16份板栗种质资源主要营养品质分析与综合评价

路 超,郭素娟

(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083)



16份板栗种质资源主要营养品质分析与综合评价

路 超,郭素娟*

(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083)

为建立一种高效的板栗营养品质评价方法,为筛选板栗优良种质资源提供依据,本文采用因子分析与隶属函数相结合的方法,以不同地区嫁接引种至河北迁西的16份板栗种质资源为研究对象,测定并分析其12个主要营养品质指标,探讨板栗营养品质中的主要影响因子,计算得出综合值,进而对板栗营养品质进行综合评价。综合得分结果表明,不同板栗种质的营养品质存在一定差异,河北地区综合得分差异较明显,山东和北京地区相对差异一般,其中河北迁西‘崔家堡子2399’的综合得分最高,可见迁西独有的土壤和气候条件对板栗的生长发育有着一定的优势;并且功能因子如可溶性糖、淀粉、含水量、粗蛋白和脂肪等对综合评价影响较大,而辅助因子如矿质元素对其影响相对较小。

板栗,营养品质,相关性,因子分析,综合评价

板栗(CastaneamollissimaBlume)属于壳斗科(Fagacea)栗属(Castanea),原产于我国,栽培历史悠久,板栗品种资源丰富,分布范围广。板栗食用价值较高,营养丰富,含有较高的淀粉和糖、较低的脂肪[1]以及蛋白质、多种矿质元素等,素有“铁杆庄稼”之称[2]。板栗又具有较高的药用价值,不仅滋养身体健康,而且对高血压等疾病有良好的预防和治疗的作用[3]。

在板栗营养品质测定方面,于婷娟[4]、苏淑钗[5]、王向红[6]等学者对各个地区板栗营养品质进行了分析,本文参考这些研究选取12个板栗营养品质指标进行测定。营养品质评价是板栗品种选育的重要阶段,目前关于不同板栗品种营养品质的综合评价方法有一定的研究。刘艳等[7]采用等距分级评价法对燕山地区板栗的主栽和引种品种的营养品质进行了评价。周家华等[8]采用模糊数学法对16个不同板栗品种的营养成分进行了评价。唐忠厚等[9]采用隶属函数转化与因子分析对甘薯块根营养品质特征进行了综合评价。然而在板栗研究领域中,应用因子分析对板栗营养品质进行综合评价的研究很少。因子分析是通过把多个相关变量变成少数几个综合变量,再各个因子得分以及其所对应的方差贡献率计算综合得分[10],然后结合方差分析和相关性分析,既考虑了各个评价因子的单方面作用,又考虑了评价因子间的相互作用,因此采用因子分析进行综合评价,完善并构建板栗品质的综合评价体系,为板栗品种的选育及利用提供依据有着重要的意义。

迁西以其特有的土壤、气候条件,培育出质地优良,营养价值高的板栗品种,备受欢迎。本文通过研究其他地区向迁西引种的板栗良种资源,分析并探讨各个板栗品种营养物质水平,并综合评价,以期为板栗种质资源以及发育生物学研究积累资料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验地位于迁西县东寨板栗种质资源圃内。实验材料共16份板栗种质,均以接穗的形式嫁接到3年生实生母树砧木上,2013年进行嫁接,每份种质嫁接10棵。供试板栗种质为河北:‘崔家堡子2399’、‘大板红’、‘塔丰’、‘燕龙’、‘燕宝’5个;北京:‘燕昌’、‘怀九’、‘银丰’、‘京早丰’、‘京暑红’5个;山东:‘石丰’、‘鲁岳早丰’、‘清丰’、‘烟青’、‘玉丰’5个;陕西:‘寸栗’1个。2015年9月于板栗成熟期随机采集成熟坚果每份种质各20粒,并即刻去苞去皮,烘箱105 ℃杀青0.5 h再80 ℃烘干至恒质量,然后对样品进行粉碎,待全部样品粉碎完成后,立即进行各项品质含量指标的测定,各个种质的每个测定指标为3次重复,求其平均值。

CEM Mars6微波消解仪 美国CEM公司;TU-1901双光束紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器公司;Kjeltec8400全自动凯氏定氮仪 瑞典FOSS公司;AA3连续流动分析仪 Seal Analytical GmbH公司;TSI008原子吸收光谱仪 美国瓦里安公司。

