10份黔引生姜资源农艺性状及活性成分的分析评价

侯颖辉 李德文 王少铭 罗莉斯 李晋华 冷家归 汪志燚

收稿日期：2023-04-06；修回日期：2024-01-21

基金项目：贵州省农业科学院青年基金（黔农科院青年基金〔2020〕18号、黔农科院青年基金〔2022〕27号）；贵州省科技支撑计划（黔科合支撑〔2021〕一般260）

作者简介：侯颖辉，女，助理研究员，研究方向为辛香料成分分析及产品开发。E-mail：houyinghui-ok@163.com

通信作者：李德文，男，副研究員，研究方向为作物遗传育种。E-mail：16356486@qq.com

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0209

摘    要：探明10份省外生姜资源和5份省内资源的生物学性状及品质表现，为贵州生姜产业发展及相关标准制定提供理论依据。采用水蒸气法、GC-MS及HPLC等技术测定不同生姜资源的农艺性状及活性成分含量。结果表明，单株产量＞500 g的有9份，其中，GZD单株产量最高。相关性分析表明，单株产量与姜球数量呈极显著负相关，与主茎叶片数呈极显著正相关；姜球直径与姜球数呈显著负相关，与分枝数呈显著正相关，与姜块宽度呈极显著正相关。JY干物质含量显著高于其他资源，达21.72%。HL的纤维素含量达1.384%，显著高于其他资源。根据精油组分，15份生姜可分为2种类型：I型11份，3种主要成分（α-姜烯，姜黄烯，α-法呢烯）含量之和约占总香气成分的50%；II型4份，3种主要成分含量之和＜30%。此外，除JY、FS 外，其余13份生姜资源的6-姜酚含量（w，后同）均＞6 mg·g-1，其中GZD的6-姜酚含量显著高于其他资源，为12.36 mg·g-1。其中省外引种资源中GG、YJ和HL的产量和品质表现俱佳，单株产量均在500 g以上，干物质含量适中，为14.75%～17.20%，精油得率相对较高，为0.022～0.029 mL·g-1，姜辣素含量为6.99～10.20 mg·g-1，适宜在贵州种植。

关键词：引种生姜；农艺性状；精油；GC-MS；姜辣素

中图分类号：S632.5+S632.5             文献标志码：A            文章编号：1673-2871（2024）04-094-09

Analysis and evaluation on agronomic characters and active components of 10 ginger resources introduced in Guizhou

HOU Yinghui， LI Dewen， WANG Shaoming， LUO Lisi， LI Jinhua， LENG Jiagui， WANG Zhiyi

（Guizhou Institute of Oil（Spice）Crops， Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang 550006， Guizhou， China）

Abstract： The biological characters and quality performance of 10 ginger resources outside the province and 5 resources within the province were investigated， which provided theoretical basis for the development of ginger industry in Guizhou and the formulation of relevant standards. Field investigation， water vapor method， GC-MS and HPLC techniques were used to study the agronomic properties of ginger resources from different sources and the content of ginger essential oil and gingerol. The results showed that there were 9 ginger resources with yield > 500 g， GZD plant yield was the highest （670 g）. The correlation analysis showed that the yield per plant was significantly negatively correlated with the number of rhizome and positively correlated with the number of main stem leaves. Rhizome width was positively correlated with plant height， branch number， stem and leaf weight and plant width. The diameter of ginger finger was negatively correlated with the number of ginger finger， positively correlated with the branch number and the width of Rhizome. The dry matter content of JY was significantly higher than that of others with 21.72%. There was no significant difference in dry matter content between HN and GDY， with 12.44% and 12.31%， respectively. The content of cellulose in HLwas 1.384%， significantly higher than that of other resources. The 15 ginger accessions could be divided into 2 types according to the component contnet of essential oils ： Type I （11 parts）， α-gingerene > 27%， curcumene > 6%， α-farthene > 12%， 3 main components content accounted for about 50% of the total aroma components; Type II （4 parts）， sum of 3 main components content < 30%. There were 13 samples with 6-gingeral content > 6 mg·g-1. The 6-gingeral content（12.36 mg·g-1）of GZD was significantly higher than that of others . In summary， GG， YJ and HL have better production and quality performance than those from other provinces， single plant yield was above 500 g， the dry matter content was 14.75%-17.20%， the essential oils content was much higher， accounting for 0.022-0.029 mL·g-1， the 6-gingeral content was 6.99-10.20 mg·g-1. Inclusion， GG， YJ and HL are suitable for planting in Guizhou.

