色差分析在優質小米選育中的應用

張婷，王根平，羅焱杰，李琳，高翔，程汝宏，師志剛，董立，張喜瑞，楊偉紅，許立閃

色差分析在優質小米選育中的應用

張婷，王根平，羅焱杰，李琳，高翔，程汝宏，師志剛，董立，張喜瑞，楊偉紅，許立閃

河北省農林科學院谷子研究所/國家谷子改良中心/河北省雜糧研究實驗室，石家莊 050035

【】分析近三屆參加全國優質米評選谷子品種的色差，并與專家感官評價結果相結合，為提高優質米育種水平提供依據。統計2015年、2017年、2019年近三屆參加優質米評選的谷子品種情況；分析色差測定結果L*值、a*值、b*值，并與商品性得分、蒸飯得分、煮飯得分和總分進行相關性分析；建立一級優質米的回歸模型。近三屆參加優質米評選的谷子參試品種數量呈增長的趨勢，增加了82.3%，其中，夏谷區增加了60.0%，春谷區增加了100.0%，一級優質米的數量增加了133.3%；87.5%的一級優質米由7家科研單位育成；93.7%的品種雜交選育而成；抗除草劑類型占62.5%。一級優質米類型中，夏谷L*值變異范圍為55.05—66.03，春谷L*值變異范圍為53.12—68.84；夏谷a*值變異范圍為1.63—8.74，春谷a*值變異范圍為2.13—8.59；夏谷b*值變異范圍為54.50—75.35，春谷b*值變異范圍為40.07—71.40。所有參試品種及一級優質米的L*值、a*值、b*值均呈增加的趨勢；與夏谷相比，春谷的b*值變異更大，色彩豐富度更高。總分、商品性得分和L*值、a*值、b*值呈顯著相關，蒸飯得分和L*值、a*值呈顯著相關，煮飯得分和L*值、a*值、b*值相關性不顯著；商品性得分和總分的相關性最高，相關系數達0.7528；商品性得分和蒸飯得分極顯著正相關，和煮飯得分不相關。一級優質米的回歸模型中，L*值、a*值、b*值決定了總分74.3%的變異。夏谷區商品性和總分前10名的品種主要分為2種類型：一種是a*值較低，L*值和b*值較高的金黃色品種，如冀谷39、豫谷33；一種是a*值較高，L*值和b*值較低的淺黃偏紅品種，如濟谷19、冀谷42。春谷區商品性和總分前10名的品種主要分為3種類型：一種是L*值較低，a*值和b*值較高的深黃品種，如2015KM826F7-75、峰紅4號；一種是L*值較高，a*值和b*值較低的淺黃品種，如榆谷抗1、赤紅1號；一種是a*值較高，L*值和b*值較低的淺黃偏紅品種，如張雜谷13、晉汾106。近三屆參加優質米評選的谷子品種呈增長趨勢，優質將成為谷子品種改良的重要目標。商品性得分和總分的相關性最高。通過L*值、a*值、b*值對米色進行選擇是一種直觀、便捷的方法。外觀品質與L*值、a*值、b*值都有關系，在品質育種中，要根據品種特點進行米色選擇。

