品种和环境对甜荞黄酮含量的影响

曲志华 ，白 静 ，刘睿敏 ，王德权 ，左文博

（1.张家口市农业科学院，河北 张家口 075000；2.张家口市农产品质量安全监督检验中心，河北 张家口 075000）

荞麦是一年生蓼科荞麦属植物，种植上多为甜荞麦（F.esculentumMoench）和苦荞麦（F.tataricumGaertn）[1-8]。荞麦药食同源、营养丰富[9-11]，因含有的黄酮具有降血糖控血脂，治疗骨质疏松、肿瘤、糖尿病和延缓衰老等功效[12-17]，使得荞麦广泛应用在食品、医药等医疗保健行业中，成为国内外市场对荞麦需求量每年倍增的主要原因。

荞麦主要在亚洲和东欧地区种植，包括中国、韩国、日本、俄罗斯、乌克兰、波兰等地[18]，因其适应性强，种植范围广，在海拔20～4 400 m 和北纬18°～53°都能种植[19]。我国荞麦的种植面积和产量多年排名世界第2 位，但只有36 个甜荞品种和45 个苦荞品种[18]，其中甜荞主要集中在陕西、内蒙古、甘肃、宁夏、山西等地，苦荞主要集中在西南地区的云南、四川、贵州等地[20]。我国荞麦育种工作时间短且滞后，且多数品种只是在品种育出地区种植，少有对不同品种在不同地区的适应性和营养品质等进行研究评价。已有科研人员对玉米、小麦、水稻、和荞麦等作物在不同环境下的营养品质进行了研究。如张欣等[21]研究表明，低温、太阳辐射等可促进玉米营养器官的生长；芦静等[22]研究认为，影响小麦品质的主要原因是海拔以及抽穗期至成熟期的温度；韩勇等[23]研究认为，水稻品质受基因型、环境互作的影响。姜国富等[24]证实了我国不同地区苦荞麦中各营养成分差异较大；时政等[25]研究表明，荞麦中蛋白质和黄酮在贵州省具有差异。李月等[26]研究表明，荞麦中蛋白质、黄酮和品种与环境具有相关性。作物功能性营养成分含量的多少是衡量作物品质优劣的重要指标，不同品种、环境会使作物营养成分产生差异。因此，研究不同环境、不同品种荞麦营养成分的变化规律以及在不同环境下适应性，对现有荞麦品种合理布局、适宜种植区域划分以及提高今后我国荞麦的育种水平、调整育种策略都具有重要的意义。

本试验研究了我国5 个地点种植的13 个甜荞品种中黄酮含量的差异、营养品质间的相关性和区域适应性，旨在为甜荞品种在不同环境下品质的变化及适应性评价提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

甜荞品种由贵州师范大学提供（表1）。分别在我国河北省康保县（42°08′N，海拔约1 400 m）、贵州省贵阳市（26°55′N，海拔约1 100 m）、宁夏自治区固原市（36°03′N，海拔约1 800 m）、四川省凉山州（27°09′N，海拔约2 000 m）、内蒙古自治区赤峰市（45°24′N，海拔约1 600 m）种植。

1.2 测定指标及方法

试验于2020年在5 个地点根据当地实际情况种植，收获后由张家口市农产品质量安全监督检验中心对甜荞进行品质测定分析。采用比色法[27]测定黄酮含量，采用索氏抽提法[28]测定脂肪含量，采用凯氏定氮法[28]测定蛋白质含量，采用蒽酮比色法[29]测定淀粉含量，采用质量法[30]测定纤维含量，采用干质量法[30]测定水分含量，采用高碘酸钠氧化法[31]测定D-手性肌醇（DCI）含量。

1.3 数据分析

利用软件SPSS、Office 2016 和Version 5.0 对数据进行处理分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 甜荞黄酮含量变化

13 个甜荞品种同一地点的黄酮平均含量为0.458～0.514 mg/g，大小排名依次为宁夏固原、河北康保、内蒙古赤峰、四川凉山、贵州贵阳（表2）。表明一定范围内的海拔和纬度对甜荞的营养生长具有促进作用。

表2 不同甜荞品种在不同试点的黄酮含量Tab.2 Flavonoids content of different F.esculentum Moench varieties in different locations

5 个地点同一品种的黄酮平均含量为0.443～0.512 mg/g（表2），其中，丰甜1 号、平荞5 号、威宁白花、晋荞3 号在高海拔地区黄酮含量较高；榆荞4 号、信农1 号则是在高纬度地区黄酮含量较高；北早生、赤峰1 号、定96-1、定甜2 号、定荞1 号、日本大粒、宁荞1 号黄酮含量对纬度和海拔相对比较敏感，太高或太低都会影响其含量。

2.2 AMM Ⅰ模型分析

品种与试点二者之间互作效应是农作物种植适应区域的重要参考依据。由AMM Ⅰ模型结果可知（表3），PCA1～PCA3 共解释了品种和试点互作SS 的55.09%，残差仅为44.91%，说明AMM Ⅰ模型能够解析品种和试点的互作信息。