Key words： Introduced ginger; Agronomic traits; Essential oil; GC-MS; Gingerol

中  国  瓜  菜

试验研究

2024，37（4）：94-102

生姜（Zingiber officinale Roscoe）属姜科姜属多年生宿根草本植物，是常见的药食同源作物。食用可去腥增鲜，药用可降血糖、降血脂等[1-3]。精油及姜辣素是生姜重要的品质指标和活性物质，其中姜辣素含量更被视为生姜药用品质的衡量指标[4]。姜辣素主要由6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚和6-姜烯酚组成，其中以6-姜酚含量最高，在60%以上[5]。生姜精油的主要活性成分包括α-姜烯、α-法呢烯和α-姜黄烯等[6]，在生物防治领域具有广阔的应用前景。生姜作为贵州重要的特色经济作物，种植面积不断扩大，但由于其为无性繁殖，种质资源创新困难，品种单一，科学引进外省优良资源或可解决这一难题。由于贵州属温暖湿润、寡热照气候，部分引种资源可能出现产量不高、品质不佳等不适应现象。笔者以省内特色生姜资源水城小黄姜为参照，针对10份省外生姜资源进行农艺性状及活性成分评价，以此为依据进行科学引种，筛选出适宜贵州生长的外省优质生姜资源，以期为贵州生姜产业的可持续发展提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以连续3 a（年）年栽种于贵州省贵阳市金竹镇香料资源圃内（2019－2021年）的15份（省外10份，省内5份）生姜资源为研究对象（表1），对2021年栽种的生姜进行农艺性状调查，并将该年度收获的鲜姜用于品质检测。

1.2 方法

1.2.1 农艺性状调查 按照《姜种质资源描述规范和数据标准》[7]测定生姜的农艺性状。每年4－5月在贵州省农业科学院油料研究所试验田进行试验，随机区组排列，3次重复，每小区定植30株，株距15 cm，行距30 cm，2019—2021年连续3 a（年）进行农艺性状调查。每小区随机抽取10株，在生姜生育期内测定13个表型性状，其中2个质量性状包括株型、肉色；11个数量性状包括株高、株幅、分枝数、主茎叶片数、主茎粗、茎叶鲜质量、根茎鲜质量、姜球数量、姜球直径、根茎长和根茎宽。

1.2.2 干物质与木质素、纤维素含量检测 利用恒温干燥法测定干物质含量；按照Solarbio的木质素（BC4205）、纤维素（BC4285）检测试剂盒说明书检测生姜的纤维素、木质素含量。

1.2.3 精油提取及成分分析 准确称取姜粉a g，利用水蒸气法提取生姜精油b mL，计算精油得率b/a（mL·g-1），并利用气相质谱联用技术（GC-MS）[8-10]采集精油成分，根据G333660065_MassHunter Qualitative Anaylsis DA Software B.06.00分析化合物种类。色谱和质谱条件如下—GC条件：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 ?m），载气He，流速为1 μL·min-1，时间间隔为1 s，进样量为0.1 μL，分流比为30∶1；进样口温度为250 ℃，升温程序：起始温度70 ℃，保持3.5 min，以6 ℃·min-1升温至156 ℃，保持1 min，以2 ℃·min-1升温至180 ℃，最后以5 ℃·min-1升温至240 ℃，保持10 min。MS条件：电喷雾离子源（ESI），电离能为70 eV，接口温度为240 ℃，离子源温度为200 ℃，扫描范围35～450 m/z。

