基于主成分分析的特种稻种质资源营养成分分析与评价

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.006

摘要/Abstract

摘要：

对37份特种稻种质的稻米进行营养成分测定，比较分析了不同类型特种稻营养成分含量差异，并对其进行主成分分析及综合评价，为辽宁稻区特种稻新材料创制提供依据。结果表明，绝大部分特种稻的8种必需氨基酸含量明显高于对照。黑香糯米和黑香米类型的种质矿物元素含量均显著或极显著高于对照，不同类型特种稻的活性物质含量普遍高于对照白米，且黑香糯米及黑香米类型的活性物质含量均显著或极显著高于对照，研究还发现2个及2个以上性状聚合类型特种稻在氨基酸、矿物元素、维生素B₁、维生素B₂、花色苷及黄酮含量上具有一定的增加效应。基于17个指标的主成分系数建立了特种稻稻米营养品质性状的综合评价函数，并对其进行综合评价，得分在0以上的特种稻有23份，占总材料的62.2%，其中黑香糯-2、黑香稻1号和黑香稻2号3份特种稻评分大于1，可作为特殊性状基因来源为辽宁滨海稻区特种稻种质资源研究与创新提供材料基础。

关键词: 主成分分析, 特种稻, 种质资源, 营养成分, 分析与评价

Abstract:

The nutrient composition of 37 special rice germplasms were determined, and the differences in nutrient content of different types of special rice were compared and analyzed, and the principal component analysis and comprehensive evaluation were carried out in order to provide a basis for the creation of new special rice materials in Liaoning rice area. The results showed the content of eight essential amino acids in most of the special rice were significantly higher than that of the control, and the contents of mineral elements in black-flavor glutinous rice and black-flavor rice were significantly or extremely significantly higher than those in the control. The contents of active substances in different types of special rice were generally higher than those in the control white rice, and the contents of active substances in black-flavor glutinous rice and black-flavor rice were significantly or extremely significantly higher than those in the control. It was also found that two or more polymerization types of special rice had a certain increase effect on amino acid content, mineral element content, vitamin B₁, vitamin B₂, anthocyanin and flavonoid contents. The comprehensive evaluation function of nutritional quality traits of special rice was established based on the principal component coefficients of 17 indexes, and the comprehensive evaluation was carried out. There were 23 special rice materials with scores above zero, accounting for 62.2% of the total test materials. Among them, three special rice materials (Heixiangnuo-2, Heixiangdao 1 and Heixiangdao 2) had scores greater than 1. These can be used as a source of special trait genetic sources for the material basis for the research and innovation of special rice types of rice species of the Liaoning coastal rice area.

Key words: Principal component analysis, Special rice, Germplasm resources, Nutrient composition, Analysis and evaluation

张丽丽, 李振宇, 陈广红, 王绍林, 夏明, 郑英杰, 王莹, 王彤, 毛艇, 于亚辉. 基于主成分分析的特种稻种质资源营养成分分析与评价[J]. 作物杂志, 2024 (5): 40–47

Zhang Lili, Li Zhenyu, Chen Guanghong, Wang Shaolin, Xia Ming, Zheng Yingjie, Wang Ying, Wang Tong, Mao Ting, Yu Yahui. Analysis and Evaluation of Nutrient Composition of Special Rice Germplasm Resources Based on the Principal Component Analysis[J]. Crops, 2024(5): 40–47

