖南农业大学园艺学院，湖南省马铃薯工程技术研究中心，蔬菜生物学湖南省重点实验室，湖南长沙 410128；2 中国农业科学院深圳农业基因组研究所，广东深圳 518120）

马铃薯（Solanum tuberosum）是一年生茄科植物，在全球100多个国家和地区种植，是仅次于水稻、玉米和小麦的第四大粮食作物（魏峭嵘 等，2017；尹明华 等，2020）。我国的马铃薯产业发展较快，联合国粮农组织（FAO）公布的最新数据（2018）显示，我国马铃薯种植面积和产量分别占全球种植面积和总产量的27.38%和24.53%。马铃薯块茎营养丰富，主要含有淀粉、蛋白质、VC和矿质元素等营养物质，但也存在微量的糖苷生物碱。糖苷生物碱是植物为抵御动物、昆虫和微生物等侵害而合成的次生代谢产物（Nahar et al.，2017）。目前，已发现逾100种糖苷生物碱，大多存在于茄科和百合科植物中，α-茄碱和α-卡茄碱是马铃薯块茎糖苷生物碱的主要成分，占其总量的95%以上（Nahar et al.，2017；陈铭 等，2020）。研究表明，马铃薯块茎鲜样中的糖苷生物碱含量超过200 mg·kg-1（FW）或块茎干样中的糖苷生物碱含量超过1 000 mg·kg-1（DW），食用后会导致中毒（Griffiths et al.，1994；Nitithamyong et al.，1999；Aziz et al.，2012）。根据美国农业部（USDA）发布的数据，马铃薯块茎的糖苷生物碱含量不能超过200 mg·kg-1（FW）或1 000 mg·kg-1（DW）（Aziz et al.，2012），但目前我国对马铃薯块茎糖苷生物碱的安全食用标准并没有明确规定。

马铃薯块茎的糖苷生物碱含量受到多种因素影响。Aziz等（2012）研究表明，巴基斯坦的10个马铃薯品种薯肉糖苷生物碱含量为30.8～146.9 mg ·kg-1（DW）。Sotelo和Serrano（2000）测定发现，墨西哥12个马铃薯商业品种的糖苷生物碱含量具有显著性差异。黄红苹等（2011）对云南省131个马铃薯品种的块茎糖苷生物碱含量进行测定，结果表明地方品种和主栽品种的块茎糖苷生物碱含量较低，新引进、选育品种的块茎糖苷生物碱含量较高，品种间的遗传背景不同可能是导致这一差异表现的主要原因。马铃薯块茎的糖苷生物碱含量也易受环境条件及贮藏环境的影响。Bejarano等（2000）研究发现，在干旱胁迫条件下不灌溉处理的马铃薯块茎糖苷生物碱含量显著高于灌溉对照。Fogelman等（2019）对马铃薯地下块茎进行7 d的热胁迫处理，结果表明块茎糖苷生物碱的生物合成特异基因下调，糖苷生物碱含量下降。Zarzecka和Gugala（2007）研究表明，不同的耕作制度和除草方式对马铃薯块茎糖苷生物碱含量也有显著影响。Koffi等（2017）对转绿、发芽、腐烂的马铃薯块茎进行糖苷生物碱含量的测定，糖苷生物碱含量为2 578.0～5 063.0 mg·kg-1（DW），均超过了1 000 mg·kg-1（DW）。机械损伤也能显著提高马铃薯块茎糖苷生物碱含量（Nahar et al.，2017）。Machado等（2007）研究表明，马铃薯块茎在黑暗或者光照条件下贮藏后，相比贮藏前，其糖苷生物碱含量均有增加，块茎经过荧光灯照射后，其糖苷生物碱含量要高于其他光照条件处理。Kasnak和Artik（2018）也发现，荧光处理马铃薯块茎的糖苷生物碱含量比散射光处理要高。红光对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响最大，蓝光次之，红光是糖苷生物碱合成的重要信号，与钙调蛋白和第二信使蛋白等共同参与糖苷生物碱的代谢合成（王旺田 等，2010）。

随着我国马铃薯主食化进程的推进，必须加强对主栽品种块茎糖苷生物碱含量的安全性评价，以及块茎糖苷生物碱含量的影响因素研究。虽然已开展了一些较为深入的研究，但是有关国内马铃薯品种的安全性评价、覆盖方式和加工处理对块茎糖苷生物碱含量的影响研究较少。本试验采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法（HPLC-ELSD），对国内51个马铃薯主栽品种块茎的糖苷生物碱含量进行测定，并进行品种安全性评价，同时研究了不同覆盖方式和烘烤加工对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响，以期为马铃薯安全生产与食用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯主栽品种块茎和加工用块茎由以下国内研究机构提供：22个中薯系列品种由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供，4个冀张薯系列品种由河北北方学院提供，2个云薯系列品种、2个丽薯系列品种和滇薯6号由云南农业大学提供，HF-10号、下寨65号、乐薯1号和5个青薯系列品种由青海省农业科学院提供，3个陇薯系列品种和新大坪由甘肃农业大学提供，红美、夏坡蒂、康尼贝克、紫玫瑰、大西洋、荷薯15和兴佳2号由内蒙古农牧业科学院提供，克新1号由黑龙江省农业科学院克山分院提供。马铃薯块茎收获后7 d内邮寄至湖南农业大学，收获和邮寄过程中避免机械损伤和阳光直射。

