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

基于主成分分析的特种稻种质资源营养成分分析与评价

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^,

辽宁省盐碱地利用研究所，124010，辽宁盘锦

Analysis and Evaluation of Nutrient Composition of Special Rice Germplasm Resources Based on the Principal Component Analysis

Zhang Lili^,, Li Zhenyu, Chen Guanghong, Wang Shaolin, Xia Ming, Zheng Yingjie, Wang Ying, Wang Tong, Mao Ting, Yu Yahui^,

Liaoning Province Saline and Alkaline Land Utilization and Research Institute, Panjin 124010, Liaoning, China

通讯作者: 于亚辉，研究方向为水稻遗传育种，E-mail：yyh3655@126.com

收稿日期: 2023-09-14 修回日期: 2023-11-22 网络出版日期: 2024-07-30

基金资助:

辽宁省应用基础研究计划项目(2022JH2/101300283)
中央引导地方科技发展专项资金(2023JH6/100100039)
辽宁省农业重大专项(2022JH1/10200003)

Received: 2023-09-14 Revised: 2023-11-22 Online: 2024-07-30

作者简介 About authors

张丽丽，主要从事水稻遗传育种研究，E-mail：zhangliolive@126.com

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.

Keywords： Principal component analysis; Special rice; Germplasm resources; Nutrient composition; Analysis and evaluation

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本文引用格式

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. 作物杂志, 2024, 40(5): 40-47 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.006

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. Crops, 2024, 40(5): 40-47 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.006

水稻是我国最重要的粮食作物之一，一半以上的人口以稻米作为主食。随着社会经济发展和人们生活水平提高，对于稻米的需求由原来的“吃饱”转化为“吃好”，因此具有特殊营养保健功能的稻米越来越受到人们喜爱^[1⇓⇓-4]。一直以来，多数育种者重视水稻产量的提高，而往往忽视了营养功能性稻米的研发，导致市场上稻米品种单一化，不能满足人们多样化需求，限制了稻米产业结构调整和优化升级。中国是世界上种稻历史最为悠久的国家，稻作种质资源丰富多样，其中蕴含大量具有特定遗传性状和特殊功效及用途的特种稻资源，为我国特种稻研究奠定了物质基础^[5-6]。20世纪80年代末，我国科研工作者开展了特种稻的研究与利用，在资源评价和材料创新上取得较大进展，国内科研单位先后选育出津原黑1号、香雪稻515、红稻8号和桂红糯1号等特种稻新品种^[7⇓⇓-10]，同时，前人^{[11⇓⇓⇓⇓-16]}还研究报道了特种稻富含氨基酸、微量元素和花色苷等生理活性物质，具有较高的营养价值。目前，特种稻资源营养特性评价针对某单一性状较为多见，而2种及2种以上特殊性状的特种稻种质资源评价研究较少，尤其针对辽宁滨海稻区特种稻研究鲜见报道。本研究以辽宁滨海稻区收集的37份特种稻材料为研究对象，研究不同特种稻种质氨基酸、矿物元素和生物活性物质等营养及功能性成分含量及其差异，探讨多性状聚合对营养及功能性成分的影响，并进行营养评价，从中筛选出营养及功能性成分含量较高的材料，为辽宁稻区特种稻新材料创新提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以在辽宁滨海稻区收集的37份特种稻资源为材料，其中香米12份（锦稻香、辽粳香1号、香粳1、锦稻香103、盐粳219、盐粳488、盐粳252、盐粳939、许雷香、辽香粳18、香优99、勇稻香），白糯米7份（锦稻318、13P141、16LP44、高优25、渤育稻、盐粳糯30、丹糯3号），低谷蛋白米2份（DG1和DG2），红米2份（红米-1和红米-2），黑米8份（黑稻-1、黑稻2号、常规黑稻、黑稻、张黑稻、黑米-3、黑1、黑米-4），香味与糯性聚合的香糯米2份（锦糯香3号和锦香糯2号），黑色种皮、香味与糯性聚合的黑香糯米2份（黑香糯-1和黑香糯-2），黑色种皮与香味聚合的黑香米2份（黑香稻1号和黑香稻2号），另外白米对照2份（盐粳927和盐粳1403），详见表1。