谷子；色差分析；優質米；相關性分析

0 引言

【研究意義】目前，谷子的實際播種面積為1.333×106hm2[1]。谷子營養豐富，是中國傳統的營養保健作物，小米（谷子脫殼）是中國居民攝入量排第二位的雜糧，其食用形式十分豐富，包括小米粥、小米面、小米飯等[2-3]。隨著生活水平的提高，人們對小米的品質也提出了更高的要求，因此，對不同品種小米的食味品質進行評價具有重要的意義[4]?！厩叭搜芯窟M展】從1986年開始，中國作物學會粟類作物專業委員會每2年組織一次全國優質谷子品質鑒評會，截至2019年，已經舉辦13屆，評審結果得到了市場和管理部門的廣泛認可[5]。李中青[6]、李蔭梅[7]、王潤奇[8]等研究制定了優質食用粟的品質標準，用化學常規分析測試方法將谷子的品質分為一級和二級2個等級，雖然精確，但分析成本較高，評價周期較長，商業操作性較差。中國作物學會粟類作物專業委員會擬定的評分辦法分為商品品質和食味品質兩大項，各占40分和60分，其中，食味品質又分為稀飯和干飯，各占35分和25分，該方法主要依靠專家采用感官方式進行評定，方法簡單易操作，但評定基準較難掌握[6]。舒慶堯等[9]利用黏度速測儀對水稻粘滯性進行測定，一份樣品通常只需12.5 min，樣品量僅需3 g左右，可用于確定RVA譜特征與食用品質的關系，在品質育種中可快速、簡便地選擇后代材料。楊延兵等[10]測定了102份華北夏谷區育成品系小米黃色素含量，結果表明，黃色素含量高的育種材料一般米質也較優，因此，在谷子品質育種中，應選育黃色素含量高的品種。張凡等[4]采用電子舌自帶軟件對10個品種的小米粥食味品質進行感官模糊綜合評價，建立了小米粥感官評價預測模型，結果顯示，電子舌信號值與小米粥的感官評價結果相關，可用于小米粥的口感評價。國際上測定面粉色澤的方式多為面粉色彩色差計，其測定結果常以不同的色空間XYZ、L*a*b*、L*c*h和Hunter L*a*b*等來表示[11]。目前，較為常用的是國際照明協會于1976年制定的L*a*b*法[12]?！颈狙芯壳腥朦c】前人對品質的分析，需要結合生化指標的測定或單純依賴感官評定，對于大規模育種或田間試驗的篩選還不夠直觀、便捷?！緮M解決的關鍵問題】本研究以2015年、2017年、2019年近三屆參加全國優質米評選的谷子品種為材料進行L*值、a*值、b*值測定，并與中國作物學會粟類作物專業委員會組織的專家感官評價結果相結合，為提高品質育種水平，特別是商品性育種水平提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

材料來源于2015年、2017年、2019年近三屆參加優質米評選的谷子品種。

WPS分光測色儀，由上海精密科學儀器有限公司制造。

1.2 優質米評選方法

參評單位每個品種需提交20 kg谷子，中國作物學會粟類作物專業委員會在馬莊試驗站對參評品種統一用碾米機碾成糙米后再進行拋光處理，過20目篩后備用。并組織有關專家，對食味品質、商品品質進行品鑒，通過無記名打分的方法進行評選。評選按照產區分為春谷和夏谷2個組別進行，2組各以被市場廣泛認可、往屆評選出的一級優質米品種為對照，總分超過對照者為一級優質米。

評審采用百分制，分為商品品質、食味品質兩大項，分別占40分和60分，其中食味品質分為稀飯和干飯，分別占35分和25分。參評品種不顯示品種名，只有編號，并進行2次編號，2次編號相互獨立；商品性評審、稀飯評審、干飯評審采用不同的編號。

商品品質根據小米色澤、色澤一致性、腹溝深淺、碎米多少等評分。

稀飯評審：各品種采用相同的米和水，夏谷品種小米﹕水＝1﹕12，春谷品種小米﹕水＝1﹕13；用相同的酒精鍋，統一時間點火，開鍋后，夏谷煮20—22 min，春谷煮28—30 min。

干飯評審：各品種采用相同的米和水，夏谷品種小米﹕水＝1﹕1.3，春谷品種小米﹕水＝1﹕1.5，用統一的碗和相同的時間進行汽蒸（約40 min）。

1.3 米色測定方法

采用分光測色儀進行色差測定。其中，L*值越大，米色越亮；a*值和b*值分別表示紅綠度和黃藍度，a*值越大，米色越紅，b*值越大，米色越黃。

1.4 數據處理

利用Excel（2013）和DPS軟件進行數據處理。

2 結果

2.1 近三屆參加優質米評選的谷子品種分析

通過對參加優質米評選的谷子品種進行統計（表1）。結果表明，參試品種數量呈增長的趨勢，參試品種總數由34個增加到62個，增加了82.3%。其中，夏谷區參試品種數由15個增加到24個，增加了60.0%；春谷區參試品種數由19個增加到38個，增加了100.0%。一級優質米的數量也由9個增加到21個，增加了133.3%。