图/表 6

表1

表2

表3

表4

表5

表6

不同类型特种稻稻米营养品质性状主成分综合评价

序号Number	名称Name	F₁	F₂	F₃	F₄	F₅	F₆	F	综合排名Comprehensive ranking
1	黑香稻2号	1.307	0.617	0.788	0.963	0.911	1.876	1.075	1
2	黑香糯-2	2.291	1.466	2.673	-1.841	1.031	0.471	1.026	2
3	黑香稻1号	0.817	-0.024	0.372	1.300	1.130	2.539	1.017	3
4	红米-2	-1.567	1.465	1.177	2.517	1.324	-0.549	0.723	4
5	黑香糯-1	1.062	1.504	2.292	-2.225	1.340	-0.545	0.581	5
6	张黑稻	0.188	1.277	0.658	0.925	-0.750	0.454	0.461	6
7	黑稻2号	1.240	-0.881	1.146	-0.359	0.131	0.999	0.381	7
8	黑米-4	2.694	-0.046	1.928	0.454	-2.762	-0.066	0.379	8
9	辽香粳18	2.880	-0.606	-1.102	-0.290	1.207	-0.173	0.323	9
10	锦稻香103	-0.065	2.221	-1.288	1.739	-0.318	-0.426	0.311	10
11	许雷香	-0.757	-0.070	-0.838	1.986	-0.281	1.848	0.306	11
12	锦稻318	3.317	-1.177	-1.395	1.073	0.694	-0.729	0.300	12
13	锦糯香3号	1.054	-1.753	1.720	-0.026	0.562	0.222	0.297	13
14	红米-1	-2.755	2.009	1.014	1.587	1.035	-1.189	0.279	14
15	锦香糯2号	1.048	0.753	-0.292	-0.497	1.394	-1.007	0.237	15
16	DG2	-1.490	-0.155	-0.985	0.493	2.740	0.524	0.177	16
17	盐粳488	-0.351	3.498	-0.767	-1.334	-0.563	0.233	0.126	17
18	香优99	0.782	0.468	0.961	0.599	-1.426	-0.793	0.105	18
19	DG1	-1.245	0.804	0.303	-0.857	0.779	0.755	0.088	19
20	丹糯3号	1.762	-0.177	-0.051	0.310	-0.424	-1.020	0.072	20
21	盐粳糯30	-0.808	-0.139	1.405	2.250	-2.230	-0.195	0.047	21
22	盐粳939	0.616	-0.046	-1.653	0.975	1.567	-1.207	0.040	22
23	盐粳252	1.290	0.612	-0.470	0.190	-0.384	-1.153	0.020	23
24	黑1	0.743	0.288	0.930	0.376	-0.805	-1.899	-0.054	24
25	香粳1	0.068	1.552	-2.336	-0.747	-1.200	2.103	-0.093	25
26	黑稻	-1.155	0.583	-0.267	-0.401	-0.324	0.421	-0.192	26
27	黑米-3	0.760	-0.022	-0.044	-1.652	-1.254	0.868	-0.219	27
28	黑稻-1	-1.672	-1.744	1.575	-1.534	0.014	1.801	-0.265	28
29	高优25	0.133	-2.845	1.303	0.634	-0.913	0.034	-0.278	29
30	勇稻香	-0.533	1.889	-1.609	0.118	-1.595	-0.345	-0.343	30
31	锦稻香	-2.809	-0.559	0.254	0.378	1.055	-0.425	-0.359	31
32	13P141	-0.045	-3.375	0.611	0.449	0.387	-0.626	-0.438	32
33	盐粳219	1.812	-0.924	-1.374	-1.970	-0.245	-0.954	-0.603	33
34	常规黑稻	-1.150	-0.450	-0.050	-2.156	0.893	-0.766	-0.613	34
35	16LP44	-0.731	-0.523	-2.683	-0.857	-0.730	1.454	-0.683	35
36	渤育稻	1.021	-1.127	-3.379	-0.499	0.020	-0.946	-0.819	36
37	辽粳香1号	-1.804	-3.378	-1.075	0.930	-0.302	0.165	-0.922	37
38	盐粳927 (CK)	-4.023	-0.555	0.276	-1.296	-0.723	-0.801	-1.192	38
39	盐粳1403 (CK)	-3.926	-0.430	0.273	-1.706	-0.985	-0.949	-1.290	39

