冀东地区10个谷子品种的产量和品质分析

李明昊 高慧 姚锐 杨梦涵 任学军 王健 林小虎

摘要：为了明确冀东地区谷子产量和籽粒营养品质，为该区品种选择提供理论依据，以冀东地区 10个主栽谷子品种为材料，对其产量、产量构成因素和籽粒营养品质进行研究和评价。结果表明，冀谷41的产量最高，冀科谷1号次之，紫脖根的产量最低;冀科谷1号的穗粒质量和千粒质量均较高;冀谷41的穗粒质量和千粒质量仅次于冀科谷1号。通过主成分分析和聚类分析综合分析得出，氨基酸含量总分以冀谷41最高，邯谷2号其次，冀科谷1号位列第4，衡谷17最低;矿质元素含量总分以冀科谷1号最高，冀谷41次之，冀谷19最低。试验结果得出，冀谷41号、冀科谷1号可作为高产、高营养品质栽培品种在冀东地区推广。

关键词：谷子;氨基酸;矿质元素;产量;冀东

中图分类号：S515.037   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）15-0071-06

收稿日期：2020-12-27

基金项目：国家“十三五”重点研发计划（编号：2019YFD1001701-2）;河北省现代农业产业技术体系创新团队（杂粮杂豆）项目（编号：HBCT2018070404）。

作者简介：李明昊（1996—），男，河北承德人，硕士研究生，主要从事农艺与种业相关研究。E-mail：993958676@qq.com。

通信作者：林小虎，博士，教授，硕士生导师，主要从事作物遗传育种学教学科研工作。E-mail：xiaohulin2008@163.com。

谷子为禾本科黍族狗尾草属植物，起源于中国，古称为稷、粟，在我国的种植面积占世界种植面积的80%，是我国传统的优势作物[1]。谷子脱壳后被称为小米，小米营养丰富、适口性好，与其他大宗作物相比具有独特的医疗保健作用[2]，其含有丰富的矿质元素和大量人体必需氨基酸。程秀秀等的研究表明，谷子富含镁（Mg）、钙（Ca）等多种矿质元素，Mg、Ca含量较糯米分别高出97.68%、11.36%[3]。张爱霞等的研究表明，谷子中人体必需氨基酸含量丰富，其必须氨基酸总量比糙米含量高出28.25%[4]。王海滨等关于谷子氨基酸的研究表明，小米蛋白是人体必需氨基酸的良好来源，含有人体必需的8种氨基酸，且氨基酸含量显著高于大米和小麦粉[5]。

近年来，研究人员在谷子品种选育和栽培技术方面进行了大量的研究，关于新育成谷子品种的产量和品质评价在持续进行中，本研究选取冀东地区适应性较好的10个谷子品种，对其产量、产量构成相关性状、氨基酸含量、矿质元素含量等指标进行测定分析，以期为冀东地区谷子品种籽粒营养品质的深入研究利用和新品种推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

试验于2019年在河北科技师范学院昌黎县施各庄试验基地（地理位置118°95′E，40°40′N）进行。该区域属于暖温带、半湿润大陆性气候，无霜期为 185 d。试验地土壤类型为中壤土。播种前测定土壤理化性质如下：有机质含量为32.63 g/kg，全氮含量为3.24 g/kg，碱解氮含量为121.32 mg/kg，速效磷含量为 20.31 mg/kg，速效钾含量为109.28 mg/kg。播前整地施入农家肥15 000 kg/hm2，后期不追肥。试验采取随机区组设计，每个处理3次重复。于2019年5月18日播种前造墒播种，小区面积为 16 m2（4 m×4 m），各小区均统一采用井水灌溉以防止灌溉水中其他成份可能带来的干扰，其他同高产栽培管理，严格防治病虫害。参试品种如表1所示。

1.2 试验方法

1.2.1 氨基酸的测定

氨基酸含量参照揭平权等的方法[6]进行测定，所用仪器为Biochrom 30型全自动氨基酸分析仪。

1.2.2 矿质元素的测定

矿质元素测定参考庞敏等的方法[7]进行。所用仪器为Thermo Fisher Icap-7200型全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪。

1.2.3 产量及其构成因素、相关性状的测定

各品种谷子成熟后，在各小区内均选取一个具有代表性的2 m×2 m的区域测定最终成穗数。收获前，各小区均选取具有代表性的10株样品，在试验地测量样品植株的株高。选取有代表性的10个穗用于室内考种，测定穗长、单穗质量、穗粒质量和千粒质量。收获时去掉边行，实收测产，折算成单位面积产量。

