黑龍江省引進的燕麥品種籽粒品質分析與綜合評價

韋娜 王詩雅 邢力文 孔德庸 郭偉

摘要：為篩選黑龍江省適宜種植營養品質優良的燕麥品種，以來源9個產地的64份燕麥品種為研究對象，測定了燕麥籽粒的11個營養成分，通過相關性、主成分分析、聚類分析及PCA得分制圖，對燕麥籽粒營養成分的差異性進行分析與綜合評價。結果表明，鋅、銅、鈣、β-葡聚糖、粗淀粉和黃酮含量可作為評價本地燕麥籽粒營養品質的核心指標；據此綜合評價確定在研究的64份燕麥品種中營養品質較好的皮燕麥品種為加拿大引進的XY-2019-1和Canada黑，美國引進的V.S.2832，及河北省的張燕8號和張燕7號，甘肅省的定燕2號，黑龍江省的農家燕麥；營養品質較好的裸燕麥品種為美國引進的74-N-28，河北省的壩莜1號，山西省的Yy11-18；不同來源地燕麥籽粒營養品質優劣順序為黑龍江、甘肅、澳大利亞、山西、美國、河北、內蒙古、吉林、加拿大。本研究結果可為黑龍江地區燕麥籽粒營養品質加工及特異種質資源利用等提供參考。

關鍵詞：燕麥；營養成分；綜合評價；營養品質

中圖分類號：S512.603.7??文獻標志碼：A??文章編號：1002-1302（2023）09-0175-11

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2020YFD1001402-05）。

作者簡介：韋?娜（1997—），女，安徽蒙城人，碩士研究生，研究方向麥類作物品質生理生態。E-mail：1874483899@qq.com。

通信作者：郭?偉，教授，博士生導師，研究方向作物生理生態。E-mail：agrigw@163.com。

燕麥（Avena sativa L.）是禾本科（Gramineae）燕麥屬（Avena L.）一年草本植物。燕麥被廣泛種植，就種植面積和產量而言，在世界范圍內禾本科作物中排名第6位，僅次于水稻、小麥和玉米等［1-2］。尤其是在北緯40°以北的燕麥帶和南半球地區，如澳大利亞和新西蘭［3］。皮燕麥在歐洲和美洲占主導地位，而在中國則種植裸燕麥居多［4］。燕麥不僅是重要的糧食兼飼料作物，也是重要的全價營養谷類食品之一［5-6］。燕麥富含豐富的膳食纖維特別是 β-葡聚糖、礦物質和其他營養物質［7］。燕麥籽粒中的營養成分具有減肥降脂、美容、抗氧化、預防心臟疾病和控制糖尿病等作用［8-10］。目前，黑龍江省燕麥加工企業，能夠加工很多豐富的食品種類，包括減脂代餐食品燕麥片、燕麥餅干和高膳食纖維燕麥牛奶等食品。因此，燕麥對人類的營養價值和保健作用起著重要作用，所以燕麥食品加工業在黑龍江省有很大發展潛力。想要獲得優質的燕麥種質資源，可通過篩選出燕麥籽粒營養成分含量豐富、遺傳穩定且適宜黑龍江地區栽培的燕麥品種［11］。

主成分分析在燕麥食品領域及品質加工方面已被廣泛應用，許多研究也有類似報道［12-13］。倪香艷、陳子葉等利用主成分分析法篩選了燕麥籽粒營養價值含量高和食用品質相結合加工的燕麥品種［9，14］。PCA評分圖已被廣泛應用于反映樣本和品質之間的總體分布變化趨勢［16-18］，以期明確營養成分和客觀準確地評價其品質，為燕麥品質的判定、選育品種及加工過程品質調控提供理論依據。

燕麥營養成分及保健功能［2，19］、施肥與栽培技術［20-21］等方面是國內外主要研究對象，而針對黑龍江省高寒地區的氣候特點和燕麥生育特性，其籽粒營養成分綜合品質評價相關研究至今鮮見報道，因此，本研究以黑龍江省不同來源地的64份燕麥品種為試驗材料，比較不同燕麥籽粒中營養成分差異及相關性，并進行綜合評價，為黑龍江地區燕麥品種的引進、選育及加工應用提供參考。

