花生子仁礦質(zhì)元素含量及其與主要品質(zhì)指標(biāo)、萌發(fā)特性和耐鹽堿性的關(guān)系

王傳堂　王志偉　王秀貞　胡東青　王強(qiáng)　宮清軒　馮昊　楊同榮　杜祖波　李衛(wèi)青　李秋　唐月異　吳琪

摘要：對(duì)16個(gè)普通油酸、74個(gè)高油酸花生基因型子仁鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其變幅分別為171.00～990.10、2 987.10～10 112.70、840.40～2 607.20、10.10～32.20、8.10～22.40 mg/kg。鑒定出這5種礦質(zhì)元素含量高或低的材料7個(gè)，其中16L29（花育969）在歷年測(cè)產(chǎn)中均比對(duì)照花育33號(hào)子仁增產(chǎn)。首次提出了基于概率分級(jí)方法的花生子仁礦質(zhì)元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。5種元素改良潛力以鈣最高，鐵最低，硼、鉀、鎂居中。礦質(zhì)元素含量與主要品質(zhì)指標(biāo)、發(fā)芽指標(biāo)和耐鹽堿性存在一定相關(guān)性;但與百仁重相關(guān)性不顯著，說明對(duì)大粒和小?；ㄉV質(zhì)元素含量進(jìn)行遺傳改良是可能的;耐蘇打鹽堿花生應(yīng)具有較高的鐵、鈣利用效率和較低的鎂利用效率。聚類分析中子仁某種礦質(zhì)元素含量最高、最低的花生基因型分別聚為一組或一個(gè)亞組。本研究結(jié)果對(duì)花生礦質(zhì)元素改良育種具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：花生;子仁;礦質(zhì)元素;分級(jí);品質(zhì)指標(biāo);發(fā)芽指標(biāo);耐蘇打鹽堿

中圖分類號(hào)：S565.203.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）08-0102-08

Peanut Kernel Mineral Content and Its Relationship with Main Quality Properties，

Germination Characteristics and Salt-Alkali Tolerance

Wang Chuantang2， Wang Zhiwei2*， Wang Xiuzhen2， Hu Dongqing3， Wang Qiang4， Gong Qingxuan2， Feng Hao2， Yang Tongrong5， Du ZuboLi WeiqingLi QiuTang Yueyi2， Wu Qi1

（1. Shandong Luhua Group Co.， Ltd.， Laiyang 265200， China; 2. Shandong Peanut Research Institute， Qingdao 266100，

China; 3. Qingdao Customs of the Peoples Republic of China， Qingdao 26600China; 4. Institute of Food Science and

Technology， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China; 5.Wendeng Agricultural and Rural Bureau， Weihai 266440， China）

Abstract The contents of calcium （Ca）， potassium （K）， magnesium （Mg）， boron （B） and iron （Fe） in seeds of 16 common-oleic-acid and 74 high-oleic-acid peanut genotypes were analyzed， and their variation ranges were 171.00～990.10， 2 987.10～10 112.70， 840.40～2 607.20， 10.10～32.20 and 8.10～22.40 mg/kg， respectively. Seven genotypes with high or low mineral contents were identified， of which，16L29 （Huayu 969） consistently outyielded the local control Huayu 33 （for kernel） in 3 years evaluation. The classification criteria of mineral elements in peanut kernels was proposed the first based on probability classification method. The improvement potential was the highest in calcium， the lowest in Fe， and intermediate in B， K and Mg. The results suggested that the content of mineral elements was related to main quality properties， germination index and salt-alkali tolerance. However， it was not significantly correlated to hundred-kernel weight， indicating the possibility of mineral elements content genetic improvement in both large- and small-seeded peanuts. The sodic and salt-alkali tolerant peanut genotypes should have higher Fe and Ca utilization efficiency and lower Mg utilization efficiency. The peanut genotypes with the highest or lowest content of certain mineral element were clustered together into a group or subgroup. The outcome of this study was of guiding significance to peanut mineral element improvement.

