杨婷　沈石妍　王智能　杨 柳　尚试雄　崔杰　应雄美

关键词：甘蔗；种质资源；营养品质；分析；评价

中圖分类号：S566.1 文献标识码：A

甘蔗（Saccharum officinarum L.）是一年生或多年生的禾本科单子叶甘蔗属植物，也是世界上重要的糖料作物和能源作物，广泛种植于热带和亚热带地区[1-2]。甘蔗含有丰富的糖分、水分，以及对人体健康有益的蛋白质、氨基酸、矿物质、维生素、黄酮、多酚等营养成分，具有抗氧化、保护细胞等保健作用[3-5]。随着现代科技的发展及人们对甘蔗生物活性成分的深入研究，甘蔗除了应用于制糖，也被应用于各种大众化食品和保健食品的开发[6-8]，甘蔗的利用正呈现多元化的发展。选育各具特色的专用甘蔗有助于推动甘蔗的高价值利用和产业化发展。

营养品质评价是种质资源研究的重要组成部分，也是优质种质资源挖掘和利用的基础[9]。近年来，营养健康问题和保健功能越来越受到人们的重视，营养品质评价研究已成为当前的研究热点，目前已有在蔬菜[10]、水果[11-12]、粮食作物[13]等种质资源在营养品质方面的研究报道。我国的甘蔗产业在不断发展壮大，很多国外品种也在源源不断的引进和交换[14-15]。迄今为止，对甘蔗种质资源的评价报道很多，但主要集中在工艺性状[16-17]、农艺性状[18-19]、抗逆性[20-22]、遗传多样性[23-25]等方面，而在甘蔗种质资源营养品质方面的评价鲜有报道，樊丽娜等[26-27]分析了12 个广东主栽甘蔗品种蔗汁中9 种元素Ca、Mg、S、Si、Fe、Zn、Se、Co、Mo 含量，以及分析研究了18 个不同地域的甘蔗品种中蔗汁氨基酸含量差异；赵勇等[28]对11 份甘蔗种质中的Fe、Zn、Se 含量进行了分析；杨柳等[29-30]对16 份甘蔗种质蔗汁的蛋白质、总游离氨基酸、总多酚、蔗糖、还原糖、灰分、氯化物、胶体、矿物质含量进行了研究。以上研究为甘蔗种质资源的开发利用提供参考，但还不够系统，覆盖品种较少，指标普遍较单一。鉴于此，本研究利用国家甘蔗种质资源圃保存的种质资源，挑选100 份具有代表性的甘蔗种质，从蔗糖分、还原糖分、果糖、葡萄糖、蔗糖、总游离氨基酸、多酚、矿物质、蛋白质等营养指标进行检测，系统评价和分析甘蔗种质营养品质，旨在为甘蔗种质资源的挖掘利用及新品种的选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

参试的100份甘蔗种质为历史上不同年代曾大面积推广的甘蔗种质，目前生产上主推的甘蔗种质，具有推广潜力的甘蔗种质，均由国家甘蔗种质资源圃提供，其中，国外引进种质7 份，国内自育种质91 份和其他种质2 份（EK28 和Kassoer）；国外种质包括印度（Co-种质2 份）、印度尼西亚（POJ-种质2 份）、美国（CP-种质2份）、南非（Nco-种质1 份），国内种质包括中国大陆种质84 份、中国台湾F-种质和ROC-种质7份（表1）。

1.2 方法

100份甘蔗种质于2020年12月种植于云南省农业科学院甘蔗研究所第一科研基地，试验材料取中上部健康腋芽，砍成单芽段种植于大田，采用随机区组种植，所有材料设3 个重复，行长3 m，行距1m，每行种植42 芽，四周设保护行，采用常规大田管理。试验地有灌溉条件，土壤pH8.1，有机质含量为27.5 g/kg，碱解氮为93.8 mg/kg，有效磷为24.5 mg/kg，速效钾为75.2mg/kg，全氮为1.0g/kg，全磷为1.0g/kg，全钾为12 g/kg，有效铁为49.9 mg/kg，有效铜为4.2 mg/kg。

于翌年12 月中旬甘蔗成熟时统一采样，每个种质、每个重复随机砍收3 条蔗茎混合榨汁，蔗汁过100 目滤布后备用。采用福林酚法、凯氏定氮法、水合茚三酮法分别对蔗汁的总多酚、蛋白质、总游离氨基酸含量进行检测，采用《甘蔗制糖化学管理分析方法》对蔗汁中的还原糖分、锤度、蔗糖分进行检测，采用火焰原子吸收光谱法测定蔗汁中钾（K）、钠（Na）、钙（Ca）、铁（Fe）、铜（Cu）含量，采用钼蓝分光光度法测定蔗汁中磷（P）含量；采用《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖的测定：GB 5009.8—2016》中的高效液相色谱法[31-32]检测蔗汁中的果糖、葡萄糖、蔗糖含量，结果与分析中所有营养品质含量均为甘蔗蔗汁中的含量。

