西藏地區(qū)青稞籽粒營養(yǎng)品質(zhì)分析及評價

黃海皎，李 楊，高小麗，田朋佳，尼瑪央宗，拉巴扎西，次 珍，魏新虹，曲 吉，廖文華

(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)業(yè)研究所，西藏拉薩 850000)

青稞(Hordeumvulgarevar. nudum)屬于禾本科大麥屬作物，是青藏高原最有特色的一種作物[1]。西藏地區(qū)海拔高，太陽輻射強，且隨海拔升高，氣溫不斷降低；受氣候影響，西藏有超過50%的耕地面積只能種植青稞[1]。青稞是西藏種植面積最大、總產(chǎn)量最高的重要糧食作物[2]。青稞是裸大麥，含有豐富的營養(yǎng)成分[3]，其籽粒淀粉含量平均為59.25%[4]；蛋白質(zhì)含量在7.68%～17.52%之間，均值為11.31%，其含量高于小麥、水稻、玉米等糧食作物[5]; 富含β-葡聚糖，含量為4%～8%，在西藏青稞中甚至有β-葡聚糖含量高達8.62%的品種，遠高于皮大麥[6-7]；γ-氨基丁酸含量高于皮大麥籽粒[8]；富含大量元素和微量元素(鈣、磷、鐵、鋅、硒)[9-11]。

青稞富含營養(yǎng)成分及生物活性物質(zhì)，具有降低膽固醇、提高免疫力、調(diào)節(jié)血糖等保健功能，被廣泛用于人類食用以及動物飼養(yǎng)[12-14]，如用于釀造啤酒、烘焙食品、加工青稞酒、糌粑、餅干、面條等[15]。目前，關于青稞的大量研究主要集中在遺傳多樣性分析，營養(yǎng)成分研究，海拔差異、加工方式對青稞品質(zhì)的影響，分子生物學特征分析、品種改良等方面[3-11,16-22]，而對大量青稞種質(zhì)資源進行營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價的研究較為有限。本研究以251個西藏青稞種質(zhì)資源為材料，測定青稞籽粒粗蛋白、淀粉、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、大量元素(Ca、P)、微量元素(Fe、Zn、Se)的含量，運用Pearson相關分析、主成分分析對青稞營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，以期全面、客觀地評價青稞籽粒營養(yǎng)品質(zhì)，為青稞優(yōu)異種質(zhì)篩選和籽粒營養(yǎng)品質(zhì)改良提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試材料

以來源于西藏地區(qū)的251份青稞種質(zhì)為材料，其來源地點分別為扎達(17)、亞東(16)、普蘭(15)、隆子(7)、定結(39)、措美(4)、乃東(1)、措那(1)、吉隆(19)、康馬(35)、定日(65)、日土(9)、崗巴(18)、聶拉木(1)，另有4個育成主品種藏青320、藏青690、喜馬拉22號、藏青2000。

1.2 品質(zhì)指標測定

將供試種質(zhì)在西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)業(yè)研究所4號試驗地統(tǒng)一繁殖后，分別從每個收獲青稞種質(zhì)中選取適量飽滿籽粒，放置在電熱鼓風干燥箱中60 ℃恒溫干燥至恒重。每個種質(zhì)分別稱取100 g，粉碎后過80目篩得青稞粉，用于青稞淀粉、粗蛋白、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、大量元素(Ca、P)、微量元素(Fe、Zn、Se)含量的測定。淀粉含量測定采用蒽酮比色法[25]；粗蛋白含量使用凱氏定氮儀進行測定[25]；β-葡聚糖測定采用剛果紅比色法[26]；測定γ-氨基丁酸的含量采用比色法[8]；Ca、P、Fe、Zn、Se元素含量測定采用ICP-OES直接測定，Ca、P、Fe、Zn、Se的分析波長依次分別為 317.9、213.6、238.2、206.2、196.0 nm[27-28]。3 次重復。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel對數(shù)據(jù)進行整理。利用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行Pearson相關性系數(shù)計算；使用R version 3.6.3的corrplot軟件包繪制相關性分析圖。9個品質(zhì)性狀存在不同的量綱、數(shù)量級，為了避免量綱、數(shù)量級的影響，對各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，將各指標數(shù)據(jù)轉化成均值為0、標準差為1的無量綱數(shù)據(jù)，利用SPSS 19.0進行主成分分析，使用R version 3.6.3的FactoMineR軟件包對主要成分進行層次聚類分析，構建綜合評價模型評估青稞營養(yǎng)品質(zhì)。