近三屆累計評選一級優質米48個（電子附表1）。從選育單位看，河北省農林科學院谷子研究所10個，占20.8%；赤峰市農牧科學研究院7個，占14.6%；山東省農業科學院作物科學研究所和山西省農業科學院谷子研究所各6個，分別占12.5%；安陽市農業科學院5個，占10.4%；山西省農業科學院經濟作物研究所和張家口市農業科學院各4個，分別占8.3%。以上7家單位優質育種水平較高，育成的一級優質米數量占所有一級米數量的87.5%。

從品種類型看，雜交種4個，占8.3%，其余44個品種均為常規種。48個品種中僅有1個為輻射誘變，占2.1%；系統選育2個，占4.2%；其余45個品種均為雜交選育而成，占93.7%?？钩輨╊愋?0個，占62.5%，且抗除草劑品種所占比例呈逐漸增加趨勢。

2.2 近三屆參加優質米評選的谷子L*值、a*值、b*值分析

2015年、2017年、2019年近三屆參加優質米評選的谷子L*值、a*值、b*值統計情況見表2。結果表明，所有參試品種中，夏谷L*值變異范圍為53.49—67.68，春谷L*值變異范圍為49.87—68.84；夏谷a*值變異范圍為1.07—8.74，春谷a*值變異范圍為0.75—9.15；夏谷b*值變異范圍為41.85—75.35，春谷b*值變異范圍為26.39—71.40。一級優質米類型中，夏谷L*值變異范圍為55.05—66.03，春谷L*值變異范圍為53.12—68.84；夏谷a*值變異范圍為1.63—8.74，春谷a*值變異范圍為2.13—8.59；夏谷b*值變異范圍為54.50—75.35，春谷b*值變異范圍為40.07—71.40。所有參試品種及一級優質米的L*值、a*值、b*值均呈增加趨勢。與夏谷相比，春谷的b*值變異更大，色彩豐富度更高。

表1 近三屆參加優質米評選的谷子品種統計

表2 近三屆參加優質米評選的谷子L*值、a*值、b*值統計情況

2.3 L*值、a*值、b*值與感官評分的相關性分析

通過對近三屆參加優質米評選的所有谷子L*值、a*值、b*值與商品性得分、蒸飯得分、煮飯得分和總分數進行相關性分析（表3），結果表明，總分、商品性得分和L*值、a*值、b*值呈顯著相關，蒸飯得分和L*值、a*值呈顯著相關，煮飯得分和L*值、a*值、b*值相關性不顯著。商品性得分和總分的相關性最高，相關系數達0.7528，說明商品性良好的小米在綜合得分上也占優勢。商品性得分和蒸飯得分極顯著正相關，和煮飯得分不相關。

以一級優質米的L*值、a*值、b*值為自變量（i），總分為因變量（），建立了一級優質米的最優回歸模型。=37.6722047+0.62384173761+1.85286616972 +0.042075267473（=0.8619，2=0.7428，=42.3578，=0.0000）。L*值每增加一個單位，評分增加0.6238分；a*值每增加一個單位，評分增加1.8529分；b*值每增加一個單位，評分增加0.0421分；模型校正后的擬合度為0.7428，即該回歸模型能解釋評分74.3%的表型變異。

夏谷區商品性和總得分前10名的品種主要分為2種類型：一種是a*值較低，L*值和b*值較高的金黃色品種，如冀谷39、豫谷33；一種是a*值較高，L*值和b*值較低的淺黃偏紅品種，如濟谷19、冀谷42。

春谷區商品性和總得分前10名的品種主要分為3種類型：一種是L*值較低，a*值和b*值較高的深黃品種，如2015KM826F7-75、峰紅4號；一種是L*值較高，a*值和b*值較低的淺黃品種，如榆谷抗1、赤紅1號；一種是a*值較高，L*值和b*值較低的淺黃偏紅品種，如張雜谷13、晉汾106。