1.3.4 姜辣素提取及含量分析 定量称取过筛的生姜粉，利用超声结合有机溶剂萃取技术和高效液相色谱法（HPLC）检测姜辣素含量（以6-姜酚计）[11]。色谱条件：使用Zorbax-SB-Aq（4.6 mm×250 mm，5 μm）色谱柱，流动相：0.1%乙酸水溶液（A）-乙腈（B），梯度洗脱：0～10 min，40% B；10～40 min，40%～90% B；40～45 min，90%～100% B；45～50 min，100%～40% B；檢测波长275 nm；进样量10 μL；流速1.0 mL·min-1，柱温30 ℃。

1.3 数据处理

采用Excel 2003进行数据整理和作图，采用DPS 21.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 农艺性状分析

根据根状茎大小和颜色[7]可将15份生姜资源分为3类：大姜（3份）、小黄姜（9份）和二黄姜（3份）。与大姜相比，小黄姜姜球较小、切面金黄、肉质更加细嫩、辛辣味更浓、纤维更细[12]，二黄姜为小黄姜的变种，其肉色、株型均与小黄姜接近但姜球相对较大。AA为半直立型，SW为平展型，其余品种资源均为直立型。由表2可知，各品种单株根茎鲜质量为258.0～670.0 g，其中，500 g以上资源9份，省内4份（包括GLS、GDY、GZX和GZD），省外5份（包括HJ、JY、GG、YJ和HL），省外资源单株产量均低于贵州大姜GZD和六盘水小黄姜GLS；根茎鲜质量＜350 g资源有3份，其中省内1份（GSN），省外2份（SW和HN），HN最低。

11个数量性状相关性分析表明（表3），单株根茎鲜质量与姜球数量呈极显著负相关，相关系数为-0.699 8，与主茎叶片数呈极显著正相关，相关系数为0.785 4；根茎宽度与株高、分枝数、茎叶鲜质量、株幅呈极显著正相关，相关系数分别为0.689 9、0.738 5、0.793 8和0.778 1；姜球直径与姜球数呈显著负相关，与分枝数呈显著正相关，与根茎宽度呈极显著正相关，相关系数分别为-0.621 3、0.606 0和0.648 2；株幅与株高呈极显著正相关，与分枝数呈显著正相关；茎叶鲜质量与株高、分枝数均呈极显著正相关；主茎茎粗与株高、主茎叶片数呈显著正相关。

2.2 干物质含量分析

干物质含量影响生姜的产量、品质以及贮存周期。不同生姜资源中干物质含量存在显著差异（图1），10份省外生姜资源的干物质含量为12.44%～21.72%，JY含量最高，为21.72%，其次为FS，二者显著高于其他种质资源；HJ、AA、JY、FS、HL 5份资源干物质含量显著高于贵州特色小黄姜GLS；HJ、AA、JY、FS、HL 均显著高于贵州特色大姜资源GZD。5份省内资源的干物质含量为12.31%～17.85%，其中GZX含量最高，为17.85%。HN与GDY的干物质含量最低，分别为12.44%和12.31%，二者差异不显著，但均显著低于其他种质资源。

2.3 木质素和纤维素含量分析

纤维素和木质素含量检测结果表明（图2），除GDY外表现为纤维素含量低于木质素含量外，其他品种纤维素含量均高于木质素含量。10份省外资源的纤维素含量为0.769%～1.384%，其中HL的纤维素含量最高，为1.384%，显著高于除GG外的其他种质资源，其次为GG，含量为1.336%。HN、GG、GM、YJ、HL均显著高于贵州小黄姜GLS。5份省内资源中GZD的纤维素含量最高，为1.231%，其次为GLS（1.158%），GDY纤维素含量最低，仅为0.651%，显著低于其他种质资源。