1.3 数据处理与统计分析

用SPSS 22.0统计软件对数据进行主成分分析、相关性分析、系统聚类分析，用DPS 7.5软件对数据进行差异性分析，用Excel 2007软件进行数据整理。

2 结果与分析

2.1 谷子品种产量及其构成因素、相关性分析

2.1.1 产量及其构成因素和性状比较

由表2可知，对10个谷子品种产量进行排序为冀谷41>冀科谷1号>沧谷9>保谷23>衡谷16>衡谷17>邯谷2号>冀谷19>保935>紫脖根。冀谷41的产量最高，为7 848.0 kg/hm2，较紫脖根的产量高27.8%，且差异达到显著水平。对产量构成因素进行分析，冀科谷1号的穗粒质量、千粒质量均处于较高水平。穗长最长的品种是衡谷16，且与其他品种差异显著。出谷率较高的品种为保935，与冀谷41和冀科谷1号的出谷率差异未达到显著水平。综上所述，产量构成因素之间相互协调可以实现高产。

2.1.2 产量及其构成因素等性状的相关性分析

如表3所示，产量和穗数、穗粒质量、千粒质量、穗长、出谷率均呈正相关关系，相关系数分别为0.229、0.739（P<0.05）、0.443、0.196、0.459;產量和株高呈负相关，相关系数为-0.435;穗数、穗粒质量、千粒质量和株高呈负相关，相关系数分别为 -0.185、-0.197、-0.167。

2.2 谷子品种氨基酸含量及相关性分析

2.2.1 氨基酸含量比较

对10个谷子品种中的8种必需氨基酸和9种非必需氨基酸进行比较（表4）可知，总氨基酸含量最高的是冀谷41，保935次之，衡谷17最少。对10个谷子品种的8种必需氨基酸进行比较可知，亮氨酸在10个品种中含量均最高，蛋氨酸、组氨酸、赖氨酸在10个品种中含量均较低，其中组氨酸含量最低的品种是衡谷17，赖氨酸含量最低的品种是衡谷17，且与其他品种差异显著。蛋氨酸含量最低的品种是衡谷17，与其他品种差异不显著。对10个谷子品种的9种非必需氨基酸进行比较，谷氨酸在10个品种中含量均最高，胱氨酸在10个品种中含量均最低，且10个谷子品种的胱氨酸含量均无显著差异。

2.2.2 氨基酸主成分分析

如表5所示，主成分1特征值为14.224，贡献率为86.670，代表了10个品种中17种氨基酸含量83.670%的信息，主要与赖氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的相对值有关，其氨基酸含量相对较高;主成分2的特征值为1.565，贡献率为9.203，代表了10个谷子品种17种氨基酸含量9.203%的信息，主要与蛋氨酸、酪氨酸和胱氨酸的相对值有关，其氨基酸含量相对较低，2个主成分的累计贡献率为92.874%。

如表6所示，主成分1得分最高的为邯谷2号（1.30），其次为冀谷41（1.11），得分最少的为衡谷17（-2.11）。主成分2得分最高的为冀谷41（1.10），其次为冀科谷1号（1.07），得分最少的为衡谷17（-2.11）。10个谷子品种的氨基酸总分最高的是冀谷41，总分为1.11;其次是邯谷2号，总分为1.01;总分最少的是衡谷17，总分为-1.89。

2.2.3 17种氨基酸含量间的相关性分析

如表7所示，10个谷子品种中17种氨基酸含量之间全部均为正相关关系，其中酪氨酸含量与蛋氨酸、胱氨酸含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.809、0.896。此外，蛋氨酸含量与精氨酸、组氨酸、苏氨酸、甘氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、胱氨酸含量呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.722、0.652、0.708、0.649、0.697、0.717、0.842。

2.3 矿质元素含量及分析

2.3.1 矿质元素含量

如表8所示，矿质元素总量最高的是冀科谷1号，其次为冀谷41，冀谷19最少。对10个谷子品种的6种矿质元素进行比较可知，Mg元素含量在10个品种中含量均最高，其次是Ca元素。Cu元素在10个品种中含量均最低。Fe元素含量相对较少，但冀科谷1号的含铁量显著高于其他品种。

