基于多元统计的不同黄瓜品种叶片矿质元素含量分析

摘    要：为探明不同黄瓜品种（含品系）叶片矿质元素含量的差异，以不同黄瓜品种叶片作为试验材料，利用原子吸收分光光度计测定8种矿质元素含量，并对结果进行多元统计分析与比较。结果表明，不同黄瓜品种叶片中均具有较丰富的矿质元素，其含量分布为K＞Ca＞Mg＞Na＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu；K和Na元素含量最高的品种为18-津绿60，Ca和Mg元素含量最高的品种为津早圆润，Fe和Mn元素含量最高的品种为S312，Zn元素含量最高的品种为20-津绿80，Cu元素含量最高的品种为WGP91。不同黄瓜品种叶片的矿质元素比例也存在差异，其中K∶Na和Fe∶Ｍn差异较大，而Ca∶Mg和Zn∶Cu差异较小。20个黄瓜品种可聚类成四类：第一类K、Na、Mn、Cu、Zn、Fe含量较高，但Ca、Mg含量较低；第二类Ca、Mg含量较高，但K含量较低；第三类K含量较高，但Ca含量较低；第四类K、Ca、Mg含量较高，但品种S29的 Mg含量偏低。相关分析表明，Mg和Ca、Na和K、Mn与Fe之间存在显著的正相关。主成分分析表明，品种S312、津早圆润和20-津绿60矿质元素含量综合得分排前3位，而S26、18-津绿60和19-津绿80排后3位。研究结果可为黄瓜品种选育及科学合理施肥提供理论依据和技术支撑。

关键词：黄瓜叶片；矿质元素；聚类热图；主成分分析；相关分析

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）02-038-08

Analysis of mineral elements content in different cucumber varieties based on multivariate statistics

WANG Hongxiang， ZHANG Fan， LIU Haixue， WU Huihui

（College of Horticulture and Landscape， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300392， China）

Abstract： In order to investigate the differences in the mineral element content of different cucumber varieties （including strains）， a multivariate statistical approach was used to examine and compare the eight mineral element content of the leaves of various cucumber varieties， as assessed by an atomic absorption spectrophotometer. The results shown that many cucumber varieties have high mineral element content， with a pattern of K＞Ca＞Mg＞Na＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu. The variety with the highest content of K and Na， Ca and Mg， Fe and Mn， Zn， and Cu is 18-Tsumegreen-60， Tsubasa Morning Round， S312， 20-Tsumegreen 80， and WGP91， respectively. There are also differences in the proportion of mineral elements in the leaves of different cucumber varieties， with significant differences in K： Na and Fe： Mn， while small differences in Ca： Mg and Zn： Cu. Four groups of 20 cucumber types may be identified： the first group has lower Ca and Mg concentration but greater K， Na， Mn， Cu， Zn， and Fe content. The K content is lower in the second category， while the Ca and Mg content is higher. The third group has higher K content and lower Mg content. The fourth group has higher K， Ca， and Mg content but lower Mg content of S29. According to correlation analysis， a significant positive correlation existed between Mg and Ca， Na and K， and Mn and Fe. Principal component analysis revealed that the top three combinations of mineral element content scores were S312， Jin Early Round， and 20-Zin Green 60， while the bottom three combinations were S26， 18-Zin Green 60， and 19-Zin Green 80. The research results may provide a theoretical foundation and practical support for scientific and acceptable fertilization as well as cucumber variety breeding.

Key words： Cucumber leaves; Mineral elements; Cluster heat map; Principal component analysis; Correlation analysis

