李明昊 高慧 姚銳 楊夢(mèng)涵 任學(xué)軍 王健 林小虎

摘要：為了明確冀東地區(qū)谷子產(chǎn)量和籽粒營養(yǎng)品質(zhì)，為該區(qū)品種選擇提供理論依據(jù)，以冀東地區(qū) 10個(gè)主栽谷子品種為材料，對(duì)其產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和籽粒營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，冀谷41的產(chǎn)量最高，冀科谷1號(hào)次之，紫脖根的產(chǎn)量最低;冀科谷1號(hào)的穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量均較高;冀谷41的穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量僅次于冀科谷1號(hào)。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(hào)其次，冀科谷1號(hào)位列第4，衡谷17最低;礦質(zhì)元素含量總分以冀科谷1號(hào)最高，冀谷41次之，冀谷19最低。試驗(yàn)結(jié)果得出，冀谷41號(hào)、冀科谷1號(hào)可作為高產(chǎn)、高營養(yǎng)品質(zhì)栽培品種在冀東地區(qū)推廣。

關(guān)鍵詞：谷子;氨基酸;礦質(zhì)元素;產(chǎn)量;冀東

中圖分類號(hào)：S515.037?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）15-0071-06

收稿日期：2020-12-27

基金項(xiàng)目：國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2019YFD1001701-2）;河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（雜糧雜豆）項(xiàng)目（編號(hào)：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(nóng)藝與種業(yè)相關(guān)研究。E-mail：993958676@qq.com。

通信作者：林小虎，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事作物遺傳育種學(xué)教學(xué)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(dú)特的醫(yī)療保健作用[2]，其含有豐富的礦質(zhì)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(zhì)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(guān)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(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，關(guān)于新育成谷子品種的產(chǎn)量和品質(zhì)評(píng)價(jià)在持續(xù)進(jìn)行中，本研究選取冀東地區(qū)適應(yīng)性較好的10個(gè)谷子品種，對(duì)其產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)性狀、氨基酸含量、礦質(zhì)元素含量等指標(biāo)進(jìn)行測定分析，以期為冀東地區(qū)谷子品種籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的深入研究利用和新品種推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019年在河北科技師范學(xué)院昌黎縣施各莊試驗(yàn)基地（地理位置118°95′E，40°40′N）進(jìn)行。該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛?、半濕潤大陸性氣候，無霜期為 185 d。試驗(yàn)地土壤類型為中壤土。播種前測定土壤理化性質(zhì)如下：有機(jī)質(zhì)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(nóng)家肥15 000 kg/hm2，后期不追肥。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)。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(chǎn)栽培管理，嚴(yán)格防治病蟲害。參試品種如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 氨基酸的測定

氨基酸含量參照揭平權(quán)等的方法[6]進(jìn)行測定，所用儀器為Biochrom 30型全自動(dòng)氨基酸分析儀。

1.2.2 礦質(zhì)元素的測定

礦質(zhì)元素測定參考龐敏等的方法[7]進(jìn)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(chǎn)量及其構(gòu)成因素、相關(guān)性狀的測定

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

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析、系統(tǒng)聚類分析，用DPS 7.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷子品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、相關(guān)性分析

2.1.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和性狀比較

由表2可知，對(duì)10個(gè)谷子品種產(chǎn)量進(jìn)行排序?yàn)榧焦?1>冀科谷1號(hào)>滄谷9>保谷23>衡谷16>衡谷17>邯谷2號(hào)>冀谷19>保935>紫脖根。冀谷41的產(chǎn)量最高，為7 848.0 kg/hm2，較紫脖根的產(chǎn)量高27.8%，且差異達(dá)到顯著水平。對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析，冀科谷1號(hào)的穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)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(hào)的出谷率差異未達(dá)到顯著水平。綜上所述，產(chǎn)量構(gòu)成因素之間相互協(xié)調(diào)可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

2.1.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素等性狀的相關(guān)性分析

如表3所示，產(chǎn)量和穗數(shù)、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量、穗長、出谷率均呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.229、0.739（P<0.05）、0.443、0.196、0.459;產(chǎn)量和株高呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.435;穗數(shù)、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和株高呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 -0.185、-0.197、-0.167。

2.2 谷子品種氨基酸含量及相關(guān)性分析

2.2.1 氨基酸含量比較

對(duì)10個(gè)谷子品種中的8種必需氨基酸和9種非必需氨基酸進(jìn)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(duì)10個(gè)谷子品種的8種必需氨基酸進(jìn)行比較可知，亮氨酸在10個(gè)品種中含量均最高，蛋氨酸、組氨酸、賴氨酸在10個(gè)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(duì)10個(gè)谷子品種的9種非必需氨基酸進(jìn)行比較，谷氨酸在10個(gè)品種中含量均最高，胱氨酸在10個(gè)品種中含量均最低，且10個(gè)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(xiàn)率為86.670，代表了10個(gè)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(duì)值有關(guān)，其氨基酸含量相對(duì)較高;主成分2的特征值為1.565，貢獻(xiàn)率為9.203，代表了10個(gè)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(duì)值有關(guān)，其氨基酸含量相對(duì)較低，2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為92.874%。