表1 特种稻资源及对照品种名称

Table 1 Names of special rice resources and control cultivars

序号 Number	名称 Name	序号 Number	名称 Name	序号 Number	名称 Name	序号 Number	名称 Name	序号 Number	名称 Name
1	锦稻香	9	许蕾香	17	渤育稻	25	黑稻2号	33	锦香糯2号
2	辽粳香1号	10	辽香粳18	18	盐粳糯30	26	常规黑稻	34	黑香糯-1
3	香粳1	11	香优99	19	丹糯3号	27	黑稻	35	黑香糯-2
4	锦稻香103	12	勇稻香	20	DG1	28	张黑稻	36	黑香稻1号
5	盐粳219	13	锦稻318	21	DG2	29	黑米-3	37	黑香稻2号
6	盐粳488	14	13P141	22	红米-1	30	黑1	38	盐粳927（CK）
7	盐粳252	15	16LP44	23	红米-2	31	黑米-4	39	盐粳1403（CK）
8	盐粳939	16	高优25	24	黑稻-1	32	锦糯香3号

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1.2 试验地概况

2020年将收集的39份材料种植于辽宁省盐碱地利用研究所试验基地，该基地位于辽宁盘锦大洼区唐家镇（122.19° E，40.04° N）。4月18日播种，5月26日插秧，插秧尺寸30 cm×15 cm，4行小区，行长10 m，管理同大田管理。成熟后，适时收获脱粒。晾晒风干后，阴凉网室保存，用于糙米营养及功能性物质测定。

1.3 测定指标与方法

采用茚三酮比色法测定氨基酸（色氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸）含量；采用原子吸收法测定矿物元素（钙、铁、镁、锌、硒）含量；采用分光光度计法测定花青苷和黄酮含量；采用酶联免疫分析法（ELISA）测定维生素B₁（VB₁）和维生素B₂（VB₂）含量。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2010软件进行数据分析，利用SPSS 2.0软件进行主成分分析和综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同类型特种稻种质氨基酸含量比较

为便于统计分析，按香米、白糯米、低谷蛋白米、红米、黑米、香糯米、黑香糯、黑香米及白米统计不同氨基酸含量平均值，如表2所示。从表2可以看出，不同类型特种稻色氨酸含量均高于对照，除了香糯米外，其他7种类型的色氨酸含量均显著或极显著高于对照（白米），其中黑香糯米色氨酸含量最高，极显著高于对照71.07%。不同类型特种稻苏氨酸含量均高于对照，其中黑香米、低谷蛋白米、白糯米、黑米和香米等5种类型的苏氨酸含量显著或极显著高于对照。黑香米苏氨酸含量比对照高出58.66%，为最高值。不同类型特种稻缬氨酸含量均高于对照，其中香米、白糯米、黑米、香糯米、黑香糯米和黑香米等6种类型的缬氨酸含量显著或极显著高于对照，白糯米缬氨酸含量最高，与对照相比增加了49.46%。除黑香糯米的异亮氨酸含量低于对照外，其余7种类型的异亮氨酸含量均高于对照，香米、白糯米、红米、香糯米和黑香米等类型与对照的差异达到显著或极显著水平，黑香米的异亮氨酸含量极显著高于对照，比对照高出66.82%。不同类型苯丙氨酸含量均高于对照，除低谷蛋白米外，其余7种类型的苯丙氨酸含量均显著或极显著高于对照，黑香糯米的苯丙氨酸含量高于对照71.98%。8种类型特种稻的亮氨酸含量均显著或极显著高于对照，其中黑香米亮氨酸含量极显著高于对照，高出57.29%。除低谷蛋白米的赖氨酸含量高于对照，但差异未达显著水平外，其余7种类型的赖氨酸含量均显著或极显著高于对照，香糯米的赖氨酸含量最高，比对照高出40.05%。不同类型特种稻甲硫氨酸含量均高于对照，其中香米、低谷蛋白米、红米、香糯米和黑香米的甲硫氨酸含量与对照差异达显著或极显著水平，红米的甲硫氨酸含量最高，高出对照91.43%。由以上分析可以看出，除异亮氨酸外，不同类型特种稻的7种必需氨基酸含量均高于对照，且部分指标与白米（对照）差异达显著或极显著水平。2个或2个以上性状聚合的类型如黑香糯米、香糯米和黑香米等的氨基酸含量表现出较强优势。

表2 不同类型特种稻种质氨基酸含量比较

Table 2 Comparison of amino acid content in different types of special rice germplasms

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

“^*”和“^**”分别表示与白米（对照）呈显著和极显著差异，下同。

“^*”and“^**”indicate significant difference with CK in 0.05 and 0.01 levels, respectively, the same below.