覆盖方式对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响试验所用品种为兴佳2号。

1.2 试验方法

覆盖试验于2016年12月24日至2017年5月4日在湖南农业大学耘园试验基地（28°07′58″N，113°17′32″E，海拔57 m）进行。试验土壤为黏壤土，耕层土壤基础养分性状为：有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为18.5、1.25、1.12、18.7 g·kg-1，pH 5.8。设白色地膜覆盖、白色地膜覆盖后覆土、黑色地膜覆盖、黑色地膜覆盖后覆土和稻草覆盖5种覆盖方式，以无覆盖的露地栽培为对照。每处理3次重复，采用完全随机区组排列，共18个小区，小区面积24 m2。每公顷施三元复合肥（N、P、K含量均为15%）1 500 kg，作基肥一次性施入；采用单垄双行种植，宽、窄行距分别为80、40 cm，株距20 cm，种植密度82 500株·hm-2。播后分别覆盖地膜或稻草，再根据试验设计，在部分黑色地膜和白色地膜上人工覆盖2～3 cm厚的薄土。种薯出苗后，白色地膜覆盖和黑色地膜覆盖均应进行人工破膜让幼苗长出地面，其他栽培管理措施参考刘明月等（2011）方法进行。块茎收获时避免机械损伤和阳光直射。

2017年5月，在湖南农业大学园艺学院湖南省马铃薯工程技术研究中心进行未加工处理的马铃薯块茎糖苷生物碱含量测定。马铃薯块茎洗净、晾干，切成2 mm薄片，置于电热鼓风干燥箱105℃杀青30 min，然后60 ℃烘干至恒重，粉碎，取1 g干粉，采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法（HPLC-ELSD）测定干样中α-茄碱与α-卡茄碱含量，操作步骤参考商婷婷等（2015）的方法，块茎糖苷生物碱含量近似等于α-茄碱与α-卡茄碱含量之和（Nahar et al.，2017）。

选择6个糖苷生物碱含量相差较大的马铃薯品种：青薯10号、滇薯6号、红美、冀张薯12号、中薯9号、中薯20号，2017年5月在湖南农业大学园艺学院湖南省马铃薯工程技术研究中心进行烘烤加工处理的马铃薯块茎糖苷生物碱含量测定。马铃薯块茎洗净，置于烤炉内250 ℃烘烤90 min，取出冷却后切片，60 ℃烘干至恒重，粉碎，取1 g干粉测定干样中α-茄碱与α-卡茄碱含量。

检测数据采用Excel 2010软件进行处理，使用DPS 9.01软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 我国马铃薯主栽品种块茎糖苷生物碱含量比较

采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法（HPLC-ELSD）测定51个我国主栽马铃薯品种块茎的糖苷生物碱含量。结果表明（表1），各品种块茎的α-茄碱含量为65.35～2 108.98 mg·kg-1（DW），α-卡茄碱含量为106.28～1 661.52 mg ·kg-1（DW）；其中冀张薯14号的α-茄碱含量最低，为65.35 mg·kg-1（DW），青薯168的α-卡茄碱含量最低，为106.28 mg·kg-1（DW），中薯红1号的α-茄碱和α-卡茄碱含量都是最高，分别为2 108.98 mg·kg-1（DW）和1 661.52 mg·kg-1（DW）。不同马铃薯品种块茎的糖苷生物碱含量相差较大，块茎糖苷生物碱含量为106.28～3 770.50 mg·kg-1（DW），青薯168块茎的糖苷生物碱含量最低，为106.28 mg·kg-1（DW）；有7个品种的糖苷生物碱含量超过了安全值1 000 mg·kg-1（DW），分别是青薯10号、乐薯1号、红美、中薯21号、中薯18号、中薯20号和中薯红1号，中薯红1号块茎糖苷生物碱含量最高，为3 770.50 mg·kg-1（DW）。在测定过程中发现，有些品种的α-茄碱或者α-卡茄碱含量没有检测到，如中薯1号、中薯13号、中薯19号、中薯26号、丽薯6号、丽薯10号、青薯168、夏坡蒂、陇薯10号和冀张薯20号。

表1 我国马铃薯主栽品种块茎糖苷生物碱含量

续表

2.2 覆盖方式对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响

从表2可以看出，在5种覆盖方式下，兴佳2号块茎的α-茄碱含量为88.57～184.41 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆盖的块茎α-茄碱含量最低，不同覆盖方式对块茎α-茄碱含量并没有显著性影响；α-卡茄碱含量为211.65～403.27 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆盖的块茎α-卡茄碱含量最低，显著低于露地栽培的对照；块茎糖苷生物碱含量为300.22～580.95 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆盖种植的含量最低，显著低于对照。覆膜后覆土处理相比覆膜处理块茎糖苷生物碱含量没有显著性差异。

