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氨基酸、维生素C、粗纤维、粗蛋白质和可溶性糖是人体不可或缺的营养成分,参与体内重要的生命活动和代谢过程,而矿质元素是组成激素、维生素、蛋白质和多种酶的重要组成部分[1],在人体保健方面起着重要作用。竹笋作为中国的传统佳肴,已有2500多年的食用和栽培历史,其味道鲜美、口感清脆、营养丰富而深受人们喜爱,被誉为最受欢迎的五大保健食品之一。中国是世界上最大的竹笋生产国和消费国,每年有大量的竹笋及其相关产品远销海外。其中,毛竹Phyllostachys edulis笋产量居竹笋产量之首,含蛋白质类、纤维类、糖类、多种矿质元素和氨基酸等人体所需的营养物质,毛竹笋具有高纤维、高氮、高矿质、低脂肪、低糖等营养特点[2-4],符合现代社会人们对饮食健康和食品质量的追求,具有很好的市场前景。目前,竹笋品质的研究主要集中在营养动态[5-6]、存储包装方式[7-8]以及经营措施[9-10]对竹笋营养成分的影响。其中,大量研究表明:施肥能显著影响竹笋的产量[10-11]和笋体中的氨基酸、蛋白质和脂肪等营养物质的含量[9, 12]。近年来,随着工农业生产和人类活动强度的增加,工业活动的密集化,如化石燃料燃烧、氮肥施用、畜禽养殖等人为活动的剧增,致使氮排放量不断攀升,大气中活性氮持续升高,氮沉降已从发达地区迅速发展到全球范围,极大地干扰了氮循环[13]。中国的氮沉降情况愈加严重,仅次于欧洲和美国,为全球第三大氮沉降区[14]。中国亚热带地区的平均氮沉降量已达30.00 kg·hm−2·a−1[15],最大氮沉降量已达51.56 kg·hm−2·a−1,而且还有进一步增加的趋势[16]。中国亚热带地区也是毛竹林的主要分布区,毛竹林面积达443万hm2,约占全国竹林面积的70%,毛竹是该区域重要的森林资源和南方山区农民经济收入的重要来源[17]。目前研究表明:氮沉降对毛竹林的土壤酶活性[18]、毛竹叶片化学计量、养分重吸收及凋落叶养分归还[19]等方面都有显著影响,这些变化是否会影响竹笋营养成分含量,进而改变其品质,尚未可知。为此,本研究以毛竹笋为研究对象,通过人工施氮模拟大气氮沉降的方法,研究氮沉降对毛竹笋品质的影响,以期为在日益增强的大气氮沉降下毛竹笋可持续经营提供新的参考。
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研究区位于浙江省杭州市临安区青山湖街道青山笋材两用毛竹林样地(30°14′N,119°42′E),该区处于中亚热带季风气候区的北缘,雨水充足,气候温润,四季分明。年平均降水量1 420 mm,年平均气温15.6 ℃,最高和最低气温分别为41.7 ℃和−13.3 ℃。年均日照约1 847 h,年均无霜期约230 d。土壤类型属于黄土壤,低山丘陵地貌,海拔100~300 m。研究地毛竹林采用集约经营模式,隔年采伐4 a以上的老竹,现存立竹主要是4龄竹(2016年)和2龄竹(2018年)。每年7−8月垦复除去林下的灌木和杂草,9月撒施450 kg·hm−2复合肥,施肥后翻耕30 cm,使之与表层土壤均匀混合。林地的林分和表层土壤(0~20 cm)初始特征见表1[20]。
表 1 毛竹林分和表层土壤(0~20 cm)特征
Table 1. Original characteristics of the Ph. edulis plantation and surface soil(0−20 cm)
处理 密度/
(株·hm−2)胸径/
cm土壤密度/
(g·cm−3)土壤有机碳/
(mg·g−1)土壤全氮/
(mg·g−1)土壤全磷/
(mg·g−1)土壤pH 对照(ck) 3 362±309 10.16±0.13 0.97±0.07 23.73±0.24 1.11±0.04 0.52±0.01 4.46±0.01 低氮(N30) 3 408±382 10.31±0.32 0.98±0.04 22.56±1.17 1.17±0.09 0.57±0.05 4.43±0.04 高氮(N60) 3 208±187 10.76±0.59 1.00±0.05 23.15±1.74 1.21±0.12 0.54±0.03 4.48±0.08 说明:数值为均值±标准差 -
采用典型样方法,在毛竹林内设立9个20 m×20 m典型样地,样地之间设置20 m以上的缓冲间隔区。以中国亚热带地区平均大气氮沉降量(30 kg·hm−2·a−1)和未来增加趋势为依据[21],设置3个氮沉降处理,分别为对照(0 kg·hm−2·a−1,ck)、低氮(30 kg·hm−2·a−1,N30)和高氮(60 kg·hm−2·a−1,N60),各处理重复3次。2013年1月至2019年4月,每月进行模拟氮沉降处理,全年12次。处理方法为在10 L水中加入各样地所需的相应质量的硝酸铵(NH4NO3),采用电动背式喷雾器将配好溶液均匀地喷洒在样地上;对照组采用同样的方法喷洒等质量的水,以减少外加水因素带来的误差影响。
