品種和環(huán)境對甜蕎黃酮含量的影響

曲志華 ，白 靜 ，劉睿敏 ，王德權(quán) ，左文博

（1.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)中心，河北 張家口 075000）

蕎麥?zhǔn)且荒晟た剖w麥屬植物，種植上多為甜蕎麥（F.esculentumMoench）和苦蕎麥（F.tataricumGaertn）[1-8]。蕎麥藥食同源、營養(yǎng)豐富[9-11]，因含有的黃酮具有降血糖控血脂，治療骨質(zhì)疏松、腫瘤、糖尿病和延緩衰老等功效[12-17]，使得蕎麥廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥等醫(yī)療保健行業(yè)中，成為國內(nèi)外市場對蕎麥需求量每年倍增的主要原因。

蕎麥主要在亞洲和東歐地區(qū)種植，包括中國、韓國、日本、俄羅斯、烏克蘭、波蘭等地[18]，因其適應(yīng)性強(qiáng)，種植范圍廣，在海拔20～4 400 m 和北緯18°～53°都能種植[19]。我國蕎麥的種植面積和產(chǎn)量多年排名世界第2 位，但只有36 個(gè)甜蕎品種和45 個(gè)苦蕎品種[18]，其中甜蕎主要集中在陜西、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、山西等地，苦蕎主要集中在西南地區(qū)的云南、四川、貴州等地[20]。我國蕎麥育種工作時(shí)間短且滯后，且多數(shù)品種只是在品種育出地區(qū)種植，少有對不同品種在不同地區(qū)的適應(yīng)性和營養(yǎng)品質(zhì)等進(jìn)行研究評價(jià)。已有科研人員對玉米、小麥、水稻、和蕎麥等作物在不同環(huán)境下的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了研究。如張欣等[21]研究表明，低溫、太陽輻射等可促進(jìn)玉米營養(yǎng)器官的生長；蘆靜等[22]研究認(rèn)為，影響小麥品質(zhì)的主要原因是海拔以及抽穗期至成熟期的溫度；韓勇等[23]研究認(rèn)為，水稻品質(zhì)受基因型、環(huán)境互作的影響。姜國富等[24]證實(shí)了我國不同地區(qū)苦蕎麥中各營養(yǎng)成分差異較大；時(shí)政等[25]研究表明，蕎麥中蛋白質(zhì)和黃酮在貴州省具有差異。李月等[26]研究表明，蕎麥中蛋白質(zhì)、黃酮和品種與環(huán)境具有相關(guān)性。作物功能性營養(yǎng)成分含量的多少是衡量作物品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，不同品種、環(huán)境會使作物營養(yǎng)成分產(chǎn)生差異。因此，研究不同環(huán)境、不同品種蕎麥營養(yǎng)成分的變化規(guī)律以及在不同環(huán)境下適應(yīng)性，對現(xiàn)有蕎麥品種合理布局、適宜種植區(qū)域劃分以及提高今后我國蕎麥的育種水平、調(diào)整育種策略都具有重要的意義。

本試驗(yàn)研究了我國5 個(gè)地點(diǎn)種植的13 個(gè)甜蕎品種中黃酮含量的差異、營養(yǎng)品質(zhì)間的相關(guān)性和區(qū)域適應(yīng)性，旨在為甜蕎品種在不同環(huán)境下品質(zhì)的變化及適應(yīng)性評價(jià)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

甜蕎品種由貴州師范大學(xué)提供（表1）。分別在我國河北省康?？h（42°08′N，海拔約1 400 m）、貴州省貴陽市（26°55′N，海拔約1 100 m）、寧夏自治區(qū)固原市（36°03′N，海拔約1 800 m）、四川省涼山州（27°09′N，海拔約2 000 m）、內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市（45°24′N，海拔約1 600 m）種植。

1.2 測定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)于2020年在5 個(gè)地點(diǎn)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況種植，收獲后由張家口市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)中心對甜蕎進(jìn)行品質(zhì)測定分析。采用比色法[27]測定黃酮含量，采用索氏抽提法[28]測定脂肪含量，采用凱氏定氮法[28]測定蛋白質(zhì)含量，采用蒽酮比色法[29]測定淀粉含量，采用質(zhì)量法[30]測定纖維含量，采用干質(zhì)量法[30]測定水分含量，采用高碘酸鈉氧化法[31]測定D-手性肌醇（DCI）含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用軟件SPSS、Office 2016 和Version 5.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜蕎黃酮含量變化