表2 不同覆盖方式对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响

2.3 烘烤加工对马铃薯块茎糖苷生物碱含量的影响

从图1、表1可以看出，未加工处理（CK）的6个马铃薯品种块茎糖苷生物碱含量为456.16～2 615.23 mg·kg-1（DW），其中青 薯10号、红美和中薯20号的糖苷生物碱含量超过了安全值1 000 mg·kg-1（DW），中薯20号的块茎严重超标，达到2 615.23 mg·kg-1（DW）。经烘烤处理后，6个品种块茎糖苷生物碱含量均比相应对照显著降低，为0～212.18 mg·kg-1（DW），减少了92%～100%，均小于安全值，其中青薯10号、滇薯6号、红美、冀张薯12号和中薯9号由于块茎糖苷生物碱含量太低，检测结果没有出现峰图，无法计算，记为“0”。

图1 烘烤加工对6个马铃薯品种块茎糖苷生物碱含量的影响

3 结论与讨论

本试验结果表明，国内主栽的51个马铃薯品种块茎糖苷生物碱含量为106.28～3 770.50 mg ·kg-1（DW），其中有7个品种的糖苷生物碱含量超过了安全标准1 000 mg·kg-1（DW）（Aziz et al.，2012），食用安全性较低。在我国马铃薯品种审定过程中，主要注重品种的产量、商品薯率、块茎干物质含量、淀粉含量和薯形等指标，对块茎糖苷生物碱含量未做明确要求。随着我国马铃薯主食化进程的推进，为保证马铃薯的食用安全，需要测定马铃薯品种块茎糖苷生物碱含量，作为品种审定的重要参考依据。不同的马铃薯品种块茎的糖苷生物碱含量相差较大，这与前人研究结果一致（Aziz et al.，2012；Valcarcel et al.，2014；Kim et al.，2017），可能与品种间遗传背景不同有关。各品种块茎的α-茄碱含量为65.35～2 108.98 mg ·kg-1（DW），α-卡茄碱含量为106.28～1 661.52 mg·kg-1（DW），α-卡茄碱含量普遍要高于α-茄碱含量，这与前人的研究结果一致（商婷婷 等，2015；谭继君和伍小松，2018）。在块茎糖苷生物碱含量测定过程中，有10个品种块茎样品的上机检测结果显示，α-茄碱或者α-卡茄碱的峰图没有出现，无法计算其含量，其原因可能是因为待测物质的浓度太低，仪器检测不出。

兴佳2号5种不同覆盖方式种植的块茎糖苷生物碱含量都低于对照露地栽培，说明覆盖种植的马铃薯块茎更加安全；其中块茎糖苷生物碱含量在黑色地膜覆盖处理时最低，显著低于露地栽培，为300.22 mg·kg-1（DW），这可能是因为黑色地膜覆盖时，块茎能最大程度地避免阳光照射，而光照能通过诱导糖苷生物碱合成关键基因SGT1的表达，从而促进马铃薯块茎龙葵素合成与积累（Machado et al.，2007；杨亮等，2012；Mekapogu et al.，2016；Shepherd et al.，2016），导致块茎糖苷生物碱含量显著降低。覆膜后覆土处理相比覆膜处理，块茎糖苷生物碱含量没有显著性差异，因此在马铃薯种植过程中可以选择只覆膜的种植方式，不用覆土，以节约人力、物力。

本试验发现，烘烤加工对6个马铃薯品种块茎糖苷生物碱含量具有显著性影响，糖苷生物碱含量从456.16～2 615.23 mg·kg-1（DW）降至0～212.18 mg·kg-1（DW），减少92%～100%，说明烘烤加工能有效去除块茎糖苷生物碱含量。Rytel等（2013）将马铃薯块茎去皮切成薄片后，糖苷生物碱含量保留29%，油炸后仍保留10%。Rytel等（2018）研究发现，马铃薯去除表皮后块茎糖苷生物碱含量下降了70%。从食品安全的角度，糖苷生物碱含量高的马铃薯品种块茎必须要经过去皮、烘烤等类似的加工处理，才能保障其安全性。

综上所述，51个我国主栽马铃薯品种的块茎糖苷生物碱含量为106.28～3 770.50 mg·kg-1（DW），其中有7个品种超过了安全值1 000 mg ·kg-1（DW）；马铃薯块茎在烘烤加工后，与未加工处理相比，其糖苷生物碱含量显著降低，有利于提高马铃薯品种的安全性；黑色地膜覆盖种植的马铃薯块茎糖苷生物碱含量最低，显著低于对照无覆盖露地栽培，而覆膜后再覆土对块茎糖苷生物碱含量的影响不大，种植马铃薯宜采用黑色地膜覆盖方式，从而获得低糖苷生物碱含量的块茎产品。