227個(gè)花生品種（系）蛋白質(zhì)及10種主要氨基酸遺傳多樣性分析

摘要：為深入了解花生籽仁蛋白質(zhì)及主要氨基酸的遺傳特性，為蛋白品質(zhì)改良提供理論依據(jù)，本研究利用多功能近紅外分析儀，測定227個(gè)花生品種（系）的蛋白質(zhì)及10種主要氨基酸含量，并進(jìn)行遺傳多樣性分析、相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)及氨基酸含量共11個(gè)性狀的變異系數(shù)以脯氨酸含量為最高，超過12%；賴氨酸含量次之，超過10%，其最小值與最大值相差一倍，改良潛力較大；其余性狀的變異系數(shù)均小于6%。相關(guān)性分析結(jié)果表明，蛋白質(zhì)含量與10種氨基酸含量均呈顯著正相關(guān)，脯氨酸含量與蛋氨酸和蘇氨酸含量間相關(guān)不顯著，與纈氨酸含量顯著負(fù)相關(guān)，其余氨基酸含量間均呈顯著正相關(guān)。聚類分析將227個(gè)參試品種（系）分成三類，其中高蛋白及高氨基酸含量的10個(gè)品種（系）聚在第Ⅰ類。主成分分析結(jié)果表明，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.32%，其中第1主成分主要包括非極性氨基酸的異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸及蛋白質(zhì)，貢獻(xiàn)率接近60Ⅰ；根據(jù)綜合得分篩選出22個(gè)綜合性狀優(yōu)良品種（系）。綜上表明，參試品種（系）的蛋白質(zhì)及氨基酸含量共11個(gè)性狀具有不同程度差異，遺傳多樣性豐富。該結(jié)論可為花生品種蛋白品質(zhì)改良和培育提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：花生品種（系）；蛋白質(zhì)；氨基酸；遺傳多樣性；主成分分析

中圖分類號：S565.2 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）10-0026-09

花生（Arachis hypogaea L．）是食用植物油和蛋白質(zhì)的重要來源，其籽仁蛋白質(zhì)含量約24%-36%，僅次于大豆?；ㄉ鞍字泻腥梭w必需的8種氨基酸，部分氨基酸含量達(dá)到FAO規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。隨著食品加工業(yè)的發(fā)展，我國花生蛋白加工比例越來越高，從不足50%提高到近80%，因此花生蛋白有很大的開發(fā)利用潛力。

傳統(tǒng)化學(xué)藥劑測定方法過程繁瑣，分析時(shí)間長，消耗人力物力較大，并造成環(huán)境污染。近紅外光譜分析法不破壞籽粒，克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，成為近年來發(fā)展最快的光譜分析技術(shù)，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析中得到廣泛應(yīng)用，普遍應(yīng)用于花生粗蛋白、粗脂肪、脂肪酸、氨基酸等的測定。為了解近年來我國主要花生育成品種（系）和部分地方品種的蛋白及主要氨基酸狀況，本研究利用近紅外分析儀測定227個(gè)花生品種（系）的蛋白質(zhì)及氨基酸含量共11個(gè)性狀，分析其遺傳多樣性，并進(jìn)行相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析，以期為花生蛋白品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試227個(gè)花生材料，包括近年來國內(nèi)15個(gè)省區(qū)主要的育成品種（系）和地方品種，以及少量國外引進(jìn)品種，組成一個(gè)地理來源豐富的自然群體。其名錄和地理來源見表1。

1.2 試驗(yàn)地概況及大田種植

試驗(yàn)于2021年5-9月在湖南省汨羅市桃林寺鎮(zhèn)亦仁村（28°55＇53N，113°09＇49E）進(jìn)行，當(dāng)?shù)貙賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，光、熱、水資源分布均勻。試驗(yàn)地土壤為紅壤旱土，土地平整，質(zhì)地疏松，肥力均勻。土壤理化性質(zhì)見表2，顯示地力較為貧瘠，酸性，缺鈣。采用起壟雙行種植方式，壟距80cm。單粒精播，株距10 cm，每個(gè)小區(qū)播種18粒。小區(qū)面積0.72 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)2次。試驗(yàn)地施用氮磷鉀復(fù)合肥（15-15-15）、石灰、硼砂分別為600、750、15 kg/hm2，水分和植保管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