2 結果與分析

2.1 青稞種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)

供試青稞種質(zhì)的9項營養(yǎng)品質(zhì)指標的測定結果見表1。251個青稞種質(zhì)資源的淀粉含量為35.877%～73.638%，均值為63.370%，變異系數(shù)為10.803%，是所測定的9項營養(yǎng)品質(zhì)指標中變異系數(shù)最小的指標，表明青稞淀粉含量在供試的251個青稞種質(zhì)資源之間差異較小。粗蛋白含量在8.091%～22.552%之間，均值為14.024%，變異系數(shù)達19.387%。β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、Ca、P含量的變異系數(shù)分別為20.749%、 33.618%、18.421%、27.526%。微量元素(Zn、Fe、Se)的變異系數(shù)都在29%以上，其中Se含量的變異系數(shù)達148.028%，表明不同青稞種質(zhì)間微量元素含量差異較大。由此可見，不同青稞種質(zhì)間的9項營養(yǎng)品質(zhì)性狀均存在不同程度的差異，表明西藏青稞種質(zhì)資源存在豐富的遺傳多樣性。

表1 參試西藏青稞的營養(yǎng)品質(zhì)

2.2 青稞各品質(zhì)指標間的相關性

由表2可知，淀粉含量與β-葡聚糖含量呈極顯著正相關，而與γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量呈極顯著負相關。粗蛋白含量與淀粉含量呈極顯著負相關，與γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量呈極顯著正相關。由此可見，提高粗蛋白含量，適當調(diào)整淀粉含量，有助于青稞高營養(yǎng)品質(zhì)改良。β-葡聚糖與γ-氨基丁酸含量呈極顯著正相關，與P以外的礦質(zhì)元素含量呈顯著或不顯著負相關。γ-氨基丁酸與Se以后的礦質(zhì)素均呈極顯著正相關。

表2 青稞各品質(zhì)指標間的相關性

2.3 青稞品質(zhì)性狀主成分分析

采用主成分分析法對251個青稞種質(zhì)的粗蛋白、淀粉、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、Ca、P、Fe、Zn、Se含量進行分析，結果(表3)表明，前3個主成分的特征值及連續(xù)斜率較大，其貢獻率分別為 48.0%、16.2%和10.3%，累計貢獻率達74.5%，已能綜合反映青稞營養(yǎng)品質(zhì)的大部分信息。因此，可將青稞的9個品質(zhì)性狀綜合成3個主成分。不同青稞種質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)主成分對應的載荷系數(shù)表明，主成分1在Zn、P、Ca、粗蛋白、γ-氨基丁酸、淀粉、Fe含量上的載荷值較大，主成分2在β-葡聚糖、Se含量上的載荷值較大(圖1)。

圖1 不同青稞種質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)主成分對應的載荷系數(shù)

表3 不同青稞種質(zhì)營養(yǎng)成分主成分的總方差貢獻率

2.4 不同青稞種質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

基于不同青稞種質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)主成分(PC1和PC2)得分情況進行聚類(圖2)，可將251個青稞種質(zhì)分為三大類(A、B、C)，其中，聚集在C組的

BJX152:Lanqingke;BJX008:Kangmazongbai;BJX149:Heiqingke; BJX004:Yijiqingke; BJX003:Jilongqingke; BJX015:Paliqingke; BJX005:Erjiqingke; ZQ2000:Zangqing 2000; BJX227:Wenggaduanmang;XML22:Ximala 22.

