137個(gè)微核心種質(zhì)資源植酸含量的聚類分析

吳 澎陳建省田紀(jì)春

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)國家作物生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 小麥品質(zhì)育種研究室1,泰安 271018)

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院2,泰安 271018)

137個(gè)微核心種質(zhì)資源植酸含量的聚類分析

吳 澎1,2陳建省1田紀(jì)春1

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)國家作物生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 小麥品質(zhì)育種研究室1,泰安 271018)

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院2,泰安 271018)

選擇了我國微核心種質(zhì)資源小麥 137份,測定了其全麥粉中的植酸含量。結(jié)果表明植酸平均含量為 21.04μg/mg;意大利春性小麥 PANDAS和我國地方品種白螞蚱植酸含量最低,僅為 9.59μg/mg,而輻w070261的植酸含量高達(dá) 29.63μg/mg;絕大部分品種的植酸含量中等。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了聚類分析;137份種質(zhì)材料在歐式距離 1.50水平可分為高、中、低植酸含量品種 3大類,各占供試品種的 3.45%、89.3%及7.25%。鑒定出一批高植酸和低植酸的特異種質(zhì)資源,為綜合利用和培育高植酸和低植酸特異小麥新品種提供參考。

植酸 微核心種質(zhì)資源 小麥 聚類分析

小麥種質(zhì)資源是現(xiàn)代小麥育種的重要親本來源,是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗病小麥新品種的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1],對(duì)小麥種質(zhì)資源的深入研究,不僅能提高選用育種材料的準(zhǔn)確性,而且有利于提高小麥育種的科學(xué)預(yù)見性。一個(gè)育種單位能否育成好的品種,除了正確的育種目標(biāo)和選育技術(shù)路線外,還取決于所掌握的品種資源的數(shù)量和質(zhì)量。建國以來,我國小麥育種工作的進(jìn)展和突破都依賴于關(guān)鍵性種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和利用[2]。作為遺傳資源或基因資源的種質(zhì)資源,是指在作物遺傳改良上具有利用價(jià)值或潛在利用價(jià)值的各種栽培植物及其野生、近緣種以及人工創(chuàng)造的變異類型的總稱。由于核心種質(zhì)以極少的種質(zhì)數(shù)量即囊括了原資源群體中的全部或大多數(shù)變異類型,最大程度地去除了種質(zhì)資源中的遺傳重復(fù),為解決當(dāng)前巨大的資源收集量與資源深入評(píng)價(jià)及有效利用之間所存在的突出矛盾提供了一個(gè)十分有利的契入點(diǎn)[3]。中國小麥微核心種質(zhì)是中國 2.3萬份普通小麥種質(zhì)資源的濃縮,具有廣泛的遺傳多樣性。中國農(nóng)科院 973項(xiàng)目“農(nóng)作物資源核心種質(zhì)構(gòu)建、重要新基因發(fā)掘與有效利用研究”的研究發(fā)現(xiàn)用 5%左右的小麥核心種質(zhì)樣本可代表基礎(chǔ)種質(zhì)的 90%的遺傳多樣性。微核心種質(zhì)用 1%,即 100、200份左右的樣本,可代表基礎(chǔ)種質(zhì)的 70%以上的遺傳多樣性。李冬梅等[4]和夏云祥等[5]分別對(duì)中國小麥微核心種質(zhì)中的部分材料進(jìn)行了蛋白質(zhì)含量和 SDS沉降值的測定,呂國鋒等[6]通過對(duì)中國小麥微核心種質(zhì)的品質(zhì)測定,篩選出一批弱筋種質(zhì)資源。但是中國小麥微核心種質(zhì)資源的植酸含量及高、低植酸特異資源的篩選至今未見報(bào)道。