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2.2 不同类型特种稻矿物元素含量分析

从表3可以看出，香米、低谷蛋白米、红米、黑米、香糯米、黑香糯米和黑香米的钙含量均高于对照，其中红米、黑米、黑香糯米和黑香米的钙含量显著高于对照，黑香糯米钙含量最高，高出对照10.38%。除低谷蛋白米的镁含量略低于对照外，其余7种类型特种稻的镁含量均高于对照，且黑香糯米和黑香米的镁含量显著高于对照，黑香米镁含量最高，高于对照19.69%。黑米、黑香糯米和黑香米的铁含量显著高于对照，其中黑香米的铁含量最高，比对照高出13.60%。不同类型特种稻的锌含量普遍高于对照，仅红米的锌含量低于对照。低谷蛋白米、香糯米、黑香糯米和黑香米锌含量显著或极显著高于对照，黑香米锌含量达最高值，高于对照45.59%。供试的8种类型特种稻的硒含量均高于对照，红米、香糯米和黑香米硒含量极显著高于对照，香糯米硒含量最高，高出对照44.14%，黑米和低谷蛋白米的硒含量与对照差异达到显著水平。基于上述分析可知，除个别指标外，不同类型特种稻的矿物元素普遍高于对照，其中黑香糯米和黑香米的矿物元素含量均显著或极显著高于对照，2个或2个以上性状聚合类型在矿物元素含量积累上表现出增加效应。

表3 不同类型特种稻种质矿物元素含量比较

Table 3 Comparison of mineral element contents in different types of special rice germplasms

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

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2.3 不同类型特种稻活性物质含量分析

按照不同类型特种稻进行活性物质比较，从表4中可以看出所有类型的VB₁含量均高于对照，除红米外，香米、白糯米、低谷蛋白米、黑米、香糯米、黑香糯米和黑香米的VB₁含量均显著高于对照，香米的VB₁含量最高，高于对照39.08%。香米、白糯米、黑米、黑香糯米和黑香米的VB₂含量显著高于对照，低谷蛋白米和红米略低于对照，香糯米VB₂含量高于对照，但差异未达到显著水平，白糯米VB₂含量最高。不同类型特种稻花色苷含量均高于对照，黑米、香糯米、黑香糯米和黑香米花色苷含量极显著高于对照，其中黑香糯米最高，高出对照29.02%。香米、白糯米、低谷蛋白米、香糯米、黑香糯米、黑香米等类型的黄酮含量高于对照，其中白糯米、低谷蛋白米和黑香米的黄酮含量显著高于对照，而香糯米和黑香米极显著高于对照，黑香糯米含量最高，高出对照20.88%。从分析可知，不同类型特种稻的活性物质含量普遍高于对照（白米）。黑香糯米及黑香米的活性物质含量均显著或极显著高于对照，不难看出，2个或2个以上性状聚合类型在VB₁、VB₂、花色苷及黄酮含量提高上亦具有一定的增加效应。

表4 不同类型特种稻种质活性物质含量比较

Table 4 Comparison of active substance contents in different types of special rice germplasms

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

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2.4 不同类型特种稻种质营养品质性状主成分分析及综合评价

为揭示供试特种稻的稻米营养品质性状的综合表现，针对色氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、Ca、Mg、Fe、Zn、Se、VB₁、VB₂、花色苷和黄酮等17个指标进行主成分分析。如表5所示，前6个主成分的累计贡献率达到65.200%，基本包含了稻米营养品质性状的大部分信息。第1主成分特征值3.010，贡献率为17.700%，主要反映了VB₂和苯丙氨酸含量，二者载荷值分别为0.755和0.617；第2主成分主要反映了Ca和Mg含量，其载荷值分别为0.783和0.606，其特征值为2.140，贡献率为12.600%；第3主成分特征值为1.900，贡献率为11.200%，主要反映了Fe和苏氨酸含量，二者载荷值分别为0.720和-0.670；第4主成分的代表指标为异亮氨酸含量，其载荷值为0.781，其特征值为1.580，贡献率为9.300%；第5主成分主要反映了Se含量（载荷值为0.464），其特征值为1.310，贡献率为7.700%；第6主成分特征值1.130，贡献率为6.700%，主要代表了Zn含量，其载荷值为0.563。

表5 不同类型特种稻种质营养品质性状的主成分分析

Table 5 Principal component analysis of nutrient quality traits of different special rice germplasms

