作物杂志, 2024, 40(6): 47-54 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.006

遗传育种·种质资源·生物技术

云南元谋地区22份藜麦种质的农艺性状及营养品质分析

马丽娜,1,2, 魏玉明2, 文莉芳1,2, 张学俭1,2, 杨钊3, 黄杰2, 张圣昌1,2, 李小雨1,2, 刘欢,1, 杨发荣,1,2

1甘肃农业大学草业学院,730070,甘肃兰州

2甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所,730070,甘肃兰州

3甘肃省农业科学院,730070,甘肃兰州

Analysis of Agronomic Traits and Nutritional Quality of 22 Quinoa Germplasms in Yuanmou Area of Yunnan Province

Ma Lina,1,2, Wei Yuming2, Wen Lifang1,2, Zhang Xuejian1,2, Yang Zhao3, Huang Jie2, Zhang Shengchang1,2, Li Xiaoyu1,2, Liu Huan,1, Yang Farong,1,2

1College of Grassland Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

2Institute of Pasture and Green Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China

3Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China

通讯作者: 刘欢,研究方向为草类种质资源育种,E-mail:liuhuan@gsau.edu.cn杨发荣,研究方向为藜麦种质资源筛选及育种,E-mail:lzyfr08@163.com

收稿日期: 2023-10-24   修回日期: 2023-12-17   网络出版日期: 2024-08-07

基金资助: 甘肃省农业农村厅科技支撑项目(KJZC-2023-14)
甘肃农业大学青年导师基金资助项目(GAU-QDFC-2023-01)
甘肃省农业科学院重点研发计划(2022GAAS19)
甘肃省农业科学院重点研发计划(2020GAAS31)
甘肃省农业科学院生物育种专项(2022GAAS07)

Received: 2023-10-24   Revised: 2023-12-17   Online: 2024-08-07

作者简介 About authors

马丽娜,研究方向为藜麦种质资源筛选及育种,E-mail:2546497211@qq.com

摘要

对云南元谋地区引进试种的22份藜麦材料的农艺性状及营养品质进行相关性、主成分及聚类分析。结果表明,22份藜麦材料的变异系数为18.87%~28.91%,农艺性状变异丰富;产量与主穗长和单株产量呈极显著正相关(P<0.01),与茎粗和叶长等呈显著正相关(P<0.05),与千粒重呈负相关;主成分分析提取到4个主成分,累计贡献率达75.807%;通过聚类分析将22份材料分为3个类群,其中类群Ⅲ表现为高秆、大粒和高脂肪含量,具有利用潜质。筛选出7份(大粒材料LQ09、LQ17、Q24,粗茎材料LQ09、LQ10,高产量材料LQ21、LQ24、Q24和高蛋白含量材料LQ02、LQ17)具有突出特点的藜麦资源。

关键词: 藜麦; 农艺性状; 营养品质; 相关分析; 主成分分析; 聚类分析

Abstract

A total of 22 quinoa materials introduced for trial planting in the Yuanmou area of Yunnan Province were analyzed using correlation analysis, principal component analysis, and cluster analysis. The results showed that the coefficients of variation of 22 quinoa materials ranged from 18.87% to 28.91%, and the variation of agronomic traits was abundant. The yield was significant positively correlated with main panicle length and yield per plant (P < 0.01), positively correlated with stem diameter and leaf length (P < 0.05), and negatively correlated with 1000-grain weight. Four principal components were extracted by principal component analysis, and the cumulative contribution rate was 75.807%; The 22 germplasms were classified into three groups by cluster analysis. Among them, Group Ⅲ showed high culm, large grain, and high fat content, which had potential for screening and utilization. Seven quinoa germplasms with outstanding traits were selected (large-grain materials LQ09, LQ17 and Q24, large-stem materials LQ09 and LQ10, high-yield materials LQ21, LQ24 and Q24, and high-protein materials LQ02 and LQ17).

Keywords: Quinoa; Agronomic traits; Nutritional quality; Correlation analysis; Principal component analysis; Cluster analysis.

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本文引用格式

马丽娜, 魏玉明, 文莉芳, 张学俭, 杨钊, 黄杰, 张圣昌, 李小雨, 刘欢, 杨发荣. 云南元谋地区22份藜麦种质的农艺性状及营养品质分析. 作物杂志, 2024, 40(6): 47-54 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.006

Ma Lina, Wei Yuming, Wen Lifang, Zhang Xuejian, Yang Zhao, Huang Jie, Zhang Shengchang, Li Xiaoyu, Liu Huan, Yang Farong. Analysis of Agronomic Traits and Nutritional Quality of 22 Quinoa Germplasms in Yuanmou Area of Yunnan Province. Crops, 2024, 40(6): 47-54 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.006

藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)又称南美藜,是一种对环境适应性极强的苋科藜属粮食作物,也被称为假谷类作物[1],起源于南美洲的安第斯山脉,至今已有7000多年的栽培历史[2-3]。藜麦主要以丰富营养而闻名,含有大量优质碳水化合物(约780 g/kg)、蛋白质(约160 g/kg)、脂类(65 g/kg)以及矿物元素(如钾、钙、镁、磷和铁),被当地称为“粮食之母”[4-8]。此外,藜麦种子中还含有丰富的活性物质,如多酚类化合物,具有抗氧化和抗炎作用[9]。重要的是,藜麦种子不含麸质蛋白,因此适用于乳糜泻或其他消化系统疾病患者(如麸质不耐受)[10]。藜麦的碳水化合物主要是淀粉,其中含有丰富的抗性淀粉和膳食纤维,与小麦和大米相比,藜麦种子中的纤维含量更高,与豆类相当[11]。研究[12]还表明,藜麦是一种多用途的农作物,除籽粒作粮食外,嫩叶可作叶菜食用,整株可作牧草,还可用作高蛋白青贮饲料。从1987年开始,我国在西藏开展了藜麦引种试验研究[13-14],现在山西、吉林、青海、甘肃、河北均有较大规模种植[15]

近年来,越来越多的人们知晓藜麦并进行大力开发应用,除了以藜麦为主要成分的保健食品外,还制作各种甜点、小吃和饮品,如藜麦南瓜八宝粥、藜麦面包、饼干、早餐麦片以及藜麦苹果汁和藜麦发酵制成的白酒等美食[16]。此外,藜麦作为药物成分已有上千年的历史,被用于治疗多种疾病,包括出血、囊肿和风寒。这个多功能的食材在不同领域的广泛应用预示着藜麦未来的巨大潜力[17]。随着藜麦产业的不断扩大,生产上对优质藜麦品种的需求越来越迫切。目前,我国多个研究团队对藜麦种质资源进行了大量的农艺性状鉴定及营养品质评价。叶君等[18]对内蒙古引进的101份藜麦种质资源进行了表型性状的遗传多样性分析,探讨了藜麦农艺性状和品质特征间的相关性。孙小东等[19]调查分析了甘肃白银地区9份藜麦种质的农艺性状,并筛选出1份适宜在甘肃省白银地区及同类生态区推广种植的藜麦品种。黄杰等[20]对甘肃陇中旱作区引进的38份藜麦资源的主要农艺性状与产量关系进行了分析,推断出影响藜麦种质资源产量的主要因素为冠幅和全生育期。王红娟等[21]对安徽合肥引进夏季播种的106份藜麦资源进行了农艺性状的考察分析,筛选出32份具有突出特点的藜麦资源,而对云南元谋相似地区的有关报道还尚未见到。

云南省元谋县地处金沙江干热河谷地带,是楚雄州的“老旱区”,当地降水量少、蒸发强烈、水资源总量不足[22]。藜麦具有耐旱、耐寒、耐盐碱、耐贫瘠的优点,可以适应大部分气候环境[23]。在云南元谋地区推广种植藜麦,可充分发挥藜麦节水、耐旱的特性,减少水资源消耗,维护生态环境,提高经济效益。因此本研究通过对甘肃省农业科学院提供的藜麦材料在元谋县进行试种评价,筛选出适应性强、产量高以及优质的藜麦种质材料,为藜麦新品种选育以及藜麦在该地区的推广种植提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的22份藜麦材料(表1)均由甘肃省农业科学院提供。

表1   22份藜麦种质资源信息

Table 1  Information of 22 quinoa germplasm resources

序号
Code
名称
Name
籽粒颜色
Grain color
序号
Code
名称
Name
籽粒颜色
Grain color
1LQ01灰白12LQ17淡黄
2LQ02灰白13LQ18
3LQ0514LQ19
4LQ0615LQ20淡黄
5LQ07粉红16LQ21淡黄
6LQ0917LQ23淡黄
7LQ1018LQ24淡黄
8LQ11淡黄19LQ25淡黄
9LQ1220LQ28
10LQ1521Q13
11LQ16白黄22Q24

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1.2 试验地概况与试验设计

试验地位于云南省楚雄彝族自治州元谋县姜驿乡太平村,该地区属南亚热带干热季风气候区,海拔1360 m,年均降水量700 mm,年均气温19.40 ℃,具有较高的生态适应性。播种前翻地、施肥、铺滴灌带、覆膜。于2022年11月16日播种,人工穴播,每穴3~5颗种子,种子埋深2~3 cm。随机区组排列,3次重复,小区面积12 m2,行距25 cm,株距21 cm。整个生长过程中统一进行灌溉、施肥、除草等处理。于2023年3月上旬开始根据不同藜麦材料的成熟程度收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 农艺性状

成熟后在每小区随机选取3株测定其株高、主穗长、茎粗、叶长和叶宽。参照《藜麦种质资源描述规范和数据标准》[24]调查农艺性状。

1.3.2 产量及其性状

收获后及时晾晒、脱粒、去壳,待种子风干后参照《GB/T 5498-2013 粮油检验 容重测定》方法测定容重。在藜麦成熟后,将每小区籽粒分开收获、脱粒、晒干扬净,进行称重,重复3次,测定单株产量和单位面积产量。随机取1000粒成熟种子,称重,重复3次,取平均值,记为千粒重。