1.2 实验方法

板栗坚果主要营养成分含量测定:可溶性糖采用蒽酮比色法[11];直链淀粉和支链淀粉采用双波长分光光度法[12];粗蛋白采用凯氏定氮法;脂肪采用索氏抽提法;含水量采用烘箱105 ℃杀青0.5 h再80 ℃烘干至恒重;矿质元素N和P先采用浓H2SO4-H2O2进行样品消煮后,利用连续流动分析仪测定[13];矿质元素K、Fe、Mg、Mn、Cu为先采用微波消解仪进行HNO3消煮后,采用原子光谱吸收分析仪测定[14]。记录并将数据录入Excel进行整理,以此作为实验统计分析的最原始数据。

1.3 数据分析

利用Excel 2010、SPSS软件对原始数据进行方差分析、相关性分析、因子分析。

隶属函数法与因子分析相结合进行综合评价:在因子分析前,应用隶属函数法对原始数据进行标准化得到隶属函数值S(in)(公式[1]),之后利用因子分析筛选出影响果实品质的若干公因子,同时得到各个指标的公因子分值Fm,以每个公因子分值Fm乘以因子分析中相对应的贡献率Em,最后相加得到综合得分D[9,15-16]。

相关公式如下:

S(in)=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)

式(1)

D=∑[Fm×Em](m=1,2,3,4,…)

式(2)

注:S(in)指第n个样品第i指标的原始数据经转化后的隶属函数值;Xin指n个样品第i指标的原始测定值,Ximax、Ximin分别为所有样品中第i个指标的最大值和最小值。D为综合得分,Fm为第m个公因子分值,Em为第m个公因子的方差贡献率。

2 结果与分析

2.1 不同板栗种质主要营养品质的一般性分析

对16份不同板栗种质的果实进行可溶性糖、直链淀粉、支链淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mg、Mn、Cu含量的测定,结果如表1所示。

可溶性糖直接影响板栗的口感与风味,而且植物中可溶性糖含量的高低还与植物抗性有关[17],从表1可以看出,大板红可溶性糖含量高,与其他15种均有显著差异(p<0.05),且与同为河北地区的其他4种差异显著。

淀粉为决定板栗食用品质的主要因素,直链淀粉多的淀粉易老化,支链淀粉多的淀粉易糊化,直链淀粉与支链淀粉的比例直接影响到淀粉的产品加工、物化特性[18-19]以及食品口感和蒸煮品质等,从表1可以看出,来自山东的烟清直链淀粉含量最高为6.51%与其他15种有显著差异(p<0.05),且山东地区种质的直链淀粉含量有显著差异,其他地区差异不显著;在支链淀粉方面,来自山东的玉丰含量最高为28.75%,且与山东地区及其他地区支链淀粉含量有显著差异(p<0.05)。

含水量多少对板栗的贮藏有很大的影响,在含水量方面,来自北京的燕昌含量最高且与其他15种有显著差异(p<0.05),其他地区间及同一地区间含水量差异不显著,16种板栗含水量在40.18%～49.71%。

蛋白质为人体惟一氮源,其含量多少直接影响到板栗的乳化性、吸水性等[20],在蛋白质含量方面,来自河北的燕宝含量最高且与其他板栗有显著差异(p<0.05),其他地区间差异不显著,16种板栗蛋白质含量在3.29%～4.44%。

在脂肪含量方面,北京的燕昌含量最高为1.58%,与其他板栗存在显著差异(p<0.05)。

P为构成人体骨骼和牙齿的主要成分,河北的燕宝含P量高且与其他板栗存在显著差异(p<0.05),其他15种差异不显著。K的主要作用是维持人体内酸碱平衡、参与能量代谢等,陕西的寸栗含K量高,且差异较显著(p<0.05)。Fe主要有运输储存氧气、协助免疫等作用,山东的鲁岳早丰含Fe量最高为17.28 mg/kg,与其他15种差异较显著(p<0.05)。Mg有着兴奋神经的作用、Mn为骨骼的必要物质及人体多种酶的成分、Cu为人体血液的正常成分且含铜金属酶在人体有着重要的生理功能[21],北京的京早丰在Mg、Mn、Cu含量上最高分别为176.10、13.75、46.77 mg/kg,与其他板栗种质均存在显著差异(p<0.05)。总体来说,各个地区的板栗种质在营养品质含量上各有所长,并且种质间品质含量差异较为显著。

表1 不同板栗种质主要营养品质的测定结果
Table 1 Results of nutritional quality of different varieties of chinese chestnut