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于2019年4月在毛竹林样地采挖大小适中,出土高度约3~5 cm的毛竹笋,要求其整体形态特征明显、饱满健壮、笋体完整,每个样地各采集5个春笋,将笋箨上的泥土和杂物清理干净,装入放有冰袋的恒温采集箱,带回实验室用于分析检测。将新鲜春笋去除掉笋壳和竹篼,选取其中可食的鲜嫩部分切成块状,采用四分法取样,在(130±2) ℃的烘箱中杀青10 min后,放入(60±1) ℃干燥机中烘干,粉碎后过60目筛,放入干燥器中保存以供竹笋营养成分测定。
氨基酸采用氨基酸分析仪测定[9];维生素C用稀酸提取,高效液相色谱法测定[22];粗纤维的测定参照国标GB/T 5009.10−2003《植物类食品中粗纤维的测定》,采用酸碱洗涤法;粗蛋白质采用凯氏定氮法测定[23];可溶性糖采用硫酸苯酚法测定[24];矿质元素采用硝酸-高氯酸(HNO3-HClO4)湿法消化法,消化液用火焰原子吸收光谱法测定[25]。
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采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)分析不同氮沉降强度下毛竹笋中氨基酸、维生素C、粗纤维、粗蛋白质、可溶性糖和矿质元素差异;用SPSS 19.0进行统计分析;用Origin 2018作图。所有数据均为平均值±标准差。
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由表2可知:氮沉降对毛竹鲜笋的总氨基酸、必需氨基酸和甜味氨基酸的质量分数均有显著提高作用(P<0.05),分别增加了45.03%~54.08%、33.66%~35.64%和96.50%~106.50%;而毛竹鲜笋的鲜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香类氨基酸的质量分数分别在高氮下显著增加了20.43%、15.83%和21.21%(P<0.05),低氮下显著降低63.44%、11.15%和27.27%(P<0.05)。同时,不同氮沉降水平下,毛竹鲜笋的必需、鲜味、甜味、苦味和芳香类氨基酸比例变化较大,氮沉降对毛竹鲜笋中氨基酸比例具有显著影响(P<0.05)。其中甜味氨基酸比例在氮添加下显著增加34.02%~35.54%(P<0.05),而氮沉降对必需氨基酸、鲜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香类氨基酸比例均有显著降低作用(P<0.05),分别降低7.84%~11.96%、21.92%~74.80%、24.79%~38.76%和21.30%~49.80%。
表 2 不同氮沉降水平下毛竹笋不同类型氨基酸质量分数及比例
Table 2. Contents and proportions of different types of amino acids under different nitrogen(N) deposition
氮处理 必需氨基酸 鲜味氨基酸 甜味氨基酸 苦味氨基酸 芳香类氨基酸 总氨基酸 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)对照(ck) 4.04±0.16 Bb 22.57 0.93±0.03 Eb 5.20 2.00±0.10 Db 11.17 2.78±0.11 Cb 15.53 1.32±0.02 Eb 7.37 17.90±0.61 Ab 低氮(N30) 5.40±0.21 Ba 20.80 0.34±0.02 Ec 1.31 3.93±0.18 Ca 15.14 2.47±0.14 Dc 9.51 0.96±0.07 Ec 3.70 25.96±1.10 Aa 高氮(N60) 5.48±0.25 Ba 19.87 1.12±0.04 Da 4.06 4.13±0.14 Ca 14.97 3.22±0.35 Ca 11.68 1.60±0.08 Da 5.80 27.58±1.27 Aa 说明:同列不同小写字母表示不同氮沉降水平对各氨基酸影响差异显著(P<0.05),同行不同大写字母表示相同氮沉降水平对各氨基 酸影响差异显著(P<0.05) -
氮沉降对毛竹笋营养成分的影响显著(图1)。随氮沉降增加,维生素C和粗蛋白质质量分数均先下降而后升高,而粗纤维和可溶性糖质量分数则均呈先升高而下降趋势,且各处理毛竹笋的粗蛋白质、可溶性糖并无显著差异(P>0.05)。毛竹笋维生素C质量分数不同处理间则差异显著(P<0.05),而高氮沉降毛竹笋粗纤维质量分数与对照并无显著差异(P>0.05),且均显著高于低氮沉降处理(P<0.05)。
