冀東地區(qū)10個谷子品種的產量和品質分析

李明昊 高慧 姚銳 楊夢涵 任學軍 王健 林小虎

摘要：為了明確冀東地區(qū)谷子產量和籽粒營養(yǎng)品質，為該區(qū)品種選擇提供理論依據，以冀東地區(qū) 10個主栽谷子品種為材料，對其產量、產量構成因素和籽粒營養(yǎng)品質進行研究和評價。結果表明，冀谷41的產量最高，冀科谷1號次之，紫脖根的產量最低;冀科谷1號的穗粒質量和千粒質量均較高;冀谷41的穗粒質量和千粒質量僅次于冀科谷1號。通過主成分分析和聚類分析綜合分析得出，氨基酸含量總分以冀谷41最高，邯谷2號其次，冀科谷1號位列第4，衡谷17最低;礦質元素含量總分以冀科谷1號最高，冀谷41次之，冀谷19最低。試驗結果得出，冀谷41號、冀科谷1號可作為高產、高營養(yǎng)品質栽培品種在冀東地區(qū)推廣。

關鍵詞：谷子;氨基酸;礦質元素;產量;冀東

中圖分類號：S515.037?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）15-0071-06

收稿日期：2020-12-27

基金項目：國家“十三五”重點研發(fā)計劃（編號：2019YFD1001701-2）;河北省現代農業(yè)產業(yè)技術體系創(chuàng)新團隊（雜糧雜豆）項目（編號：HBCT2018070404）。

作者簡介：李明昊（1996—），男，河北承德人，碩士研究生，主要從事農藝與種業(yè)相關研究。E-mail：993958676@qq.com。

通信作者：林小虎，博士，教授，碩士生導師，主要從事作物遺傳育種學教學科研工作。E-mail：xiaohulin2008@163.com。

谷子為禾本科黍族狗尾草屬植物，起源于中國，古稱為稷、粟，在我國的種植面積占世界種植面積的80%，是我國傳統(tǒng)的優(yōu)勢作物[1]。谷子脫殼后被稱為小米，小米營養(yǎng)豐富、適口性好，與其他大宗作物相比具有獨特的醫(yī)療保健作用[2]，其含有豐富的礦質元素和大量人體必需氨基酸。程秀秀等的研究表明，谷子富含鎂（Mg）、鈣（Ca）等多種礦質元素，Mg、Ca含量較糯米分別高出97.68%、11.36%[3]。張愛霞等的研究表明，谷子中人體必需氨基酸含量豐富，其必須氨基酸總量比糙米含量高出28.25%[4]。王海濱等關于谷子氨基酸的研究表明，小米蛋白是人體必需氨基酸的良好來源，含有人體必需的8種氨基酸，且氨基酸含量顯著高于大米和小麥粉[5]。

近年來，研究人員在谷子品種選育和栽培技術方面進行了大量的研究，關于新育成谷子品種的產量和品質評價在持續(xù)進行中，本研究選取冀東地區(qū)適應性較好的10個谷子品種，對其產量、產量構成相關性狀、氨基酸含量、礦質元素含量等指標進行測定分析，以期為冀東地區(qū)谷子品種籽粒營養(yǎng)品質的深入研究利用和新品種推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

試驗于2019年在河北科技師范學院昌黎縣施各莊試驗基地（地理位置118°95′E，40°40′N）進行。該區(qū)域屬于暖溫帶、半濕潤大陸性氣候，無霜期為 185 d。試驗地土壤類型為中壤土。播種前測定土壤理化性質如下：有機質含量為32.63 g/kg，全氮含量為3.24 g/kg，堿解氮含量為121.32 mg/kg，速效磷含量為 20.31 mg/kg，速效鉀含量為109.28 mg/kg。播前整地施入農家肥15 000 kg/hm2，后期不追肥。試驗采取隨機區(qū)組設計，每個處理3次重復。于2019年5月18日播種前造墑播種，小區(qū)面積為 16 m2（4 m×4 m），各小區(qū)均統(tǒng)一采用井水灌溉以防止灌溉水中其他成份可能帶來的干擾，其他同高產栽培管理，嚴格防治病蟲害。參試品種如表1所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 氨基酸的測定

氨基酸含量參照揭平權等的方法[6]進行測定，所用儀器為Biochrom 30型全自動氨基酸分析儀。

1.2.2 礦質元素的測定

礦質元素測定參考龐敏等的方法[7]進行。所用儀器為Thermo Fisher Icap-7200型全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。

