花生子仁礦質元素含量及其與主要品質指標、萌發特性和耐鹽堿性的關系

王傳堂　王志偉　王秀貞　胡東青　王強　宮清軒　馮昊　楊同榮　杜祖波　李衛青　李秋　唐月異　吳琪

摘要：對16個普通油酸、74個高油酸花生基因型子仁鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種礦質元素含量進行分析，發現其變幅分別為171.00～990.10、2 987.10～10 112.70、840.40～2 607.20、10.10～32.20、8.10～22.40 mg/kg。鑒定出這5種礦質元素含量高或低的材料7個，其中16L29（花育969）在歷年測產中均比對照花育33號子仁增產。首次提出了基于概率分級方法的花生子仁礦質元素含量分級標準。5種元素改良潛力以鈣最高，鐵最低，硼、鉀、鎂居中。礦質元素含量與主要品質指標、發芽指標和耐鹽堿性存在一定相關性;但與百仁重相關性不顯著，說明對大粒和小粒花生礦質元素含量進行遺傳改良是可能的;耐蘇打鹽堿花生應具有較高的鐵、鈣利用效率和較低的鎂利用效率。聚類分析中子仁某種礦質元素含量最高、最低的花生基因型分別聚為一組或一個亞組。本研究結果對花生礦質元素改良育種具有指導意義。

關鍵詞：花生;子仁;礦質元素;分級;品質指標;發芽指標;耐蘇打鹽堿

中圖分類號：S565.203.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）08-0102-08

Peanut Kernel Mineral Content and Its Relationship with Main Quality Properties，

Germination Characteristics and Salt-Alkali Tolerance

Wang Chuantang2， Wang Zhiwei2*， Wang Xiuzhen2， Hu Dongqing3， Wang Qiang4， Gong Qingxuan2， Feng Hao2， Yang Tongrong5， Du ZuboLi WeiqingLi QiuTang Yueyi2， Wu Qi1

（1. Shandong Luhua Group Co.， Ltd.， Laiyang 265200， China; 2. Shandong Peanut Research Institute， Qingdao 266100，

China; 3. Qingdao Customs of the Peoples Republic of China， Qingdao 26600China; 4. Institute of Food Science and

Technology， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China; 5.Wendeng Agricultural and Rural Bureau， Weihai 266440， China）

Abstract The contents of calcium （Ca）， potassium （K）， magnesium （Mg）， boron （B） and iron （Fe） in seeds of 16 common-oleic-acid and 74 high-oleic-acid peanut genotypes were analyzed， and their variation ranges were 171.00～990.10， 2 987.10～10 112.70， 840.40～2 607.20， 10.10～32.20 and 8.10～22.40 mg/kg， respectively. Seven genotypes with high or low mineral contents were identified， of which，16L29 （Huayu 969） consistently outyielded the local control Huayu 33 （for kernel） in 3 years evaluation. The classification criteria of mineral elements in peanut kernels was proposed the first based on probability classification method. The improvement potential was the highest in calcium， the lowest in Fe， and intermediate in B， K and Mg. The results suggested that the content of mineral elements was related to main quality properties， germination index and salt-alkali tolerance. However， it was not significantly correlated to hundred-kernel weight， indicating the possibility of mineral elements content genetic improvement in both large- and small-seeded peanuts. The sodic and salt-alkali tolerant peanut genotypes should have higher Fe and Ca utilization efficiency and lower Mg utilization efficiency. The peanut genotypes with the highest or lowest content of certain mineral element were clustered together into a group or subgroup. The outcome of this study was of guiding significance to peanut mineral element improvement.

5種礦質元素含量改良潛力以鈣最高，達114.58%;鐵最低，為57.48%;硼、鉀、鎂居中，為73.99%～82.57%（表2）。

2.2 高或低礦質元素含量品系及其產量表現

共選出某種礦質元素含量高或低的花生基因型7份（表3）。其含油量、蛋白質含量、油酸含量及產量表現如表4所示。其中16L29（花育969）在歷年測產中均比對照花育33號子仁增產。

2.3 礦質元素含量間的相關關系

5種礦質元素含量間均存在極顯著正相關關系（表5）。鉀含量與鎂含量相關系數最大，為0.8995;鉀含量與鈣含量相關系數最低，為0.5997。

2.4 礦質元素含量與主要品質指標間的相關關系

2.4.1 Spearman秩相關分析 由表6可見，鈣含量與芥酸含量呈極顯著負相關，與蛋白質含量呈顯著正相關，與可溶性糖、蔗糖、棕櫚酸含量呈顯著負相關;鉀含量與蛋白質含量呈顯著負相關，與棕櫚酸含量呈顯著正相關;鐵含量與含油量呈顯著正相關，與可溶性糖和芥酸含量呈顯著負相關。