花生成熟收獲后，將莢果自然曬干至含水量8%左右，再在室溫、干爽容器中平衡水分1個(gè)月，然后手工剝殼。選取充分發(fā)育、生長一致的飽滿籽粒，用DA7200型近紅外光譜分析儀（瑞典波通儀器公司產(chǎn)品），選用中等大小的樣品盤，每盤裝30-80粒花生籽仁（達(dá)到樣品盤緣最高處且遮住盤底黑色部分為準(zhǔn)），檢測其蛋白質(zhì)含量及異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、精氨酸（Arg）、蛋氨酸（Met）、組氨酸（His）、纈氨酸（Val）、脯氨酸（Pro）、蘇氨酸（Thr）、賴氨酸（Lys）含量共11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)（極性氨基酸即親水性氨基酸，包括蘇氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸等；非極性氨基酸即疏水性氨基酸，包括纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，用Origin軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，以平方歐式距離進(jìn)行聚類分析，用SPSS 25.0軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 227個(gè)花生品種（系）11個(gè)表型性狀的遺傳多樣性分析

227個(gè)花生品種（系）蛋白質(zhì)及氨基酸共11個(gè)性狀的變異系數(shù)及遺傳多樣性見表3。籽仁蛋白質(zhì)含量在24.18% - 34.56%之間，平均含量為28.95%，各類氨基酸含量在0.25% - 4.01%之間。脯氨酸含量的變異系數(shù)最大，為12.09%，第一限甜性氨基酸賴氨酸含量次之，達(dá)10.73%，其最大值（1.32%）是最小值（0.66%）的兩倍，改良潛力較大；其余性狀變異系數(shù)均小于6%。廣義遺傳力較大的為蛋白質(zhì)、脯氨酸含量，均超過64%；較小的為蛋氨酸、蘇氨酸、賴氨酸含量，均低于46%;其余性狀介于50% - 55%之間。表明參試花生品種（系）蛋白質(zhì)及氨基酸性狀差異主要集中在脯氨酸和賴氨酸上，這兩個(gè)性狀的遺傳豐富度高。

2.2 227個(gè)花生品種（系）蛋白質(zhì)及氨基酸性狀的相關(guān)性分析

由圖1可知，蛋白質(zhì)含量與10種氨基酸含量均呈顯著或極顯著正相關(guān)：脯氨酸含量與蛋氨酸和蘇氨酸含量間相關(guān)不顯著，與纈氨酸含量極顯著負(fù)相關(guān)；其余氨基酸含量間均呈極顯著正相關(guān)。其中，蛋白質(zhì)含量與異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸含量的相關(guān)系數(shù)均高于0.8，且異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸相互間的相關(guān)系數(shù)均高于0.9。表明花生蛋白質(zhì)與四種氨基酸間的聯(lián)動(dòng)更為緊密，良種培育過程中可充分考慮性狀間的相關(guān)程度以實(shí)現(xiàn)不同的育種目標(biāo)。

2.3 227個(gè)花生品種（系）的蛋白質(zhì)及氨基酸性狀聚類分析

由圖2可知，在聚類閾值為2.5時(shí)可將227個(gè)花生品種（系）分為三類，各類花生籽仁蛋白質(zhì)及氨基酸含量平均值見表4。

第1類花生籽仁蛋白質(zhì)及氨基酸含量最高，包含10個(gè)品種（系），占4.41%，大部分來自湖南、廣東、廣西等南方省區(qū)；第Ⅱ類花生蛋白質(zhì)及氨基酸含量最低，包含47個(gè)品種（系），占20.70%，主要來自山東、河南、湖南等省，其余來自湖北、四川等?。坏冖箢惢ㄉ鞍踪|(zhì)及氨基酸含量居中，包含170個(gè)品種（系），占74.89%，多數(shù)來源于湖南省，其余來源于全國各地。說明參試花生品種（系）的類群特征與地理分布有一定關(guān)系。

