西藏地区青稞籽粒营养品质分析及评价

黄海皎，李 杨，高小丽，田朋佳，尼玛央宗，拉巴扎西，次 珍，魏新虹，曲 吉，廖文华

(西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏拉萨 850000)

青稞(Hordeumvulgarevar. nudum)属于禾本科大麦属作物，是青藏高原最有特色的一种作物[1]。西藏地区海拔高，太阳辐射强，且随海拔升高，气温不断降低；受气候影响，西藏有超过50%的耕地面积只能种植青稞[1]。青稞是西藏种植面积最大、总产量最高的重要粮食作物[2]。青稞是裸大麦，含有丰富的营养成分[3]，其籽粒淀粉含量平均为59.25%[4]；蛋白质含量在7.68%～17.52%之间，均值为11.31%，其含量高于小麦、水稻、玉米等粮食作物[5]; 富含β-葡聚糖，含量为4%～8%，在西藏青稞中甚至有β-葡聚糖含量高达8.62%的品种，远高于皮大麦[6-7]；γ-氨基丁酸含量高于皮大麦籽粒[8]；富含大量元素和微量元素(钙、磷、铁、锌、硒)[9-11]。

青稞富含营养成分及生物活性物质，具有降低胆固醇、提高免疫力、调节血糖等保健功能，被广泛用于人类食用以及动物饲养[12-14]，如用于酿造啤酒、烘焙食品、加工青稞酒、糌粑、饼干、面条等[15]。目前，关于青稞的大量研究主要集中在遗传多样性分析，营养成分研究，海拔差异、加工方式对青稞品质的影响，分子生物学特征分析、品种改良等方面[3-11,16-22]，而对大量青稞种质资源进行营养品质综合评价的研究较为有限。本研究以251个西藏青稞种质资源为材料，测定青稞籽粒粗蛋白、淀粉、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、大量元素(Ca、P)、微量元素(Fe、Zn、Se)的含量，运用Pearson相关分析、主成分分析对青稞营养品质进行综合评价，以期全面、客观地评价青稞籽粒营养品质，为青稞优异种质筛选和籽粒营养品质改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 参试材料

以来源于西藏地区的251份青稞种质为材料，其来源地点分别为扎达(17)、亚东(16)、普兰(15)、隆子(7)、定结(39)、措美(4)、乃东(1)、措那(1)、吉隆(19)、康马(35)、定日(65)、日土(9)、岗巴(18)、聂拉木(1)，另有4个育成主品种藏青320、藏青690、喜马拉22号、藏青2000。

1.2 品质指标测定

将供试种质在西藏自治区农牧科学院农业研究所4号试验地统一繁殖后，分别从每个收获青稞种质中选取适量饱满籽粒，放置在电热鼓风干燥箱中60 ℃恒温干燥至恒重。每个种质分别称取100 g，粉碎后过80目筛得青稞粉，用于青稞淀粉、粗蛋白、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、大量元素(Ca、P)、微量元素(Fe、Zn、Se)含量的测定。淀粉含量测定采用蒽酮比色法[25]；粗蛋白含量使用凯氏定氮仪进行测定[25]；β-葡聚糖测定采用刚果红比色法[26]；测定γ-氨基丁酸的含量采用比色法[8]；Ca、P、Fe、Zn、Se元素含量测定采用ICP-OES直接测定，Ca、P、Fe、Zn、Se的分析波长依次分别为 317.9、213.6、238.2、206.2、196.0 nm[27-28]。3 次重复。

1.3 数据分析

利用Excel对数据进行整理。利用SPSS 19.0对数据进行Pearson相关性系数计算；使用R version 3.6.3的corrplot软件包绘制相关性分析图。9个品质性状存在不同的量纲、数量级，为了避免量纲、数量级的影响，对各指标数据进行标准化处理，将各指标数据转化成均值为0、标准差为1的无量纲数据，利用SPSS 19.0进行主成分分析，使用R version 3.6.3的FactoMineR软件包对主要成分进行层次聚类分析，构建综合评价模型评估青稞营养品质。

2 结果与分析

2.1 青稞种质资源的营养品质

供试青稞种质的9项营养品质指标的测定结果见表1。251个青稞种质资源的淀粉含量为35.877%～73.638%，均值为63.370%，变异系数为10.803%，是所测定的9项营养品质指标中变异系数最小的指标，表明青稞淀粉含量在供试的251个青稞种质资源之间差异较小。粗蛋白含量在8.091%～22.552%之间，均值为14.024%，变异系数达19.387%。β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、Ca、P含量的变异系数分别为20.749%、 33.618%、18.421%、27.526%。微量元素(Zn、Fe、Se)的变异系数都在29%以上，其中Se含量的变异系数达148.028%，表明不同青稞种质间微量元素含量差异较大。由此可见，不同青稞种质间的9项营养品质性状均存在不同程度的差异，表明西藏青稞种质资源存在丰富的遗传多样性。

表1 参试西藏青稞的营养品质

2.2 青稞各品质指标间的相关性

由表2可知，淀粉含量与β-葡聚糖含量呈极显著正相关，而与γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量呈极显著负相关。粗蛋白含量与淀粉含量呈极显著负相关，与γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量呈极显著正相关。由此可见，提高粗蛋白含量，适当调整淀粉含量，有助于青稞高营养品质改良。β-葡聚糖与γ-氨基丁酸含量呈极显著正相关，与P以外的矿质元素含量呈显著或不显著负相关。γ-氨基丁酸与Se以后的矿质素均呈极显著正相关。