表6

参考文献 31

[1]	韩龙植, 南钟浩, 全东兴, 等. 特种稻种质创新与营养特性评价. 植物遗传资源学报, 2003, 4(3):207-213.
[2]	刘贵富, 陈明江, 李明, 等. 水稻育种行业创新进展. 植物遗传资源学报, 2018, 19(3):416-429. doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.2018.03.006
[3]	曾跃辉, 韦新宇, 黄建鸿, 等. 不同来源特种稻香味和黑色种皮基因的鉴定与遗传特性分析. 植物遗传资源学报, 2021, 22(4):951-962. doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20201218001
[4]	王军, 杨金欢, 杨杰, 等. 优质紫香糯龙晴4号的紫色和香味的基因型分析. 分子植物育种, 2011, 9(6):688-691.
[5]	潘晓雪, 胡明瑜, 王忠伟, 等. 不同水稻种质资源重要农艺性状与发芽期耐寒性鉴定研究. 作物杂志, 2021(1):47-53.
[6]	杨忠义, 曹永生, 苏艳, 等. 云南作物资源特征特性及生态地理分布研究Ⅰ.云南地方稻种资源中特种稻资源. 植物遗传资源学报, 2006, 7(3):331-337.
[7]	刘文贺, 魏立军, 张建民. 特种稻“津原黑1号”的特征特性及栽培技术要点. 天津农林科技, 2021(4):31-32.
[8]	许峰, 宋学堂, 陈露, 等. 香血稻515的选育及栽培技术. 中国稻米, 2021, 27(1):109-110,113. doi: 10.3969/j.issn.1006-8082.2021.01.021
[9]	黄庭旭, 郑建华, 游晴如, 等. 两系特种稻新品种紫两优737的选育与应用. 福建农业学报, 2020, 35(11):1171-1178.
[10]	陈惠哲, 向镜, 张玉屏, 等. 特色稻桂红糯1号品种特性及机械化栽培技术. 中国稻米, 2019, 25(4):97-98. doi: 10.3969/j.issn.1006-8082.2019.04.025
[11]	全东兴, 韩龙植, 南钟浩, 等. 特种稻种质资源研究进展与展望. 植物遗传资源学报, 2004, 5(3):227-232.
[12]	孙志栋, 陈国, 虞振先, 等. 我国有色米的研究进展. 浙江农业学报, 2010, 22(6):873-878.
[13]	庞瑞华, 黄雅琴, 王景晨, 等. 特种稻的类别及信阳特种稻种质资源研究进展. 湖北农业科学, 2011, 50(17):3461-3465.
[14]	王艳龙, 石绍福, 韩豪, 等. 中国黑米花色苷研究现状及展望. 中国生化药物杂志, 2010(6):63-66.
[15]	黎杰强, 朱碧岩, 陈敏清. 特种稻米营养分析. 华南师范大学报(自然科学版), 2005(1):95-98,122.
[16]	彭波, 孙艳芳, 陈报阳, 等. 水稻香味基因及其在育种中的应用研究进展. 植物学报, 2017, 52(6):797-807. doi: 10.11983/CBB16197
[17]	赵志鹏, 李刚, 施标, 等. 利用分子标记辅助选育香型优质粳稻新种质. 上海农业学报, 2015, 31(5):1-5.
[18]	陈能, 罗玉坤, 谢黎虹, 等. 我国水稻品种的蛋白质含量及与米质的相关性研究. 作物学报, 2006, 32(8):1193-1196.
[19]	彭波, 彭宇, 彭娟, 等. 水稻种子主要营养物质合成及调控研究与展望. 热带作物报, 2018, 39(6):1241-1251.
[20]	杨建昌, 李超卿, 江贻. 稻米氨基酸含量和组分及其调控. 作物学报, 2022, 48(5):1037-1050. doi: 10.3724/SP.J.1006.2022.12062
[21]	彭波, 黄新华, 何璐璐, 等. 信阳地区特种稻种子氨基酸含量的检测分析. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2020, 33(1):46-53.
[22]	柏鹤, 马小定, 曹桂兰, 等. 不同类型特种稻种质营养及功能性成分含量的差异. 植物遗传资源学报, 2017, 18(6):1013-1022. doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.2017.06.003
[23]	张名位, 郭宝江. 色米的营养功能特点及相应加工技术研究(综述). 上海农业科学, 2002,18(增):18-24.
[24]	傅瑶, 顾朝剑, 郭岱明, 等. 三种不同颜色稻米的营养品质分析. 中国稻米, 2018, 24(4):50-54. doi: 10.3969/j.issn.1006-8082.2018.04.012
[25]	熊艳珍, 黄紫萱, 马慧琴, 等. 黑米的营养功能及综合利用研究进展. 食品工业科技, 2020, 42(7):408-415.
[26]	雷振山, 武浩, 卫云飞, 等. 豫南稻区特种稻主要农艺性状及矿质元素含量分析. 河南农业大学学报, 2021, 55(2):243-256.
[27]	张名位. 特种稻米及其加工技术. 北京: 中国轻工业出版社,2000:73-102.
[28]	郑菲艳, 郑建华, 王洪飞, 等. 中国有色稻米功能性成分遗传与育种研究进展. 福建农业学报, 2021, 36(1):115-123.
[29]	Tsukasa I. Flavonoid function and activity to plants and other organisms. Biological Sciences in Space, 2003, 17(1):24-44.
[30]	Pojer E, Mattivi F, Johnson D. The case for anthocyanin consumption to promote human health: A review. Comprehensive Reviews in Food Science & Food Safety, 2013, 12(5):483-508.
[31]	张名位, 郭宝江, 池建伟, 等. 不同品种黑米的抗氧化作用及其与总黄酮和花色苷含量的关系. 中国农业科学, 2005, 38(7):1324-1331.