表3 联合方差、线性回归和AMM I 模型分析结果Tab.3 Combined analysis of variance，linear regression， and AMM I model

AMM Ⅰ模型图1 水平方向代表品种和试点的黄酮含量情况，垂直方向代表品种、试点互作的差异，试点和品种图标都比较分散，说明试点和品种的变异均非常明显；品种图标比试点图标聚集，说明品种变异远小于试点变异。黄酮含量宁夏固原最高，贵州贵阳最低；黄酮含量丰甜1 号最高，宁荞1 号最低，这与表2 的结果是一致的。由AMM Ⅰ模型图1、2 可知，贵州贵阳黄酮含量稳定性最好，宁夏固原黄酮含量稳定性最差；品种定荞1 号黄酮含量稳定性最好，宁荞1 号黄酮含量稳定性最差。

图1 AMM I 1 双标图Fig.1 AMM I 1 Bi-plot

在AMM Ⅰ模型图2 中，品种投影在试点与原点连线上，再到原点的距离可确定品种、试点的适应性。品种定甜2 号在宁夏固原试点适应性最好，在贵州贵阳和四川凉山试点表现为负交互作用，不适宜在这些地区种植；晋荞3 号在四川凉山试点适应性最好，在宁夏固原、内蒙古赤峰和河北康保试点表现为负交互作用，不适宜在这些地区种植。其他品种情况可作相同推论。

图2 AMM I 2 双标图Fig.2 AMM I 2 Bi-plot

同时由AMM Ⅰ模型图2 可知，河北康保、内蒙古赤峰试点以及贵州贵阳、四川凉山试点两线夹角小于90 度表示正相关，说明2 个试点间对品种影响相似，而夹角较小，说明试点选择类似，可以优化去掉其中1 个；试点间夹角大于90 度表示负相关，说明2 个试点间对品种影响较大，如宁夏固原和四川凉山试点；夹角约等于90 度说明2 个试点间不具有相关性。

2.3 不同品种品质相关性分析

不同品种的蛋白质和脂肪含量间显著正相关，水分和脂肪含量间显著负相关，水分和淀粉含量间极显著负相关，说明品种籽粒中水分的增加影响了蛋白质、脂肪和淀粉的合成或则可加快三者的分解；其他品质指标间没有相关性或相关性不显著（表4）。不同试点的品种淀粉和脂肪含量间极显著正相关，淀粉、脂肪和黄酮含量间极显著正相关，其他品质指标间没有相关性或相关性不显著（表5）。

表4 不同品种品质指标间相关性Tab.4 Correlation between quality indexes of different F.esculentum Moench varieties

表5 不同地点的品质指标间相关性Tab.5 Correlation between quality indexes of F.esculentum Moench varieties in different locations

表4、5 中品质间不同相关性的差异也证明试点和品种是甜荞品质具有差异的原因，但不同品种的黄酮、DCI、淀粉、脂肪、纤维和蛋白质中，只有DCI 与海拔显著负相关，而其他均与纬度和海拔相关性未达到显著水平，表明纬度、海拔对品质影响较小（表6）。

表6 品质指标与纬度、海拔间的相关性Tab.6 Correlation between different quality indexes of F.esculentum Moench and latitude and altitude

3 结论与讨论

我国的荞麦种植区分布广，纬度、海拔跨度大，且地形复杂多样，这也为育种工作带来了困难，如何科学、有效地设置试验地点成为育种试验的关键。本研究利用AMM Ⅰ模型对我国5 个荞麦产区的13 个甜荞品种的营养品质进行了分析，结果表明，试点和品种的变异均非常明显，但品种变异远小于试点变异，13 个甜荞品种黄酮平均含量存在显著差异，在不同地点的适应性不同。其中以宁夏固原黄酮平均含量最高、稳定性较差，贵州贵阳最低、稳定性较好，说明高纬度高海拔对甜荞营养生长和积累具有一定的促进作用，但必须在一定的范围之内。如四川凉山的高海拔和内蒙古赤峰的高纬度反而限制了其营养生长和积累；品种如丰甜1 号等在高海拔地区黄酮平均含量较高；榆荞4 号等则是在高纬度地区黄酮平均含量较高；北早生等黄酮含量对纬度和海拔相对比较敏感，太高或太低都会影响其含量。这与姜国富等[24]、时政等[25]、李月等[26]荞麦中各营养成分在我国不同地区差异较大以及荞麦的营养品质与品种、环境具有相关性的观点是一致的。

AMM Ⅰ模型显示了试点和品种互作的差异，并将交互作用分解为多个主成分的品种和环境的乘积和，结合方差分析完整地分析了达到显著水平的互作效应主成分，因此，对品种稳定性分析的综合评价更为准确，但对品种的适宜种植区域划分有一定的局限性。同时，在试验设计时，由于品种自身的遗传因子不同、栽培地点的生态环境不同以及栽培过程中客观因素如人为、机器原因可能使试验数据产生误差。在今后工作中，一是要加强对品种本身遗传因子的研究；二是尽量选择生态环境差异较大地点进行试验，并详细测定每个地点的生态参数；三是种植时对种植人员进行规范化培训，以减少机械、人为等原因带来的影响。