2.4.2 典型相關分析 5種元素含量與7種品質指標兩組變量間存在明顯的相關關系，第1個、第2個典型相關系數分別為λ1=0.7395、λ2=0.4545，達極顯著或顯著水平，因此可取前兩對典型變量來分析礦質元素含量與主要品質指標間的關系。兩組典型變量構成成分如表7、表8所示。第1對典型變量主要反映了子仁鉀含量與棕櫚酸、油酸含量的正相關關系，第2對典型變量則主要反映了子仁硼含量與棕櫚酸、油酸含量的負相關關系。

2.5 礦質元素含量與百仁重、出米率的相關關系

5種礦質元素含量與百仁重相關均性不顯著，子仁鉀、硼含量與出米率分別呈極顯著和顯著負相關（表9）。說明出米率高的花生，子仁鉀、硼含量呈較低的趨勢，換言之，按作物元素利用效率定義，高出米率花生傾向于具有較高的鉀、硼利用效率。

2.6 礦質元素含量與非脅迫條件下種子發芽指標間的相關關系

Pearson相關分析結果表明，芽長指數與子仁鉀含量呈顯著正相關（r=0.4606）。 Spearman秩相關分析顯示，芽長指數與鐵含量呈顯著正秩相關（r=0.4271），其余礦質元素含量與發芽指標間不存在顯著秩相關關系。

典型相關分析結果表明，5種元素含量與種子發芽指標兩組變量間存在明顯相關關系，第1個典型相關系數為λ1=0.8389，達顯著水平，因此可取第1對典型變量來分析元素含量與種子發芽指標間的關系。兩組典型變量構成成分如表10、表11所示，主要反映了子仁鉀含量與芽長指數的正相關關系。

2.7 礦質元素含量與耐蘇打鹽堿的相關關系

Spearman秩相關分析表明，子仁鈣、鉀、鎂、鐵含量與蘇打鹽堿地種植條件下2016、2017兩年的較低相對產量呈顯著負相關，相關系數分別為-0.7500、-0.6833、-0.7500、-0.7000。

回歸分析得出較低相對產量Y=50.0713-0.6135X₁+0.0167X₂+0.2997X₃-5.4002X₄-11.3258X₅（P=0.0365），其中，Y指較低相對產量，X₁、X₂、X₃、X₄、X₅分別指鈣、鉀、鎂、硼、鐵的含量。可以看出，子仁鎂含量高、鈣和鐵含量低的花生對蘇打鹽堿有較強的耐受性（表12）。

進一步進行主導因素分析，結果表明，對較低相對產量的貢獻率，鐵含量（25.01%）>鎂含量（20.85%）>鈣含量（20.10%）。

2.8 聚類分析

根據5種礦質元素含量，可將90個花生基因型分為3組（圖1），即高含量組（某種礦質元素含量最高的材料均出現于該組）、中-高組、低-中組。其中低-中組還可進一步分為兩個亞組，即低含量亞組（某種礦質元素含量最低的材料均出現于該組）和低-中亞組。

3 討論與結論

3.1 關于5種礦質元素含量

Gaines和Hammons[7]曾匯總了花生子仁礦質元素含量相關文獻中各元素測定結果，鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種元素含量范圍分別為100～900、5 000～11 300、900～3 400、9～31、14～57 mg/kg。Phan-Thien等[8]的報道中，9份花生材料5種礦質元素含量分別為471～721、5 948～7 795、1 478～1 845、15.2～22.2、13.4～17.9 mg/kg。Wang等[6]測定了95份美國微核心種質的子仁礦質元素含量，鈣為250～930 mg/kg，鉀為7 070～11 130 mg/kg，鎂為1 570～2 530 mg/kg，硼為19.84～48.97 mg/kg，鐵為17.71～33.50 mg/kg。Upadhayaya等[21]利用184份微核心種質和4份對照研究發現，連續開花和交替開花亞種鐵含量變幅分別為20.7～30.8、18.3～30.1 mg/kg。前述3篇文獻[8，6，21]中5種元素除Wang等[6]硼元素上限較高外，其余含量變幅均窄于Gaines和Hammons[7]匯總結果。Thornton等[22]報道，51份花生材料鈣含量變幅為764～1 276 mg/kg，本研究中鈣含量為171～990.10 mg/kg，上限均高于Gaines和Hammons[7]匯總結果。本研究硼含量上限高于Gaines和Hammons[7]匯總結果，但低于Wang等[6]的報道，鉀、鎂、鐵含量下限則低于Gaines和Hammons[7]匯總結果。某種元素含量高的基因型在生物強化中具有較高潛在利用價值;某元素含量低的基因型則具有高的該元素利用效率，有利于在大田生產中減少肥料施用。

