青海茄参不同组织营养品质分析

Analysis of nutritional quality in different tissues of Qinghai Mandragora caulescens

摘要

目的 研究野生青海茄参不同组织及不同生长期的营养品质及最佳采收时期。 方法 以野生青海茄参为试验材料，利用分光光度计、酶标仪、高效液相色谱法分别对其3个组织（叶片、果实、根） 中的含水量、可溶性蛋白、可溶性糖、总酚、类黄酮等12个指标进行检测。 结果 青海茄参不同组织营养品质含量差异较大，蔗糖是青海茄参可溶性糖的主要成分。其中鲜叶可溶性蛋白含量最高，老叶总酚含量最高，且与其他组织差异显著（P<0.05）。果实成熟度Ⅳ淀粉、还原糖、类黄酮含量最高。果实成熟度Ⅰ到成熟度Ⅳ生长指标先增大后减小，果实成熟度Ⅲ最佳且可溶性蛋白、可溶性糖的含量最高；可溶性糖与蔗糖、还原糖、淀粉呈极显著正相关；蔗糖与还原糖、淀粉呈显著正相关，与游离氨基酸呈极显著正相关；总酚与游离氨基酸、可溶性糖、蔗糖、淀粉呈负相关；类黄酮与可溶性蛋白，游离氨基酸呈负相关。 结论 野生青海茄参的适宜采收期为果实成熟度Ⅲ。

Abstract

Objective To study the nutritional quality and optimal harvest time of wild Qinghai Mandragora caulescens in different tissues and different growth periods. Method Using wild Qinghai M.caulescens as a test material，12 indexes such as water content，soluble protein，soluble sugar，total phenolics，and flavonoids in its three tissues (leaves，fruits at various stages of ripeness，and roots) were detected by spectrophotometer，microplate reader，and high performance liquid chromatography. Result The nutritional quality content of different tissues of Qinghai M.caulescens varies widely，and sucrose is the main component of the soluble sugar of Qinghai M.caulescens.Among them，the soluble protein content of fresh leaves was the highest，and the total phenol content of old leaves was the highest，and there were significant differences with other tissues (P<0.05).The content of starch，reducing sugar and flavonoids in fruit IV is the highest.The growth index from fruit I to IV first increased and then decreased，and the content of soluble protein and soluble sugar was the highest in fruit III.Soluble sugars were significantly positively correlated with sucrose，reducing sugars，and starch.Sucrose was significantly positively correlated with reducing sugars and starch，and very significantly positively correlated with free amino acids.Total phenolics were negatively correlated with free amino acids，soluble sugars，sucrose，and starch，and flavonoids were negatively correlated with soluble proteins and free amino acids. Conclusion The suitable harvest period of wild Qinghai M.caulescens is fruit ripeness III.

Graphical abstract

关键词

青海茄参 / 不同组织 / 营养品质 / 差异分析 / 相关性分析

Key words

Qinghai Mandragora caulescens / different organizations / nutritional quality / difference analysis / correlation analysis

Author summay

代思雨，硕士研究生。E-mail： [e-mail]

青海茄参（Mandragora caulescens）又名曼陀茄，是茄科（Solanaceae）茄参属（Mandragora）的多年生双子叶草本植物，根肉质^［1］。原产于青海祁连、玛沁、玉树等海拔3 650~4 000 m的高寒地区。现分布于西藏东北至东南，青海北至青海南，四川西部等地，种质资源稀缺。青海茄参味苦、性寒、有毒，全草药用^［2］，有止痛、消肿的功效，可治疗腹痛、身疼、毒疮、皮肤病等疾病^［3］，具有较高的研究价值^［4］。但其植株矮小，生长缓慢，为野生种质资源。因此，难以形成产业化规模生产，开发利用困难，易造成资源枯竭^［5］。随着药用植物在中医领域的地位逐步升高，其植物资源的保护开发也越发重要。因此，明确青海茄参的采收期具有重要意义。