1?材料與方法

1.1?供試材料

供試的64份不同來源的燕麥品種，均由黑龍江省黑龍江八一農墾大學現代農業栽培技術與作物種質改良重點實驗室所提供（表1）。

1.2?試驗地狀況

田間試驗于2020年4—8月在黑龍江八一農墾大學安達試驗基地（47°01′N，125°55′E）進行，該試驗區域屬于中緯度大陸季風氣候，年平均氣溫 4.2 ℃，年平均無霜期142 d，年平均降水量為 432.4 mm。該試驗地土屬黑鈣土，土壤基礎養分含量：堿解氮175.0 mg/kg、速效磷60.3 mg/kg、速效鉀214 mg/kg、全氮1.80 g/kg、全磷0.69 g/kg、全鉀0.43 g/kg、有機質28.9 g/kg、pH值為8.08。

1.3?試驗方法

2020年4月26日播種，采用隨機區組設計，小區面積為54 m2（3 m×18 m），人工開溝條播，行距30 cm，共3次重復。收獲后取各品種3個重復的樣品混合后進行篩選、除雜，得到清潔、完整籽粒。籽粒經粉碎過40目篩用于品質測定。

1.4?測定方法

參照GB/T 5511—2008測定粗脂肪含量、粗蛋白含量；參照GB/T 5006—1985測定粗淀粉含量；Megazyme Mixed-linkage β-glucan試劑盒測定β-葡聚糖含量，參照AOAC99 5.16 方法；參照GB 5009.91—2003第一法測定K和Na含量；參照GB 5009.92—2016第一法測定Ca含量；參照GB 5009.241—2017第一法測定Mg含量；參照GB 5009.90—2016第一法測定Fe含量；參照GB 5009. 14—2017第一法測定Zn和Cu含量；參考任宇鵬等的方法［22］以沒食子酸為標準物，Folin-Ciocalteu比色法測定總酚含量；用NaNO2-Al（NO）3比色法測定總黃酮含量［23］。

1.5?數據分析

采用Excel 2016進行數據處理，SPSS 26.0軟件進行數據統計和分析，Origin 2.0軟件繪制聚類熱圖和PCA得分圖。

2?結果與分析

2.1?不同品種燕麥籽粒中營養成分性狀分析

對64份燕麥品種籽粒中營養成分進行統計分析（表2），粗淀粉平均含量最高，為51.68%；粗脂肪平均含量最低，為5.12%，其中，粗淀粉含量最高的是裸燕麥Y57，含量最低的是皮燕麥Y26；在抗氧化物含量中，總酚的平均值含量最高，為19.98%，黃酮平均含量相對較低，為13.15%，總酚含量最高的是皮燕麥Y17，含量最低的是皮燕麥Y5和裸燕麥Y43；β-葡聚糖含量最高的是裸燕麥品種Y51（含量為7.88%）；礦質元素平均含量最高的是鎂，為 1 579 mg/kg，平均含量最低的是銅，為 10.25 mg/kg，其中，燕麥籽粒中鎂含量最高的是裸燕麥Y48（2 237 mg/kg），含量最低的是皮燕麥Y6（1 149 mg/kg）。

供試的64份燕麥品種籽粒中營養成分變異系數較小的為鎂、粗淀粉和粗蛋白含量，其含量值分別為1 149～2 237 mg/kg、38.78%～63.55%和10%～16%。變異系數最大的為銅和黃酮含量，其含量值為0.18～37.80 mg/kg和1.2～32 mg/kg，變異系數達66.95%、51.57%。由此說明，64份燕麥品種籽粒中礦質元素銅和抗氧化物黃酮含量差別較為明顯，品種間變異系數較大，以鎂、粗淀粉和粗蛋白的變異系數小，數據離散程度小，3種營養成分在黑龍江地區64份品種間的含量差異較小。燕麥籽粒中礦質元素銅變異系數最大，鎂變異系數最小，5種礦質元素含量性狀的變異系數均大于10%，說明供試材料遺傳多樣性豐富。

2.2?不同品種燕麥籽粒中營養成分相關性分析

對64份燕麥品種的11種營養成分進行Pearson相關系數分析，結果（表3）表明，11種營養成分之間相關性存在一定差異，其中，鈣與銅呈顯著正相關，與β-葡聚糖和粗蛋白呈顯著負相關；銅與鋅呈顯著正相關，與鐵呈極顯著正相關；鋅與總酚和粗脂肪呈顯著正相關，與鐵和粗蛋白呈極顯著正相關；鐵與粗蛋白和粗脂肪呈極顯著正相關，與粗淀粉呈顯著負相關；黃酮與粗蛋白呈顯著正相關；總酚與粗脂肪呈極顯著正相關；β-葡聚糖與粗脂肪呈顯著負相關；粗蛋白與粗脂肪呈顯著正相關；鎂與鋅和粗蛋白呈極顯著正相關，與總酚和粗脂肪呈顯著正相關，與β-葡聚糖呈極顯著負相關。綜上所述，在燕麥栽培過程中應注重微量元素的施用，尤其鎂礦質元素的施用，有利于改善燕麥籽粒中營養品質。