1.3.3 营养成分

参照国标法测定营养成分,采用GB 5009.5-2016(凯氏定氮法)测定蛋白质含量;采用GB 5009.9-2016(酸水解法)测定淀粉含量;采用GB 5009.4-2016(灼烧法)测定灰分含量;采用GB 5009.6-2016(索氏抽提法)测定脂肪含量。

1.4 数据处理

采用Excel处理试验数据,使用SPSS 22.0软件的单因素ANOVA方法完成方差分析,使用Duncan法进行多重比较,再进行相关性、主成分及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 供试材料农艺性状分析

从22份藜麦材料农艺性状的统计分析(表2)可以看出,株高、主穗长、茎粗和叶宽等变异系数的变幅在18.87%~28.91%。其中株高变异系数最大(28.91%),其次是叶宽(25.00%),茎粗的变异系数最小(18.87%)。通常,变异系数超过10%表明样品间的差异较大[25]

表2   藜麦材料农艺性状的统计结果

Table 2  Statistical results of agronomic traits of quinoa materials

性状
Trait
最小值
Min.
最大值
Max.
均值
Mean
标准差
SD
变异系数
CV (%)
株高Plant height43.80131.2075.4021.8028.91
主穗长Main panicle length17.1038.6025.704.9019.07
茎粗Stem diameter6.5016.8010.602.0018.87
叶宽Leaf width2.106.904.001.0025.00
叶长Leaf length2.307.405.001.2024.00

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2.2 供试材料产量及其相关性状分析

表3所示,各品种(系)的平均容重为622.29 g,其中最大的是LQ07,且与除LQ11外其他品种(系)有显著差异(P<0.05);各品种(系)的单株产量在24.33~81.00 g,其中LQ01的单株产量最高,为81.00 g,显著高于其他大部分藜麦材料;LQ17千粒重最高,为4.60 g,最低的LQ21只有3.13 g;Q24的产量最高,为2390.28 kg/hm2,且与大部分品种(系)有显著差异;4个指标的变异系数依次为单株产量(33.27%)>产量(30.22%)>千粒重(10.45%)>容重(3.53%)。

表3   藜麦材料间产量性状分析

Table 3  Analysis of yield characteristics among quinoa materials

材料Material容重Test weight (g)单株产量Yield per plant (g)千粒重1000-grain weight (g)产量Yield (kg/hm2)
LQ01679.67±6.11b81.00±3.61a3.43±0.31gh2124.15±56.27abcd
LQ02641.00±5.20fgh50.33±2.52fgh3.33±0.15h1678.77±83.94ef
LQ05677.67±2.52b66.67±7.64bcd3.53±0.40fgh2223.51±254.74ab
LQ06662.67±4.04cd43.33±7.64fghi4.07±0.15abcdef1445.28±254.74efg
LQ07709.00±9.00a68.00±7.55abc4.13±0.32abcde2267.99±251.81a
LQ09685.00±10.82b51.67±2.89efg4.30±0.10abc1723.22±96.28def
LQ10672.33±7.77bc51.33±3.22efg3.90±0.17bcdefgh1712.11±107.21def
LQ11698.67±11.02a43.33±5.77fghi4.23±0.21abc1445.28±192.56efg
LQ12682.33±3.51b65.00±5.00bcde4.40±0.36ab2167.92±166.76abc
LQ15654.67±5.03def51.67±3.79efg3.73±0.32cdefgh1723.22±126.26def
LQ16653.67±4.16defg54.33±6.03cdef4.20±0.17abcd1812.17±201.02bcde
LQ17640.33±15.63fgh40.00±13.23fghij4.60±0.36a1334.11±441.21fgh
LQ18684.67±5.51b36.67±12.58hijk4.10±0.10abcdef1222.93±419.68ghi
LQ19671.33±12.10bc24.33±4.04k3.97±0.61bcdefg811.59±134.81i
LQ20641.33±10.02fgh32.67±2.52ijk3.60±0.30efgh1089.53±83.94ghi
LQ21622.00±9.54i66.33±9.61bcd3.13±0.06defgh2374.08±70.27a
LQ23658.00±9.54cde53.33±10.41def4.12±0.06abcde1778.81±347.15cde
LQ24670.67±0.58bc71.67±7.64ab4.30±0.26abc2140.37±209.46abcd
LQ25644.67±8.39efg38.33±16.07ghijk4.23±0.38abc1389.68±347.16efgh
LQ28639.67±4.62gh26.67±2.89jk4.26±0.40abc989.99±151.16hi
Q13628.33±3.06hi31.67±5.77ijk3.90±0.46bcdefgh1056.17±192.56jhi
Q24652.67±6.03defg71.67±7.64ab4.33±0.21ab2390.28±254.74a
均值Mean662.2950.914.021677.33
变异系数CV (%)3.5333.2710.4530.22

不同小写字母代表处理间差异达5%显著水平。下同。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at the 5% level. The same below.