研究表明，果实采收期与果实品质之间有着密切且重要的关系^［6］。目前关于果实成熟期的研究主要集中在表型性状和营养品质两方面^［7］。薛坤等^［8］通过生长指标及生理指标确定了樱桃番茄的最佳采收期。可溶性总糖参与植物细胞渗透调节，维持蛋白质稳定^［9］；游离氨基酸增强植物呼吸作用，促进植物的新陈代谢^［10］；可溶性蛋白使植物抗逆性增强；类黄酮和总酚等活性物质在植物的生长、发育、开花、结果以及抗菌防病等方面起着重要的作用^［11］，而过早采挖会影响果实营养物质的积累，从而影响植物对极端环境的适应。

目前，关于青海茄参营养品质和质量评价领域的研究仍为空白。为明确该物种不同组织的营养品质特性，本研究通过对青海茄参不同组织不同发育时期进行了12个营养指标的测定，为后续野生青海茄参在中藏药材、野生植物引种，农作物改良等方面的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用青海省果洛藏族自治州达日县（海拔4 350 m；N 33°45'6.948"，E 99°39'6.444"）采集的野生青海茄参根、果实（成熟度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）和叶（新叶（叶X），老叶（叶L））3个不同组织为试验材料。清水洗净后取大小相近的样品，液氮速冻，-80 ℃保存，每个样品4个重复。采摘顶芽及其下部2~3片叶作新鲜幼叶，茎基部3节内的茎叶作为成熟期老叶。

1.2 仪器与试剂

CBM30型高效液相色谱（日本岛津公司）、Waters ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm，美国）、WD-2102B型全自动酶标仪（北京六一生物科技有限公司）、UV2150型紫外可见光分光光度计（上海尤尼柯仪器有限公司）、CN-04711-30型超声破碎仪（ColeParmer，美国）。果糖（上海易恩化学技术有限公司，批号：R050600）、葡萄糖（上海源叶生物科技有限公司，批号：B21882）、蔗糖（青岛克斯特生物科技有限公司，批号：HXSJ-020232）、麦芽糖（上海源叶生物科技有限公司，批号：B65331），其他试剂均为国产分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 外观品质测定

根据果实发育时间将其划分为4个成熟度分别表示为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。成熟度Ⅰ颜色为浅绿色，绿色>60%；成熟度Ⅱ为浅黄绿色相间；成熟度Ⅲ为深黄绿色，深绿色>40%；成熟度Ⅳ的颜色为青紫色>50%。游标卡尺测量果实4个不同成熟度的横径、纵径，果型指数（纵径/横径）。

1.3.2 营养品质测定

含水量测定参考谭梦怡等^［12］的方法；可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝G-250法^［13］；游离氨基酸测定采用茚三酮显色法^［14］；可溶性总糖、淀粉测定采用蒽酮比色法^［13］；还原糖测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法^［13］；总酚采用Folin-酚法^［15］；类黄酮采用植物类黄酮含量检测试剂盒（北京索莱宝科技有限公司）微量法测定。

蔗糖、葡萄糖、果糖，果聚糖测定参考高效液相色谱法（HPLC）^［16］。供试样品：取青海茄参3个不同组织干样粉末（过三号筛）0.5 g于具塞锥形瓶中，加纯水20 mL，沸水浴1 h，放冷，12 000 r/min离心10 min，取上清液于25 mL容量瓶中，定容摇匀，过0.22 μm微孔滤膜，-20 ℃保存待测。流动相：（A）水和（B）0.1% 甲醇，流速1 mL/min，柱温80 ℃，进样量5 μL。

1.4 统计分析

采用Excel 2016处理数据；SPSS 25.0进行统计分析；Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 果实成熟度与生长指标分析