相关文章 15

[1]	于滔, 张建国, 曹靖生, 马雪娜, 何长安, 曹士亮, 李树军, 蔡泉, 李昕, 李思楠, 杨耿斌, 李文跃. 110份玉米新材料萌发期耐低温性鉴定与评价[J]. 作物杂志, 2024, (5): 18–28
[2]	王璐, 邓杰, 张泽, 赵孟伟, 车欣洋, 王广义, 郭旭, 张海洋, 贺琳, 翁建峰, 徐晶宇. PEG胁迫下玉米苗期耐旱种质资源鉴定与评价[J]. 作物杂志, 2024, (4): 43–53
[3]	范昱, 冯亮, 王俊珍, 杨乔惠, 任远航, 张凯旋, 邹亮, 周美亮, 向达兵. 不同品种燕麦的营养成分分析[J]. 作物杂志, 2024, (4): 71–81
[4]	代涵, 申铁, 石桃雄, 黎瑞源. 油茶基因组SSR位点挖掘及遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2024, (3): 23–31
[5]	李璐, 杨丹, 王素华, 万国安, 蒋万, 李树举, 张曙光, 李兵. 马铃薯品种在冬闲稻田的稳定性和适应性评价[J]. 作物杂志, 2024, (3): 47–53
[6]	马红珍, 许海涛, 王月, 冯晓曦, 许波, 张军刚, 郭海斌, 王友华. 基于苞叶表型性状的玉米自交系遗传多样性及遗传距离分析[J]. 作物杂志, 2024, (3): 54–63
[7]	孙远涛, 龙文靖, 李元, 刘天朋, 赵甘霖, 丁国祥, 倪先林. 45份糯高粱种质资源主要农艺性状和SSR标记的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2024, (1): 57–64
[8]	王月影, 范保杰, 曹志敏, 王彦, 苏秋竹, 张志肖, 王珅, 时会影, 沈颖超, 程须珍, 刘长友, 田静. 利用EST-SSR标记分析绿豆农家种及育成品种的遗传多样性[J]. 作物杂志, 2024, (1): 73–79
[9]	曲志华, 张丽丽, 胡杨, 乔海明, 李峰, 白苇. 国外引进亚麻种质资源的农艺性状评价[J]. 作物杂志, 2023, (6): 47–53
[10]	赵锋, 包奇军, 潘永东, 柳小宁, 张华瑜, 牛小霞. 70份大麦种质资源遗传多样性评价[J]. 作物杂志, 2023, (6): 54–61
[11]	杨恩泽, 王树彦, 刘瑞香, 石丰源, 张锦豪, 李佳娜, 李志伟, 郭占斌. 基于SRAP的藜麦种质资源遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2023, (6): 79–85
[12]	郜战宁, 杨永乾, 王树杰, 冯辉, 薛正刚. 143份大麦种质资源的综合评价[J]. 作物杂志, 2023, (5): 59–65
[13]	苏小雨, 高桐梅, 张鹏钰, 李丰, 吴寅, 王东勇, 田媛, 卫双玲. 基于主成分分析及隶属函数法对芝麻苗期耐热性综合评价[J]. 作物杂志, 2023, (4): 52–59
[14]	李晶, 李鹏程, 贺永斌, 邢雅玲, 孟凡华, 周谦, 南铭. 16份俄罗斯冬小麦品种资源主要性状多元分析和综合评价[J]. 作物杂志, 2023, (3): 58–65
[15]	王荣升, 牟凤臣, 李坤, 张微, 刘会, 丁国华, 杨光, 王南博, 张国民, 刘玉明, 陶永庆. 寒地粳稻碾磨品质和食味品质相关性状的综合分析[J]. 作物杂志, 2023, (2): 115–120

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种质类型 Endoplasm type	色氨酸 Trp (mg/g)	苏氨酸 Thr (mg/g)	缬氨酸 Val (mg/g)	异亮氨酸 Ile (mg/g)	苯丙氨酸 Phe (mg/g)	亮氨酸 Leu (mg/g)	赖氨酸 Lys (mg/g)	甲硫氨酸 Met (μg/g)
香米Fragrant rice	7.65^*	175.35^**	24.32^*	10.22^*	24.47^*	8.73^*	205.96^*	0.52^*
白糯米White glutinous rice	6.48^*	179.46^**	27.53^**	11.19^*	24.23^*	9.62^**	213.13^**	0.45
低谷蛋白米Low glutelin rice	8.45^**	183.90^**	20.46	9.32	20.54	8.59^*	167.96	0.52^*
红米Red rice	7.96^**	141.83	19.08	12.70^**	20.92^*	9.53^**	190.63^*	0.67^**
黑米Black rice	6.78^*	161.84^*	25.15^*	9.52	22.14^*	8.64^*	208.69^*	0.45
香糯米Fragrant glutinous rice	6.04	160.04	25.82^**	11.20^*	25.67^**	8.77^*	227.07^**	0.49^*
黑香糯米Black fragrant glutinous rice	8.81^**	142.83	21.29^*	7.65	28.91^**	8.84^*	188.42^*	0.46
黑香米Black fragrant rice	6.94^*	205.30^**	22.12^*	12.80^**	24.98^*	10.79^**	184.19^*	0.60^**
白米（对照）White rice (CK)	5.15	129.40	18.42	8.44	16.81	6.86	162.14	0.35