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2.3 供试材料品质性状分析

表4可知,22份藜麦材料蛋白质含量范围介于12.08%~15.28%,LQ02的蛋白质含量最高,为15.28%,且与除LQ17外的其他品种(系)有显著差异,LQ05的蛋白质含量最低。供试藜麦材料淀粉含量在47.49%~59.22%,其中,LQ07淀粉含量最高,LQ20最低。脂肪含量在4.36%~7.18%,其中LQ01脂肪含量最高,为7.18%,LQ15最低,为4.36%。各材料灰分含量在2.91%~3.94%,平均灰分含量3.52%。4个营养成分含量的变异系数依次为脂肪含量(12.12%)>淀粉含量(9.37%)>灰分含量(8.81%)>蛋白质含量(7.54%)。

表4   藜麦材料蛋白质、淀粉、脂肪、灰分含量的测定结果

Table 4  Determination of protein, starch, fat and ash contents in quinoa materials %

材料Material蛋白质含量Protein content淀粉含量Starch content脂肪含量Fat content灰分含量Ash content
LQ0114.05±0.08c56.17±1.15ab7.18±0.21a3.74±0.08abc
LQ0215.28±0.04a51.47±1.59abc6.33±0.21bc3.62±0.06abcd
LQ0512.08±0.05i54.74±5.83abc5.16±0.46h3.39±0.43cde
LQ0612.35±0.15k50.60±0.68abc5.12±0.16h3.63±0.21abcd
LQ0713.78±0.08d59.22±7.99a5.20±0.30gh3.56±0.06bcde
LQ0913.76±0.10de53.36±0.32abc6.06±0.21bcde3.34±0.09de
LQ1014.15±0.02c52.73±8.54abc6.09±0.10bcde3.52±0.40bcde
LQ1112.72±0.05hi51.55±1.62abc5.10±0.52h2.94±0.09f
LQ1213.53±0.02e49.61±1.13bc6.39±0.17b2.91±0.15f
LQ1513.57±0.14de49.01±1.81bc4.36±0.37i3.25±0.25ef
LQ1613.19±0.27f53.31±1.81abc5.52±0.21efgh3.61±0.32abcd
LQ1715.07±0.17ab50.08±5.71bc5.83±0.15bcdefg3.94±0.08a
LQ1812.75±0.12hi57.71±0.13ab5.26±0.41fgh3.77±0.03ab
LQ1914.86±0.21b49.35±4.36bc5.66±0.11degfh3.39±0.26cde
LQ2011.31±0.06m47.79±1.56c5.62±0.25degfh3.24±0.17ef
LQ2112.61±0.14ig49.00±4.76bc5.72±0.32cdefgh3.60±0.06abcd
LQ2312.39±0.09gk53.06±5.78abc5.69±0.20degfh3.77±0.12ab
LQ2412.09±0.31i53.79±2.67abc5.39±0.34fgh3.22±0.03ef
LQ2513.12±0.02fg52.41±4.37abc4.53±0.38i3.61±0.06abcd
LQ2813.18±0.09f47.97±2.48c5.89±0.80bcdef3.75±0.07abc
Q1313.13±0.14fg47.97±9.00c5.19±0.35gh3.88±0.02ab
Q2412.92±0.19gh50.60±6.81abc6.19±0.16bcd3.74±0.08abc
均值Mean13.2751.895.613.52
变异系数CV (%)7.549.3712.128.81

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2.4 农艺性状与营养品质性状的相关性分析

采用相关性分析来分析不同藜麦材料农艺性状与营养成分之间的关系,结果见表5。农艺性状之间表现为株高与主穗长和茎粗度呈极显著正相关,与叶片长呈显著正相关;农艺性状与营养成分之间:株高与蛋白质、脂肪和淀粉含量之间呈正相关,与灰分含量呈极显著负相关;主穗长与淀粉含量呈显著正相关,主穗长和茎粗与蛋白质含量呈负相关,与脂肪含量呈正相关;叶宽和叶长均与淀粉含量呈显著正相关,与灰分含量呈负相关;农艺性状、营养指标与产量构成因素之间的关系为株高与容重呈极显著正相关,与产量、千粒重和单株产量呈正相关;主穗长与容重、产量和单株产量呈极显著正相关,与千粒重呈负相关;茎粗与容重、产量和单株产量显著正相关;叶长与单株产量和产量呈显著正相关;灰分含量与容重呈显著负相关,相关系数为-0.464。

表5   藜麦材料间农艺性状和营养成分的相关性分析

Table 5  Correlation analysis of agronomic traits and nutritional components among quinoa materials