相關性分析結果表明，燕麥籽粒中各營養指標間的相關性不同，可能是由于不同生長環境及栽培條件導致燕麥品質營養成分之間的差異，通過單一指標來評價不同燕麥品種籽粒營養成分含量的優劣是不全面的。因此，本研究可采取主成分分析法對燕麥籽粒的營養指標進行篩選和優化。

2.3?不同品種燕麥籽粒中營養成分主成分分析及綜合評價

2.3.1?主成分提取?對64份不同燕麥品種籽粒的11個品質指標進行主成分分析，結果（表4）表明，其Kmo=0.610>0.5，顯著性滿足主成分分析要求。得到前5個主成分特征值>1，累計貢獻率75.309%，綜合反映64份燕麥品種籽粒的營養品質狀況。

由主成分旋轉后因子的成分矩陣和特征向量分析結果（表4）可知，5個主成分中反映燕麥籽粒中營養指標分別是第一主成分（PC1）代表了燕麥籽粒營養成分總信息的26.792%，其中，鋅和粗蛋白特征向量絕對值均大于其他品質指標，且指標間皆顯著相關，PC1的特征值越高，說明供試材料的營養成分越高。第二主成分（PC2）貢獻率為15.580%，銅、鐵和β-葡聚糖的特征向量絕對值大于其他品質指標，說明PC2主要由銅、鐵和β-葡聚糖組成。第三主成分（PC3）貢獻率為13.736%，鈣含量特征向量絕對值大于其他品質指標，說明PC3主成分主要由鈣組成。第四主成分（PC4）貢獻率為9.833%，粗淀粉的特征向量絕對值大于其他營養成分，說明PC4主要由粗淀粉組成。第五主成分（PC5）貢獻率為9.368%，黃酮和總酚的特征向量絕對值最大，說明PC5主要是由黃酮和總酚含量組成，與燕麥籽?？寡趸棵芮邢嚓P，PC5特征值越高，供試材料籽?？寡趸锖吭礁?。

綜上所述，供試材料中的11個營養成分中，鋅、粗蛋白、銅、鐵、β-葡聚糖、鈣、粗淀粉、黃酮和總酚含量為重要品質營養成分，其中，鋅、粗蛋白、銅、鈣、β-葡聚糖、粗淀粉和黃酮為重要的構成品質營養成分指標，在綜合考量不同燕麥籽粒品質表現時應著重考察這7個指標。

2.3.2?綜合評價?64份燕麥品種籽粒中11個營養指標進行綜合評價，得出5個主成分因子關系式：

F1=-0.039X1+0.400X2+0.240X3+0.420X4+0.386X5+0.007X6+0.264X7-0.242X8-0.116X9+0.426X10+0.364X11；

F2=0.188X1-0.333X2+0.481X3-0.041X4+0.414X5+0.331X6-0.242X7+0.403X8-0.341X9-0.027X10+0.036X11；

F3=-0.666X1-0.056X2-0.234X3+0.143X4-0.066X5+0.380X6+0.068X7+0.409X8+0.019X9+0.365X10-0.155X11；

F4=0.024X1-0.041X2+0.347X3+0.385X4+0.110X5-0.121X6-0.271X7+0.016X8+0.674X9+0.078X10-0.410X11；

F5=0.237X1+0.211X2-0.123X3-0.149X4-0.158X5+0.583X6-0.508X7-0.375X8+0.033X9+0.309X10-0.032X11。

通過主成分分析，利用得分F值可獲得5個主成分中各燕麥品種得分排序結果。由表5可知，排名前5的第1主成分值較高的品種有Y32、Y14、Y15、Y41、Y34，第2主成分值較高的品種有Y41、Y22、Y19、Y26、Y27，第3主成分高的品種有Y46、Y51、Y21、Y56、Y49，第4主成分值較高的品種有Y19、Y30、Y45、Y31、Y39，第5主成分值較高的品種有Y36、Y58、Y56、Y40、Y61。