1.2.3 產量及其構成因素、相關性狀的測定

各品種谷子成熟后，在各小區(qū)內均選取一個具有代表性的2 m×2 m的區(qū)域測定最終成穗數。收獲前，各小區(qū)均選取具有代表性的10株樣品，在試驗地測量樣品植株的株高。選取有代表性的10個穗用于室內考種，測定穗長、單穗質量、穗粒質量和千粒質量。收獲時去掉邊行，實收測產，折算成單位面積產量。

1.3 數據處理與統(tǒng)計分析

用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對數據進行主成分分析、相關性分析、系統(tǒng)聚類分析，用DPS 7.5軟件對數據進行差異性分析，用Excel 2007軟件進行數據整理。

2 結果與分析

2.1 谷子品種產量及其構成因素、相關性分析

2.1.1 產量及其構成因素和性狀比較

由表2可知，對10個谷子品種產量進行排序為冀谷41>冀科谷1號>滄谷9>保谷23>衡谷16>衡谷17>邯谷2號>冀谷19>保935>紫脖根。冀谷41的產量最高，為7 848.0 kg/hm2，較紫脖根的產量高27.8%，且差異達到顯著水平。對產量構成因素進行分析，冀科谷1號的穗粒質量、千粒質量均處于較高水平。穗長最長的品種是衡谷16，且與其他品種差異顯著。出谷率較高的品種為保935，與冀谷41和冀科谷1號的出谷率差異未達到顯著水平。綜上所述，產量構成因素之間相互協(xié)調可以實現高產。

2.1.2 產量及其構成因素等性狀的相關性分析

如表3所示，產量和穗數、穗粒質量、千粒質量、穗長、出谷率均呈正相關關系，相關系數分別為0.229、0.739（P<0.05）、0.443、0.196、0.459;產量和株高呈負相關，相關系數為-0.435;穗數、穗粒質量、千粒質量和株高呈負相關，相關系數分別為 -0.185、-0.197、-0.167。

2.2 谷子品種氨基酸含量及相關性分析

2.2.1 氨基酸含量比較

對10個谷子品種中的8種必需氨基酸和9種非必需氨基酸進行比較（表4）可知，總氨基酸含量最高的是冀谷41，保935次之，衡谷17最少。對10個谷子品種的8種必需氨基酸進行比較可知，亮氨酸在10個品種中含量均最高，蛋氨酸、組氨酸、賴氨酸在10個品種中含量均較低，其中組氨酸含量最低的品種是衡谷17，賴氨酸含量最低的品種是衡谷17，且與其他品種差異顯著。蛋氨酸含量最低的品種是衡谷17，與其他品種差異不顯著。對10個谷子品種的9種非必需氨基酸進行比較，谷氨酸在10個品種中含量均最高，胱氨酸在10個品種中含量均最低，且10個谷子品種的胱氨酸含量均無顯著差異。

2.2.2 氨基酸主成分分析

如表5所示，主成分1特征值為14.224，貢獻率為86.670，代表了10個品種中17種氨基酸含量83.670%的信息，主要與賴氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的相對值有關，其氨基酸含量相對較高;主成分2的特征值為1.565，貢獻率為9.203，代表了10個谷子品種17種氨基酸含量9.203%的信息，主要與蛋氨酸、酪氨酸和胱氨酸的相對值有關，其氨基酸含量相對較低，2個主成分的累計貢獻率為92.874%。

如表6所示，主成分1得分最高的為邯谷2號（1.30），其次為冀谷41（1.11），得分最少的為衡谷17（-2.11）。主成分2得分最高的為冀谷41（1.10），其次為冀科谷1號（1.07），得分最少的為衡谷17（-2.11）。10個谷子品種的氨基酸總分最高的是冀谷41，總分為1.11;其次是邯谷2號，總分為1.01;總分最少的是衡谷17，總分為-1.89。

2.2.3 17種氨基酸含量間的相關性分析

如表7所示，10個谷子品種中17種氨基酸含量之間全部均為正相關關系，其中酪氨酸含量與蛋氨酸、胱氨酸含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.809、0.896。此外，蛋氨酸含量與精氨酸、組氨酸、蘇氨酸、甘氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、胱氨酸含量呈顯著或極顯著正相關，相關系數分別為0.722、0.652、0.708、0.649、0.697、0.717、0.842。

2.3 礦質元素含量及分析

2.3.1 礦質元素含量

如表8所示，礦質元素總量最高的是冀科谷1號，其次為冀谷41，冀谷19最少。對10個谷子品種的6種礦質元素進行比較可知，Mg元素含量在10個品種中含量均最高，其次是Ca元素。Cu元素在10個品種中含量均最低。Fe元素含量相對較少，但冀科谷1號的含鐵量顯著高于其他品種。