性状TraitX1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13
X1
X20.590**
X30.863**0.635**
X40.3520.1090.208
X50.436*0.2850.3200.838**
X60.588**0.704**0.503*0.2930.420
X70.3650.665**0.461*0.3710.498*0.313
X80.213-0.0400.111-0.0730.1900.169-0.183
X90.3810.641**0.478*0.3350.473*0.2490.965**-0.129
X100.070-0.143-0.1440.3570.0990.038-0.017-0.0180.024
X110.2250.498*0.3490.462*0.499*0.705**0.554**0.553**-0.0540.044
X120.2530.1530.1060.2720.1600.0320.3380.338-0.1060.3660.017
X13-0.562**-0.400-0.431*-0.020-0.130-0.464*-0.166-0.1660.0320.2250.0990.146

*”表示在0.05水平上显著相关,“**”表示在0.01水平上显著相关。X1:株高,X2:主穗长,X3:茎粗,X4:叶宽,X5:叶长,X6:容重,X7:单株产量,X8:千粒重,X9:产量,X10:蛋白质含量,X11:淀粉含量,X12:脂肪含量,X13:灰分含量。

*”represents significant correlation at 0.05 level, and“**”represents significant correlation at 0.01 level. X1: plant height, X2: main panicle length X3: stem diameter, X4: leaf width, X5: leaf length, X6: test weight, X7: yield per plant, X8: 1000-grain weight, X9: yield, X10: protein content, X11: starch content, X12: fat content, X13: ash content.

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2.5 农艺性状与营养品质性状的主成分分析

对22份藜麦材料的13个指标进行主成分分析,计算各成分的贡献值。结果(表6)表明,13个指标的主要信息集中在前4个主成分中,累计贡献率为75.807%。第1主成分的贡献率为38.523%,特征值为5.008,主要指标为主穗长、茎粗和单株产量;第2主成分的贡献率为15.642%,特征值为2.034,主要指标为叶宽、蛋白质和灰分等指标;第3主成分贡献率为12.045%,特征值为1.566,容重和千粒重为该因子的主要特征向量;第4主成分贡献率为9.596%,特征值为1.248,主要包括脂肪等营养指标。

表6   藜麦材料间农艺性状、产量和营养成分的主成分分析

Table 6  Principal component analysis of agronomic traits, yield and nutrient components of quinoa materials

性状Characteristic第1主成分PC1第2主成分PC2第3主成分PC3第4主成分PC4
株高Plant height0.771-0.2760.3070.403
主穗长Main panicle length0.810-0.286-0.227-0.004
茎粗Stem diameter0.771-0.2760.3070.403
叶宽Leaf width0.5580.6130.304-0.074
叶长Leaf length0.6890.3850.292-0.225
容重Test weight0.737-0.2280.335-0.207
单株产量Yield per plant0.7820.202-0.519-0.008
千粒重1000-grain weight0.037-0.2070.618-0.109
产量Yield0.771-0.2760.3070.403
蛋白质含量Protein content0.0020.6040.4120.376
淀粉含量Starch content0.6500.2280.063-0.569
脂肪含量Fat content0.2750.502-0.1250.631
灰分含量Ash content-0.4120.630-0.127-0.256
特征值Eigenvalue5.0082.0341.5661.248
贡献率Contribution rate (%)38.52315.64212.0459.596
累计贡献率Cumulative contribution rate (%)38.52354.16566.21175.807

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2.6 农艺性状与营养品质的聚类分析

对22份藜麦材料的13个指标进行聚类分析,由图1可知,当阈值D2=5时,可划分为3个类群。3个类群的主要农艺性状平均值统计见表7。类群Ⅰ包含LQ07、LQ05等7份藜麦材料,其特点主要是产量高,其中Q24和LQ21产量表现突出,可作为高产种质进一步筛选;类群Ⅱ包含5份藜麦材料,这类材料的主要特征为株高较矮,茎粗较细,主穗长较短,营养含量较低,产量低,有待筛选利用;类群Ⅲ包含10份藜麦材料,这类材料表现为株高较高,千粒重较大,蛋白质含量较高,可作为高秆、大粒和高脂肪种质筛选利用。

图1

图1   藜麦种质聚类分析

Fig.1   Cluster analysis of quinoa germplasms


表7   聚类后3类藜麦种质的主要农艺性状统计

Table 7  Statistics of main agronomic traits of the three groups of quinoa germplasms after clustering

类群
Group
种质数量
Germplasm
number
株高
Plant
height
(cm)
主穗长
Main panicle
length
(cm)
茎粗
Stem
diameter
(mm)
叶宽
Leaf
width
(cm)
叶长
Leaf
Length
(cm)
容重
Test
weight
(g)
单株产量
Yield per
plant (g)
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Yield
(kg/hm2)
蛋白质
含量
Protein
content (%)
淀粉含量
Starch
content
(%)
脂肪含量
Fat
content
(%)
灰分含量
Ash
content
(%)
779.62729.42911.1714.2145.543670.58670.0573.9432219.2513.01453.6165.8913.450
557.71421.7409.6403.4204.460630.66044.7403.8001559.2512.56848.3465.6323.612
1082.66325.17011.0404.2604.980661.11047.7504.0701584.0013.56151.7575.4633.524

