山西谷子主要農藝性狀與黃色素含量的相關性分析

潘怡敏　陽世杰　黃蕊　侯森　王海崗

摘要：為探明影響小米黃色素含量的主要因素，以期為谷子育種中優異種質的篩選提供依據，以山西292 份地方品種為材料，于2020 年和2022 年種植在山西農業大學東陽示范基地，對谷子米色、黃色素2 個品質性狀和株高、頸長、葉長、葉寬、主穗長度、主穗直徑、主莖節數、主莖直徑共8 個主要農藝性狀進行遺傳變異分析、相關性分析和主成分分析，并基于主成分分析計算其綜合得分。結果表明，山西谷子地方品種的頸長變異最為豐富，黃色素含量變異系數為22.42%，次于頸長而高于主莖直徑。相關性分析表明，黃色素含量與株高、頸長、葉長、主莖直徑4 個農藝性狀和a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標均呈極顯著正相關，與主穗直徑呈極顯著負相關，與主莖節數呈顯著正相關。主成分分析表明，4 個主成分的累計貢獻率達到73.62%，可用于表述谷子黃色素含量、米色和8 個主要農藝性狀的大部分信息?？梢?，小米米色是黃色素含量的重要影響因素，谷子株高、頸長、葉長、主莖直徑、主穗直徑、主莖節數可能影響小米黃色素含量。依據綜合得分，發現第266 號來自于忻州市繁峙縣的金點魚綜合得分最高，其黃色素的含量為27.27 μg/g，CCI 值為3.71，表型性狀表現優異。

關鍵詞：谷子；地方品種；農藝性狀；黃色素含量；相關性分析

中圖分類號：S515 文獻標識碼：A 文章編號：1002?2481（2024）01?0027?10

谷子（脫殼后稱小米）是一種古老而重要的糧食作物，屬于禾本科植物[1]，有耐寒、耐旱、耐貧瘠、適應性強等特點[2-3]，最早起源于我國[4]。在其歷史悠久的栽培過程中，積累了多種類型的黃色素含量的谷子品種。黃色素是谷子籽粒中的天然色素，是小米的重要營養成分，其主要組分含有葉黃素、玉米黃素以及少量的隱黃素和β-胡蘿卜素等類胡蘿卜素。類胡蘿卜素食用后可在人體肝臟內轉化成維生素A，具有保護視覺、上皮組織及提高機體免疫力等重要生理功能。目前，關于小米中黃色素的研究并不多。楊延兵等[5]通過對169 份谷子品種進行小米黃色素含量測定及外觀品質鑒定，發現小米黃色素含量與外觀品質呈顯著正相關，是影響其外觀品質的主要因素。王海棠等[6]從黃色小米中提取黃色素，利用薄層層析技術對小米黃色素進行定性分析，發現小米黃色素的主要成分為葉黃素、玉米黃素、隱黃素等天然類胡蘿卜素。賈鵬禹等[7]和SHEN 等[8]相關研究人員利用高效液相色譜技術對組成黃色素的重要類胡蘿卜素組分進行了定量分析，發現小米類胡蘿卜素組分以葉黃素和玉米黃素為主。谷子中還富含蛋白質、脂肪、維生素B1 和B2 以及鈣、磷、鐵等礦物質，還含有豐富的纖維素，有助于促進消化系統的健康[9-12]。谷子在農業生產和糧食供應中起著重要的作用，并且在一些地區具有經濟價值和文化意義。