黄瓜（Cucumis sativus L.）也称胡瓜、青瓜，是葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物，在国民经济中占据重要地位[1]。黄瓜含水量高，亦菜亦果，是重要的菜肴和补水食物，还含有丰富的维生素和矿质元素[2]。矿质元素是植物生长的必需元素，在植物生长过程中扮演着重要的角色，对维持机体正常的能量转换和新陈代谢等发挥着极其重要的作用[3]，缺少矿质元素会影响植物正常的生长发育，例如缺Ca元素会出现植株矮化、节间短的现象；缺Mg元素会影响叶绿素的形成；缺Fe元素会引起植株叶片黄化等[4]。近年来，随着科学研究的深入，关于黄瓜矿质元素种类及含量的研究越来越受到人们重视[5]。郭刚军[6]研究了黄瓜幼果从开花前2 d到开花后5 d的矿质营养元素含量变化，其中B、K、Fe元素在开花授粉后幼果发育期间含量变化相对稳定，Ca、Cu、Mg、Mn、Zn元素含量则随着果实的发育呈下降趋势。刁春霞等[7]通过对大黄瓜和荷兰小黄瓜矿质元素含量的测定，表明人体所必需的常量元素K、Ca、Mg在两种黄瓜中均大量存在，荷兰小黄瓜中K、Ca、Cu、Mn元素的含量高于大黄瓜，而Fe、Mg、Se元素的含量低于大黄瓜，Zn元素在两种黄瓜样品中含量相当。孙涌栋等[8]通过对黄瓜果实膨大生长过程中的矿质元素含量的测定，表明在整个果实膨大过程中，Ca、K、Mg元素含量最高，Cu、Mn元素含量最低。综上可知，尽管国内已有关于黄瓜矿质元素的研究，但主要关注点在于果实，而未见基于多元统计以多品种黄瓜为材料对叶片矿质元素含量进行分析的报道。叶片作为黄瓜生长的基础，光合作用产生的能量和有机物是果实生长所需的基本物质。另外，叶片中含有的矿质元素也会随着光合作用产生的有机物向果实转运，为果实的生长和发育提供营养。因此，在黄瓜果实形成过程中，叶片供应的矿质元素对果实的发育和产量具有至关重要的作用。笔者利用原子吸收分光光度计测定不同黄瓜品种初花期叶片中K、Ca、Mg、Na、Fe、Zn、Mn、Cu等8种矿质元素含量，并经多元统计分析建立20个黄瓜品种叶片矿质元素综合评价模型，旨在明确其矿质元素含量差异，以期为黄瓜初花期培肥管理和矿质营养诊断提供科学可行的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2022年3－6月在天津市绿丰园艺新技术开发有限公司和天津农学院实验室进行。试验材料为天津市绿丰园艺新技术开发有限公司种植的20个不同黄瓜品种（品系），分别为S26、S27、S28、S29、S30、S34、S109、S111、S213、S279、S312、WGP91、WGP53、津早圆润、津绿25、津绿30、18-津绿60、19-津绿80、20-津绿60、20-津绿80。播种前将整齐度一致的种子消毒后在28～30 ℃培养箱内催芽处理6～8 h，淘洗干净后播种在育苗盘上，棚室温度控制在25～30 ℃，每天喷水1次，当黄瓜苗长到3叶1心时即可定植。在定植前2周左右，应对大棚内的土壤进行深耕施底肥，以充分保证黄瓜生长发育所需要的营养物质。定植后管理措施参照史晓燕等[9]的方法进行。当黄瓜植株长至初花期时（定植60 d左右），选取从黄瓜植株根部数第5片叶作为试验材料，每个品种随机选取6株，3次重复。样品采集后立即放入冷藏保温箱，并及时带回实验室备用。

1.2 主要仪器和设备

石墨炉原子吸收分光光度仪（TAS-990 super，北京普析通用仪器有限责任公司），火焰光度计（上海仪电分析仪器有限公司），高通量微波消解仪（MARS 6，美国CEM公司），消煮炉（EHD-24，北京东航科仪仪器有限公司），电热鼓风干燥箱（XCA-80001，天津市华北实验仪器有限公司）。

1.3 样品前处理及矿质元素测定

将采摘好的初花期黄瓜叶片放入电热鼓风干燥箱中110 ℃下杀青后，在70 ℃下烘干至恒质量。将干燥后的样品磨碎，称取0.5 g样品加入75% HNO3 10 mL，用高通量微波消解仪进行消解，消解后在电热炉上进行赶酸，赶酸至剩余1 mL后用超纯水定容至50 mL[10]。利用原子吸收火焰分光光度计测定Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu元素含量，用火焰光度计测定K和Na元素含量[11]，3次重复。

1.4 数据处理

采用Excel 2016对数据进行统计，用OmicShare tool制作聚类热图[12]，用IBM SPSS Statistics 26进行相关性及主成分分析[13]，采用李跃红等[14]、李燕等[15]的方法构建矿质元素综合评价得分模型。

2 结果与分析

2.1 不同黄瓜品种矿质元素含量分析

通过对20个黄瓜品种叶片样品矿质元素含量测定分析，结果表明不同黄瓜品种叶片K、Ca、Mg、Na、Fe、Zn、Mn、Cu等8种矿质元素含量均不相同（表1）。20个黄瓜品种叶片中K元素含量较高的有18-津绿60、20-津绿80和19-津绿80，含量（w，后同）分别为81 708.33、68 537.00、59 041.33 mg·kg-1；S213中K元素含量最低，为23 209.33 mg·kg-1。Na元素含量较高的品种有18-津绿60、19-津绿80和20-津绿60，含量分别为2 850.00、2 670.33、2 626.33 mg·kg-1；S109中Na元素含量最低，为1 220.00 mg·kg-1。Ca元素含量较高的有津早圆润、S34和S29，含量分别为45 321.53、44 114.47、40 240.40 mg·kg-1；S26中Ca元素含量最低，为21 637.80 mg·kg-1。Mg元素含量较高的品种有津早圆润、20-津绿60和S34，含量分别为40 943.33、38 433.33、37 875.00 mg·kg-1；S29中Mg元素含量最低，为22 233.33 mg·kg-1。Fe元素含量较高的有S312、20-津绿60和津绿25，含量分别为243.53、169.33、148.43 mg·kg-1；津绿30中Fe元素含量最低，为15.43 mg·kg-1。Mn元素含量较高的有S312、S28和S26，含量分别为39.20、34.45、28.71 mg·kg-1；WGP53中Mn元素含量最低，为11.85 mg·kg-1。Zn元素含量较高的有20-津绿80、津早圆润和S30，含量分别为42.77、42.47、39.34 mg·kg-1；S26中Zn含量最低，为26.80 mg·kg-1。Cu元素含量较高的有WGP91、S30、S312和S27，含量分别为18.03、15.73、15.28、15.28 mg·kg-1；18-津绿60中Cu元素含量最低，为10.43 mg·kg-1。