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2.7 特异种质筛选

根据农艺性状和营养品质分析结果,筛选出大粒、粗茎、高产和高蛋白含量的特异种质7份(表8)。其中,大粒材料3份,千粒重4.3~4.6 g;粗茎材料2份,茎粗13.30~14.20 mm;高产量材料3份,产量2140.37~2390.28 kg/hm2;高蛋白质含量材料2份,蛋白质含量为15.08%~15.27%。

表8   7份藜麦特异种质的农艺性状和营养成分

Table 8  Agronomic traits and nutritional components of seven specific germplasms of quinoa

名称
Name
特异性状
Specific trait
株高
Plant height
(cm)
主穗长
Main panicle
length (cm)
茎粗
Stem diameter
(mm)
单株产量
Yield per
plant (g)
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Yield
(kg/hm2)
蛋白质含量
Protein
content (%)
淀粉含量
Starch
content (%)
脂肪含量
Fat
content (%)
LQ17大粒、高蛋白64.3023.6010.2040.004.601334.1115.0850.085.83
LQ21高产62.3723.4010.5066.303.602374.0812.6149.005.73
LQ09粗茎、大粒123.4028.0013.3051.704.301723.2213.7653.366.06
LQ24高产80.1327.8012.8071.704.302140.3712.0953.795.39
Q24高产、大粒72.5326.2010.4071.704.302390.2812.9250.606.19
LQ10粗茎120.5727.3014.2051.303.901712.1114.1552.736.10
LQ02高蛋白66.0022.609.7050.303.301678.7715.2751.476.33

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3 讨论

农艺性状的鉴定和评价是种质资源研究的基本方法[26],可为藜麦杂交育种和良种选育提供依据。根据吕伟等[27]和王艳青等[28]的研究,当农艺性状的变异系数大于10%时,说明种质资源之间的农艺性状存在显著差异,资源类型丰富,有利于特异种质材料的比较和筛选。本研究中22份藜麦种质材料农艺性状的变异系数范围是18.87%~28.91%,表明不同藜麦材料之间农艺性状存在显著差异,这远高于王思宇等[29]在河北地区研究的藜麦各农艺性状的变异系数(6.39%~17.68%)。本研究22份藜麦种质材料中株高为43.80~131.20 cm,均值为75.40 cm,主穗长是17.10~38.60 cm,均值为25.70 cm,产量是811.59~2390.28 kg/hm2,均值为1677.33 kg/hm2,与殷敏等[30]对30份藜麦种质资源遗传多样性研究结果相近。本研究种植的22份藜麦种质材料中平均茎粗10.60 mm,平均单株产量50.91 g,研究结果与王艳青等[28]研究不一致,茎粗和单株产量相对较小,这可能与种植密度、土壤条件、地域差异、种质差异等有一定关系,但需要进一步验证。

藜麦籽粒具有丰富的高质量蛋白质,富含营养且易于被人体吸收。本试验中22份藜麦材料蛋白质含量在12.08%~15.28%,这与石振兴[31]研究结果相符,该研究对国内17个藜麦材料进行了测定,蛋白质含量在10.97%~18.88%。藜麦的蛋白质含量高于大麦(11.00%)、水稻(7.50%)和玉米(13.40%),与牛肉(15.40%)相当[32]。藜麦脂肪含量高出一般谷物,主要为不饱和脂肪酸(71.14%),其中人体必需的多不饱和脂肪酸占55.33%[33-34]。在本研究中,藜麦LQ01中脂肪最多,显著高于其他藜麦材料,但所有供试材料均高于4.00%。这可能是由于云南省元谋县地处低纬高原,光热资源充沛,立体气候明显,有助于植物生长和脂肪积累。由于富含不饱和脂肪酸,藜麦油脂类似于玉米和大豆油,因此可被视为高质量的油脂原料,具有潜在应用价值。淀粉主要由葡萄糖聚合而成,在人体中主要用于供能。本研究中藜麦材料淀粉含量在47.49%~59.22%,淀粉含量低于文献[35]中藜麦淀粉含量范围的58.10%~64.20%,同时也低于常见谷物(小麦75.20%、稻米77.90%、玉米74.70%、小米76.10%)[36]。灰分指的是在高温灼烧后,食品或半成品中残留的无机物质的量,是评估质量和营养价值的关键指标,在本研究中,22份藜麦材料灰分含量在2.91%~3.94%,平均灰分含量3.52%,高于杨瑞等[37]和卢宇等[38]对青海和内蒙古藜麦灰分含量的测定结果(2.2%和2.6%),这可能与种质差异、土壤和气候条件有关,包括土壤矿物质含量、土壤pH和降水量等环境因素对藜麦的灰分含量产生影响。

本研究相关分析表明,株高、主穗长与容重呈极显著正相关,茎粗、容重、产量和单株产量显著正相关,这与王思宇等[29]研究结果一致;株高、蛋白质、脂肪和淀粉含量之间呈正相关,与灰分含量呈极显著负相关;主穗长、蛋白质含量与灰分含量呈负相关,与脂肪含量呈正相关,与淀粉含量呈显著正相关;叶宽和叶长均与淀粉含量呈显著正相关。这些结果表明,在藜麦育种和生产上,农艺性状调查结果可用于初步判断其营养品质。