1.3 数据处理

采用 Excel 2020 软件进行数据整理，利用SPSS 22.0 软件进行主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甘蔗种质营养品质描述性统计分析

糖是人体主要的营养来源之一。由表2 可知，100份甘蔗种质资源蔗糖分在16.03%～21.42%之间，平均蔗糖分为19.09%，变异系数为6.39%，变幅为5.39%。蔗糖是甘蔗最重要的成分，也是含量最高的糖类物质，100 份甘蔗种质资源蔗糖含量在6.44～256.14 mg/mL 之间，平均蔗糖含量为178.24 mg/mL，变异系数为23.15%。还原糖分在0～4.12%之间，甘蔗中还原糖组成以果糖、葡萄糖等为主，平均含量分别为2.62、1.61 mg/mL，变幅分别为10.87%和10.65%。蛋白质是构成细胞的基本有机物，食物中的蛋白质是人体中氮的唯一来源，具有糖类和脂肪不可替代的作用[33]，蛋白质含量在0.10%～1.06%之间，平均蛋白质含量为0.46%，变异系数为45.65%，变幅为0.96%。总游离氨基酸和总多酚平均含量分别为202.40、52.60 mg/100 g ， 变异系数分别为54.13% 和17.45%。矿物质是构成人体组织和维持生命活动的必需元素，在100 份甘蔗种质资源中，K 含量最高，在215.16～1441.79 mg/kg 之间，平均值为620.54 mg/kg。Cu 含量最低，在0.32～1.75 mg/kg之间，平均值为0.74 mg/kg。甘蔗中的6 种元素含量排序为K>Ca>P>Fe>Na>Cu。

分析结果显示，100份甘蔗种质资源14 个营养指标在不同甘蔗种质间变异程度不同，说明甘蔗种质间营养成分存在差异，其中还原糖分和葡萄糖含量的变异系数大于100%，果糖变异系数为83.59%，说明不同甘蔗种质间的还原糖分、葡萄糖、果糖含量差异较大，其中未检测到还原糖分的样品占15%，‘中蔗4 号还原糖分最高为4.12%。未检测到果糖含量的样品占22%，‘桂热2 号果糖含量最高为10.87 mg/mL。未检测到葡萄糖含量的样品占64%，‘桂热2 号葡萄糖含量最高为10.65 mg/mL。

2.2 甘蔗种质营养品质相关性分析

100 份甘蔗种质资源14 个营养指标相关性分析结果见表3，蔗糖分与还原糖分、蛋白质、总游离氨基酸、果糖、葡萄糖含量呈极显著负相关，说明甘蔗中蔗糖含量高的种质，其还原糖、蛋白质、总游离氨基酸含量偏低，可利用此选育具有特色的专用甘蔗；蛋白质含量与总游离氨基酸、总多酚含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.94 和0.44，说明蛋白质与总游离氨基酸、总多酚品质性状相互联系。总游离氨基酸含量与总多酚含量呈极显著正相关。总多酚含量与Ca、Fe、Cu 含量之间存在显著相关性。果糖含量与葡萄糖含量表现出较高的相关系数（0.89），与Fe（–0.12）、Cu（–0.15）含量呈负相关。果糖、葡萄糖、蔗糖含量与P 含量均表现出极显著相关性，表明甘蔗生长发育过程中，P 元素的含量直接影响甘蔗的糖分。矿物质元素之间，仅Ca 含量与Fe 含量、Fe 含量与Cu 含量之间表现出相关性。相关性分析结果表明，100 份甘蔗种质资源14 个营养指标之间存在诸多相关性，不宜直接用作系统聚类。

2.3 甘蔗种质营养品质主成分分析

100份甘蔗种质资源14 个营养指标主成分分析结果见表4，前5 个公因子解释的累计贡献率为69.62%，且特征值大于1，表明前5 个主成分包含了营养性状的大部分信息。第1 主成分特征值为2.98，贡献率为21.26%，该主成分中果糖、葡萄糖含量的特征值最大，其次是还原糖分，因此，将第1 主成分称为还原糖因子；第2 主成分特征值为2.50，贡献率为17.86%，该主成分中蛋白质含量的特征值最大，其次是总游离氨基酸含量，将第2 主成分称为蛋白质因子；第3 主成分特征值为1.76，贡献率为12.53%，该主成分中蔗糖含量的特征值最大，其次是蔗糖分，将第3 主成分称为蔗糖因子；第4 主成分的贡献率为10.49%，Ca 含量在该主成分中起决定作用，因此，将第4 主成分称为Ca 含量因子；第5 主成分的贡献率为7.47%，K 含量在该主成分中起决定作用，因此，将第5 主成分称为K 含量因子。

