调控食用马铃薯块茎有害氮化合物水平的策略：基因型、栽培与储存技术的综合影响

《Scientific Reports》：Strategies modulating the level of harmful nitrogen compounds in edible potato tubers depending on the evaluation date

本研究针对食用马铃薯中硝酸盐和亚硝酸盐残留问题，通过系统分析基因型、栽培技术和储存条件对两种马铃薯品种（Gardena和Denar）有害氮化合物积累的影响。研究发现有机栽培、抗逆处理及长期储存可有效降低块茎中硝酸盐（平均降低2.7%）和亚硝酸盐（7.5%）含量，且Gardena品种表现出更低的氮化合物积累倾向。该研究为马铃薯安全生产提供了关键技术支持，证实通过优化栽培体系可满足欧盟NO3限量标准（200 mg kg-1）和FAO/WHO每日允许摄入量（ADI）要求。

　　

在马铃薯成为全球重要主食作物的今天，其食品安全性问题日益受到关注。其中，硝酸盐（NO₃^-）和亚硝酸盐（NO₂^-）作为潜在有害化合物，可通过饮食摄入引发高铁血红蛋白血症并参与体内致癌性N-亚硝基化合物的形成。尽管欧盟委员会条例（EC）No. 2023/915规定了马铃薯中硝酸盐限量标准（200 mg kg^-1），但实际生产中由于品种差异、施肥管理和环境因素影响，块茎中氮化合物含量存在显著波动。尤其值得注意的是，马铃薯贡献了人类日常饮食中约30%的硝酸盐摄入量，这使得探索降低其含量的有效策略成为当务之急。

为系统解析这一难题，波兰比亚威斯托克科技大学的Jarostaw Poberezny团队在《Scientific Reports》发表了最新研究，通过两年期（2020-2021）的多地点试验，比较了常规与有机栽培体系下，两种食用马铃薯品种（Gardena和Denar）在不同农艺措施（氮肥施用、真菌病害防护、逆境干预）和储存条件（4°C，RH 95%）下有害氮化合物的动态变化。研究发现，通过优化栽培体系结合品种选择，可实现在不超出每日摄入标准的前提下有效调控块茎中有害物质含量。

研究采用田间试验与实验室分析相结合的方法，在波兰三个地点（Jadwisin、Luchowo、Tytlewo）开展裂区设计试验。通过离子选择电位法（ion-selective potentiometric method）测定冻干块茎样本的硝酸盐和亚硝酸盐含量，并利用Statistica 13.1软件进行方差分析（ANOVA）和Tukey多重比较，所有实验均设置三次重复确保数据可靠性。

基因型与环境互作效应

研究证实品种间存在显著差异：Denar品种的硝酸盐积累倾向更高（85.4 mg kg^-1），而Gardena品种表现出更优的氮代谢特性（82.3 mg kg^-1）。这种差异与品种生育期长短密切相关，早熟品种通常更易积累硝酸盐。环境因素同样关键：2021年因降水分布不均导致氮化合物含量（98.5 mg kg^-1）显著高于气象条件适宜的2020年（69.2 mg kg^-1）。地理位置的影响尤为突出，集成栽培体系下的Jadwisin地区块茎硝酸盐含量（130.7 mg kg^-1）显著高于有机栽培的Tytlewo（41.6 mg kg^-1）和Luchowo（62.3 mg kg^-1）地区。

储存技术的调控作用

长期储存（6个月）使硝酸盐和亚硝酸盐含量分别平均降低2.7%和7.5%，其中Gardena品种的降低幅度（硝酸盐3.1%，亚硝酸盐7.6%）高于Denar品种（2.2%，7.4%）。不同产地块茎对储存的响应存在差异：Jadwisin产地硝酸盐降低3.3%，而Tytlewo和Luchowo产地分别为2.6%和2.2%。这种降低与储存期间硝酸盐还原菌的活性及稳定的温湿度控制（4°C，RH 95%）密切相关。

栽培技术的关键影响

在常规栽培体系中，氮肥施用量与氮化合物积累呈正相关：最高施氮量（50 kg N ha^-1）使硝酸盐和亚硝酸盐分别增加71.2%和149.0%。然而即便在此条件下，所有样本仍符合欧盟限量标准。真菌病害综合防护（包括块茎纳米制剂处理）可有效降低硝酸盐（18.9%）和亚硝酸盐（18.9%）含量，这归因于健康植株具有更强的氮同化能力。在逆境干预措施中，应急灌溉表现最为突出，使硝酸盐降低13.9%，其与生物刺激素（Bio-algeen S90）联用更使亚硝酸盐降低27.6%。

有机栽培体系的优势

有机栽培体系下块茎的硝酸盐含量（Tytlewo：41.6 mg kg^-1）显著低于常规栽培，其中Bio-algeen S90生物刺激素的应用使硝酸盐进一步降低12.2%。地理位置的影响在有机体系中尤为显著，Tytlewo产地的氮化合物含量始终低于Luchowo产地，凸显了土壤特性（pH值、磷钾含量）与气候条件的协同作用。

膳食摄入风险评估

以人均日消费260克马铃薯计算，有机栽培马铃薯的硝酸盐日摄入量（13.9 mg）显著低于常规栽培（27.4 mg），且均未超过FAO/WHO设定的每日允许摄入量（硝酸盐222.0 mg/60kg体重）。研究特别指出，块茎经去皮、清洗和烹饪处理后，硝酸盐含量还可进一步降低38-60%，这为实际消费中的风险控制提供了额外保障。

该研究通过多因素交互分析证实，马铃薯块茎有害氮化合物的积累受到基因型、环境因子和农艺措施的三重调控。有机栽培体系与专用品种（如Gardena）的配合使用，结合应急灌溉等逆境干预措施，可实现氮化合物含量的有效控制。长期储存虽能适度降低含量，但根本途径仍在于产前栽培管理的优化。这一研究成果为马铃薯安全生产提供了全链条技术方案，对推动可持续农业发展具有重要实践意义。