小麥中的植酸主要集中分布在糊粉層,84%～88%的植酸存在于麩皮中,胚芽部分植酸約占 10%,而淀粉部分 (胚乳)幾乎不含植酸[7]。自 1921年Mellanby首次提出植酸對(duì)營養(yǎng)的影響以來,植酸與營養(yǎng)的關(guān)系一直是植酸研究的一個(gè)熱點(diǎn)[8-10]。對(duì)其研究也主要集中在低植酸玉米、大麥、水稻、小麥的研究,以期開發(fā)一種兼具營養(yǎng)和環(huán)保功能的新型低植酸作物[11-13]。由于植酸具有獨(dú)特的化學(xué)特性及特殊的生理和藥理功能,其應(yīng)用幾乎涉及到了人類生活的全過程。植酸的開發(fā)利用作為一項(xiàng)綠色工程,應(yīng)用到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、日化、金屬防腐等各個(gè)領(lǐng)域,其發(fā)展前景是非常廣闊的。植酸不但毒性低,而且是一種易得的多功能天然物質(zhì)。美國、日本等發(fā)達(dá)國家已把它作為新型添加劑廣泛用于食品工業(yè),其生產(chǎn)量和消費(fèi)量逐年增加。在提取工藝方面,國外已有比較先進(jìn)而成熟的各種方法。目前世界工業(yè)化生產(chǎn)植酸產(chǎn)量最大的是日本三井東壓化學(xué)公司,產(chǎn)量 60～85噸。國外關(guān)于植酸生產(chǎn)和應(yīng)用的研究每年都有大量專利報(bào)道[13]。小麥作為我國最主要的糧食作物之一,其麩皮中含量豐富的植酸一直被白白浪費(fèi),而我國對(duì)小麥及其加工產(chǎn)品中植酸的系統(tǒng)研究鮮見報(bào)道。

本研究以我國 9大麥區(qū)共 137份核心小麥種質(zhì)資源品種(其中包括 12份國外引進(jìn)小麥品種)為研究材料,測定了其植酸含量并進(jìn)行了聚類分析。同時(shí)篩選出一批高植酸或低植酸種質(zhì)資源,為黃河流域麥區(qū)優(yōu)質(zhì)專用小麥育種提供優(yōu)良的育種材料。對(duì)提高小麥粉營養(yǎng)品質(zhì)及綜合開發(fā)利用小麥麩皮進(jìn)一步推動(dòng)我國植酸的研究開發(fā)均有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

我國小麥微核心種質(zhì)種質(zhì)資源 137個(gè)品種,均由中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所,農(nóng)業(yè)部作物種質(zhì)資源與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。2007年度種植在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(China,36°57′N,116°36′E),試驗(yàn)地為棕壤,土壤肥沃,地力均勻。播前整地,每公頃施有機(jī)專用肥 3.75×104 kg、尿素 375 kg、磷酸二胺300 kg、氯化鉀 225 kg、硫酸鋅 15 kg。20 cm耕層內(nèi)速效氮、磷、鉀含量分別為 40.2 mg/kg、51.3 mg/kg和70.8 mg/kg左右。隨機(jī)區(qū)組排列,2個(gè)重復(fù)。2006～2007年度,每小區(qū)種植 4行,行距 25 cm,行長 2 m, 10月 4日播種,生長期間未發(fā)生倒伏和病蟲害。

水合植酸鈉:Sigma公司,P8810-10G(1407789 53708014)。

MLU-22型 Buhler實(shí)驗(yàn)?zāi)?瑞士 Buhler公司; UV-4802型紫外可見光分光光度計(jì):美國尤尼柯公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 制粉

種子收獲后,曬干儲(chǔ)存于種子庫中,試驗(yàn)時(shí)取每個(gè)小區(qū)的種子分別測定。用 Buhler實(shí)驗(yàn)?zāi)ネㄟ^AACC International 2000-26-21A方法制粉。