13 個(gè)甜蕎品種同一地點(diǎn)的黃酮平均含量為0.458～0.514 mg/g，大小排名依次為寧夏固原、河北康保、內(nèi)蒙古赤峰、四川涼山、貴州貴陽（表2）。表明一定范圍內(nèi)的海拔和緯度對甜蕎的營養(yǎng)生長具有促進(jìn)作用。

表2 不同甜蕎品種在不同試點(diǎn)的黃酮含量Tab.2 Flavonoids content of different F.esculentum Moench varieties in different locations

5 個(gè)地點(diǎn)同一品種的黃酮平均含量為0.443～0.512 mg/g（表2），其中，豐甜1 號、平蕎5 號、威寧白花、晉蕎3 號在高海拔地區(qū)黃酮含量較高；榆蕎4 號、信農(nóng)1 號則是在高緯度地區(qū)黃酮含量較高；北早生、赤峰1 號、定96-1、定甜2 號、定蕎1 號、日本大粒、寧蕎1 號黃酮含量對緯度和海拔相對比較敏感，太高或太低都會影響其含量。

2.2 AMM Ⅰ模型分析

品種與試點(diǎn)二者之間互作效應(yīng)是農(nóng)作物種植適應(yīng)區(qū)域的重要參考依據(jù)。由AMM Ⅰ模型結(jié)果可知（表3），PCA1～PCA3 共解釋了品種和試點(diǎn)互作SS 的55.09%，殘差僅為44.91%，說明AMM Ⅰ模型能夠解析品種和試點(diǎn)的互作信息。

表3 聯(lián)合方差、線性回歸和AMM I 模型分析結(jié)果Tab.3 Combined analysis of variance，linear regression， and AMM I model

AMM Ⅰ模型圖1 水平方向代表品種和試點(diǎn)的黃酮含量情況，垂直方向代表品種、試點(diǎn)互作的差異，試點(diǎn)和品種圖標(biāo)都比較分散，說明試點(diǎn)和品種的變異均非常明顯；品種圖標(biāo)比試點(diǎn)圖標(biāo)聚集，說明品種變異遠(yuǎn)小于試點(diǎn)變異。黃酮含量寧夏固原最高，貴州貴陽最低；黃酮含量豐甜1 號最高，寧蕎1 號最低，這與表2 的結(jié)果是一致的。由AMM Ⅰ模型圖1、2 可知，貴州貴陽黃酮含量穩(wěn)定性最好，寧夏固原黃酮含量穩(wěn)定性最差；品種定蕎1 號黃酮含量穩(wěn)定性最好，寧蕎1 號黃酮含量穩(wěn)定性最差。

圖1 AMM I 1 雙標(biāo)圖Fig.1 AMM I 1 Bi-plot

在AMM Ⅰ模型圖2 中，品種投影在試點(diǎn)與原點(diǎn)連線上，再到原點(diǎn)的距離可確定品種、試點(diǎn)的適應(yīng)性。品種定甜2 號在寧夏固原試點(diǎn)適應(yīng)性最好，在貴州貴陽和四川涼山試點(diǎn)表現(xiàn)為負(fù)交互作用，不適宜在這些地區(qū)種植；晉蕎3 號在四川涼山試點(diǎn)適應(yīng)性最好，在寧夏固原、內(nèi)蒙古赤峰和河北康保試點(diǎn)表現(xiàn)為負(fù)交互作用，不適宜在這些地區(qū)種植。其他品種情況可作相同推論。

圖2 AMM I 2 雙標(biāo)圖Fig.2 AMM I 2 Bi-plot

同時(shí)由AMM Ⅰ模型圖2 可知，河北康保、內(nèi)蒙古赤峰試點(diǎn)以及貴州貴陽、四川涼山試點(diǎn)兩線夾角小于90 度表示正相關(guān)，說明2 個(gè)試點(diǎn)間對品種影響相似，而夾角較小，說明試點(diǎn)選擇類似，可以優(yōu)化去掉其中1 個(gè)；試點(diǎn)間夾角大于90 度表示負(fù)相關(guān)，說明2 個(gè)試點(diǎn)間對品種影響較大，如寧夏固原和四川涼山試點(diǎn)；夾角約等于90 度說明2 個(gè)試點(diǎn)間不具有相關(guān)性。