2.4 227個(gè)花生品種（系）蛋白質(zhì)及氨基酸性狀主成分分析

11個(gè)蛋白質(zhì)及氨基酸性狀的主成分分析結(jié)果見表5，前3個(gè)主成分的特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.32%，說明這3個(gè)主成分可綜合表征11個(gè)性狀的大部分信息。主成分1的貢獻(xiàn)率為59.64%，其中蛋白質(zhì)含量與異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸含量的載荷值較大，均超過0.8，故稱主成分1為蛋白質(zhì)與非極性氨基酸因子。主成分2貢獻(xiàn)率為14.71%，其中纈氨酸、脯氨酸的載荷值較大，分別為0.76、-0.81，故稱主成分2為非極性氨基酸因子。主成分3貢獻(xiàn)率為9 .97%，其中蛋氨酸、組氨酸的載荷值較大，分別為0．62、0.58，故稱主成分3為蛋氨酸組氨酸正向調(diào)控因子。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的表型數(shù)據(jù)、每個(gè)主成分的特征值和載荷矩陣得到3個(gè)主成分的得分，然后根據(jù)每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率計(jì)算獲得綜合得分，綜合得分越高，種質(zhì)特異性狀聚集程度越高。根據(jù)綜合得分從大到小排序，綜合表現(xiàn)前10%的22個(gè)品種（系）見表6，廣西的桂花202得分最高，湖南省的HS2017014次之。

3 討論

開展表型遺傳多樣性研究，有助于從整體上認(rèn)識作物性狀的多樣性程度，為優(yōu)異資源的挖掘和利用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

基于蛋白質(zhì)及氨基酸表型性狀，對來自不同地域的227個(gè)花生品種進(jìn)行多樣性分析。11個(gè)表型性狀變異系數(shù)在4.20% - 12.09%間波動(dòng)變化。其中，脯氨酸、賴氨酸含量的變異系數(shù)較大，在10%以上，這與前人的研究結(jié)果較為一致。賴氨酸是人體必需氨基酸之一，具有促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育、參與能量代謝、增強(qiáng)免疫力等功能。脯氨酸可抵抗不利條件對植物造成的傷害。這兩種性狀在今后的花生選育過程中值得重視。其他9個(gè)性狀的變異系數(shù)均小于6%，說明它們的遺傳豐富度較低。

佟士儉等研究表明，花生蛋白質(zhì)含量與大多數(shù)氨基酸含量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。徐楊玉等研究發(fā)現(xiàn)，花生的大多數(shù)氨基酸性狀間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，脯氨酸含量與蛋氨酸、纈氨酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究得出，籽仁蛋白質(zhì)含量與10個(gè)氨基酸含量關(guān)系緊密，均呈顯著或極顯著正相關(guān)，除脯氨酸含量與蘇氨酸和蛋氨酸含量相關(guān)不顯著、與纈氨酸含量極顯著負(fù)相關(guān)外，其余氨基酸含量間均為極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與前人研究結(jié)果較為相似。今后選育品種時(shí)，可依據(jù)蛋白質(zhì)含量與氨基酸含量間的關(guān)系，進(jìn)一步精確育種目標(biāo)，提升育種效率。