1.2.2 植酸含量測定

分別依次量取 0.1～1.0 mL 10份質(zhì)量濃度為1.3 mg/mL植酸鈉溶液至 10 mL試管中,各加入 0.2 mol/L HCl至 10 mL,配制成含有 3.12～31.2μg/mL植酸磷的溶液。各移取 0.5 mL上清液,加 1 mL 2.5%的(NH4)6MO7O20溶液,放在試管架上入沸水浴中,保持沸水 30 min,拿出冷至室溫,各加 2 mL 1%的 2,2′聯(lián)吡啶 -巰基乙酸溶液,利用紫外可見光分光光度計(jì)在 519 nm測吸光度,做標(biāo)準(zhǔn)曲線[12]。

分別精確稱取0.06 g材料小麥粉,加入0.4mol/L HCl 10mL于試管中,4℃下過夜提取。次日,各移取0.5 mL上清液,同上述標(biāo)準(zhǔn)曲線測定方法加入各試劑進(jìn)行植酸測定。各重復(fù) 3次,取平均值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線,測得植酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS7.05軟件分析試驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 137份種質(zhì)資源小麥的植酸含量

137份微核心種質(zhì)資源全麥粉植酸含量為 9.59～29.63μg/mg(表 1)。

表 1 137份種質(zhì)資源小麥植酸含量

續(xù)表1

測定結(jié)果表明,所選我國微核心種質(zhì)資源小麥品種的植酸含量差別非常大,平均含量為 21.04μg/mg。PADOS和白螞蚱品種植酸含量最低,僅為 9.59 μg/mg,都是不可多得的珍貴的低植酸種植資源。而輻w070261的植酸含量高達(dá) 29.63μg/mg,是白螞蚱品種植酸含量的 3倍,是珍貴的高植酸種質(zhì)資源。絕大部分品種的植酸含量是中等。

2.2 聚類分析

對(duì)供試種質(zhì)的植酸含量按最短距離法進(jìn)行聚類分析 (圖 1),從圖 1中可看出,137份種質(zhì)材料在歐式距離 1.50水平可分為 3大類:(1)高植酸品種。輻w070261品種擁有高達(dá) 29.63μg/mg的植酸含量。這與文獻(xiàn)中不同誘變因素誘發(fā)植酸含量突變的研究結(jié)果是一致的[13]。(2)中等植酸含量品種。包括蘭溪旱小麥、小三月黃等 127個(gè)品種。植酸含量平均值為21.72μg/mg,占供試品種的 89.3%。(3)低植酸品種。包括白芒小麥、白螞蚱等 10個(gè)品種。植酸含量平均值為11.71μg/mg,占供試品種的7.25%。

圖1 137份種質(zhì)植酸含量聚類圖

3 討論

金瑛[14]總結(jié)了國內(nèi)外植酸的測定方法,總結(jié)出植酸定量分析方法除早期的氯化鐵沉淀法和陰離子交換色譜法,主要有沉淀法、離子交換法、高效液相色譜法、高效離子色譜法、毛細(xì)管電泳法、核磁共振法等。沉淀法和部分離子交換法都缺乏鑒別 IP6及其水解產(chǎn)物的特異性,這些方法過高估計(jì)了樣品中IP6的含量;用 HPLC、離子色譜法測定食品中的植酸有較好的一致性和可重復(fù)性,靈敏度較強(qiáng),但設(shè)備昂貴;毛細(xì)管電泳法的缺點(diǎn)是靈敏度相對(duì)較低,尚需改進(jìn)濃縮技術(shù)及更靈敏的檢測技術(shù)以使其成為更實(shí)用的檢測植酸的方法。核磁共振(NMR)法有一定的準(zhǔn)確性及特異性,但設(shè)備昂貴,而且靈敏度較低,因此不能用來檢測低濃度的肌醇磷酸酯,此外,組織中其他含磷化合物可能會(huì)干擾信號(hào)處理[15-18]。本試驗(yàn)所用的聯(lián)吡啶微量體系法測定植酸,比起當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)[19]及上述其他通用方法快捷簡便,不需要昂貴儀器,也不需要通過測定無機(jī)磷這種間接的方法測定植酸,減少了誤差。所用試劑聯(lián)吡啶、巰基乙酸的價(jià)格相對(duì)昂貴且對(duì)人體有害,但是在防護(hù)得當(dāng)?shù)臈l件下可以得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),適宜于實(shí)驗(yàn)室科研使用。