表2 青稞各品质指标间的相关性

2.3 青稞品质性状主成分分析

采用主成分分析法对251个青稞种质的粗蛋白、淀粉、β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、Ca、P、Fe、Zn、Se含量进行分析，结果(表3)表明，前3个主成分的特征值及连续斜率较大，其贡献率分别为 48.0%、16.2%和10.3%，累计贡献率达74.5%，已能综合反映青稞营养品质的大部分信息。因此，可将青稞的9个品质性状综合成3个主成分。不同青稞种质营养品质主成分对应的载荷系数表明，主成分1在Zn、P、Ca、粗蛋白、γ-氨基丁酸、淀粉、Fe含量上的载荷值较大，主成分2在β-葡聚糖、Se含量上的载荷值较大(图1)。

图1 不同青稞种质营养品质主成分对应的载荷系数

表3 不同青稞种质营养成分主成分的总方差贡献率

2.4 不同青稞种质营养品质综合评价

基于不同青稞种质营养品质主成分(PC1和PC2)得分情况进行聚类(图2)，可将251个青稞种质分为三大类(A、B、C)，其中，聚集在C组的

BJX152:Lanqingke;BJX008:Kangmazongbai;BJX149:Heiqingke; BJX004:Yijiqingke; BJX003:Jilongqingke; BJX015:Paliqingke; BJX005:Erjiqingke; ZQ2000:Zangqing 2000; BJX227:Wenggaduanmang;XML22:Ximala 22.

青稞种质的营养品质较高。以特征向量为权重构建3个主成分与原来9项营养指标的线性方程，结果如下：

F1=0.199X1-0.165X2-0.024X3+ 0.170X4+0.189X5+0.210X6+0.104X7+ 0.210X8+0.017X9

F2= 0.158X1+0.195X2+0.548X3+ 0.246X4-0.091X5+0.050X6-0.322X7+ 0.087X8-0.374X9

F3= -0.058X1+0.325X2+0.448X3+ 0.143X4+0.130X5-0.034X6+0.033X7- 0.074X8+0.850X9

依据载荷系数矩阵累计贡献率提取的3个主成分分值及相应的贡献率，建立青稞营养品质综合评价的数学模型F综合= 0.480F1+0.162F2+0.103F3。根据综合评价模型计算不同青稞营养品质的综合得分，优选出10个营养品质高的青稞种质，分别为BJX152、BJX008、BJX149、BJX004、BJX003、BJX015、BJX005、藏青2000、BJX227、喜马拉22号(表4)。

表4 优选的高营养品质青稞种质

3 讨 论

青稞是一种具有营养保健功能的特色粮食作物，符合当前人们追求营养、健康的需求，备受青睐。我国青稞资源遗传多样性丰富，西藏主要农区的青稞品种存在一定的遗传多样性，是研究重要性状遗传、基因挖掘和品质育种的宝贵资源库[16,29-30]。本研究中，来源于西藏251个青稞种质的9项营养品质性状间存在不同程度的差异，其中淀粉含量均值高达 63.370%，粗蛋白含量在 8.091%～22.552%之间，均值为 14.024%，与不同地区、不同品种的青稞的淀粉、蛋白质含量不同的结果一致[3-5]。也有研究发现，青稞籽粒淀粉平均含量为 59.25%[4]，蛋白质含量在 6.35%～21.00%之间，均值为 11.31%[5]，低于本研究参试青稞中淀粉及粗蛋白的平均含量。这些异同可能与供试材料基因型、数量及环境有关。青稞是麦类作物中β-葡聚糖含量最高的作物，其β-葡聚BJX152:蓝青稞; BJX008:康马宗白; BJX149:黑青稞;BJX004:一季青稞; BJX003:吉隆青稞; BJX015:帕里青稞; BJX005:二季青稞; ZQ2000:藏青2000 BJX227:翁嘎短芒;XML22:喜马拉22号。

糖含量在品种间、地区间、年度间均存在明显差异[6,31]；青稞籽粒中的γ-氨基丁酸含量与品种类型及其来源有密切的关系[8]。本研究中，参试青稞种质的β-葡聚糖、γ-氨基丁酸含量的变异系数分别为20.749%、33.618%，表明了来源于西藏的不同青稞种质间β-葡聚糖、γ-氨基丁酸的含量也存在明显差异。青稞中微量元素(铁、铜、锰、锌)在品种间也存在很大差异[10]，本研究中的251 个青稞种质的微量元素(Zn、Fe、Se)的变异系数都在 29%以上，Ca、P含量的变异系数分别为 18.421%、27.526%。说明251个西藏青稞种质资源营养品质具有丰富的遗传多样性。

本研究发现，来源于西藏的251个青稞种质资源的粗蛋白含量与淀粉含量呈极显著负相关，与γ-氨基丁酸、Ca、P、Zn、Fe含量间呈极显著正相关。唐亚伟[10]等研究表明，青稞中微量元素Fe、Zn、Cu 间呈极显著正相关，与本研究结果一致。主成分分析被广泛应用于小量样本的青稞秸秆[32]、水稻[33]、苹果[34]等资源评价中，本研究利用主成分分析对不同青稞种质资源品质性状进行综合评价，建立青稞种质资源的大规模综合评价模型，为青稞种质资源多性状综合评价提供了方法。鉴定出综合品质性状前10 的种质分别是BJX152、BJX008、BJX149、BJX004、BJX003、BJX015、BJX005、藏青2000、BJX227、喜马拉22号，其中藏青2000和喜马拉22号是西藏主推的优质高产品种。本研究通过综合评价模型，客观筛选获得10个优良青稞种质，可为青稞高品质新品种选育提供科学依据。