10份省外资源木质素含量为0.137%～0.536%，均显著低于六盘水小黄姜GLS和都匀小黄姜GDY，其中FS为0.536%，显著高于省外其他种质资源，其次为YJ（0.408%），SW、HJ、AA、HN、JY、GG之间差异不显著，但均显著低于省内其他种质资源。5份省内资源木质素含量为0.387%～0.915%，其中GDY含量最高，为0.915%，显著高于省内其他种质资源，其次为GLS（0.879%），GZX的木质素含量显著低于省内其他种质资源。

2.4 精油得率与成分分析

2.4.1 精油得率 精油得率分析表明（图3），10份省外生姜资源中精油得率为0.015～0.029 mL·g-1，其中HL显著高于省外其他资源，同时也是唯一高于GLS的省外资源。HN、GG、GM、YJ之间差异不显著；SW、HJ、AA均为 0.015 mL·g-1，三者之间差异不显著，但均显著低于省外其他资源。5份省内小黄姜资源精油得率差异较大（0.008～0.035 mL·g-1），其中GSN、GDY、GZX的精油得率差异不显著，但均显著高于其他生姜资源；GZD的精油得率最低，显著低于其他生姜资源。

2.4.2 成分分析 采用GC-MS对15种生姜精油成分进行分析，共得到25种相对含量＞1%的化合物（表4）。结合精油组分及化合物含量分布（图4），可将15份生姜资源分为2种类型：精油I型，相对含量＞1%的化合物种类相对较少，彼此间差异显著，且α-姜烯含量＞27%，最高可达32%，α-姜黄烯含量＞6%，α-法呢烯含量＞12%，3种主要成分总含量约占总体香气成分的50%；精油II型，相对含量＞1%的组分较多，大部分含量＜10%，且主要成分α-姜烯含量＜20%，α-姜黄烯含量＞3%，α-法呢烯含量＜9%，3种主要成分含量之和＜30%。15份资源中有11份属于精油I型，分别为省外资源6份（HL、HN、GG、GM、YJ、FS）和省内资源5份（GSN、GDY、GLS、GZX、GZD）；4份省外资源SW、HJ、AA、JY属于精油II型。选择产量、精油含量、干物质含量差异显著的8份生姜资源（省外5份：GG、YJ、HJ、AA和SW；省内3份：GLS、GZX和GZD）进行精油组分比较（表4）。根据精油GC-MS出峰时间也可将其分为2类：第一类（GG、YJ、GLS、GZX、GZD）出峰时间主要集中在检测起始6～28 min之间；第二类（HJ、AA、SW）出峰时间持续较长。该结果与根据精油组分及化合物含量分布的精油类型分类一致。

另外，GG、HL、GLS等11份精油I型生姜资源中，3种主要成分的相对含量均表现为α-姜烯（28.252%～32.05%）＞α-法呢烯（12.36%～14.181%）＞α-姜黄烯（6.66%～12.172%）。GG中α-姜烯含量最高，达32.05%，略高于六盘水小黄姜GLS（31.536%）；GG、GM、GZD之间α-姜烯相對含量差异显著，GM、YJ、HL、GDY、GSN、GZX之间α-姜烯相对含量差异不显著；GZD中α-姜黄烯含量最高，为9.700%，显著高于精油I型其他资源；除GG（14.181%）显著高于GSN（12.299%）、GM（12.570%）和FS（12.360%）外，其余精油I型生姜资源中α-法呢烯的含量差异均不显著。SW、HJ、AA、JY等4份精油II型生姜资源中，α-姜烯含量为6.768%～17.764%，均显著低于GLS，其中AA含量最低；不同精油II型生姜资源的α-姜黄烯相对含量差异显著，其中AA最高，为12.172%，显著高于其他资源，其次为JY，SW最低，仅为3.478%；JY的α-法呢烯相对含量最高，为8.560%，显著高于其他3份资源，SW最低，仅为5.082%（图5）。