通过对青海茄参果实不同成熟度生长指标的测定发现（表1）：果实成熟度Ⅰ到成熟度Ⅳ颜色逐渐加深，由浅绿色最终变为青紫色。而果实成熟度Ⅰ到成熟度Ⅳ生长指标呈先增大后减小的趋势，果实成熟度Ⅲ果型指数最大。果实成熟度Ⅰ果型普遍较小，与其他3个成熟度差异显著，推测与其处于青海茄参发育早期，外界气温较低不利于果实膨大和营养品质积累有关。果实成熟度Ⅳ较成熟度Ⅲ稍有减小，可能因为果实处于衰老过程，物质积累，含水量减少，所以果实变小。通过相关性分析可知，果实纵径与果实质量呈显著正相关，相关系数为0.982，其余生长指标间相关性不显著，但都呈正相关（表2）。

2.2 青海茄参不同组织含水量

由图2可知，野生青海茄参根、叶、果3个不同器官含水量排名为叶>果>根。叶片的平均含水量最高。其中新鲜叶片的含水量高于成熟的老叶；根的平均含水量最低；果实的平均含水量为76.5%，其含水量随着果实的成熟度呈先升高后下降的趋势，果实成熟度Ⅱ含水量达到巅峰，果实成熟度Ⅳ含水量最低，极差5%。

2.3 青海茄参不同组织可溶性蛋白含量

通过对野生青海茄参根、叶片、果实3个部位中的可溶性蛋白含量检测结果发现（图3），其不同组织可溶性蛋白含量从高到低依次为：叶、根、果。叶片平均含量124.09 mg/100 g，新鲜叶片可溶性蛋白含量最高，成熟老叶含量有所下降；果实的可溶性蛋白含量平均为98.9 mg/100g，随着果实成熟度的增加可溶性蛋白含量先升高后降低，果实成熟度Ⅲ含量最高，果实成熟度Ⅳ含量最低，二者差异显著。

2.4 青海茄参不同组织游离氨基酸含量

由图4可知，野生青海茄参3个不同组织中游离氨基酸含量从高到低依次为根、果实、叶。根的游离氨基酸平均含量最高；叶片游离氨基酸平均含量最低，其中老叶含量高于新叶，极差0.04 mg/g；果实平均游离氨基酸含量为1.32 mg/g，其含量随着果实成熟度的增加呈逐渐上升的趋势，差异不显著，果实成熟度Ⅳ含量最高，果实成熟度Ⅰ含量最低，极差0.06 mg/g。

2.5 青海茄参不同组织可溶性总糖含量

如图5所示，不同组织可溶性总糖含量差异较大，其中根>果>叶。果实可溶性总糖含量平均为21.76%，随着成熟度的增加呈先显著上升后平缓下降的趋势，其中果实成熟度Ⅰ含量最低，果实成熟度Ⅲ含量最高，变化幅度为10.58%~30.96%。由图5可知，果实成熟度Ⅱ向果实成熟度Ⅲ生长发育时，可溶性总糖含量显著升高；叶片中可溶性糖平均含量5.69%，是3个组织中含量最低的部位。随着叶片的生长，可溶性总糖含量逐渐升高，但生长期内波动不明显；青海茄参地下部位根的可溶性总糖含量最高，平均为30.73%，显著高于其他两个部位。野生青海茄参根为多年生肉质根，是可溶性糖供应储存的主要部位。由于每年要进行一定光合产物的积累和转化，所以各组织中可溶性糖的动态变化也有相应的内在联系^［17］。

2.6 青海茄参不同组织还原糖含量

由图6可知，野生青海茄参3个不同组织中还原糖含量从高到低依次为果实、根、叶片。3个不同器官中还原糖含量平均值依次为0.89%、0.81%、0.28%。随着成熟度的增加，果实还原糖含量逐步增加，果实成熟度Ⅰ含量最少，果实成熟度Ⅳ含量最高，极差0.41%；叶片还原糖含量显著偏低，老叶含量较新叶稍有增加，极差0.05%。结合后续对糖组分的检测，可知还原糖不是野生青海茄参的主要糖组成成分。

