69份穇子種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

摘 要：評價穇子種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)，篩選出營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的穇子種質(zhì)資源，為穇子育種親本選擇及其種質(zhì)資源有效利用提供參考。以69份不同產(chǎn)地的穇子資源為試驗材料，測定其籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)等11項營養(yǎng)成分指標(biāo)的含量，對測定結(jié)果進行品質(zhì)分析、相關(guān)性分析及主成分分析，并采用相似優(yōu)先比及隸屬函數(shù)法對各材料主要營養(yǎng)品質(zhì)進行了綜合評價。結(jié)果表明：不同地區(qū)穇子中含有大量的鈣元素（99.7～324.0 mg/100g）、鉀元素（321.7～734.0 mg/100g）及膳食纖維（9.7～13.0 g/100g）；穇子中有機營養(yǎng)成分間相關(guān)性顯著；通過相似優(yōu)先比及隸屬函數(shù)法對營養(yǎng)價值進行綜合排序，篩選出營養(yǎng)價值排在前5的品種，分別為C39、C50、C34、C64和C62。綜合分析評價得到超高鈣穇子資源C50、C64；超高鉀穇子資源C34、C39、C50；高膳食纖維穇子資源C34、C39、C62、C64。

關(guān)鍵詞：穇子；營養(yǎng)品質(zhì)；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S482.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）07-0020-06

Abstract：This study aims to screen out finger millet （Eleusine coracana） germplasm resources with excellent nutritional quality， providing reference for parent selection and effective utilization of finger millet germplasm resources. Eleven nutritional indexes of grains of 69 finger millet germplasms， including starch， protein， dietary fiber and mineral contents were determined; the correlation analysis and principal component analysis were used to analyze the obtained data， and the main nutritional quality of each material was comprehensively evaluated by the similarity priority ratio and membership function methods. Results showed that these finger millet germplasms from different origins were rich in calcium （99.7-324.0 mg/100g）， potassium （321.7-734.0 mg/100g） and dietary fiber （9.7-13.0 g/100g） . Significant correlationships were found between the organic nutrient indexes of finger millet germplasms. The similarity priority ratio and membership function methods revealed that five cultivars with the highest nutritional values were C39， C50， C34， C64 and C62 in comprehensive ranking， among which C50 and C64 were super high calcium resources， C34 ， C39 and C50 were super high potassium resources， and C34， C39， C62 and C64 were high dietary fiber resources.

Key words： finger millet （Eleusine coracana）; nutritional quality; principal component analysis; comprehensive evaluation

穇子（Eleusine coracana（L.）Gaertn.）是一種營養(yǎng)價值高、適應(yīng)性強的谷類作物，素有“黑珍珠”之稱[1]。在營養(yǎng)方面，穇子富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)和必需氨基酸。膳食纖維含量高達9.7%～13.0%[2-4]，礦物質(zhì)含量占2.5%～3.5%[2-5]，其中鈣含量是糙米、小麥或玉米的10倍，是牛奶的3倍[6]，微量元素營養(yǎng)密度高于水稻和小麥[4-5]。在功能方面，穇子具有抗氧化、抗癌、抗高血脂、預(yù)防糖尿病和胃腸疾病等生理功能[6-7]。不同產(chǎn)區(qū)的穇子品質(zhì)特性存在差異，通過多指標(biāo)、多重分析方法綜合評價不同穇子的營養(yǎng)特性，這對于穇子的品種選育和綜合利用具有重要意義。目前，我國對穇子的研究還比較少，在營養(yǎng)成分方面只是進行了初步研究，如吳應(yīng)齊等[8]將3個不同來源（廣西桂林、南寧、浙江慶元）的穇子一同種植在慶元，收獲其籽粒后進行品質(zhì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者蛋白質(zhì)含量接近，但桂林種和慶元種穇子脂肪含量為南寧種的2.1倍；桂林種穇子硒和鈣含量最高，南寧種維生素E和鍶含量最高。課題組前期也對7個不同飼用穇子品種的營養(yǎng)特性進行了初步分析[9]，發(fā)現(xiàn)各品種間除粗脂肪沒有顯著差異外，粗蛋白（11.5%～12.2%）、碳水化合物（13.9%～24.2%）、總氨基酸（87.1～134.3 mg/g）、必需氨基酸（35.3～52.7 mg/g）等均存在顯著差異。前人研究主要針對少數(shù)穇子品種進行了營養(yǎng)比較，提供的信息量較少，利用多種分析方法對多種穇子的營養(yǎng)品質(zhì)特征進行綜合評價還尚未見報道。因此，課題組收集了不同地區(qū)69份穇子資源，檢測其營養(yǎng)成分，并通過相關(guān)性分析、主成分分析、相似優(yōu)先比等方法對其營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，篩選優(yōu)異種質(zhì)，為品質(zhì)改良、良種選育及后期功能產(chǎn)品開發(fā)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2015—2018年在第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動中收集到來自40個縣市的69份地方穇子種質(zhì)資源，其中省內(nèi)為婁底（27）、邵陽（18）、永州（6）、衡陽（4）、懷化（3）、郴州（2）、湘西州（1）、常德（1）、株洲（1）以及省外為廣西（3）、江西（2）、西藏（1），詳見表1。