如表6所示，主成分1得分最高的為邯谷2號(hào)（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(hào)（1.07），得分最少的為衡谷17（-2.11）。10個(gè)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(hào)，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(guān)性分析

如表7所示，10個(gè)谷子品種中17種氨基酸含量之間全部均為正相關(guān)關(guān)系，其中酪氨酸含量與蛋氨酸、胱氨酸含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.722、0.652、0.708、0.649、0.697、0.717、0.842。

2.3 礦質(zhì)元素含量及分析

2.3.1 礦質(zhì)元素含量

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

2.3.2 礦質(zhì)元素主成分分析

如表9所示，主成分1特征值為3.482，貢獻(xiàn)率為58.029，代表了10個(gè)品種6種礦質(zhì)元素含量58.029%的信息，主要與Ca、Cu、Mg元素相對(duì)值有關(guān)，其礦質(zhì)元素含量相對(duì)較高。主成分2特征值為1.397，貢獻(xiàn)率為23.289，代表了6種礦質(zhì)元素含量23.289%的信息，主要與Mn元素、Zn元素相對(duì)值有關(guān)，其礦質(zhì)元素含量相對(duì)較低。2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率是81.317%。

如表10所示，主成分1得分最高的為冀科谷1號(hào)（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(hào)（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(zhì)元素總分最高的是冀科谷1號(hào)，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(zhì)元素含量相關(guān)性分析

如表11所示，6種礦質(zhì)元素中僅Mn含量與Ca含量是負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.114，其余礦質(zhì)元素含量都是正相關(guān)關(guān)系。其中Mg含量與Fe含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.901;Zn元素與Fe、Mn元素分別存在顯著、極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)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(gè)谷子品種在距離為5處可分為3類。第1類包含3個(gè)品種，分別為紫脖根、冀谷19、保谷23。第2類包含1個(gè)品種，為衡谷17。第3類包含其余6個(gè)品種，并包含3個(gè)亞類，衡谷16和邯谷2號(hào)為第1亞類;保935、冀科谷1號(hào)和滄谷9為第2亞類;最后1個(gè)亞類只有1個(gè)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(zhì)元素聚類分析

如圖2所示，10個(gè)谷子品種在距離為5處可分為5類。第1類包含2個(gè)品種，即衡谷16、衡谷17;第2類有2個(gè)品種，為紫脖根和冀谷19;第3類只有冀谷41這1個(gè)品種;第4類包括4個(gè)品種，分為2個(gè)亞類，邯谷2號(hào)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(hào)這1個(gè)品種。第3類品種和第5類品種的礦質(zhì)元素含量總分，相對(duì)于其他幾類品種的礦質(zhì)元素含量總分要高。

3 討論

高產(chǎn)是谷子育種的主要目標(biāo)之一。谷子產(chǎn)量的高低受多個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。本研究中，產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性分析結(jié)果表明，對(duì)產(chǎn)量影響最大的產(chǎn)量構(gòu)成因素是穗粒質(zhì)量，其次是千粒質(zhì)量和穗數(shù)，增加穗粒質(zhì)量并兼顧其他產(chǎn)量構(gòu)成性狀是提高谷子產(chǎn)量的有效途徑。張霞等的研究結(jié)果指出，在選育谷子新品種的過程中，應(yīng)傾向于穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量[8]。本研究中冀谷41和冀科谷1號(hào)的穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量均較高。

礦質(zhì)元素在人體內(nèi)含量雖然非常少，但卻極為關(guān)鍵，它們的攝入量對(duì)人體有至關(guān)重要的作用[9]。王小燕等的研究結(jié)果表明，小米米糠的礦質(zhì)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(zhì)元素趨勢與之一致。本研究中6種礦質(zhì)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(zhì)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(zhì)元素含量[12]。

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，是品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[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(gè)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(jié)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(duì)較少，成為10種谷子品種的限制氨基酸[15]，本研究結(jié)果與之一致。氨基酸含量聚類分析結(jié)果表明，10個(gè)谷子品種在卡方距離為5處可聚為3類，其結(jié)果符合氨基酸含量總得分;礦質(zhì)元素含量聚類分析結(jié)果表明，10個(gè)谷子品種在卡方距離為5處可聚為5類，其結(jié)果符合礦質(zhì)元素含量總得分。從10個(gè)谷子品種的產(chǎn)量、氨基酸總得分、礦質(zhì)元素總分綜合考慮，冀谷41和冀科谷1號(hào)的綜合性狀指標(biāo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他品種。

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