种质可溶性糖(%)直链淀粉(%)支链淀粉(%)含水量(%)粗蛋白(%)脂肪(%)燕宝557±041abc447±054ef2598±022f4600±019bcde444±007g096±001bc崔家堡子2399566±038ab200±043a2795±047f4661±080cde377±013cde095±005bc燕龙632±018cdef426±011e2329±037cd4287±037ab336±004ab128±009f塔丰672±006fg501±043f2334±042cd4655±033cde344±008ab083±009ab大板红761±014h489±011f2246±047bc4018±036a391±009de102±004cd京早丰595±009abcde597±011g2396±019de4296±024ab362±024abcd083±004ab京暑红723±035g268±011b2402±049de4338±074abc405±021ef103±002cd怀九623±060bcdef394±043de2399±077de4742±093de344±022ab117±013def燕昌555±009a318±010bc2122±073a4971±076f408±011ef158±014g银丰623±049bcdef418±004e2561±085f4643±060cde404±029ef104±021cde清丰591±023abcde576±032g2323±031cd4868±224e368±003bcd103±007cd玉丰638±041def354±004cd2875±027g4709±086de351±017abc085±005ab鲁岳早丰649±006ef265±001b2467±053e4303±153ab329±033a151±011f石丰655±064ef447±011ef2841±003f4803±060e428±009f145±005f烟青572±009abc651±064h2628±031f4785±120e358±005abc078±004a寸栗581±033abcd308±043bc2201±031ab4408±128bcd359±012abc119±001ef种质P(‰)K(‰)Fe(mg/kg)Mg(mg/kg)Mn(mg/kg)Cu(mg/kg)燕宝155±002c782±021cd1445±064abc16100±510bcde708±075c2733±075cd崔家堡子2399114±015ab840±020ef1617±020cd16748±576cde1068±094d3902±065ef燕龙126±003b774±004bcd1453±068abc15700±705abcd737±005c2977±064de塔丰121±006b738±039bc1550±095bc16885±048def923±006d2623±295bcd大板红113±025ab751±026bc1577±098bc16290±865bcde605±010bc1538±056ab京早丰099±012a779±017bcd1427±060abc17610±253f1375±018e4677±055f京暑红108±005ab810±023de1413±049ab17468±945e395±038a3062±014de怀九119±002ab894±057f1568±093bc15957±163abcde738±083c3007±041de燕昌115±006ab823±021de1570±089bc16790±666de748±090c2635±050bcd银丰122±014b673±041a1557±043bc15515±013abcd492±015ab740±035a清丰109±005ab827±025de1478±057abc14402±1106a680±018c2238±086bcd玉丰126±016b846±026ef1290±052a15142±726abc438±010ab2232±002bcd鲁岳早丰108±009ab737±032bc1728±013d14915±104ab472±043ab2155±055bcd石丰111±009ab886±031f1345±098a15278±381abcd478±068ab1658±028abc烟青114±006ab723±030ab1473±018abc14697±055ab513±095ab2807±027cde寸栗123±013b930±040g1565±015bc15077±038ab453±068ab2468±066bcd

注:不同肩标小写字母表示差异显著(p<0.05)。

2.2 不同板栗种质主要营养品质间的相关性分析

通过表2看出,可溶性糖与直链淀粉、支链淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mn、Cu呈负相关,与Mg呈正相关,与含水量呈显著负相关(p<0.05)。直链淀粉与支链淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mg呈负相关,与含水量、Mn、Cu呈正相关。支链淀粉与脂肪、Fe、Mg、Mn、Cu呈负相关,与含水量、粗蛋白、P、K呈正相关。含水量与Fe、Mg、Mn、Cu呈负相关,与脂肪、P、K呈正相关,与粗蛋白呈显著正相关(p<0.05)。粗蛋白与Fe、Mn、Cu呈负相关,与脂肪、P、K、Mg呈正相关。脂肪与P、Mg、Mn、Cu呈负相关,与K、Fe呈正相关。P与K、Fe、Mg、Mn、Cu均呈负相关。K与Fe、Mg、Mn呈负相关,与Cu呈正相关。Fe与Mg、Mn呈正相关,与Cu呈负相关。Mg与Mn、Cu呈显著正相关(p<0.05)。Mn与Cu呈极显著正相关(p<0.01)。以上相关性分析结果表明,板栗各个营养品质的含量间存在一定的相关关系,既相互联系又相互独立,且存在两两含量间的显著相关性。通过了解营养品质间的内在联系,从而为板栗加工产业的良种筛选提供依据。