1.2 試驗概況

田間試驗于2017—2019年在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所試驗田（113°E，28.3°N，海拔50 m）進行，種質(zhì)采用隨機排列，設(shè)3次重復(fù)，試驗小區(qū)行長2 m，5行區(qū)，行距50 cm，株距30 cm，穴播，每穴留苗2～3株，小區(qū)面積5 m2。除草、施肥等田間管理按照高產(chǎn)栽培管理進行，成熟期收獲籽粒、曬干，以備后續(xù)分析。

1.3 樣品制備與測定方法

選擇飽滿、無病害的去殼穇子用粉碎機粉碎，過80目篩后避光保存?zhèn)溆?。對鎂（Mg）、鉀（K）、鈣（Ca）、鐵（Fe）、總糖、淀粉、蛋白質(zhì)、總氨基酸和膳食纖維的檢測，均委托湖南省食品測試分析中心檢測，鎂檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.241—2017，鉀檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.91—2017，鈣檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.92—2016，鐵檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.90—2016，淀粉檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.9—2016，總糖檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB 5009.7—2016，蛋白質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.5—2016，總氨基酸檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.124—2016，膳食纖維檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB5009.88—2014，維生素B1及維生素B2則使用試劑盒（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）檢測。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

數(shù)據(jù)采用Office 2007進行記錄。采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進行相關(guān)性、主成分分析和相似優(yōu)先比分析；隸屬函數(shù)分析法采用公式法進行計算。

隸屬函數(shù)分析法中隸屬函數(shù)值U （x）計算公式為（1）和（2）。

U（x）正=（Xi－Xmin）/（Xmax－Xmin）" " " " " " " " " " " " "（1）

U（x）負(fù)=1－U（x）正" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式中x為穇子營養(yǎng)指標(biāo)測定值，U（x）正為與穇子營養(yǎng)價值呈正相關(guān)隸屬函數(shù)值，U（x）負(fù)為與穇子營養(yǎng)價值呈負(fù)相關(guān)隸屬函數(shù)值。相似優(yōu)先比分析[10]運用DPS數(shù)據(jù)處理軟件，將穇子11個指標(biāo)進行分析計算，每個指標(biāo)權(quán)重均設(shè)定為0.091，認(rèn)為11個指標(biāo)同等重要。

2 結(jié)果與分析

2.1 穇子營養(yǎng)品質(zhì)及區(qū)域特征

69份不同產(chǎn)地的穇子資源營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)包括鎂、鉀、鈣、鐵、維生素B1、維生素B2等6個微量營養(yǎng)元素，以及總糖、淀粉、蛋白質(zhì)、總氨基酸、膳食纖維等5個有機營養(yǎng)成分（表2）。結(jié)果表明，總糖含量范圍在54.5～77.4 g/100g之間，淀粉含量介于42.4～77.1 g/100g之間，蛋白質(zhì)含量介于3.5～7.6 g/100g之間，總氨基酸含量介于2.7～7.1 g/100g之間，膳食纖維含量介于9.7～13.0 g/100g之間，鈣含量介于99.7～324.0 mg/100g之間，鎂含量在115.0～167.3 mg/100g之間，鐵含量介于1.5～3.8 mg/100g之間，鉀含量介于321.7～734.0 mg/100g之間，維生素B1含量介于0.21～0.35 mg/100g之間，維生素B2含量介于0.10～0.62 mg/100g之間。11個品質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)范圍在7.7%～38.6%之間，其中維生素B2（38.6%）、總氨基酸（30.3%）、鈣（22.0%）在不同資源間變異程度高，其他7個營養(yǎng)成分變異系數(shù)較?。?.7%～19.1%）。其中總糖、總淀粉和膳食纖維都最高的品種是C68，食用此品種可能有利于增加飽腹感；蛋白質(zhì)含量最高的是C38，總氨基酸最高的是C37。鈣含量最高的品種是C10，一般牛奶中鈣含量為100～120 mg/100g，C10的鈣含量約為牛奶的3倍。鎂含量最高的是C16，鉀含量最高的是C20，但其蛋白質(zhì)和鎂都是最低，維生素B1和維生素B2分別最高的是C58和C17。由以上可知，各品種的營養(yǎng)成分含量差異較大，個別品種在單一或多個營養(yǎng)成分上具有優(yōu)勢，具有開發(fā)功能產(chǎn)品的潛力。