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

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基于上述17个指标的主成分系数计算各主成分得分，建立了不同类型特种稻稻米营养品质性状的综合评价函数，F=1.307F₁+0.617F₂+0.788F₃+ 0.963F₄+0.911F₅+1.876F₆。依据该函数计算供试特种稻的综合评分（F），对其进行综合评价（表6）。对表6进行分析可看出，得分在0以上的特种稻有23份材料，占供试材料的62.2%，其中有18份特种稻评分处于0.000~0.500，占特种稻总数量的48.6%；评分在0.500~1.000的特种稻有5份，占特种稻总数量的13.5%；有3份特种稻评分大于1.0 ，分别是黑香稻2号、黑香糯-2和黑香稻1号，红米-2评分为0.723，处于第4位。

表6 不同类型特种稻稻米营养品质性状主成分综合评价

Table 6 Comprehensive evaluation of main components of nutrient quality traits in different types of special rice germplasms

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

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3 讨论

为了满足人们对生活质量日益增长的需求和稻米产业结构调整的需要，特种稻因其含有丰富的人体必需营养物质深受消费者喜欢，因此培育集美味、营养和保健功能为一体的复合型特种稻成为当前水稻育种学家们重点关注的领域^[3-4,17]。种质资源是资源创新和品种选育的核心和重要物质基础，鉴定和评价特种稻种质的稻米品质性状对提升稻米营养品质和加速特种稻新品种选育意义重大^[5]。稻米中氨基酸的组成和在稻米中的相对含量是衡量其营养品质的重要指标^[18-19]。稻米中氨基酸特别是必需氨基酸是以稻米为主食人口的重要营养来源^[20]。前人^[21]对河南信阳地区20份特种稻种子氨基酸含量进行检测分析，结果表明不同特种稻中各类氨基酸含量存在较大差异，其中来源于息县的矮秆香稻丸、方欣1号和想丰916中赖氨酸含量相对较高。柏鹤等^[22]针对不同类型特种稻种质的氨基酸含量分析揭示了特种稻在部分氨基酸含量上与白米表现为显著差异，张名位等^[23]研究也发现，黑米的各种氨基酸含量明显高于普通稻米。本研究对辽宁滨海稻区特种稻种质的氨基酸含量分析表明，不同类型特种稻的7种必需氨基酸含量均高于对照，部分指标与对照差异达显著或极显著水平。同时还发现2个及2个以上性状聚合的类型（如黑香糯米、香糯米和黑香米等）各种必需氨基酸含量表现出较强优势，这与柏鹤等^[22]和韩龙植等^[1]研究报道一致。这些氨基酸含量高、种类多的特种稻资源在今后的特种稻育种中可作为亲本加以利用，可能对提高稻米氨基酸含量具有一定作用。

张名位等^[23]研究表明，色米中矿物元素Fe、Zn、Se等含量较高。傅瑶等^[24]对17个黑米、16个红米和30个白米品种进行了8种矿质元素测定，结果发现，Fe、Mn、Zn、Cu的含量在有色大米中明显高于白米。同时发现元素间的积累具有一定相关性，如Ca与K，Mg与P，Fe与Mg、Ca、Cu、P，Mg与Mn、Ca，Mn与P都具有一定的相关性。熊艳珍等^[25]发现，黑米的矿物元素含量，尤其是Fe和Zn含量均显著高于白米。还有研究^[22]认为，香味、种皮、糯性等单一性状或2~3个性状聚合，可提高矿物元素Fe、Zn、Ca含量。本研究结果表明，除个别指标外，不同类型特种稻的矿物元素含量普遍高于对照，其中黑香糯米和黑香米的矿物元素含量均显著或极显著高于对照，而且还发现2个及2个以上性状聚合类型在矿物元素含量积累上表现出增加效应，这与前人^[1,26-27]研究结果相似。这些具有高矿物元素含量的特种稻资源有待利用于特种稻育种，为提高矿物元素含量发挥作用。