青稞種質(zhì)的營養(yǎng)品質(zhì)較高。以特征向量為權重構建3個主成分與原來9項營養(yǎng)指標的線性方程，結果如下：

F1=0.199X1-0.165X2-0.024X3+ 0.170X4+0.189X5+0.210X6+0.104X7+ 0.210X8+0.017X9

F2= 0.158X1+0.195X2+0.548X3+ 0.246X4-0.091X5+0.050X6-0.322X7+ 0.087X8-0.374X9

F3= -0.058X1+0.325X2+0.448X3+ 0.143X4+0.130X5-0.034X6+0.033X7- 0.074X8+0.850X9

依據(jù)載荷系數(shù)矩陣累計貢獻率提取的3個主成分分值及相應的貢獻率，建立青稞營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價的數(shù)學模型F綜合= 0.480F1+0.162F2+0.103F3。根據(jù)綜合評價模型計算不同青稞營養(yǎng)品質(zhì)的綜合得分，優(yōu)選出10個營養(yǎng)品質(zhì)高的青稞種質(zhì)，分別為BJX152、BJX008、BJX149、BJX004、BJX003、BJX015、BJX005、藏青2000、BJX227、喜馬拉22號(表4)。

表4 優(yōu)選的高營養(yǎng)品質(zhì)青稞種質(zhì)

3 討 論

青稞是一種具有營養(yǎng)保健功能的特色糧食作物，符合當前人們追求營養(yǎng)、健康的需求，備受青睞。我國青稞資源遺傳多樣性豐富，西藏主要農(nóng)區(qū)的青稞品種存在一定的遺傳多樣性，是研究重要性狀遺傳、基因挖掘和品質(zhì)育種的寶貴資源庫[16,29-30]。本研究中，來源于西藏251個青稞種質(zhì)的9項營養(yǎng)品質(zhì)性狀間存在不同程度的差異，其中淀粉含量均值高達 63.370%，粗蛋白含量在 8.091%～22.552%之間，均值為 14.024%，與不同地區(qū)、不同品種的青稞的淀粉、蛋白質(zhì)含量不同的結果一致[3-5]。也有研究發(fā)現(xiàn)，青稞籽粒淀粉平均含量為 59.25%[4]，蛋白質(zhì)含量在 6.35%～21.00%之間，均值為 11.31%[5]，低于本研究參試青稞中淀粉及粗蛋白的平均含量。這些異同可能與供試材料基因型、數(shù)量及環(huán)境有關。青稞是麥類作物中β-葡聚糖含量最高的作物，其β-葡聚BJX152:藍青稞; BJX008:康馬宗白; BJX149:黑青稞;BJX004:一季青稞; BJX003:吉隆青稞; BJX015:帕里青稞; BJX005:二季青稞; ZQ2000:藏青2000 BJX227:翁嘎短芒;XML22:喜馬拉22號。

糖含量在品種間、地區(qū)間、年度間均存在明顯差異[6,31]；青稞籽粒中的γ-氨基丁酸含量與品種類型及其來源有密切的關系[8]。本研究中，參試青稞種質(zhì)的β-葡聚糖、γ-氨基丁酸含量的變異系數(shù)分別為20.749%、33.618%，表明了來源于西藏的不同青稞種質(zhì)間β-葡聚糖、γ-氨基丁酸的含量也存在明顯差異。青稞中微量元素(鐵、銅、錳、鋅)在品種間也存在很大差異[10]，本研究中的251 個青稞種質(zhì)的微量元素(Zn、Fe、Se)的變異系數(shù)都在 29%以上，Ca、P含量的變異系數(shù)分別為 18.421%、27.526%。說明251個西藏青稞種質(zhì)資源營養(yǎng)品質(zhì)具有豐富的遺傳多樣性。

本研究發(fā)現(xiàn)，來源于西藏的251個青稞種質(zhì)資源的粗蛋白含量與淀粉含量呈極顯著負相關，與γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量間呈極顯著正相關。唐亞偉[10]等研究表明，青稞中微量元素Fe、Zn、Cu 間呈極顯著正相關，與本研究結果一致。主成分分析被廣泛應用于小量樣本的青稞秸稈[32]、水稻[33]、蘋果[34]等資源評價中，本研究利用主成分分析對不同青稞種質(zhì)資源品質(zhì)性狀進行綜合評價，建立青稞種質(zhì)資源的大規(guī)模綜合評價模型，為青稞種質(zhì)資源多性狀綜合評價提供了方法。鑒定出綜合品質(zhì)性狀前10 的種質(zhì)分別是BJX152、BJX008、BJX149、BJX004、BJX003、BJX015、BJX005、藏青2000、BJX227、喜馬拉22號，其中藏青2000和喜馬拉22號是西藏主推的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種。本研究通過綜合評價模型，客觀篩選獲得10個優(yōu)良青稞種質(zhì)，可為青稞高品質(zhì)新品種選育提供科學依據(jù)。