2.2 相關(guān)性分析

穇子營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示，在11種營養(yǎng)成分間組成的55對性狀間有17對呈顯著或極顯著相關(guān)，其中總糖與淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維顯著呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.79，0.44和0.65，與總氨基酸和鉀呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分布為－0.59和－0.25；淀粉與蛋白質(zhì)和膳食纖維呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.45和0.69，與總氨基酸呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.63；蛋白質(zhì)含量與膳食纖維含量呈顯著正相關(guān)，與總氨基酸和鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；總氨基酸含量與膳食纖維呈顯著負(fù)相關(guān)，與鉀呈顯著正相關(guān)；鎂與鈣、鐵呈顯著正相關(guān)；維生素B1和維生素B2與其他指標(biāo)都無顯著相關(guān)性。由此可知，穇子中有機營養(yǎng)成分間相關(guān)性明顯比礦質(zhì)元素間關(guān)系更密切，鉀相比其他礦質(zhì)元素與有機營養(yǎng)成分指標(biāo)的相關(guān)性較強。由于穇子各營養(yǎng)指標(biāo)間既相互獨立又關(guān)系復(fù)雜，需要建立科學(xué)合理的綜合評價方法。

2.3 主成分分析

對11個營養(yǎng)成分進行主成分分析（表4），前3個主成分特征值大于1，累計貢獻率58.76%。其中，第1主成分貢獻率31.98%，第2主成分貢獻率15.49 %，第3主成分貢獻率11.29%。第1主成分中總糖、淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等有較大的正系數(shù)，說明在種子中總糖、淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等有機物的積累相互促進；總氨基酸含量特征向量符號為負(fù)，可能是由于隨著蛋白質(zhì)含量升高，導(dǎo)致游離氨基酸量減少。第2主成分中礦質(zhì)元素鎂、鈣、鐵、鉀之間的有較大的正系數(shù)，分別為0.59、0.51、0.48、0.25，該主成分因子主要反映礦質(zhì)元素對穇子營養(yǎng)品質(zhì)的影響。第3主成分中維生素B1、維生素B2有

較大的正系數(shù)，分別為0.54和0.63，鉀含量的特征系數(shù)為-0.34。

2.4 綜合評價

相似優(yōu)先比設(shè)定參考品種（鎂=200.80 mg/100g，鉀=880.80 mg/100g，鈣=572.40 mg/100g，鐵=4.51 mg/100g，維生素B1=0.41 mg/100g，維生素B2=0.74 mg/100g，總糖=92.88 g/100g，淀粉=92.52 g/100g，蛋白質(zhì)=9.10 g/100g，總氨基酸=8.56 g/100g，膳食纖維=15.54 g/100g），依據(jù)DPS軟件求得各品種與參考樣本間各指標(biāo)的相似序號之和，相似接近度越小，則該穇子與參考品種的營養(yǎng)價值越接近，營養(yǎng)價值越好。相似優(yōu)先比結(jié)果表明營養(yǎng)價值最好的品種是C39，最差的是C5。利用公式（1）

和（2）將穇子的11項營養(yǎng)指標(biāo)進行隸屬函數(shù)分析，平均各項指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進行營養(yǎng)價值評價，平均值越大營養(yǎng)價值越高，其中營養(yǎng)價值最好的品種是C39，隸屬函數(shù)值為0.68，最差是C4，隸屬函數(shù)值為0.26。綜合結(jié)果表明：營養(yǎng)價值最好的品種是C39，其次是C50，最差的是C4和C5。

對于營養(yǎng)價值的評價常用的方法有：隸屬函數(shù)法、相似優(yōu)先比法[11-12]、灰色關(guān)聯(lián)度分析[13]、營養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)法[14-15]等。為彌補由于單一評價模型所帶來的誤差，采用2種評價模型進行評價。由結(jié)果可知（表5），2種評價方法對穇子的評價存在一定差異，而這些差異的產(chǎn)生與評價模型的計算方法有關(guān)。以各評價方法的排序進行評分，排序位次即是分值，并取平均值的方法來降低不同評價方法之間的差異，其分值越低營養(yǎng)價值越好。2種評價結(jié)果雖然有一定差異，但總體排名相近。

2.5 種質(zhì)篩選

通過以上函數(shù)的綜合分析篩選出營養(yǎng)價值排在前5的品種，分別為C39、C50、C34、C64、C62。由表6可知C39號穇子的鈣、鎂、鉀、總糖、淀粉及總氨基酸含量均明顯優(yōu)于平均值；C50號穇子的鈣、鎂、鐵、鉀、維生素B1的含量明顯高于平均值，而有機營養(yǎng)成分的含量未體現(xiàn)明顯優(yōu)勢；C34號穇子中鎂、鐵、鉀及蛋白質(zhì)的含量在5個篩選材料中最高；C62號穇子中總糖和淀粉含量最高；C64號穇子中膳食纖維和鈣含量最高。