2.7 青海茄参不同组织淀粉含量

通过对野生青海茄参根、叶片、果实3个部位中的淀粉含量检测结果发现（图7），其不同组织淀粉含量从高到低依次为：根、果实、叶。叶片平均含量2.85%，新叶老叶极差0.9%；果实平均含量9.04%，随着果实成熟度的增加淀粉含量逐步上升，果实成熟度Ⅰ含量最低，果实成熟度Ⅳ含量最高，极差9.85%。

2.8 青海茄参不同组织蔗糖含量

青海茄参根、叶、果3个部位均未检测出葡萄糖、果糖，果聚糖。由此推断青海茄参不含以上3种物质或含量较少未检出。蔗糖则是青海茄参可溶性总糖中的主要成分。

野生青海茄参不同组织蔗糖含量如图8所示。不同部位蔗糖含量差异较大，其中根>果>叶。其地下部位的根蔗糖含量最高，平均含量134.04 mg/g，显著高于其他两个部位；果实蔗糖含量平均为97.96 mg/g，其中果实成熟度Ⅰ含量最低，果实成熟度Ⅳ含量最高，变化幅度为80.05~115.39 mg/g，随着果实成熟度的增加呈逐步上升的趋势；叶片中蔗糖平均含量71.1 mg/g，是3个组织中含量最低的部位。随着叶片的生长，蔗糖含量逐渐升高，但生长期内波动不明显，与可溶性总糖变化趋势一致。猜测与野生青海茄参从幼期到中期再到衰老期，植物体内叶绿素含量增加，光合速率加快，蔗糖的合成量增加有关。蔗糖属于植物体内可溶性糖的主要成分，所以可溶性糖含量也会随之增加。

2.9 青海茄参不同组织总酚含量

由图9可知，野生青海茄参3个不同组织中总酚含量从高到低依次为叶片、果实、根。计算青海茄参不同组织中总酚平均含量可知：根为0.87 mg/g，果实为1.2 mg/g，叶片为2.92 mg/g。根的总酚含量最低；随着果实成熟度的增加，青海茄参总酚含量呈逐步上升的趋势，果实成熟度Ⅰ含量最低，果实成熟度Ⅳ含量最高，差异不显著；叶片是3个组织中总酚含量最高的部位，变化幅度2.31~3.52 mg/g。随着青海茄参的生长发育，总酚含量不断上升。

2.10 青海茄参不同组织类黄酮含量

野生青海茄参不同组织类黄酮含量如图10所示。青海茄参不同部位均含类黄酮，其部位不同含量也略有差异，含量高低依次为：叶>果>根。果实类黄酮含量平均为9.9 mg/g，果实成熟度Ⅰ到果实成熟度Ⅲ类黄酮含量缓慢上升，而到果实成熟度Ⅳ时含量明显升高，与其他3个成熟度差异显著；叶片中类黄酮平均含量11.85 mg/g，是3个组织中含量最高的部位。随着叶片的生长，类黄酮含量逐渐升高；处于地下部分的肉质根中类黄酮平均含量8.2 mg/g。

2.11 青海茄参不同组织营养品质差异分析

通过对野生青海茄参不同组织所有营养指标的差异分析发现，不同组织间的营养品质含量差异较大。成熟度Ⅳ的果实淀粉、还原糖、类黄酮3个指标含量最高，且与其他组织呈显著差异。果实成熟度Ⅰ总酚、类黄酮含量最低；新鲜叶片中可溶性蛋白含量最高，成熟老叶总酚含量最高，且与其他组织呈显著差异。同时叶片的可溶性糖、淀粉、还原糖3个指标含量最低，且都与其他组织呈显著性差异。