遗传改良育种中常用主成分分析[39],主要是通过较少的指标反映较多的指标,可直观地看出样本信息,进而实现筛选的目的[40]。本研究中主成分分析将藜麦的13个性状综合成4个主成分,累计贡献率达到75.807%。这4个主成分分别反映了藜麦的株型、茎粗和单株产量特征,植株灰分含量特征,籽粒大小特征,籽粒营养含量特征,上述特征可能是造成藜麦种质多样化的主要因素。

通过聚类分析可以看出类群间的相互关系,可了解类群内各品种(系)的亲缘关系远近,且参与聚类分析的性状越多越能综合反映种质资源的实际情况。本研究结果表明,不同类群间的多个性状存在显著差异,类群Ⅰ表现为产量高;类群Ⅱ表现为株高较矮,茎粗较细,营养含量较低,产量低,有待进一步观察筛选利用;类群Ⅲ表现为株高较高,千粒重较大,蛋白质含量较高,可作为高秆、大粒和高脂肪种质进一步筛选利用。因此,可根据不同类群种质资源的特性进行筛选应用,以改良目标性状,优化组合选配。

4 结论

22个藜麦种质材料主要性状存在着较丰富的遗传变异,其中穗长、叶宽等农艺性状与淀粉含量有显著的相关性。经聚类分析划分为3个类群,其中类群Ⅲ具有较大的筛选培育潜力。适宜云南元谋地区栽培种植的大粒材料有LQ09、LQ17、Q24,粗茎材料有LQ09、LQ10,高产量材料有LQ21、LQ24、Q24,高蛋白含量材料有LQ02、LQ17。

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为研究藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)种质资源的遗传多样性,分析国内藜麦种质遗传背景,本研究利用66个简单重复序列(SSR)标记对163份藜麦种质和3份台湾红藜(Chenopodium formosanum Koidz.)种质进行分子标记,分析了该种质群体的多态性和亲缘关系。数据显示,66对SSR标记在166份种质材料中检测到327个等位位点,平均每个标记5.031个等位位点,平均观测杂合度和期望杂合度分别为0.387和0.588,平均多态性信息含量为0.524。用类平均法将166份材料聚为3个组群,其中Ⅰ组仅包括3份台湾红藜,Ⅱ组包括以来源于美国国家种质库和智利种质为主的103份种质材料,Ⅲ组包括以来源于玻利维亚和秘鲁种质为主的60份种质材料。群体结构分析和主成分分析将藜麦群体划分为两个亚群,亚群之间有基因交流。结果表明,玻利维亚和秘鲁种质与美国和智利种质的遗传信息存在明显区分,来自青海和云南的藜麦种质在亲缘关系上更接近安第斯高原型,来自河北、山西的藜麦种质更接近智利低海拔型。台湾红藜为台湾本土种质。

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Quinoa fermentation by lactic acid bacteria (LAB) is an interesting alternative to produce new bakery products with high nutritional value; furthermore, they are suitable for celiac patients because this pseudo-cereal contains no gluten. Growth and lactic acid production during slurry fermentations by Lactobacillus plantarum CRL 778 were greater in quinoa (9.8 log cfu/mL, 23.1 g/L) than in wheat (8.9 log cfu/mL, 13.9 g/L). Lactic fermentation indirectly stimulated flour protein hydrolysis by endogenous proteases of both slurries. However, quinoa protein hydrolysis was faster, reaching 40-100% at 8 h of incubation, while wheat protein hydrolysis was only 0-20%. In addition, higher amounts of peptides (24) and free amino acids (5 g/L) were determined in quinoa compared to wheat. Consequently, greater concentrations (approx. 2.6-fold) of the antifungal compounds (phenyllactic and hydroxyphenyllactic acids) were synthesized from Phe and Tyr in quinoa by L. plantarum CRL 778, an antifungal strain. These promising results suggest that this LAB strain could be used in the formulation of quinoa sourdough to obtain baked goods with improved nutritional quality and shelf life, suitable for celiac patients.

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藜麦是苋科藜属一年生双子叶植物, 作为一种营养价值突出的功能性健康食品, 不仅富含多酚、黄酮、皂苷、多糖、多肽、蜕皮激素等活性成分, 还含有丰富的维生素、必需氨基酸、矿物质(K、P、Mg、Ca、Zn、Fe)等营养物质, 具有均衡补充营养、增强机体功能、抗氧化、降血糖、降血脂、抗炎、提高免疫、防治心血管疾病以及抗菌抗溃疡等生理活性, 尤其适于高血糖、高血压、高血脂、心脏病等慢性病人群及婴幼儿、孕产妇、儿童、学生、老年人等人群食用。藜麦因其全面的营养价值和食用功能特性, 且优于大多数谷物, 成为适宜人类食用的全营养食品。本文综述藜麦的活性成分及其生理功能作用, 并展望其在食品工业中的发展前景, 旨在对藜麦产业、食品保健和医药研发等领域提供重要的参考价值。