由于各主成分方差貢獻率不同，因此在進行燕麥籽粒品質綜合評價時，以5個主成分因子得分公式和方差貢獻率為權重，得到64份燕麥品種籽粒營養成分綜合評價函數，即：

F綜合=0.268F1+0.156F2+0.137F3+0.098F4+0.094F5；

通過該函數得出64份燕麥品種的綜合得分并進行排序（表5），綜合排名前5的是Y15、Y41、Y14、Y34、Y29。

由PCA得分圖（圖1）可知，64份燕麥品種分布于不同象限，綜合得分較高的Y41、Y22、Y19等24個品種與其他品種有明顯區分，均在PC1的正向區間，具有較好的聚集性，證明它們間的品質較為接近，銅、鐵、黃酮及粗脂肪營養成分含量較高。而Y27、Y51、Y12等10個品種在PC1的負向區間和PC2的正向區間，這些品種的β-葡聚糖和鈣含量較高?？傮w而言，燕麥品質相似聚集在一起，不同的品種及產地可能影響著燕麥籽粒的品質，因此位于PC1正向區間的品種品質綜合性狀較好，作為食品加工原料在當地種植較為適宜。

2.4?不同燕麥品種聚類分析

本試驗通過組間聯接的方法對64份燕麥樣本進行系統聚類分析，結果（圖2）表明，以歐氏距離330為劃分標準，按照變量（鈣、鎂、銅、鋅、鐵、黃酮、總酚、β-葡聚糖、粗淀粉、粗蛋白、粗脂肪）可將64份供試燕麥品種劃分成4類，第Ⅰ類包含2份供試材料，該類群籽粒品質供試特征：總酚、鎂、鋅、粗蛋白、粗脂肪、銅、黃酮和鐵含量較高，營養成分含量豐富，可作為黑龍江地區食品加工原料種植的高產、優質型燕麥材料；第Ⅱ類包含1份供試材料，該類群籽粒品質特征：鈣和β-葡聚糖含量最高，具有降血脂、降血糖和提高免疫力等功效；第Ⅲ類包含25份供試材料，屬于綜合品質不良的一類；第Ⅳ類包含36份供試材料，屬于綜合品質中等的一類。

2.5?不同來源地燕麥品種熱圖聚類分析

將不同來源地燕麥品種按照籽粒營養成分取平均值的方式，繪制聚類熱圖，熱圖可以簡單地聚合大量數據，填充顏色的深淺，體現出各產地中營養成分及礦質元素含量的高低。由圖3可知，對9個產地的11種營養成分含量進行分析，按照各營養成分含量的高低，可將9個產地劃分為5類。第一類（Ⅰ）是澳大利亞，該產地鈣、粗脂肪、銅、β-葡聚糖含量較高；第二類（Ⅱ）是黑龍江，該產地鈣、粗脂肪、銅、鐵、鎂、粗蛋白、總酚和黃酮含量較高，是9個產地中營養成分含量最為豐富的地區，其中粗脂肪和粗蛋白含量最高；第三類（Ⅲ）是甘肅，該產地粗脂肪、銅、鐵、鎂、粗蛋白、鋅、總酚和β-葡聚糖含量較高；第四類（Ⅳ）包含山西和美國2個產地，該產地粗蛋白、黃酮、β-葡聚糖和粗淀粉含量較高，但礦質元素含量相對較低；第五類（Ⅴ）包含河北、內蒙古、吉林和加拿大4個產地，該產地營養成分含量較低，不同產地營養成分含量不同，可能與土壤和氣候等環境因素影響有關。因此，本試驗采用熱圖聚類分析是可行的，可為地方特色燕麥栽培種植、功效成分的利用及籽粒營養價值提供一定參考依據。

3?討論

我國黑龍江省作為農業發展具有種植面積廣、土地遼闊和農產品生產品種集中高度等特點，并在新品種產量和糧食輸出方面具有較強的競爭優勢［24-26］。同時，也是燕麥利用黑龍江墾區生產基地優勢［20］，對黑龍江省燕麥品質加工及栽培種植具有重要指導性意義。