*和**分別表示在＜0.05和＜0.01水平差異顯著* and ** refer correlation coefficient significant at 0.05 and 0.01 levels

3 討論

2001—2015年參加華北夏谷區區試且通過鑒定的品種有51個，其中，一級優質米17個，占33.3%[13]；參加西北春谷中晚熟區區試且通過鑒定的品種有29個，其中，一級優質米22個，占76%[14]。2017年5月，谷子實施非主要農作物品種登記，截至2018年底，全國11個省區255個谷子品種完成登記公告，約40%為一級優質米或市場認可的優質米品種，在生產中有效支撐了優質小米產業發展[15]。本研究表明，近三屆一級優質米的數量增加了133.3%，優質育種主要體現在7家科研單位。

河北省農林科學院谷子研究所結合色差分析對米色進行篩選，育成的冀谷39、冀谷42、冀谷45、冀雜金苗1號、冀谷168等均為一級優質米類型。被認為夏谷區商品性具有重大突破的冀谷39，克服了夏谷籽粒小、出米率低、米色淺的不足，米色金黃、粒大、商品性和適口性均突出，2017年被評為全國一級優質米，2018年通過農業部登記，2018—2020年連續三年列為河北省主導品種，2019年僅河北省推廣面積達4.36×104hm2，成為河北省和全國夏谷推廣面積最大的谷子品種，市場銷售價格顯著高于一般谷子品種，帶動了河北省谷子產業化生產和效益的提升。張家口市農科院近年來也注重提高雜交種的品質，張雜谷13扭轉了谷子雜交種高產品質差的印象，被評為全國一級優質米，推廣面積迅速擴大。安陽市農業科學院選育的豫谷18，不僅突破了光周期限制，在全國四大谷子生態區均能表現高產，而且在第八屆全國優質食用粟品質鑒評中，以總分第一名的成績被評為國家一級優質米，被譽為“谷子界的鄭單958”和國家現代農業產業技術體系十二五期間重大技術成果[16]。山東省農業科學院作物研究所把選育高黃色素含量高的品種作為谷子品質育種的重要內容，育成的濟谷19、濟谷20、濟谷21、濟谷24、濟谷25等均為一級優質米類型。山西省農業科學院谷子研究所、山西省農業科學院經濟作物研究所、赤峰市農牧科學研究院等單位也注重品質評價，不但選育了一批優質品種，也為品質選育提供了理論支持[17-19]。

色差儀是運用國際通用的色度空間對物體表面色度L*a*b*進行測量的儀器，具有速度快、精度高等優點，目前，已經廣泛應用于肉類、面粉、水果、茶葉等領域顏色的檢測[20-24]。張福彥等[25]利用色差儀研究了位點上的不同等位變異類型對活性和面粉色澤的影響。任夏等[20]研究認為，色差儀測量的顏色參數和煙葉顯色物質顯著相關，對于不同顏色及不同等級之間色度的差異可進行定量表征，且和人工感官評價結果一致，因此可應用于煙葉分級，具有準確、便捷等優勢。鄭浩等[26]探究了肉色評分與色度值、大理石紋評分和肌內脂肪含量之間的相關性，并建立了轉換模型，可將色度值轉換成肉色評分，便于比較。趙琳等[27]采用CR-310色彩色差計測定餃子面皮的顏色，研究顯示，餃子皮的L*與餃子的顏色和光澤相關性較高。雷激等[28]用色度儀代替人為感官評價對煮熟面條顏色進行定量測定，二者的相關系數為0.73。不同于其他作物，小米儲藏過程中容易褪色。候蕊[29]研究顯示，不同小米品種在儲藏過程中褪色速率也存在差異。因此，在利用色差儀進行小米米色評價時，應注意樣品存儲時間。