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【目的】了解和掌握内蒙古引进藜麦种质资源的遗传多样性,加强藜麦种质资源高效利用并推进育种进程。【方法】 对从国内外收集的101份藜麦种质资源进行生育期、株高、茎粗、单株粒重、千粒重、蛋白质含量和赖氨酸含量等表型性状的遗传多样性分析。【结果】 藜麦各表型性状的变异系数存在较大差异,其中,单株粒重变异系数最大,为36.0%;生育期的变异系数最小,为5.2%。各表型性状的多样性指数变化为1.960~2.085,其中,千粒重的多样性指数最大,为2.085;株高的多样性指数最小,为1.960。通过表型性状间的相关性分析可知,单株粒重与蛋白质含量、赖氨酸含量呈现不同程度的显著负相关关系(-0.36与-0.32)。通过聚类分析,将101份藜麦种质资源划分为4大类群,其中,第&#x02160;类群包含29份材料、第&#x02161;类群包含30份材料、第&#x02162;类群包含18份材料、第&#x02163;类群包含24份材料。【结论】 在藜麦新品种选育过程中,有必要关注藜麦籽粒产量与营养品质协同提高的问题。

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以 246 份我国不同来源芝麻种质资源为参试材料,对其 14 个表型性状进行遗传变异分析,结果表明,参试材料的14 个表型性状中,遗传多样性指数以株高和单株蒴果数两个性状最高,均为 2.06,变异系数以蒴果棱数最高,为 60.73%。对参试材料 14 个表型性状进行主成分分析,结果表明,前 5 个主成分因子累计贡献率达 67.527%,分别为产量因子、蒴果因子、株型因子、茸毛因子、蜜腺因子。通过系统聚类,在遗传距离为 8.0 时,将参试芝麻种质资源分为 5 个类群,其中类群Ⅰ各性状中等,具有一定增产潜力,类群Ⅱ综合性状均较好,属于高秆、高产芝麻优异材料,类群Ⅲ为高产、分枝芝麻材料,类群Ⅳ为高秆、多蒴粒芝麻特异材料,类群Ⅴ为矮秆、短节间芝麻特异材料。同时对不同来源芝麻群体进行分析,将 6 个芝麻群体分为 4 大组群,组群 I 为河南、湖北、河北芝麻群体,组群Ⅱ为山西芝麻群体,组群Ⅲ为陕西芝麻群体,组群Ⅳ为重庆芝麻群体,其中山西芝麻群体平均变异系数和遗传多样性指数均最高。本研究为我国芝麻种质资源高效利用、亲本选择、品种改良提供理论基础。

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本研究对引自国外的135份藜麦种质资源的15个农艺性状进行了变异系数、遗传多样性指数、相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果表明,该批藜麦种质具有丰富的遗传多样性。7个数量性状中,变异系数从大到小依次为:小区产量(57.83 %)> 单株粒重(57.37 %)> 茎粗(27.59 %)> 千粒重(22.50 %)> 株高(21.89 %)> 主花序长(19.38 %)>生育期(13.89 %);8个质量性状遗传多样性指数从大到小依次为:主花序色(1.44)> 籽粒色(1.43)> 茎色(1.38)> 籽粒形状(0.88)> 幼苗新叶叶色(0.79)> 主花序形状(0.78)> 籽粒光泽(0.63)> 子叶颜色(0.08)。主成分分析结果表明,前5个主成分累计贡献率达到66.537%。第1主成分主要与株型、花序型和生育期有关;第2主成分主要与植株和花序颜色有关;第3主成分主要与产量有关;第4主成分主要与籽粒大小形状有关;第5主成分主要与籽粒颜色有关。通过表型评价鉴定,初步筛选出早熟、矮秆、粗秆、大粒、长花序、结实率好、产量高的特异种质31份。

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藜麦是适宜人类食用的全营养食品,不仅含有丰富的蛋白质、淀粉、VB1、叶酸、矿物质(Ca、Zn、Fe)等营养物质,还含有多酚、黄酮、芦丁、槲皮素、异槲皮素、皂苷等功能成分,具有抗氧化、抗炎、降血糖、减肥等生理活性。本文综述藜麦的营养功能成分及其生物活性的国内外研究进展,并对其发展应用前景进行展望。

杨瑞, 党斌, 张杰, .

青海青稞、燕麦、藜麦营养品质及抗氧化活性比较研究

中国粮油学, 2022, 37(5):63-69.

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卢宇, 张美莉, 王欣, .

内蒙古藜麦的营养成分分析及评价

中国食物与营养, 2017, 23(9):5.

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蒋莹, 常蕾, 王安, .

143份大麦种质资源主要农艺性状遗传多样性分析

江苏农业科学, 2020, 48(14):94-98.

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张凡, 刘国涛, 杨春玲.

620份小麦种质资源农艺性状调查及其遗传多样性分析

山东农业科学, 2022, 54(3):15-21.

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