2.3.2 礦質元素主成分分析

如表9所示，主成分1特征值為3.482，貢獻率為58.029，代表了10個品種6種礦質元素含量58.029%的信息，主要與Ca、Cu、Mg元素相對值有關，其礦質元素含量相對較高。主成分2特征值為1.397，貢獻率為23.289，代表了6種礦質元素含量23.289%的信息，主要與Mn元素、Zn元素相對值有關，其礦質元素含量相對較低。2個主成分的累計貢獻率是81.317%。

如表10所示，主成分1得分最高的為冀科谷1號（2.14），其次為冀谷41（1.11），得分最少的為保谷23（-0.98）。主成分2得分最高的為冀科谷1號（1.36），其次為保935和滄谷9（0.97），得分最少的是冀谷19（-1.23）。10種谷子品種礦質元素總分最高的是冀科谷1號，總分為1.91;其次是冀谷41，總分為0.67;總分最少的是冀谷19，總分為-0.62。

2.3.3 6種礦質元素含量相關性分析

如表11所示，6種礦質元素中僅Mn含量與Ca含量是負相關關系，相關系數為-0.114，其余礦質元素含量都是正相關關系。其中Mg含量與Fe含量存在極顯著正相關關系，相關系數為0.901;Zn元素與Fe、Mn元素分別存在顯著、極顯著正相關關系，相關系數分別為0.713、0.829。

2.4 聚類分析

2.4.1 氨基酸聚類分析

如圖1所示，10個谷子品種在距離為5處可分為3類。第1類包含3個品種，分別為紫脖根、冀谷19、保谷23。第2類包含1個品種，為衡谷17。第3類包含其余6個品種，并包含3個亞類，衡谷16和邯谷2號為第1亞類;保935、冀科谷1號和滄谷9為第2亞類;最后1個亞類只有1個品種，為冀谷41，第3類品種氨基酸含量總分比第1類和第2類高。

2.4.2 礦質元素聚類分析

如圖2所示，10個谷子品種在距離為5處可分為5類。第1類包含2個品種，即衡谷16、衡谷17;第2類有2個品種，為紫脖根和冀谷19;第3類只有冀谷41這1個品種;第4類包括4個品種，分為2個亞類，邯谷2號和滄谷9為第1亞類;保935和保谷23為第2亞類，第5類

只有冀科谷1號這1個品種。第3類品種和第5類品種的礦質元素含量總分，相對于其他幾類品種的礦質元素含量總分要高。

3 討論

高產是谷子育種的主要目標之一。谷子產量的高低受多個產量構成因素的影響。本研究中，產量構成因素相關性分析結果表明，對產量影響最大的產量構成因素是穗粒質量，其次是千粒質量和穗數，增加穗粒質量并兼顧其他產量構成性狀是提高谷子產量的有效途徑。張霞等的研究結果指出，在選育谷子新品種的過程中，應傾向于穗粒質量和千粒質量[8]。本研究中冀谷41和冀科谷1號的穗粒質量和千粒質量均較高。

礦質元素在人體內含量雖然非常少，但卻極為關鍵，它們的攝入量對人體有至關重要的作用[9]。王小燕等的研究結果表明，小米米糠的礦質元素元素含量存在差異，Mg元素含量最多，其次是Ca元素，Cu元素含量最少[10]，本研究中谷子所含礦質元素趨勢與之一致。本研究中6種礦質元素含量與張勇等研究的北方冬麥區(qū)小麥品種籽粒礦物質元素含量相似[11]，且Mg元素和Ca元素含量均高于大米同種礦質元素含量[12]。

氨基酸是構成蛋白質的基本單位，是品質評價的重要指標[13]，谷子含有的氨基酸比較全面，富含多種氨基酸，且必需氨基酸含量全面，本研究中10個谷子品種的17種氨基酸中，必需氨基酸中亮氨酸的含量最高，非必需氨基酸中谷氨酸的含量最高，這與馮耐紅等的研究結果[14]相同。張超等的研究表明，在8種必需氨基酸中賴氨酸含量相對較少，成為10種谷子品種的限制氨基酸[15]，本研究結果與之一致。氨基酸含量聚類分析結果表明，10個谷子品種在卡方距離為5處可聚為3類，其結果符合氨基酸含量總得分;礦質元素含量聚類分析結果表明，10個谷子品種在卡方距離為5處可聚為5類，其結果符合礦質元素含量總得分。從10個谷子品種的產量、氨基酸總得分、礦質元素總分綜合考慮，冀谷41和冀科谷1號的綜合性狀指標要遠遠優(yōu)于其他品種。

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