维生素是维持人和动物的正常生理功能且必须从食物中获得的一类微量有机物质，在生长、代谢、发育过程中发挥着不可或缺的重要作用。郑菲艳等^[28]分析表明，有色稻米中维生素等的含量均高于普通白米。前人^[29]研究表明，黄酮类化合物具有防治心血管疾病、抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗衰老和提高免疫力等广泛的生物活性，黑米中黄酮类含量是白米的5倍之多。Pojer等^[30]研究表明，花色苷具有清除体内自由基、抗炎、抑制脂质过氧化和血小板凝集、预防糖尿病、减肥及保护视力等功效，在白米中难以检测到花色苷，但在黑米中花色苷含量高达0.65~14.98 mg/kg，张名位等^[31]在收集国内外黑米品种资源的基础上研究花色苷含量的差异，表明花色苷含量在品种间存在广泛变异，变幅在0.65~14.98 μg/g，同时还发现抗氧化性与花色苷含量呈极显著正相关。在育种中可以定向选择，获得高抗氧化的优良黑米稻资源。本研究结果显示，不同类型特种稻的活性物质含量普遍高于对照白米，这与柏鹤等^[22]研究结果一致。同时本研究发现，黑香糯米及黑香米的活性物质含量均显著或极显著高于对照，2个及2个以上性状聚合类型在VB₁、VB₂、花色苷及黄酮含量提高上亦具有一定的增加效应，鉴于活性物质对人体的积极作用，可在之后育种中加大利用力度。

本研究利用主成分分析对特种稻稻米多个营养品质性状采用降维处理，构建了特种稻营养品质性状的综合评价函数，筛选出黑香稻2号、黑香糯-2、黑香稻1号、红米-2、黑香糯-1等营养成分较高的特种稻种质，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。

4 结论

本研究对37份特种稻种质进行了稻米营养成分测定，探究了不同类型特种稻营养成分含量差异。发现绝大部分特种稻的8种必需氨基酸含量明显高于对照，黑香糯米和黑香米的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、VB₁、VB₂、花色苷及黄酮含量上具有一定的增加效应。在今后的特种稻种质创新方面，应加强2个及以上多特殊性聚合，提高特种稻稻米营养成分。

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，其中黑香稻2号、黑香糯-2、黑香稻1号3份特种稻综合排名前三位，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。

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文献年度倒序

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水稻是我国最重要的粮食作物,水稻等主要作物的持续稳定生产对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重大的现实和战略意义。近20年来, 水稻分子生物学和分子设计育种方面均取得了一系列的重要研究进展,特别是重要功能基因的发现与利用,随着基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等新兴学科的发展,不仅为解析生物复杂性状的遗传调控网络带来了机遇,也为育种技术创新奠定了科学基础。本文简要综述与提高水稻产量有关的功能基因研究进展。

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特种稻是一类具有特殊遗传性状和用途的水稻品种，目前已成为杂交水稻育种的一个重要方向，选择和利用不同来源特种稻种质资源并对其特殊性状基因型进行鉴定和遗传特性分析，对进一步促进特种稻的遗传改良及新品种的选育具有重要意义。本研究利用特异性分子标记InDel-E2、FMbadh2-E7、CAPSRa和CAPS-Ra以及自主开发设计的特异性功能标记FMbadh2-E2、FMbadh2-E7A、FMbadh2-E7B、Ra-CAPS1和Ra-CAPS2并结合基因克隆和测序技术对来自不同地区的32份优质香型水稻亲本材料的香味基因和8份黑米水稻品种的黑色种皮基因进行了基因型鉴定和分析。研究发现，在32份香型水稻材料中，有28份香味性状来源于水稻第8号染色体上编码甜菜碱脱氢酶基因Badh2的功能缺失突变，且为常见的badh2-E7等位突变类型，其在Badh2基因第7外显子处发生8-bp缺失和3个单核苷酸（SNPs）位点多态性突变；2份（板仓香糯和八桂香）表现为香味基因杂合型（Badh2/badh2）；2份（溪香和莉香占）在Badh2基因第2和第7外显子处均未发生碱基缺失突变，且具有完整的Badh2基因位点编码序列，其香味性状可能不受Badh2等位基因控制。另外，研究发现，8份黑米水稻品种的黑色种皮均由位于水稻第4号染色体上的Ra/Pb基因控制，其在第7外显子处均表现为2-bp（GT）的缺失突变。同时本研究通过构建多个杂交F2群体对Badh2和Ra基因进行了遗传特性分析，发现其香味和黑色种皮性状分别受1对细胞核隐性和1对细胞核显性主效基因控制。本研究通过对不同来源优质香型水稻亲本材料的香味基因和黑米水稻品种的黑色种皮基因进行鉴定、特异性功能分子标记的开发以及遗传特性分析，为进一步通过分子标记辅助选择育种技术，选育优质、高产且具有香味的杂交水稻新品种及黑米品种提供了重要的理论基础，可明显提高特种稻的选育效率，同时在进一步为发现和挖掘新的香味控制基因及黑色种皮基因的研究上具有重要意义。

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