根據表4，构建各主成分得分与各营养品质间的线性关系式：

用上述公式计算出各样品营养品质的综合得分，ZF 值越大，表示样品营养品质性状综合表现越好，其中排名前10 的甘蔗种质依次为：‘河糖1 号‘德蔗0978‘福农40-95‘中蔗45 号‘云蔗06-193‘中糖2 号‘云蔗07-2800‘中蔗9号‘桂糖11‘POJ2878（表5）。

2.4 甘蔗种质资源聚类分析

将甘蔗营养品质主成分分析F₁、F₂、F₃、F₄、F₅的得分作变量进行系统聚类分析，采用系统聚类—组间连接法，在欧氏距离为18.5 处，可将100份甘蔗种质聚为5 个类群（表6，图1）。其中，第Ⅰ类群包含77 份种质，该类群的特点是蔗糖含量最高，平均蔗糖分为19.29%，平均蔗糖含量为189.54 mg/mL。第Ⅱ类群包含6 份种质，其特点是Ca、Fe 含量较高，平均含量分别为462.37、16.72 mg/kg，但平均果糖、葡萄糖、蔗糖含量最低，分别仅为1.60、0.53、71.03 mg/mL。第Ⅲ类群包含2 份种质，‘柳城09-15和‘粤甘49 号，该类群还原糖分、蛋白质、总游离氨基酸、总多酚、果糖、葡萄糖、P、Na 含量平均值均较高，平均蔗糖分和铁含量较低，分别为17.42%和12.70 mg/kg。第Ⅳ类群包含4 份种质，分别是‘福农10-0574‘中糖3 号‘河糖1 号‘闽糖69-421，该类群平均总游离氨基酸含量最高，为501.64 mg/100 g，平均蛋白质和总多酚含量较高，其余营养品质平均含量均适中。第Ⅴ类群包含11 份种质，其特点是K 平均含量最高，为1172.04 mg/kg，还原糖分、蛋白质、总游离氨基酸、总多酚平均含量较低。

3 讨论

甘蔗作为主要的糖料作物之一，糖分是重要的品质指标。100 份甘蔗种质资源中，蔗糖分变异系数最小，为6.93%；葡萄糖、还原糖分、果糖变异系数则较大，分别为155.28%、135.29%、83.59%，说明不同甘蔗种质在生长过程中还原糖的含量差异较大。因此，充分利用相应优异资源通过育种手段实现甘蔗中还原糖的改变具有较大潜力。

通过对100 份甘蔗种质营养品质进行相关性分析，结果发现蔗糖分与还原糖分、蛋白质、总游离氨基酸、果糖、葡萄糖含量呈极显著负相关，由此可见，甘蔗中蔗糖含量高的种质，还原糖、蛋白质、总游离氨基酸含量偏低，可作为筛选适宜生产白砂糖的种质。此外，蛋白质与总游离氨基酸及总多酚含量均呈显著正相关，表明蛋白质与此二者品质性状相互联系，有助于育种过程中实现多功能成分同时选择。果糖、葡萄糖、蔗糖含量与P 含量呈极显著正相关，P 是甘蔗体内细胞组织的必要成分，参与蔗糖的合成过程，具有促进早期甘蔗糖分积累的作用[34]。矿物质含量之间的相关性分析表明，Ca 含量与Fe 含量、Fe 含量与Cu 含量之间表现出相关性。众多学者研究结果均表明作物中不同矿质元素间存在着复杂的协作或拮抗作用。樊丽娜等[26]对甘蔗蔗汁矿质元素分析结果表明，Ca、Mg、Fe 元素含量之间呈显著正相关；匡立学等[35]对辽宁省苹果矿质元素含量的研究表明，P 与K、P 与Fe 之间呈显著正相关；王思琦等[36]对113 份木薯种质资源矿物质相关性分析表明，Ca 含量和K 含量呈极显著正相关，Ca 含量和Na 含量呈极显著负相关，Ca、K与Fe、Na 的含量吸收可能存在一定的拮抗作用。作物矿物质元素之间的相关性研究结果不尽相同，这可能与不同作物，不同品种对同一矿质元素的吸收率不同有关[37]。本研究结果表明，甘蔗种质蔗汁总多酚含量与蔗汁中Ca、Fe、Cu 含量密切相关，应进行更深入系统地研究。

本研究对100份甘蔗种质资源的14个营养指标进行主成分分析和聚类分析，结果表明，100份甘蔗种质的营养品质含量存在显著差异，其中，‘河糖1 号‘德蔗0978‘福农40-95‘中蔗45号‘云蔗06-193综合营养价值较高，可作为高营养价值的亲本材料用以改良甘蔗种质营养品质。其他综合营养品质居中的种质，也可根据其单一指标选择某些性状较好的种质作为亲本材料，加以利用而进行特定目标性状的改良，如可根据‘粤糖63-237高钙含量，改善甘蔗种质钙的富集能力。甘蔗营养品质受产地、环境、品种、播种期和收获期等条件的影响，本研究只选取一个试验点，各种质在不同产地、播种期、收获期的营养分析有待进一步研究，同时还需结合农艺性状、工艺性状等深入研究。