表2 不同板栗种质主要营养品质相关性分析结果
Table 2 Results of correlation analysis of nutrient quality of different varieties of Chinese chestnut

品质指标可溶性糖直链淀粉支链淀粉含水量粗蛋白脂肪PKFeMgMn直链淀粉-0045支链淀粉-0105-0077含水量-586∗00830283粗蛋白-0436-013303190527∗脂肪-0018-0454-026600770141P-0277-0077015301250324-0119K-0192-03510034024015027-0003Fe-0049-0331-0432-0188-0357032-0148-023Mg02-0178-0225-0270126-0168-0145-0070001Mn-03080233-0121-0041-0076-0296-0186-00601020592∗Cu-03470005-0048-0088-0016-0285-01960225-0070549∗0736∗∗

注:*在0.05水平上的相关性显著。**在0.01水平上的相关性显著。

表3 不同板栗种质营养品质的因子分析结果
Table 3 Results of factor analysis of nutrient quality of different varieties of chinese chestnut

品质指标因子1因子2因子3因子4因子5因子6共同度可溶性糖-0117-0479013600190077-02070922直链淀粉-00501740001-05570108-0328092支链淀粉-0024-005904680142-020102370702含水量-00560466-0006-00480136-01460777Mn03520107-0097-01080019-00010875Cu0369004201030133-0154-00190915粗蛋白00040039-0037-0034071800450909脂肪-01390132-0296024102-024082Mg0336-0202-0052007603600280934Fe00040024-0480022-02040272086K0044012702170442-0016-03030786P-000200270003001005707020769方差贡献率(%)20654155521457614098106699362-累计贡献率(%)20654362065078264887554884911-权重系数024301830172016601260110-

2.3 不同板栗种质营养品质的因子分析

结合由隶属函数标准化后因子载荷矩阵(表3)以及变量的含义,可看出公共因子F2在直链淀粉可溶性糖和含水量上的载荷值较大,其(权重系数=各个公共因子的方差贡献率/84.911%);公共因子F3在支链淀粉和脂肪上的载荷值较大,方差贡献率为14.576%,权重系数为0.172;公共因子F4在直链淀粉上载荷值较大,方差贡献率为14.098%,权重系数为0.166;公共因子F5在粗蛋白和Mg上载荷值较大,方差贡献率为10.669%,权重系数为0.126;公共因子F2、F3、F4、F5均为果实中重要的碳水化合物,可称为板栗营养品质的功能因子。公共因子F1在Mn和Cu上、公共因子F6在P和Fe上的载荷值均较大,方差贡献率分别为20.654%、9.362%,权重系数分别为0.243、0.110,公共因子F1、F6均为矿质元素及微量元素,可称为板栗营养物质的辅助因子。通过表3还可得出前6个公共因子的累积贡献率为84.911%,说明前6个因子的品质信息占总体信息的84.911%,且前6个公共因子对12个营养品质指标的贡献范围为0.702～0.934。

在板栗营养品质评价方面,诸多研究者采用等距分级评价法[7]、模糊数学法[8]等方法进行评价,但这些方法的主观性强、多个因素共同影响,常常导致选育工作的繁琐复杂,增加了选育结果的不确定性。而本研究中的因子分析是把类似因子归类到一个具有代表性的公共因子中,减少了指标数量,使得品质评价中各个指标的功能作用更加直观。该评价方法相较其他方法,不单单只是研究各指标单方面的作用,而是对这些指标间的交互作用也深入研究,使得评价结果更具客观性与合理性。通过对各个公共因子合理的解释,结合各个营养品质在6个公共因子上的得分和综合得分,就可对不同板栗种质的各个营养品质的重要性进行综合评价。本文对板栗营养品质综合评价引入隶属函数值与因子分析相结合的评价方法,确定每个公共因子的权重和方差贡献率,将多个变量整合为具有代表性的功能因子和辅助因子,使得营养品质每个评价影响因子的重要性更直观,利用各个品质因子的隶属函数转化载荷值与方差贡献率计算得出营养品质的综合得分进而综合评价。目前利用因子分析进行良种资源选育已得到广泛选育,如龙眼[22]、灰枣[15]、甘薯[9]、设施桃[23]等。此外,还应继续完善板栗品质综合评价体系,应用其他评价方法如灰色系统理论[24]等,完善体系并注入新内涵。