2.12 青海茄参不同组织营养品质相关性分析

为探究野生青海茄参植株体内各品质间的相关密切程度^［19-20］，对其各个组织的8种营养成分进行了相关性分析（表4），结果表明青海茄参营养成分间存在一定的相关作用。其中可溶性糖与蔗糖、还原糖、淀粉呈极显著正相关，相关系数分别为0.895、0.843、0.950；蔗糖与还原糖、淀粉呈显著正相关，相关系数分别为0.732、0.827，与游离氨基酸呈极显著正相关，相关系数为0.878；还原糖与淀粉呈极显著正相关，相关系数为0.902，与可溶性蛋白呈显著负相关，相关系数为-0.784。其余指标相关性不显著。类黄酮与可溶性蛋白，游离氨基酸呈负相关，与其余指标呈正相关；可溶性蛋白与总酚呈正相关，与其余指标呈负相关；总酚与游离氨基酸、可溶性糖、蔗糖、淀粉呈负相关，与其余指标呈正相关；游离氨基酸与4个糖类指标呈正相关，与其他指标呈负相关。

3 讨论

可溶性糖和可溶性蛋白是植物体内必备的营养，对果实和种子的生长发育起重要作用^［9］。4个不同成熟度的果实中成熟度Ⅲ果实的可溶性蛋白、可溶性糖含量最高。随着生长期的延长，青海茄参可溶性蛋白、可溶性糖含量呈先升高后稳定的趋势，这一结果与王鑫鑫等^［21］对红砂种子生理特性的研究结果相似。果实成熟度Ⅲ和果实成熟度Ⅳ的总酚、类黄酮、游离氨基酸、淀粉、还原糖、蔗糖含量均达到较高水平。通过青海茄参不同成熟度果实生长指标的测定发现果实成熟度Ⅲ质量最好，果型指数最高，为青海茄参的果实膨大期。我们可以通过果实的纵径和果型指数两个指标预测青海茄参果实的生长发育状态，与袁秀云等^［22］对观赏海棠果实的评价标准一致。结合青海茄参果实微甜，易被野外昆虫食用的特点，可推测出，青海茄参的最佳采收时期为果实成熟度Ⅲ。同时，青海茄参各个组织中都含有类黄酮和总酚，而这两种物质又属于功能性品质，具有较强的抗氧化及抑菌功能^［11］。符合野生青海茄参全草药用的特点^［2］，为后续研究野生青海茄参各组织的药用价值提供科学依据。

野生青海茄参根部和成熟果实（果实成熟度Ⅲ和果实成熟度Ⅳ）的可溶性糖含量较高，其中蔗糖为野生青海茄参可溶性糖的主要成分。可溶性糖与植物的抗寒性有关，可以起到维持细胞膜结构稳定，保护植物免受低温伤害的作用^［23］。Wei等^［24］研究表明，极端条件下植物可将体内的蔗糖转化为果糖，继而合成果聚糖，从而提高植物的抗逆性^［25］。这可能是野生青海茄参可以在高海拔极寒极旱地区安全越冬的原因之一。本研究为利用野生青海茄参的强抗寒性引种改良番茄^［26］、辣椒^［27］等茄科农作物提供新思路和初期理论依据。

叶片是植物进行光合作用的主要部位。野生青海茄参成熟叶片除含水量和可溶性蛋白外的7个指标含量均大于新鲜叶片。说明适时的延长采挖期可以有效地提高青海茄参体内营养品质的积累。同时，贺雅娟等^［28］也证明了果实膨大期，叶片叶绿素等物质含量显著高于其他时期。

综上所述，野生青海茄参不同组织间的生理指标含量存在较大差异。青海茄参中含有多种营养性和功能性成分，具有较大的开发应用价值和经济价值^［29］。本研究从青海茄参的营养品质及生长特性入手，阐明其中差异，在生理角度选择了野生青海茄参适宜的采收期，优先采收高质量果实，与前人用标准化保证中药材质量的理念相契合^［30］，对后续青海茄参的早期选育、高效育种、种质资源开发利用提供数据基础。

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基金资助

国家自然科学基金项目(31860575)

青海省林业厅林木种苗总站国家长期科研基地监测项目(2130211)