5種礦質(zhì)元素含量改良潛力以鈣最高，達(dá)114.58%;鐵最低，為57.48%;硼、鉀、鎂居中，為73.99%～82.57%（表2）。

2.2 高或低礦質(zhì)元素含量品系及其產(chǎn)量表現(xiàn)

共選出某種礦質(zhì)元素含量高或低的花生基因型7份（表3）。其含油量、蛋白質(zhì)含量、油酸含量及產(chǎn)量表現(xiàn)如表4所示。其中16L29（花育969）在歷年測(cè)產(chǎn)中均比對(duì)照花育33號(hào)子仁增產(chǎn)。

2.3 礦質(zhì)元素含量間的相關(guān)關(guān)系

5種礦質(zhì)元素含量間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（表5）。鉀含量與鎂含量相關(guān)系數(shù)最大，為0.8995;鉀含量與鈣含量相關(guān)系數(shù)最低，為0.5997。

2.4 礦質(zhì)元素含量與主要品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

2.4.1 Spearman秩相關(guān)分析 由表6可見，鈣含量與芥酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與可溶性糖、蔗糖、棕櫚酸含量呈顯著負(fù)相關(guān);鉀含量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與棕櫚酸含量呈顯著正相關(guān);鐵含量與含油量呈顯著正相關(guān)，與可溶性糖和芥酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.4.2 典型相關(guān)分析 5種元素含量與7種品質(zhì)指標(biāo)兩組變量間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，第1個(gè)、第2個(gè)典型相關(guān)系數(shù)分別為λ1=0.7395、λ2=0.4545，達(dá)極顯著或顯著水平，因此可取前兩對(duì)典型變量來分析礦質(zhì)元素含量與主要品質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系。兩組典型變量構(gòu)成成分如表7、表8所示。第1對(duì)典型變量主要反映了子仁鉀含量與棕櫚酸、油酸含量的正相關(guān)關(guān)系，第2對(duì)典型變量則主要反映了子仁硼含量與棕櫚酸、油酸含量的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.5 礦質(zhì)元素含量與百仁重、出米率的相關(guān)關(guān)系

5種礦質(zhì)元素含量與百仁重相關(guān)均性不顯著，子仁鉀、硼含量與出米率分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)（表9）。說明出米率高的花生，子仁鉀、硼含量呈較低的趨勢(shì)，換言之，按作物元素利用效率定義，高出米率花生傾向于具有較高的鉀、硼利用效率。

2.6 礦質(zhì)元素含量與非脅迫條件下種子發(fā)芽指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，芽長(zhǎng)指數(shù)與子仁鉀含量呈顯著正相關(guān)（r=0.4606）。 Spearman秩相關(guān)分析顯示，芽長(zhǎng)指數(shù)與鐵含量呈顯著正秩相關(guān)（r=0.4271），其余礦質(zhì)元素含量與發(fā)芽指標(biāo)間不存在顯著秩相關(guān)關(guān)系。

典型相關(guān)分析結(jié)果表明，5種元素含量與種子發(fā)芽指標(biāo)兩組變量間存在明顯相關(guān)關(guān)系，第1個(gè)典型相關(guān)系數(shù)為λ1=0.8389，達(dá)顯著水平，因此可取第1對(duì)典型變量來分析元素含量與種子發(fā)芽指標(biāo)間的關(guān)系。兩組典型變量構(gòu)成成分如表10、表11所示，主要反映了子仁鉀含量與芽長(zhǎng)指數(shù)的正相關(guān)關(guān)系。

2.7 礦質(zhì)元素含量與耐蘇打鹽堿的相關(guān)關(guān)系

Spearman秩相關(guān)分析表明，子仁鈣、鉀、鎂、鐵含量與蘇打鹽堿地種植條件下2016、2017兩年的較低相對(duì)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.7500、-0.6833、-0.7500、-0.7000。

回歸分析得出較低相對(duì)產(chǎn)量Y=50.0713-0.6135X₁+0.0167X₂+0.2997X₃-5.4002X₄-11.3258X₅（P=0.0365），其中，Y指較低相對(duì)產(chǎn)量，X₁、X₂、X₃、X₄、X₅分別指鈣、鉀、鎂、硼、鐵的含量?？梢钥闯?，子仁鎂含量高、鈣和鐵含量低的花生對(duì)蘇打鹽堿有較強(qiáng)的耐受性（表12）。