山西省位于中國的華北地區，是中國重要的谷子產區之一，擁有著豐富的種質資源[13]。這些種質資源經過長期的選擇和適應，具有較強的適應性、抗逆能力以及廣泛的遺傳多樣性[14]。國家特色雜糧作物種質資源中期庫（山西）保存全省谷子地方品種有6 000 余份，地方品種（農家種）是經過復雜的地理生態環境適應和長期的人工選擇形成的具有豐富遺傳多樣性的一類品種[15]。王海崗[16]等利用17 個農藝性狀對山西谷子地方種質進行核心庫構建，表明構建的山西谷子地方品種初選核心種質能夠較好地代表原始種質的遺傳變異。田伯紅等[17]對河南、河北、山東等地的地方品種和育成品種進行比較，發現育成品種的主莖高度顯著降低，穗質量、穗粒質量顯著提高，形態性狀的多樣性指數大多低于地方品種。地方品種作為種質資源的重要組成部分，是種質擴增、遺傳改良和創新的重要來源之一，故對其保護利用需引起高度重視[18]。因此，整理和篩選優質地方品種不僅有利于地方品種的利用和傳承，還有利于培育高產、穩產、優質的谷子新品種[19-20]。

本研究通過對山西省292 份谷子地方品種8 個主要農藝性狀、米色及其黃色素含量進行相關性分析，探討影響小米黃色素含量的主要因素，以期為谷子育種中優異種質的篩選提供依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試材料為292 份山西谷子地方品種，所有品種均來源于山西農業大學農業基因資源研究中心種質庫（表1）。

1.2 試驗方法

在2020、2022 年將292 份山西谷子地方品種種植在山西農業大學農業基因資源研究中心東陽試驗基地（37.6°N、112.7°E），每個品種種2 行，行長0.5 m，行距0.4 m，5 月中旬播種，其他管理措施按照常規田進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 農藝性狀

成熟期按照《谷子種質資源描述規范和數據標準》[21]測定谷子農藝性狀，包括株高、頸長、葉長、葉寬等。

1.3.2 米色色差

使用YS3010 光柵分光測色儀（深圳市三恩時科技有限公司）對米色進行測定與分析。將成熟谷子收獲脫殼后得到小米，使用分光測色儀進行米色色差測定，測定L*、a*、b*、CCI，其中，L*表示亮度，L*值越大，亮度越高；a*表示紅綠度，a*值越大，米色越紅；b*表示黃藍度，b*值越大，米色越黃；CCI 正值表示紅色，負值表示藍綠色，0 則表示紅、黃、藍綠色的混合色。CCI 值作為米色測定的綜合指標，表現出明顯的品種差異，整體趨勢為黃色最高，綠色次之，白色最低，可有效對不同品種米色性狀進行鑒定。每個品種3 次重復，取平均值。

1.3.3 黃色素含量

將米色色差分析后的小米重新收集，黃色素含量測定方法參考AACC 方法。稱取0.5 g 粉末放入約50 mL 棕色離心管，加入10 mL水飽和正丁醇，蓋緊塞子，放入70 ℃水浴鍋內加熱45 min，每5 min 取出振蕩一次，結束后立即冰浴冷卻10 min。之后分別加入0.75 mL NaCl 溶液（175.2 g/L），用10 mL 乙酸乙酯/正己烷（V∶V=1∶9）萃取3 次，每次用1 000 r/min 離心1 min 收集有機相，后加入5 mL 蒸餾水去除雜質，移去蒸餾水后再加入2 g 無水硫酸鈉，轉移至另一干燥離心管中，氮氣吹干后用1 mL 含0.1%BHT 的MTBE 溶劑重新溶解，0.2 mm 有機相濾膜過濾后，放入棕色試劑瓶中采用高效液相色譜儀測量其黃色素含量。

1.4 數據分析

數據統計分析利用IBM SPSS Statistics 26.0和Excel 2016 軟件；作圖利用Origin 64 和AdobeIllustrator 2022 軟件。

2 結果和分析

2.1 谷子農藝性狀、籽粒色差分析及黃色素含量分析

山西地方品種農藝性狀和黃色素含量的統計情況如表2 所示。

綜合2 a 數據可知（表2），292 份谷子地方品種的8 個主要農藝性狀中在種植過程中的平均值差異不明顯，說明環境對農藝性狀的影響差異較小。2 a 農藝性狀變異系數大小表現為頸長>頸粗>穗長>株高>主莖直徑>葉長>主莖節數>葉寬，表明山西谷子地方品種的頸長變異豐富。其中，第241 號谷子地方品種圪垛凹的頸長最長，為49.2 cm，來自于臨汾市古縣。不同來源地的谷子資源農藝性狀間存在著明顯的差異，了解谷子農藝性狀間的相互關聯性，有利于育種目標性狀的確定[22]。