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由图2可知:毛竹笋不同矿质元素质量分数差异较大,且对氮沉降的响应不同。其中:钾最高,硒最低。氮沉降对钾和锌无显著影响(P>0.05),但却显著提高了硒(83.15%~100.33%)、铁(69.57%~77.91%)和钠(26.22%~28.16%)(P<0.05)质量分数,显著降低了铜(18.19%~24.72%)(P<0.05)质量分数。同时,锰、钙和镁质量分数在低氮处理下显著增加(P<0.05),在高氮处理下显著降低(P<0.05)。与对照相比,在低氮处理下锰、钙和镁质量分数均显著提高(P<0.05),分别提高61.67%、17.45%和10.08%,而高氮处理下锰和钙质量分数分别降低14.22%、30.32%。
Effects of nitrogen application on nutritional components of Phyllostachys edulis shoot
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摘要:
目的 探讨氮沉降对毛竹Phyllostachys edulis笋品质的影响,为竹笋品质改善和人体保健提供理论依据。 方法 通过人工喷氮模拟氮沉降方法,研究了3种不同水平的氮沉降[0 kg·hm−2·a−1(对照)、30 kg·hm−2·a−1(低氮,N30)和60 kg·hm−2·a−1(高氮,N60)]对毛竹笋不同氨基酸、营养成分(维生素C、粗纤维、粗蛋白质、可溶性糖)和矿质元素质量分数的影响。 结果 氮沉降对毛竹笋营养品质和矿质元素影响显著,氮沉降显著增加了总氨基酸、必需氨基酸和甜味氨基酸的质量分数(P<0.05),高氮沉降显著提高了鲜味、苦味和芳香类氨基酸的质量分数(P<0.05),而低氮沉降则相反;同时,氮沉降显著提高了毛竹笋中甜味氨基酸比例(P<0.05),显著降低了必需、鲜味、苦味和芳香类氨基酸比例(P<0.05);氮沉降显著降低了毛竹笋中维生素C质量分数(P<0.05),但却提高了粗纤维质量分数,对粗蛋白质和可溶性糖质量分数影响不显著;氮沉降显著提高了硒、铁和钠(P<0.05)质量分数,显著降低了铜(P<0.05)质量分数,低氮沉降显著增加了锰、钙和镁(P<0.05)质量分数,而高氮沉降则相反。 结论 适度的氮沉降对毛竹笋营养成分有一定的提升作用,有利于竹笋品质的改善和人体保健。图2表2参41 Abstract:Objective This paper aims to explore the effects of N deposition on Phyllostachys edulis shoots and provide theoretical basis for improving bamboo shoot quality and human health. Method A field experiment was conducted in a subtropical Ph. edulis plantation and the effects of three different levels of simulated N deposition (control: 0 kg·hm−2·a−1, N30: 30 kg·hm−2·a−1, and N60: 60 kg·hm−2·a−1) on the contents of amino acids, nutrients (vitamin C, crude fiber, crude protein, and soluble sugar) and mineral elements in Ph. edulis shoots were studied. Result N deposition significantly affected the nutrient quality and mineral elements of Ph. edulis shoots. Nitrogen deposition significantly increased the contents of total amino acids, essential amino acids, and sweet amino acids (P<0.05). High N deposition (N60) significantly increased the contents of umami amino acids, bitter amino acids, and aromatic amino acids (P<0.05), while low nitrogen deposition (N30) had the opposite effect. Nitrogen deposition significantly increased the proportion of sweet amino acids (P<0.05), but