3.2 關于環境因素對子仁礦質元素含量的影響

Gaines和Hammons[7]發現，花生子仁中的鈣含量與降水、鎂含量與土壤鎂含量呈正相關關系。Thornton等[22]估算的晚熟、中熟和弗吉尼亞型花生鈣含量廣義遺傳力分別只有26%、19%和41%，說明環境因素對花生子仁鈣含量起主要作用。據Gaines和Hammons[7]研究，花生子仁鎂以外的4種礦質元素含量基因型效應均達顯著或極顯著水平，5種礦質元素均存在極顯著的地點效應，鎂、硼、鐵還存在著顯著或極顯著的基因型與地點互作。Thornton等[22]發現，花生子仁鈣含量基因型、年份以及年份與地點的互作均達極顯著，但地點間無明顯差異。本研究元素含量僅為單地點一年測定結果，在此基礎上開展多年多點試驗評價其礦質元素含量的穩定性是必要的。

3.3 關于子仁礦質元素含量間以及與其他性狀間的相關關系

Branch和Gaines等[23]對26份花生材料進行Pearson相關分析，發現花生子仁鈣含量與鉀含量存在極顯著負相關關系，鐵、鎂含量與硼含量存在極顯著正相關關系。本研究的90份材料（其中一些是遠緣雜種后代）中，5種礦質元素含量間均存在極顯著Pearson正相關關系。Walker和Hymowitz[24]曾報道花生子仁鐵、鎂含量與總糖分別呈顯著或極顯著Pearson負相關。本研究揭示出不同的相關關系，如鈣含量與可溶性糖、蔗糖含量呈顯著負秩相關，與蛋白質含量呈顯著正秩相關。Upadhayaya等[21]發現，花生子仁鐵含量與出米率呈顯著正相關關系，與百仁重呈顯著或不顯著負相關關系。本研究中，鉀、硼含量與出米率呈極顯著或顯著負相關，而5種礦質元素含量與百仁重均相關不顯著，這提示針對大粒或小粒花生進行礦質元素含量遺傳改良是可能的。前人報道過子仁鈣含量與種子活力的關系[25]，本研究中參試材料發芽勢、發芽率都較高，未能建立起這種聯系（不排除這與我們一直堅持不補苗從而淘汰低出苗率品系有關），但發現鉀、鐵含量與芽長指數存在正相關關系。本研究相關分析結果與前人報道有所不同，可能主要與試材來源更廣泛有關。

花生子仁礦質元素含量與耐蘇打鹽堿的關系目前尚未見報道。從本研究結果看，耐鹽堿花生似應具有子仁低鐵、低鈣、高鎂的特點，即要求具有較高的鐵、鈣利用效率和較低的鎂利用效率。該結論僅為9個花生基因型初步研究結果，尚需要采用更多材料加以驗證。

3.4 關于礦質元素含量分級、改良潛力和聚類

本研究根據劉孟軍等[16，17]的方法首次提出了花生子仁礦質元素含量分級標準，并根據段乃雄等[15]的方法計算了各元素的改良潛力，對花生礦質元素資源和育種研究具有指導意義。花生上迄今仍缺乏僅針對礦質元素進行聚類分析的報道，本研究聚類樹上子仁礦質元素含量最高或最低的花生基因型單獨聚為一組或一個亞組，說明聚類分析能夠揭示花生基因型間礦質元素含量的異同。

綜之，本研究分析了90個花生基因型子仁鈣、鉀、鎂、硼、鐵5種元素含量，首次提出了花生子仁礦質元素含量分級標準，選出7個某種礦質元素含量最高或最低的材料，并研究了元素含量與主要品質指標、發芽指標和耐鹽堿性的關系，將促進花生礦質元素遺傳改良工作的開展。

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收稿日期：2019-08-11

基金項目：山東省泰山產業領軍人才工程項目（LJNY201808）;煙臺市科技計劃項目（2018ZDCX）;國家花生產業技術體系項目（CARS-13）;兵團科技攻關項目（2018BC012）;山東省重點研發計劃專項（2018GNC110027）;山東省農業科學院農業科技創新工程項目（CXGC2016B02，CXGC2018E21）;農業農村部花生良種攻關專項

作者簡介：王傳堂（1968—），男，博士，研究員，從事花生遺傳育種研究。E-mail：chinapeanut@126.com

*表示同等貢獻作者。