表4 不同板栗种质营养品质综合评价
Table 4 Comprehensive evaluation of nutritional quality of different varieties of Chinese chestnut

种质因子1因子2因子3因子4因子5因子6综合得分排序燕宝04340539-0099-00560827025202634崔家堡子239903500353002606300341056203091燕龙02480119-0014011104650121014410塔丰10320182-015400000541-000202772大板红0337-0344-0164-01050436-0184000716京早丰01250374-0198013300930307011314京暑红0239-0091-0358011801650389005415怀九02240351-017902560603002801787燕昌06940663-046402250445007002653银丰044601890134-01420436-007001618清丰018905550021-01520541-0318013511玉丰-012202890264011103800146012812鲁岳早丰0552-0186021102830356017002105石丰03880425020800870196-013001976烟青008404740240-038104640055012713寸栗03050261-033202160708-000101619

2.4 不同板栗种质营养品质的综合评价

通过因子分析,得到各个指标的公因子得分,再根据其方差贡献率,可以建立板栗营养品质评价的数学模型:Fy=(20.654F1+15.552F2+14.576F3+14.098F4+10.669F5+9.362F6)/100,由此得出16份不同板栗种质营养品质的综合评价得分。由表4可看出16份板栗种质的营养品质存在显著的差异,其中以河北迁西‘崔家堡子2399’的综合得分最高,说明迁西特有的环境条件对其品质的优良具有一定的优势,且河北地区综合排名差异显著,排名有前有后。山东和北京地区的综合排名差异相对不明显,综合得分甚至存在高于‘大板红’、‘燕龙’等的种质,排名等级前后参半。此外,板栗营养品质综合评价中,功能因子如支链淀粉、含水量、粗蛋白等对综合评价影响较大,而辅助因子如矿质元素等相对影响较小。

3 结论

本研究先对16份供试板栗种质的果实营养品质指标进行一般性分析和相关性分析,之后通过隶属函数法将原始数据进行标准化后再进行因子分析,结合品质综合评价模型Fy,最后得到综合评价分值进行综合排名。该评价方法客观性强、直观性强,解决了不确定因素影响评价适当与否的问题。综合评价结果表明,16份供试板栗种质的果实营养品质均存在一定差异,综合排名最高为迁西‘崔家堡子2399’,综合得分中河北地区差异最明显,山东、北京地区相对差异一般,影响板栗营养品质综合评价的两个关键因子依次为功能因子(如直链淀粉、支链淀粉、含水量、蛋白质等)和辅助因子(脂肪、矿质元素等)。本研究为板栗营养品质综合评价体系引入了新思路,使之得到进一步完善。

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Analysis on the nutritional characters and comprehensive evaluation of 16 chestnut germplasm resources

LU Chao,GUO Su-juan*

(Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

In order to establish a highly efficient chestnut nutrition quality evaluation method and provide the basis for screening of Chinese chestnut excellent germplasm resources,the method of factor analysis combined with membership function was adopted in this paper. 16 chestnut resources were set as the research object in different regions,which were introduced and grafted to Qianxi Hebei. Determination and analysis of the 12 main nutritional quality indicators was measured to explore the main factors affecting the nutritional quality of Chinese chestnut,then calculated the comprehensive value,and evaluated the nutritional quality of chestnut. Qianxi Hebei ‘Cuijiabuzi 2399’ gained comprehensive score highest scores. Qianxi’s unique soil and climate conditions on the growth and development of chestnut had a certain advantage. And functional factors such as soluble sugar,starch,moisture content,crude protein factors and fat had great influences on the comprehensive evaluation,and the impact of auxiliary factors such as mineral elements were relatively small.

Chestnut;nutritional quality;correlation;factor analysis;comprehensive evaluation

2016-06-03

路超(1990-)，女，在读硕士研究生，主要从事经济林(果树)栽培与利用理论与技术研究，E-mail:lc31640@163.com。

*通讯作者:郭素娟(1965-)，女，博士，教授，主要从事经济林(果树)栽培与利用理论与技术研究，E-mail:gwangzs@263.net。

“十二五”国家科技支撑计划专项( 2013BAD14B0402)；国家林业公益性行业科研专项重大项目( 201204401)资助。

TS201.4

A

1002-0306(2016)23-0257-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.059