對(duì)于小麥中植酸的含量研究的報(bào)道,不同科學(xué)工作者的數(shù)據(jù)有較大的差異。Garcia-Estepa等[20]測定數(shù)據(jù)表明植酸含量在全麥粉中的變幅在 9.6～22.2 μg/mg。Febles等[7]報(bào)道各種小麥粉植酸含量的數(shù)據(jù)為手工精粉為 3.77μg/mg、機(jī)械精粉為 2.96μg/mg、全麥粉為 8.50μg/mg。本試驗(yàn)所測中國小麥微核心種質(zhì)全麥粉中的植酸含量為 9.59～29.63μg/mg,與Garcia-Estepa等測定結(jié)果相似。據(jù)分析,影響植酸含量差異的原因包括不同品種的遺傳基因、特定區(qū)域、環(huán)境條件波動(dòng)、耕種條件不同 (土壤、年份、肥料等)以及測定方法的差異等方面[21]。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明植酸平均含量為 21.04μg/mg;PA2 DOS和白螞蚱品種植酸含量最低,僅為 9.59μg/mg,而輻w070261的植酸含量高達(dá) 29.63μg/mg,是白螞蚱品種植酸含量的 3倍;絕大部分品種的植酸含量是中等。通過試驗(yàn),從中國小麥微核心種質(zhì)資源中篩選出一批寶貴的低植酸含量的種質(zhì),這對(duì)開發(fā)前述的兼具營養(yǎng)和環(huán)保功能的新型低植酸作物提供了優(yōu)良的選擇親本。從中也篩選出一批珍貴的高植酸含量的種質(zhì),由于植酸具有獨(dú)特的化學(xué)特性及特殊的生理和藥理功能,作為一種易得的多功能天然物質(zhì),這對(duì)提供豐富的植酸資源也具有重要意義。這也給科學(xué)工作者的育種選取鑒定工作提供有用的理論數(shù)據(jù)。

志謝:本研究小麥樣品由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所農(nóng)業(yè)部作物種質(zhì)資源與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賈繼增、張學(xué)勇教授提供。

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ClusterAnalysis of Phytic Acid for 137Wheat Micro-Core Collections

Wu Peng1,2Chen Jiansheng1Tian Jichun1
(State KeyLaboratory of Crop Biology/Group ofQualityWheatBreeding of of Shandong AgriculturalUniversity1,Tai′an 271018)
(College of Food Science and Engineering,ShandongAgriculturalUniversity2,Tai′an 271018)

The contents of phytic acid for 137 Chinese wheatmicro-core germ plasm resourceswere measured and their cluster analysis was conducted.Results:The average content of phytic acid is 21.04μg/mg.Italy spring wheat PANDAS and Chinese wheatBaimazha have the lowest phytic acid content 9.59μg/mg,and Chinese irradiated wheatw070261 has the highestphytic acid content29.63μg/mg;most samples havemedium contents.The 137 ger m plasm materials are cluster analyzed into high,average,and low types in phytic acid content,which account for 3.45%,89.3%,and 7.25%,respectively.The identified sets of special germ plas m materialwith high or low phytic acid content offer reference for breeding special new varieties in phytic acid content.

phytic acid,micro-core germ plasm resource,wheat,cluster analysis

S512 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0174(2010)10-0019-05

863計(jì)劃(2006AA100101),973計(jì)劃 (2009CB118301)

2009-10-02

吳澎,女,1972年出生,講師,博士,農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測

田紀(jì)春,男,1954年出生,教授,博士生導(dǎo)師,谷物生理