2.5 姜辣素（6-姜酚）含量

梯度稀释6-姜酚标品并制作标准曲线，得到回归方程：y＝5 800.2x－15.206（R2＝0.999 9）。经计算得知，10份省外生姜资源的6-姜酚含量为5.93～10.20 mg·g-1（图6），其中GM的6-姜酚含量显著高于其他省外资源；其次为YJ，6-姜酚含量为8.25 mg·g-1。JY与FS的6-姜酚含量较低，仅为5.96和5.93 mg·g-1，二者差异不显著，但均显著低于省外其他资源。5份省内生姜资源的6-姜酚含量为6.51～12.36 mg·g-1，其中GZD 的6-姜酚含量显著高于其他资源，GLS的6-姜酚含量显著低于省内其他资源，GSN、GDY、GZX之间差异不显著。另外，4份省外资源（AA、GM、YJ、HL）中6-姜酚含量显著高于六盘水小黄姜GLS。综上可知，除JY和FS 2份生姜资源外，其他资源均符合《中华人民共和国药典》[4]中对药用生姜6-姜酚含量的要求。

3 讨论与结论

本研究中六盘水小黄姜为国家地理标志产品，在地方特色产业发展中长期种植，将10份省外资源与其进行比较，有利于筛选出高产优质的生姜资源。农艺性状分析表明，单株产量与主茎叶片数呈显著正相关，而分枝数与单株根茎鲜质量之间无显著相关性，该结论与李倩等[13]、徐坤等[14]、李秀等[15]的研究结果有所不同。根据不同的分类方式可以将生姜分为密苗型和疏苗型[7]，二倍体型和混倍体型。王磊[16]通过对63份不同来源的生姜种质资源进行倍性分析，将现有生姜分为两类：二倍体生姜和二倍-四倍混倍体生姜，两类生姜存在显著的形态学差异。不同类型生姜的分枝数与产量之间相关关系不同，另外种植密度、管理条件等也对产量有一定影响。干物质含量对生姜的产量、品质和贮存性能都有很大影响，干物质含量越低越不耐长期贮藏[17]。JY干物质含量显著高于其他资源，更具有耐贮藏潜质。纤维素和木质素由于会影响口感而在生姜深加工过程中作为废弃物被丢弃，SW、HJ及JY纤维素和木质素含量相对较低，故在精深加工中出成率相对较高，另外通过化学试剂及微生物发酵等方法也可对生姜中的纤维素进行改性处理以提高生姜的综合利用率[18]。

生姜精油作为食品及洗化用品添加剂具有广阔的应用前景，另外，生姜精油还可驱虫杀菌且对环境和昆虫影响小[19]，在生物防控领域也得到广泛应用。本研究中贵州省内小黄姜资源精油得率显著高于省外引种资源，10份省外生姜资源的精油含量的变化趋势与来源地区纬度变化趋势相反，即随着来源地区纬度的降低，精油含量呈上升趋势，光照强度增加促进有机物及次生代谢物积累。精油I型生姜资源中姜烯含量明显高于鲁萌萌等[6]的研究结果，该差异的产生可能由植物生长环境不同所致。

周洁等[20]分析不同来源生姜的品质和姜辣素，发现山东莱芜大姜的6-姜酚含量显著高于其他材料，达到8 mg·g-1，本研究中山东大姜的6-姜酚含量为6.8 mg·g-1，与之差异较大，可能与山东大姜未完全适应本地气候环境特征有关，同时不同处理方式对姜辣素得率也有一定影响[21]。此外，本研究中AA、GG和HN的6-姜酚含量分别与前人对安徽小黄姜、广西小黄姜和恩施凤头姜的检测结果一致[20]。

综上所述，15份生姜资源的优势不同，省外引种资源中GG、YJ和HL的產量和品质表现俱佳，单株产量均在500 g以上，干物质含量适中，为14.75%～17.20%，精油含量相对较高，为0.022～0.029 mL·g-1，姜辣素含量为6.99～10.20 mg·g-1，符合《中华人民共和国药典》[4]中对药用生姜6-姜酚含量＞6 mg·g-1的要求，因此GG、YJ和HL 3份省外生姜资源适宜在贵州种植。

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