進(jìn)一步進(jìn)行主導(dǎo)因素分析，結(jié)果表明，對(duì)較低相對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，鐵含量（25.01%）>鎂含量（20.85%）>鈣含量（20.10%）。

2.8 聚類分析

根據(jù)5種礦質(zhì)元素含量，可將90個(gè)花生基因型分為3組（圖1），即高含量組（某種礦質(zhì)元素含量最高的材料均出現(xiàn)于該組）、中-高組、低-中組。其中低-中組還可進(jìn)一步分為兩個(gè)亞組，即低含量亞組（某種礦質(zhì)元素含量最低的材料均出現(xiàn)于該組）和低-中亞組。

3 討論與結(jié)論

3.1 關(guān)于5種礦質(zhì)元素含量

Gaines和Hammons[7]曾匯總了花生子仁礦質(zhì)元素含量相關(guān)文獻(xiàn)中各元素測(cè)定結(jié)果，鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種元素含量范圍分別為100～900、5 000～11 300、900～3 400、9～31、14～57 mg/kg。Phan-Thien等[8]的報(bào)道中，9份花生材料5種礦質(zhì)元素含量分別為471～721、5 948～7 795、1 478～1 845、15.2～22.2、13.4～17.9 mg/kg。Wang等[6]測(cè)定了95份美國(guó)微核心種質(zhì)的子仁礦質(zhì)元素含量，鈣為250～930 mg/kg，鉀為7 070～11 130 mg/kg，鎂為1 570～2 530 mg/kg，硼為19.84～48.97 mg/kg，鐵為17.71～33.50 mg/kg。Upadhayaya等[21]利用184份微核心種質(zhì)和4份對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)開花和交替開花亞種鐵含量變幅分別為20.7～30.8、18.3～30.1 mg/kg。前述3篇文獻(xiàn)[8，6，21]中5種元素除Wang等[6]硼元素上限較高外，其余含量變幅均窄于Gaines和Hammons[7]匯總結(jié)果。Thornton等[22]報(bào)道，51份花生材料鈣含量變幅為764～1 276 mg/kg，本研究中鈣含量為171～990.10 mg/kg，上限均高于Gaines和Hammons[7]匯總結(jié)果。本研究硼含量上限高于Gaines和Hammons[7]匯總結(jié)果，但低于Wang等[6]的報(bào)道，鉀、鎂、鐵含量下限則低于Gaines和Hammons[7]匯總結(jié)果。某種元素含量高的基因型在生物強(qiáng)化中具有較高潛在利用價(jià)值;某元素含量低的基因型則具有高的該元素利用效率，有利于在大田生產(chǎn)中減少肥料施用。

3.2 關(guān)于環(huán)境因素對(duì)子仁礦質(zhì)元素含量的影響

Gaines和Hammons[7]發(fā)現(xiàn)，花生子仁中的鈣含量與降水、鎂含量與土壤鎂含量呈正相關(guān)關(guān)系。Thornton等[22]估算的晚熟、中熟和弗吉尼亞型花生鈣含量廣義遺傳力分別只有26%、19%和41%，說明環(huán)境因素對(duì)花生子仁鈣含量起主要作用。據(jù)Gaines和Hammons[7]研究，花生子仁鎂以外的4種礦質(zhì)元素含量基因型效應(yīng)均達(dá)顯著或極顯著水平，5種礦質(zhì)元素均存在極顯著的地點(diǎn)效應(yīng)，鎂、硼、鐵還存在著顯著或極顯著的基因型與地點(diǎn)互作。Thornton等[22]發(fā)現(xiàn)，花生子仁鈣含量基因型、年份以及年份與地點(diǎn)的互作均達(dá)極顯著，但地點(diǎn)間無明顯差異。本研究元素含量?jī)H為單地點(diǎn)一年測(cè)定結(jié)果，在此基礎(chǔ)上開展多年多點(diǎn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)其礦質(zhì)元素含量的穩(wěn)定性是必要的。