在米色相關指標中，變異系數大小表現為a*>b*>CCI>L*。CCI 作為衡量谷子米色的綜合指標，表現出明顯的差異，整體趨勢為米色越黃的谷子地方品種的CCI 值越高，綠色次之，白色最低。其中，2020 年時第35 號的谷子地方品種玉皇谷米色CCI值最高，為4.23，來源于呂梁市離石區，2022 年時第251 號的谷子地方品種黃谷的CCI 值最大，為4.43，來源于臨汾市曲沃縣。黃色素含量變異系數明顯高于米色相關指標。

黃色素含量變異系數為22.42%，次于頸長而高于主莖直徑，變幅為3.39～43.94 μg/g，大多數集中在20 μg/g 左右，黃色素含量較高的地方品種占少數（圖2），表明黃色素含量的變異類型也十分豐富。其中，第222 號谷子地方品種黃色素含量最低，為晉中市靈石縣的紅谷，第282 號谷子地方品種黃色素含量最高，為運城市夏縣的谷子。結合圖1、2 可知，2 a所測各性狀基本符合正態分布規律。

2.2 谷子農藝性狀、米色色差及黃色素含量的相關性分析

由表3 可知，谷子地方品種的黃色素含量與株高、頸長、葉長、主莖直徑4 個農藝性狀和a*、b*、CCI等3 個米色相關指標均呈極顯著正相關，與主穗直徑呈極顯著負相關，與主莖節數呈顯著正相關。株高與頸長、葉長、葉寬、主穗長度、主莖節數、主莖直徑6 個農藝性狀和a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標以及黃色素含量均呈現極顯著正相關。頸長與葉長、葉寬、主穗長度、主莖節數4 個農藝性狀和a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標均呈極顯著正相關，與主穗直徑呈顯著正相關。葉長與主穗直徑和黃色素含量均呈極顯著正相關。葉寬與主穗長度和主穗直徑2 個農藝性狀和L* 1 個米色相關指標均呈極顯著正相關，與CCI 呈顯著負相關。主穗長度與主莖直徑呈極顯著正相關，和L*呈顯著正相關。主穗直徑與a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標和黃色素含量均呈極顯著負相關，與L*呈顯著正相關。主莖節數與主莖直徑以及a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標和黃色素含量均呈極顯著正相關，與L*呈極顯著負相關。主莖直徑與a*、b*、CCI 和黃色素含量均呈極顯著正相關，與L* 呈極顯著負相關。L* 與a*、b*、CCI 均呈極顯著正相關。a*與b*、CCI、黃色素含量均呈極顯著正相關。b*與CCI、黃色素含量均呈極顯著正相關。CCI 與黃色素含量呈極顯著正相關。通過相關性分析發現，在4 個米色相關指標中，L*與黃色素含量不相關，a*、b*、CCI 值與黃色素含量呈極顯著正相關關系。

2.3 谷子農藝性狀、米色色差及黃色素含量的主成分分析

基于292 份山西谷子地方品種的8 個主要農藝性狀、CCI 米色綜合指標和黃色素含量進行主成分分析（表4），發現4 個主成分的累計貢獻率達到73.62%。因此，將這10 個性狀指標降維生成4 個新的影響因子。第I 主成分貢獻率為31.81%；第II主成分貢獻率為19.63%；第III 主成分貢獻率為11.50%；第IV 主成分貢獻率為10.68%；第I 主成分解釋了10 個性狀指標31.81% 的變化，特征向量絕對值較大的是主莖節數（0.81）、主莖直徑（0.80）、株高（0.79），結合相關性分析（表3），主莖節數、主莖直徑、株高與黃色素含量呈顯著正相關，這些性狀與植株莖部形態有關，故稱為莖部形態因子。第II 主成分特征向量絕對值最大的是主穗長度（0.79），第III 主成分特征向量絕對值最大的是主穗直徑（0.65），故稱為穗部形態因子。第IV 主成分特征向量絕對值最大的是CCI（0.63），故稱為米色形態因子。