3 討 論

3.1 穇子種質(zhì)群體營養(yǎng)品質(zhì)多樣性分析

研究種群遺傳變異性和多樣性以及不同性狀之間的關(guān)系對育種來說至關(guān)重要[5]。前人研究報道了穇子的總淀粉含量在72%～ 79.5%[16]，研究發(fā)現(xiàn)淀粉的含量范圍為42.4 g/100g （C15）至77.1 g/100g（C68），比前人研究范圍更廣，增加了品種的多樣性。69份穇子資源的蛋白質(zhì)含量范圍為3.5 g/100g（C20）至7.6 g/100g（C38），前人報道穇子蛋白質(zhì)含量普遍范圍在6%～8%，但也有一些特殊穇子蛋白質(zhì)含量最低達5%，最高達12%[16]，整體高于研究結(jié)果，蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=－0.385）[5-6]，因此，研究發(fā)現(xiàn)的低蛋白含量品種C20可能是高產(chǎn)品種。多數(shù)谷物的鈣含量一般為10～60 mg/100g，而穇子的鈣含量特別高（344 mg/100 g），除此之外，穇子富含鐵（3.9 mg/100g）以及許多微量元素和維生素，其中鉀含量高達408 mg/100g[6]。研究發(fā)現(xiàn)的鈣含量最高達324 g/100g（C10），鐵含量最高達3.8 mg/100g（C58），鉀含量最高達734.0 mg/100g（C20），相比前人研究報道的鉀含量408 mg/100g[6]，課題組收集的69份穇子種質(zhì)資源在鉀含量上具有較大優(yōu)勢，有利于開發(fā)富含鉀的功能飲料，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)適宜的滲透壓和體液的酸堿平衡[15]。另外研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維含量范圍在9.7 g/100g（C9）至13.0 g/100g（C68），均值為11.2 g/100g，遠高于水稻（0.7 g/100g）和小米（1.6 g/100g）[2]，其可以開發(fā)作為減肥餐單上的主食。水稻和小麥等作物主要用于口糧，而穇子的營養(yǎng)特性優(yōu)于水稻和小麥，其有助于提高亞洲和非洲等發(fā)展中國家人口的營養(yǎng)水平[17]。因此，研究的69份穇子種質(zhì)資源間的營養(yǎng)品質(zhì)具有較大差異，可為功能產(chǎn)品的開發(fā)提供材料。

3.2 穇子種質(zhì)資源的綜合評價

過去研究的評價模型往往單一[18-20]，不同的評價方法自成體系，選取評價模型時存在較大的主觀性，導(dǎo)致評價出的結(jié)果頗有爭議。然而，這些不同評價方法之間又存在很多內(nèi)在聯(lián)系，都屬于定量分析的范疇，且以多種評價方法聯(lián)合評價可互補其優(yōu)缺點。因此研究采用隸屬函數(shù)法和相似優(yōu)先比兩種模型進行評價，將各評價排序結(jié)果進行模糊評分，用加權(quán)評分法對穇子的營養(yǎng)價值進行綜合評價，從而使評價的結(jié)果更加全面和可靠。通過綜合方法評價出營養(yǎng)價值排名前5的穇子為C39、C50、C34、C64、C62，其中C50、C64是超高鈣資源；C34、C39、C50是超高鉀資源；C34、C39、C62、C64是超高膳食纖維資源。研究存在兩點不足，其一是收集的穇子資源主要集中在省內(nèi)，尤其以婁底、邵陽兩地為主，省外收集的資源只占10%，后續(xù)需收集更多國內(nèi)外穇子資源以增加品種多樣性，為育出品質(zhì)優(yōu)良品種提供材料；其二是研究未將穇子種質(zhì)資源籽粒中總淀粉和總氨基酸作進一步分類，確定直鏈淀粉、支鏈淀粉、八種必需氨基酸和其他非必需氨基酸的占比，以及活性成分如黃酮類的測定，在今后的研究中要綜合更多的品質(zhì)指標(biāo)對穇子種質(zhì)進行綜合評價，為今后培育出高品質(zhì)穇子提供理論指導(dǎo)和優(yōu)質(zhì)穇子種質(zhì)資源。

4 結(jié) 論

69份穇子種質(zhì)資源的淀粉、蛋白質(zhì)、總氨基酸、鈣、鐵、鉀和維生素B均存在豐富的變異類型，并發(fā)現(xiàn)了高膳食纖維、高鈣、高鉀的穇子種植類型，可為功能產(chǎn)品開發(fā)提供材料。篩選出綜合品質(zhì)較高的5份穇子種質(zhì)分別為C34、C39、C50、C64和C62。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）