significantly decreased the proportion of essential amino acids, umami amino acids, bitter amino acids, and aromatic amino acids (P<0.05), and significantly reduced vitamin C content(P<0.05) but increased crude fiber content, and had no significant effect on the content of crude protein and soluble sugar. Nitrogen deposition significantly increased the contents of Se, Fe and Na but significantly decreased the content of Cu (P<0.05). Low N deposition (N30) significantly increased Mn, Ca and Mg contents, while the N60 treatment was the opposite(P<0.05). Conclusion Moderate N deposition has a certain promotion effect on nutritional components of Ph. edulis shoots, which is conducive to the improvement of bamboo shoot quality and human health. [Ch, 2 fig. 2 tab. 41 ref.] -
Key words:
- botany /
- nitrogen deposition /
- Phyllostachys edulis shoot /
- nutritional components /
- mineral elements /
- health food
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表 1 毛竹林分和表层土壤(0~20 cm)特征
Table 1. Original characteristics of the Ph. edulis plantation and surface soil(0−20 cm)
处理 密度/
(株·hm−2)胸径/
cm土壤密度/
(g·cm−3)土壤有机碳/
(mg·g−1)土壤全氮/
(mg·g−1)土壤全磷/
(mg·g−1)土壤pH 对照(ck) 3 362±309 10.16±0.13 0.97±0.07 23.73±0.24 1.11±0.04 0.52±0.01 4.46±0.01 低氮(N30) 3 408±382 10.31±0.32 0.98±0.04 22.56±1.17 1.17±0.09 0.57±0.05 4.43±0.04 高氮(N60) 3 208±187 10.76±0.59 1.00±0.05 23.15±1.74 1.21±0.12 0.54±0.03 4.48±0.08 说明:数值为均值±标准差 表 2 不同氮沉降水平下毛竹笋不同类型氨基酸质量分数及比例
Table 2. Contents and proportions of different types of amino acids under different nitrogen(N) deposition
氮处理 必需氨基酸 鲜味氨基酸 甜味氨基酸 苦味氨基酸 芳香类氨基酸 总氨基酸 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)对照(ck) 4.04±0.16 Bb 22.57 0.93±0.03 Eb 5.20 2.00±0.10 Db 11.17 2.78±0.11 Cb 15.53 1.32±0.02 Eb 7.37 17.90±0.61 Ab 低氮(N30) 5.40±0.21 Ba 20.80 0.34±0.02 Ec 1.31 3.93±0.18 Ca 15.14 2.47±0.14 Dc 9.51 0.96±0.07 Ec 3.70 25.96±1.10 Aa 高氮(N60) 5.48±0.25 Ba 19.87 1.12±0.04 Da 4.06 4.13±0.14 Ca 14.97 3.22±0.35 Ca 11.68 1.60±0.08 Da 5.80 27.58±1.27 Aa 说明:同列不同小写字母表示不同氮沉降水平对各氨基酸影响差异显著(P<0.05),同行不同大写字母表示相同氮沉降水平对各氨基 酸影响差异显著(P<0.05) -
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