2.4 綜合得分

基于主成分分析模型，對這10 個性狀指標降維后的因子計算其綜合得分F 值（表5），取綜合得分排名前10 的谷子地方品種的種質資源，分析發現，來自于第266 號忻州市繁峙縣的金點魚谷子綜合得分最高，其黃色素的含量為27.27 μg/g，CCI值為3.71；其次為第81 號太原市陽曲縣的白流沙，黃色素含量為29.83 μg/g，CCI 值為3.50；第3為第65 號陽泉市郊區的鐵牛吼，黃色素含量為23.99 μg/g，CCI 值為3.58。這3 種谷子種質資源在本次試驗中綜合性狀排名前3，后期可為培育谷子新品種提供選擇依據。同時，觀察發現，排名前10的谷子地方品種的種質資源中綜合得分越好的品種，其黃色素含量和CCI 值也越高。因此，本試驗得出黃色素含量較高的品種其綜合得分越好，該品種的綜合性狀越強。

3 結論與討論

米色是評價谷子品質優良的重要指標之一，其能直觀反映出小米品質的優劣。米色越黃，其適口性越好[23-24]。本研究發現，在米色相關指標中，變異系數表現為a*>b*>CCI>L*。這與張婷[25]等對3 屆參加優質米評選的谷子L*值、a*值、b*值統計情況中變異系數的結果一致。張耀元等[26]認為，CCI 指數可以作為測定米色的綜合指標，對不同谷子地方品種進行米色鑒定，故在對不同地方品種進行主成分降維分析以及計算其綜合得分時，采用CCI 米色綜合指標來表征米色的相關差異。

黃色素是谷子籽粒中的天然色素，主要成分為類胡蘿卜素。在小米外觀品質中，黃色程度的深淺是最主要的關注因素，而類胡蘿卜素等黃色素含量決定了黃色深淺。本研究對292 份山西谷子地方品種的黃色素含量與主要農藝性狀及其米色色差進行相關性分析，進而為篩選出高黃色素含量的品種提供依據。本試驗得出，小米黃色素含量與株高、頸長、葉長、主莖直徑、主穗直徑、主莖節數6 個農藝性狀和a*、b*、CCI 共3 個米色相關指標存在顯著相關。陳慢慢等[27]研究發現，谷子黃色素含量與直鏈淀粉、株高、莖節數呈極顯著正相關，與穗粒質量呈顯著正相關，與葉面積呈極顯著負相關。葉面積、株高和穗長是影響黃色素含量的最主要因素。結合本試驗結果，株高和主莖節數都被證明與黃色素含量呈正向的影響關系。筆者認為谷子株高、頸長、葉長、主莖直徑、主穗直徑、主莖節數可能是影響小米黃色素含量的因素。前人研究已鑒定米色是黃色素含量的重要影響因素，如楊延兵等[28-29]研究結果表明，品種基因型是決定谷子黃色素含量的最重要因素，不同年份、地點、品種及各因素互作有著較大影響，且小米黃色素含量與外觀品質呈顯著正相關，是影響其外觀品質的重要因素。黃色素含量高的育種材料米色品質也較優。但上述農藝性狀是如何對小米黃色素含量進行影響的以及影響效果具體如何，目前還未發現相關報道，后續筆者將持續對其進行研究。

綜合2 a 的數據，依據292 份山西地方品種的綜合得分，本研究得出，來自于第266 號忻州市繁峙縣的金點魚谷子地方品種的綜合得分最高，其黃色素的含量為27.27 μg/g，CCI 值為3.71。黃色素含量和CCI 值越高的品種其綜合得分也越好。因此，來自于忻州市繁峙縣的金點魚表型性狀表現優異，后期可為谷子培育優質種質資源提供選擇依據。

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