2.3 不同品種品質(zhì)相關(guān)性分析

不同品種的蛋白質(zhì)和脂肪含量間顯著正相關(guān)，水分和脂肪含量間顯著負(fù)相關(guān)，水分和淀粉含量間極顯著負(fù)相關(guān)，說明品種籽粒中水分的增加影響了蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉的合成或則可加快三者的分解；其他品質(zhì)指標(biāo)間沒有相關(guān)性或相關(guān)性不顯著（表4）。不同試點(diǎn)的品種淀粉和脂肪含量間極顯著正相關(guān)，淀粉、脂肪和黃酮含量間極顯著正相關(guān)，其他品質(zhì)指標(biāo)間沒有相關(guān)性或相關(guān)性不顯著（表5）。

表4 不同品種品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性Tab.4 Correlation between quality indexes of different F.esculentum Moench varieties

表5 不同地點(diǎn)的品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性Tab.5 Correlation between quality indexes of F.esculentum Moench varieties in different locations

表4、5 中品質(zhì)間不同相關(guān)性的差異也證明試點(diǎn)和品種是甜蕎品質(zhì)具有差異的原因，但不同品種的黃酮、DCI、淀粉、脂肪、纖維和蛋白質(zhì)中，只有DCI 與海拔顯著負(fù)相關(guān)，而其他均與緯度和海拔相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，表明緯度、海拔對品質(zhì)影響較?。ū?）。

表6 品質(zhì)指標(biāo)與緯度、海拔間的相關(guān)性Tab.6 Correlation between different quality indexes of F.esculentum Moench and latitude and altitude

3 結(jié)論與討論

我國的蕎麥種植區(qū)分布廣，緯度、海拔跨度大，且地形復(fù)雜多樣，這也為育種工作帶來了困難，如何科學(xué)、有效地設(shè)置試驗(yàn)地點(diǎn)成為育種試驗(yàn)的關(guān)鍵。本研究利用AMM Ⅰ模型對我國5 個(gè)蕎麥產(chǎn)區(qū)的13 個(gè)甜蕎品種的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，試點(diǎn)和品種的變異均非常明顯，但品種變異遠(yuǎn)小于試點(diǎn)變異，13 個(gè)甜蕎品種黃酮平均含量存在顯著差異，在不同地點(diǎn)的適應(yīng)性不同。其中以寧夏固原黃酮平均含量最高、穩(wěn)定性較差，貴州貴陽最低、穩(wěn)定性較好，說明高緯度高海拔對甜蕎營養(yǎng)生長和積累具有一定的促進(jìn)作用，但必須在一定的范圍之內(nèi)。如四川涼山的高海拔和內(nèi)蒙古赤峰的高緯度反而限制了其營養(yǎng)生長和積累；品種如豐甜1 號等在高海拔地區(qū)黃酮平均含量較高；榆蕎4 號等則是在高緯度地區(qū)黃酮平均含量較高；北早生等黃酮含量對緯度和海拔相對比較敏感，太高或太低都會影響其含量。這與姜國富等[24]、時(shí)政等[25]、李月等[26]蕎麥中各營養(yǎng)成分在我國不同地區(qū)差異較大以及蕎麥的營養(yǎng)品質(zhì)與品種、環(huán)境具有相關(guān)性的觀點(diǎn)是一致的。

AMM Ⅰ模型顯示了試點(diǎn)和品種互作的差異，并將交互作用分解為多個(gè)主成分的品種和環(huán)境的乘積和，結(jié)合方差分析完整地分析了達(dá)到顯著水平的互作效應(yīng)主成分，因此，對品種穩(wěn)定性分析的綜合評價(jià)更為準(zhǔn)確，但對品種的適宜種植區(qū)域劃分有一定的局限性。同時(shí)，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，由于品種自身的遺傳因子不同、栽培地點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境不同以及栽培過程中客觀因素如人為、機(jī)器原因可能使試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。在今后工作中，一是要加強(qiáng)對品種本身遺傳因子的研究；二是盡量選擇生態(tài)環(huán)境差異較大地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，并詳細(xì)測定每個(gè)地點(diǎn)的生態(tài)參數(shù)；三是種植時(shí)對種植人員進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)，以減少機(jī)械、人為等原因帶來的影響。