基于PCA-EWM-GRA多模型融合的21个桑树品种霜桑叶营养功能成分与抗氧化活性综合评价及其育种应用

本研究采用主成分分析（PCA）、熵权法（EWM）和灰色关联分析（GRA）相结合的综合评价体系，对21个桑树品种霜桑叶的营养品质（游离氨基酸、可溶性糖等）、功能成分（黄酮、多酚等）及抗氧化特性（DPPH、ABTS自由基清除能力等）进行系统解析，筛选出'大白鹅'、'大壹白'等综合品质优良的品种，为桑树资源的高值化开发利用和品种选育提供理论依据和数据支撑。

　　

引言

桑树（Morus alba L.）作为药食同源植物，其叶片富含多种营养成分和生物活性物质，具有增强免疫、降血脂、降血糖及抑制肿瘤等显著药理作用。随着桑树应用方向的多元化，对品种筛选和品质评价提出了更高要求。霜桑叶（又称霜打桑叶）是经霜冻后采收的桑叶，传统医学认为其药用价值更高，尤其富含黄酮类成分，具有疏散风热等功效，应用潜力巨大。然而，当前对桑叶质量的评价多集中于果桑品种，且缺乏统一、综合的多指标评价体系。本研究选取21个桑树品种的霜桑叶为实验材料，旨在系统评估其营养品质、功能成分及抗氧化特性的品种间差异，并运用PCA、EWM和GRA方法建立综合品质评价模型，为桑树品种的选育和高效利用提供科学依据。

材料与方法

实验材料为21个桑树种质资源，均采自河北农业大学桑树种质资源圃。采样时间为2021年10月24日（霜降节气后），选取健康旺盛植株的第5至7节位叶片。样品经清洗、杀青、烘干、粉碎过50目筛后，于-80°C保存备用。

测定指标及方法包括：

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  光合色素：采用乙醇提取法测定叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及总叶绿素含量。
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  营养品质：采用茚三酮比色法测游离氨基酸；酚酞指示剂比色法测可滴定酸；蒽酮比色法测可溶性糖；考马斯亮蓝G-250法测可溶性蛋白。
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  功能成分：Folin-Ciocalteu法测单宁；AlCl₃比色法测黄酮；Folin-Ciocalteu法测多酚；pH示差法测花青素；乙醇提取测白藜芦醇；Fe²⁺比色法测绿原酸；滴定法测抗坏血酸。
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  抗氧化能力：DPPH和ABTS自由基清除能力、铁还原能力（FRAP）及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）、脂氧合酶（LOX）活性和丙二醛（MDA）含量。

数据处理采用SPSS 26.0进行差异显著性分析（Duncan法，P<0.05），运用PCA降维确定核心评价指标，再通过EWM赋权，并结合GRA计算加权关联度，完成综合评价。

结果与分析

光合色素含量差异

21个品种霜桑叶的光合色素含量变异显著：叶绿素a为0.54~1.48 mg/g，以'绿椹子'最高；叶绿素b为0.21~0.53 mg/g，'日本果桑'最高；类胡萝卜素为0.09~0.34 mg/g，'绿椹子'最高；总叶绿素为0.75~1.99 mg/g，'绿椹子'最高。高色素含量品种可能具有更强的光合能力和抗氧化潜力。

营养品质差异

水分含量为47.41%~61.24%，'绿椹子'最高；游离氨基酸为73.15~171.42 mg/g，'大10'最高；可溶性糖为11.09%~28.48%，'荷兰桑'最高；可溶性蛋白为16.57~24.88 μg/g，'江米果桑'最高。其中，高可溶性糖含量有助于提升叶片适口性，并为次生代谢物合成提供能量。

功能成分差异

黄酮含量为53.15~120.04 mg/g，'大10'最高；多酚为27.27~115.48 mg/g，'大壹白'最高；白藜芦醇为0.95~2.31 mg/g，'塘10'最高；绿原酸为19.62~53.39 mg/g，'大壹白'最高；抗坏血酸为55.25~202.44 mg/100g，'荷兰桑'最高；单宁为0.85~2.46 mg/g，'塘10'最高。多酚、黄酮等成分具有抗炎、降血糖等生理功能，是开发功能食品的理想原料。

抗氧化特性差异

DPPH自由基清除能力为12.12~29.82 μmol/L（Trolox当量），'江米果桑'最强；ABTS为14.73~20.10 μmol/L，'绿椹子2号'最强；铁还原能力为71.07~255.08 μmol/L，'大白鹅'最强；MDA含量为20.46~74.89 μmol/g，'大10'最高。酶活性方面，SOD为15.39~22.68 U·min·g^?1 FW，'黑珍珠'最高；POD为1.89~14.11 U·min·g^?1 FW，'大10'最高；CAT为2.28~26.06 U·min·g^?1 FW，'天桑202'最高；PPO为25.13~108.33 U·min·g^?1 FW，'大10'最高；LOX为79.58~532.08 U·min·g^?1 FW，'大白鹅'最高。抗氧化酶系统与活性氧代谢平衡密切相关，是叶片抗逆性和药用品质的重要保障。

综合评价

通过PCA从23项指标中提取出10个核心评价指标（累积方差贡献率83.752%），包括绿原酸、多酚、白藜芦醇、铁还原能力、单宁、总叶绿素、游离氨基酸、MDA、可溶性糖和POD活性。采用EWM确定各指标权重（铁还原能力权重最高，为0.132），再通过GRA计算加权关联度。综合评价排名前五的品种为：'大白鹅'（0.785）、'大壹白'（0.771）、'大10'（0.717）、'荷兰桑'（0.684）和'塘10'（0.674）。这些品种在营养、功能成分及抗氧化能力上表现均衡，具有较高的开发利用价值。

讨论

霜桑叶的品质受品种、环境、采收期等多因素影响。本研究通过多指标综合评价，明确了不同桑树品种的品质特性差异。高营养品质品种适于开发桑叶茶及食品，高功能成分品种则更适合药用方向。PCA与GRA相结合的评价方法有效克服了单一评价方法的局限性，为桑树品种选育和资源利用提供了可靠模型。未来研究可进一步拓展至桑芽等其他部位，并加强采收与加工技术对品质影响的研究。

结论

本研究系统评价了21个桑树品种霜桑叶的综合品质，筛选出'大白鹅'、'大壹白'等优质品种，其营养丰富、功能成分含量高、抗氧化能力强，适于在河北地区推广种植。该研究为桑树品种的科学选育、品质调控及高值化产品开发提供了重要理论依据和实践指导。