燕麥具有優質的谷物蛋白質，其含量在所有谷物作物中居于首位［27］，在促進人體生長發育、提高免疫力等方面具有重要作用［28］。歐陽韶暉等研究

指出，燕麥粗蛋白平均含量為14.07%［29］，本研究結果與之相似，燕麥粗蛋白平均含量為13.59%，但本研究粗蛋白平均含量低于楊才等統計值（15.53%）［30］，這可能是由于不同地區間不同燕麥品種粗蛋白含量不同，且年間差別所致。燕麥中的碳水化合物主要為淀粉和膳食纖維，本研究發現粗淀粉平均含量為51.68%，Hoover等研究粗淀粉含量為50.0%～60.0%［31］，本研究結果與之相似。有研究表明，燕麥籽粒最重要的營養成分β-葡聚糖含量為2.5%～8.3%［32］。國外學者Ajithkunar等調查了來自不同國家的燕麥籽粒中β-葡聚糖含量在0.76%～3.68%［33］。鄧萬和等檢測了β-葡聚糖含量變幅在3.14%～7.43%［34］。張海芳等研究對不同產地種植的16個燕麥品種籽粒進行了β-葡聚糖含量的檢測，結果表明，來源地及品種不同對燕麥籽粒中β-葡聚糖含量有顯著性差異，變幅在4.75%～7.12%［35］。周凡等對來自國內外不同燕麥品種進行測定，結果表明，β-葡聚糖含量介于1.76%～8.72%之間［36］，本研究測定燕麥β-葡聚糖含量在3.95%～7.88%，與其存在一定差異，這可能是由于燕麥檢測方法、產地、品種及栽培條件等影響β-葡聚糖含量［37］。燕麥主要礦物質以磷鉀為主，但燕麥中也存在微量的礦物質鈣、鐵、鎂和鋅等。該研究發現，不同燕麥品種籽粒中其礦質元素含量存在不同差異，Mg含量最高，為 2 237 mg/kg，Cu含量最低，為0.18 mg/kg，這與任長忠等的研究結論［38］基本一致。燕麥籽粒中富含總酚和黃酮等，其含量雖較少，但具有很多生物活性，如抗氧化、改善血液循環和抗炎等作用［39-40］。王健芳等研究指出，燕麥營養品質黃酮和總酚的平均鮮質量含量為1.70、7.99 mg/g［41］，本研究中黃酮和總酚的平均含量分別為?13.15、19.98?mg/kg，本

研究結果與之存在較大差異，可能是源自不同品種、不同種植環境等因素影響燕麥營養品質之間的差異。

本研究采用主成分分析法創建燕麥品質特性綜合的評價模型［42］。選取與品質直接相關的11個營養品質指標進行主成分析，燕麥籽粒營養指標中提取出5個主成分，累計貢獻率達75.309%，可較好反映燕麥品質的綜合信息。通過主成分分析及PCA得分制圖最終篩選燕麥籽粒中營養成分歸納為鋅、銅、鈣、β-葡聚糖、粗淀粉和黃酮含量。聚類分析可反映不同燕麥品種的差異，使燕麥品種營養成分相似的聚為一類，為更好地發展寒地不同燕麥籽粒品質綜合潛力提供理論依據。

燕麥具有品種多、種植面積廣和營養成分含量豐富等優勢，但影響燕麥籽粒中營養品質的因素有很多，如遺傳性狀、品種、來源地及氣候條件等［43］。龔海等研究了不同地區的燕麥品種營養成分，認為山西燕麥籽粒中蛋白質含量較高，河北燕麥籽粒中蛋白質含量相對較低［44］；本研究發現甘肅產地的燕麥籽粒蛋白質含量高于其他產地，這與林偉靜等的研究結果［45］一致。周海濤等研究發現燕麥淀粉含量山西的最低［46］，本研究與之相反，可能是由于不同燕麥品種及不同產地導致其營養品質不同。

4?結論

通過主成分分析、聚類分析及PCA得分制圖綜合評價，最終確定營養成分鋅、銅、鈣、β-葡聚糖、粗淀粉和黃酮含量可作為評價黑龍江省燕麥籽粒營養成分的核心指標，供試的64份燕麥品種中綜合評價營養品質較好的皮燕麥品種為加拿大引進的XY-2019-1和Canada黑，美國引進的V.S.2832，河北省的張燕8號和張燕7號，甘肅省的定燕2號，黑龍江省的農家燕麥；營養品質較好的裸燕麥品種為美國引進的74-N-28，河北省的壩莜1號，山西省的Yy11-18；供試的9個產地燕麥營養成分含量豐富的為黑龍江省、澳大利亞和甘肅省。因此，本研究結果可為黑龍江地區引種、營養品質加工及特異種質資源利用等提供參考。本試驗中僅9個來源地64份燕麥品種的11個品質指標進行比較，尚有不足之處。研究結果可為黑龍江省燕麥品種的引進、選育及營養品質加工應用提供一定的參考。

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