种质类型Endoplasm type	钙Ca (μg/g)	镁Mg (μg/g)	铁Fe (μg/g)	锌Zn (μg/g)	硒Se (ng/g)
香米Fragrant rice	751.30	197.34	7.25	14.31	3.52
白糯米White glutinous rice	702.21	192.98	7.85	14.10	3.66
低谷蛋白米Low glutelin rice	751.85	181.59	7.50	17.30^*	4.03^*
红米Red rice	784.83^*	200.53	7.33	9.74	4.09^**
黑米Black rice	774.60^*	197.53	8.34^*	14.56	3.77^*
香糯米Fragrant glutinous rice	738.61	199.89	7.67	15.81^*	4.67^**
黑香糯米Black fragrant glutinous rice	791.93^*	211.33^*	8.40^*	15.25^*	4.39^**
黑香米Black fragrant rice	770.09^*	224.58^*	8.52^*	18.01^**	3.70^*
白米（对照）White rice (CK)	717.48	187.64	7.50	12.37	3.24

种质类型Endoplasm type	VB₁ (μg/g)	VB₂ (μg/g)	花色苷Anthocyanin (ng/g)	黄酮Flavone (μg/g)
香米Fragrant rice	3.31^*	1.48^*	122.68	16.91
白糯米White glutinous rice	3.23^*	1.50^*	121.51	18.94^*
低谷蛋白米Low glutelin rice	2.78^*	1.07	120.54	18.74^*
红米Red rice	2.46	1.13	126.26	14.74
黑米Black rice	3.24^*	1.46^*	132.27^**	17.48
香糯米Fragrant glutinous rice	3.27^*	1.29	135.32^**	19.20^**
黑香糯米Black fragrant glutinous rice	3.25^*	1.49^*	154.59^**	19.34^**
黑香米Black fragrant rice	3.02^*	1.41^*	137.78^**	19.08^*
白米（对照）White rice (CK)	2.38	1.16	119.82	16.00

分量来源 Component source	第1主成分 The first principal component (α1)	第2主成分 The second principal component (α2)	第3主成分 The third principal component (α3)	第4主成分 The forth principal component (α4)	第5主成分 The fifth principal component (α5)	第6主成分 The sixth principal component (α6)
色氨酸Trp	0.262	0.452	0.006	0.149	0.248	-0.051
苏氨酸Thr	0.300	0.049	-0.670	0.167	0.155	0.389
缬氨酸Val	0.556	-0.359	-0.222	0.055	-0.278	-0.099
异亮氨酸Ile	0.004	-0.194	0.010	0.781	0.081	0.080
苯丙氨酸Phe	0.617	0.203	-0.312	-0.216	0.346	-0.334
亮氨酸Leu	0.407	-0.352	0.349	0.443	0.063	0.099
赖氨酸Lys	0.526	-0.219	-0.031	0.299	-0.130	-0.241
甲硫氨酸Met	0.012	0.484	-0.055	0.545	0.365	0.202
Ca	0.122	0.783	0.243	0.066	-0.248	0.053
Mg	0.375	0.606	0.105	0.017	-0.391	0.156
Fe	0.018	-0.351	0.720	0.075	-0.168	0.301
Zn	0.297	-0.382	-0.214	-0.354	0.297	0.563
Se	0.471	-0.055	0.396	-0.122	0.464	-0.279
VB₁	0.520	0.096	-0.151	-0.126	-0.287	0.370
VB₂	0.755	-0.094	-0.044	-0.053	-0.379	-0.147
花色苷Anthocyanin	0.369	0.202	0.587	-0.341	0.278	0.252
黄酮Flavone	0.528	-0.066	0.152	0.084	0.141	-0.074
特征值Eigenvalue (λ)	3.010	2.140	1.900	1.580	1.310	1.130
贡献率Contribution rate (%)	17.700	12.600	11.200	9.300	7.700	6.700
累计贡献率 Cumulative contribution rate (%)	17.700	30.300	41.500	50.800	58.500	65.200