前人研究表明，基于表型與基于分子標(biāo)記的聚類分析結(jié)果基本一致，都能夠有效地評價(jià)資源的遺傳多樣性。本研究依據(jù)歐式距離將227個(gè)花生品種（系）劃分為三類：第Ⅰ類花生品種（系）數(shù)目較少，包含B154 -4、A004、XH7014、XH7017、XH7018、XH7036、HS2017013、HS2017014、桂花202、黑花101共10個(gè)品種（系），大部分來自湖南省，它們的籽仁蛋白質(zhì)及氨基酸平均含量均較高，可作為高蛋白高氨基酸品種資源：第Ⅱ類花生籽仁蛋白質(zhì)及氨基酸平均含量較低，其中花育23、花育917、花育9111等已被確定為高油酸花生品種，此類中北方地區(qū)品種（系）較多，這與劉永惠等的研究結(jié)果相似：第Ⅲ類花生籽仁蛋白質(zhì)及氨基酸平均含量居中，其品種（系）來源地較為分散。有研究表明，品種來源地相同或相鄰，但聚類結(jié)果不在一類，說明品種相似程度與地域分布有一定關(guān)系，這與本研究結(jié)果一致?？梢娖贩N來源地對品種特性有影響，當(dāng)?shù)匮芯咳藛T可能針對品種做了相關(guān)方面的改良。

作物資源表型評價(jià)是育種研究的重要環(huán)節(jié)，基于主成分分析的綜合評價(jià)，已在作物表型評價(jià)中廣泛應(yīng)用。在花生方面，陳慶政等用主成分分析，將15個(gè)品質(zhì)指標(biāo)聚為4個(gè)主成分，其中第1主成分中纈氨酸載荷值最高，第2主成分中亞油酸、蛋氨酸載荷值較高，第3主成分中蛋白質(zhì)載荷值最高，第4主成分中異亮氨酸載荷值最高。本研究主成分分析結(jié)果表明，227個(gè)花生品種（系）的11個(gè)性狀可聚為3個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.32%。其中，第1主成分是由蛋白質(zhì)與部分氨基酸共同組成的因子，載荷值表明蛋白質(zhì)含量越高，氨基酸含量越高；第2主成分是由纈氨酸、脯氨酸組成的因子，載荷值表明兩者呈拮抗關(guān)系，這與相關(guān)性分析部分結(jié)果相對應(yīng)；第3主成分是由蛋氨酸、組氨酸組成的因子，兩者為相互促進(jìn)關(guān)系。上述結(jié)果揭示了幾種氨基酸更為緊密的關(guān)系。計(jì)算綜合得分可深入了解花生品種（系）的綜合特性。苗建利等對19個(gè)花生品種的主要品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合評價(jià)，根據(jù)綜合得分得到排名前5的品種，確定了優(yōu)良品種資源。本研究通過計(jì)算主成分綜合得分得到排名前10%的品種（系）為桂花202、HS2017014、B154-4、航花3號、仲愷花826、桂花26、P19 - 24、花育957、?；?621、?；?號、禪花紅1號等22個(gè)。排名體現(xiàn)的是品種特異性狀的聚集程度，得分較高的前10%的22個(gè)品種（系）全部來自于Ⅰ、Ⅲ類群。育種過程中，可根據(jù)雜交親本選配原則，以具有較多優(yōu)良性狀的親本作母本，選用不同類群的親本進(jìn)行組配，定向篩選花生品種，為性狀改良和優(yōu)質(zhì)品種選育奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

近年來，在關(guān)注花生高產(chǎn)育種的同時(shí)，越來越注重花生品質(zhì)的提升。本研究對227個(gè)花生品種（系）的11個(gè)表型性狀進(jìn)行分析，揭示了蛋白質(zhì)及部分氨基酸的變異潛力及其相互間的關(guān)聯(lián)程度，其中脯氨酸、賴氨酸含量遺傳豐富度較大，提升空間較高，且兩者相互促進(jìn)：篩選出10個(gè)高蛋白含量品種（系）和22個(gè)綜合性狀優(yōu)良品種（系），其中，桂花202、HS2017014、B154-4既是高蛋白質(zhì)及高氨基酸含量品種，又是綜合排名前三的優(yōu)良資源，可在品種選育時(shí)重點(diǎn)關(guān)注。該結(jié)論可為花生蛋白品質(zhì)改良和培育提供理論依據(jù)。

基金項(xiàng)目：山東省“筑峰計(jì)劃”頂尖人才培育人選項(xiàng)目（ZFJH202310）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-13）；湖南省現(xiàn)代農(nóng) 業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目；湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021NK2005）