3.3 關(guān)于子仁礦質(zhì)元素含量間以及與其他性狀間的相關(guān)關(guān)系

Branch和Gaines等[23]對(duì)26份花生材料進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)花生子仁鈣含量與鉀含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，鐵、鎂含量與硼含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究的90份材料（其中一些是遠(yuǎn)緣雜種后代）中，5種礦質(zhì)元素含量間均存在極顯著Pearson正相關(guān)關(guān)系。Walker和Hymowitz[24]曾報(bào)道花生子仁鐵、鎂含量與總糖分別呈顯著或極顯著Pearson負(fù)相關(guān)。本研究揭示出不同的相關(guān)關(guān)系，如鈣含量與可溶性糖、蔗糖含量呈顯著負(fù)秩相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈顯著正秩相關(guān)。Upadhayaya等[21]發(fā)現(xiàn)，花生子仁鐵含量與出米率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與百仁重呈顯著或不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究中，鉀、硼含量與出米率呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，而5種礦質(zhì)元素含量與百仁重均相關(guān)不顯著，這提示針對(duì)大粒或小?；ㄉM(jìn)行礦質(zhì)元素含量遺傳改良是可能的。前人報(bào)道過子仁鈣含量與種子活力的關(guān)系[25]，本研究中參試材料發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率都較高，未能建立起這種聯(lián)系（不排除這與我們一直堅(jiān)持不補(bǔ)苗從而淘汰低出苗率品系有關(guān)），但發(fā)現(xiàn)鉀、鐵含量與芽長(zhǎng)指數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系。本研究相關(guān)分析結(jié)果與前人報(bào)道有所不同，可能主要與試材來源更廣泛有關(guān)。

花生子仁礦質(zhì)元素含量與耐蘇打鹽堿的關(guān)系目前尚未見報(bào)道。從本研究結(jié)果看，耐鹽堿花生似應(yīng)具有子仁低鐵、低鈣、高鎂的特點(diǎn)，即要求具有較高的鐵、鈣利用效率和較低的鎂利用效率。該結(jié)論僅為9個(gè)花生基因型初步研究結(jié)果，尚需要采用更多材料加以驗(yàn)證。

3.4 關(guān)于礦質(zhì)元素含量分級(jí)、改良潛力和聚類

本研究根據(jù)劉孟軍等[16，17]的方法首次提出了花生子仁礦質(zhì)元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)段乃雄等[15]的方法計(jì)算了各元素的改良潛力，對(duì)花生礦質(zhì)元素資源和育種研究具有指導(dǎo)意義。花生上迄今仍缺乏僅針對(duì)礦質(zhì)元素進(jìn)行聚類分析的報(bào)道，本研究聚類樹上子仁礦質(zhì)元素含量最高或最低的花生基因型單獨(dú)聚為一組或一個(gè)亞組，說明聚類分析能夠揭示花生基因型間礦質(zhì)元素含量的異同。

綜之，本研究分析了90個(gè)花生基因型子仁鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種元素含量，首次提出了花生子仁礦質(zhì)元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，選出7個(gè)某種礦質(zhì)元素含量最高或最低的材料，并研究了元素含量與主要品質(zhì)指標(biāo)、發(fā)芽指標(biāo)和耐鹽堿性的關(guān)系，將促進(jìn)花生礦質(zhì)元素遺傳改良工作的開展。

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收稿日期：2019-08-11

基金項(xiàng)目：山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才工程項(xiàng)目（LJNY201808）;煙臺(tái)市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2018ZDCX）;國(guó)家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-13）;兵團(tuán)科技攻關(guān)項(xiàng)目（2018BC012）;山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)（2018GNC110027）;山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CXGC2016B02，CXGC2018E21）;農(nóng)業(yè)農(nóng)村部花生良種攻關(guān)專項(xiàng)

作者簡(jiǎn)介：王傳堂（1968—），男，博士，研究員，從事花生遺傳育種研究。E-mail：chinapeanut@126.com

*表示同等貢獻(xiàn)作者。