2.3.2 矿质元素主成分分析

如表9所示，主成分1特征值为3.482，贡献率为58.029，代表了10个品种6种矿质元素含量58.029%的信息，主要与Ca、Cu、Mg元素相对值有关，其矿质元素含量相对较高。主成分2特征值为1.397，贡献率为23.289，代表了6种矿质元素含量23.289%的信息，主要与Mn元素、Zn元素相对值有关，其矿质元素含量相对较低。2个主成分的累计贡献率是81.317%。

如表10所示，主成分1得分最高的为冀科谷1号（2.14），其次为冀谷41（1.11），得分最少的为保谷23（-0.98）。主成分2得分最高的为冀科谷1号（1.36），其次为保935和沧谷9（0.97），得分最少的是冀谷19（-1.23）。10种谷子品种矿质元素总分最高的是冀科谷1号，总分为1.91;其次是冀谷41，总分为0.67;总分最少的是冀谷19，总分為-0.62。

2.3.3 6种矿质元素含量相关性分析

如表11所示，6种矿质元素中仅Mn含量与Ca含量是负相关关系，相关系数为-0.114，其余矿质元素含量都是正相关关系。其中Mg含量与Fe含量存在极显著正相关关系，相关系数为0.901;Zn元素与Fe、Mn元素分别存在显著、极显著正相关关系，相关系数分别为0.713、0.829。

2.4 聚类分析

2.4.1 氨基酸聚类分析

如图1所示，10个谷子品种在距离为5处可分为3类。第1类包含3个品种，分别为紫脖根、冀谷19、保谷23。第2类包含1个品种，为衡谷17。第3类包含其余6个品种，并包含3个亚类，衡谷16和邯谷2号为第1亚类;保935、冀科谷1号和沧谷9为第2亚类;最后1个亚类只有1个品种，为冀谷41，第3类品种氨基酸含量总分比第1类和第2类高。

2.4.2 矿质元素聚类分析

如图2所示，10个谷子品种在距离为5处可分为5类。第1类包含2个品种，即衡谷16、衡谷17;第2类有2个品种，为紫脖根和冀谷19;第3类只有冀谷41这1个品种;第4类包括4个品种，分为2个亚类，邯谷2号和沧谷9为第1亚类;保935和保谷23为第2亚类，第5类

只有冀科谷1号这1个品种。第3类品种和第5类品种的矿质元素含量总分，相对于其他几类品种的矿质元素含量总分要高。

3 讨论

高产是谷子育种的主要目标之一。谷子产量的高低受多个产量构成因素的影响。本研究中，产量构成因素相关性分析结果表明，对产量影响最大的产量构成因素是穗粒质量，其次是千粒质量和穗数，增加穗粒质量并兼顾其他产量构成性状是提高谷子产量的有效途径。张霞等的研究结果指出，在选育谷子新品种的过程中，应倾向于穗粒质量和千粒质量[8]。本研究中冀谷41和冀科谷1号的穗粒质量和千粒质量均较高。

矿质元素在人体内含量虽然非常少，但却极为关键，它们的摄入量对人体有至关重要的作用[9]。王小燕等的研究结果表明，小米米糠的矿质元素元素含量存在差异，Mg元素含量最多，其次是Ca元素，Cu元素含量最少[10]，本研究中谷子所含矿质元素趋势与之一致。本研究中6种矿质元素含量与张勇等研究的北方冬麦区小麦品种籽粒矿物质元素含量相似[11]，且Mg元素和Ca元素含量均高于大米同种矿质元素含量[12]。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是品质评价的重要指标[13]，谷子含有的氨基酸比较全面，富含多种氨基酸，且必需氨基酸含量全面，本研究中10个谷子品种的17种氨基酸中，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，这与冯耐红等的研究结果[14]相同。张超等的研究表明，在8种必需氨基酸中赖氨酸含量相对较少，成为10种谷子品种的限制氨基酸[15]，本研究结果与之一致。氨基酸含量聚类分析结果表明，10个谷子品种在卡方距离为5处可聚为3类，其结果符合氨基酸含量总得分;矿质元素含量聚类分析结果表明，10个谷子品种在卡方距离为5处可聚为5类，其结果符合矿质元素含量总得分。从10个谷子品种的产量、氨基酸总得分、矿质元素总分综合考虑，冀谷41和冀科谷1号的综合性状指标要远远优于其他品种。

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