本研究表明商品性得分和總分的相關性最高，和總分、蒸飯得分極顯著正相關，因此，提高谷子的商品性對于品質育種具有重要意義。通過L*值、a*值、b*值對米色進行選擇是一種直觀、便捷的育種方法。張凡等[4]采用模糊感官綜合評價以及電子舌技術分析10種小米的食味品質，結果顯示，感官評價得分高的小米粥具有較高黃度（b*值），得分最低的小米粥黃色色澤最差，得分高的米粥往往具有更高的亮度（L*值）；10種小米粥的紅綠度（a*值）差異不大。尹瑞旸等[30]由主成分分析建立了小米飯食味品質模型，認為硬度、膠黏性及色澤特性對小米飯的綜合評價影響較大，小米L*值越大表明小米色澤越光亮，外觀品質越受歡迎。本研究建立的一級優質米回歸模型能解釋評分74.3%的表型變異。本研究認為，外觀品質與L*值、a*值、b*值都有關系，例如夏谷區，以冀谷39為代表的深黃品種a*值較低、L*值和b*值較高，以濟谷19為代表的淺黃品種a*值較高，L*值和b*值較低，它們屬于不同的米色類型，均受大眾喜愛。因此，在品質育種中，可以根據品種特點進行米色選擇。

4 結論

近三屆參加優質米評選的谷子品種呈增長的趨勢，許多單位在育種中注重品質選擇。優質將成為谷子品種改良的重要目標。商品性得分和總分的相關性最高，通過L*值、a*值、b*值對米色進行選擇是一種直觀、便捷的方法。外觀品質與L*值、a*值、b*值都有關系，在品質育種中，要根據品種特點進行米色選擇。

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Color difference analysis in the application of high quality Foxtail millet breeding

ZHANG Ting, WANG GenPing, LUO YanJie, LI Lin, GAO Xiang, CHENG RuHong, SHI ZhiGang, DONG Li, ZHANG XiRui, YANG WeiHong, XU LiShan

Institute of Millet Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/National Foxtail Millet Improvement Center/Cereal Crops Laboratory of Hebei Province, Shijiazhuang 050035

【】The color difference analysis for grain quality evaluation was conducted using the foxtail millet varieties participating national high-quality foxtail millet competition in recent years. The results, combined with the expert sensory evaluation, could improve high quality millet breeding.【】Millet varieties that participated in the past three high-quality millet competition in 2015, 2017, and 2019 were accounted, the L* values, a* values, b* values were determined by the color difference analysis, and the correlation analysis was performed with the commercial quality scores,cooking and eating quality scores and the total scores. 【】The number of millet varieties competed for high-quality increased by 82.3% in the last 3 sessions. summer-sowing varieties increased by 60.0% while spring-sowing was 100.0%. The number of first-class quality varieties increased by 133.3%, of which, 87.5% were bred by 7 scientific research institutes. 93.7% of the varieties were bred by cross breeding, 62.5% of which was herbicide resistant. Among all of the high-quality millets, the L* values ranged from 55.05 to 66.03 in summer-sowing region, which was from 53.12 to 68.84 in spring-sowing region. The a* values ranged from 1.63 to 8.74 in summer-sowing region, and that was from 2.13 to 8.59 in spring-sowing region. The b* values ranged from 54.50 to 75.35 in summer-sowing region, and that was from 40.07 to 71.40 in spring-sowing region. The L* values, a* values, b* values of all tested varieties and high-quality millets showed an increasing trend. Comparing with summer-sowing region, spring-sowing region had greater variation in b* value and the higher color richness. The commercial quality scores and the total scores were significantly correlated with L* values, a* values, b* values. The steamed millet scores were significantly correlated with L*, a* values. However, the millet congee scores were not significantly correlated with L* values, a* values, b* values.The correlation between commercial quality scores and total scores was the highest, with a correlation coefficient of 0.7528. The commercial quality scores were positively correlated with the steamed millet scores, but was not correlated with the millet congee scores. In the regression model of the first-grade high-quality millet, the L* values, a* values, b* values determined the 74.3% variation of the total score. The varieties with top 10 commercial quality scores and total scores in summer-sowing region were mainly divided into two types: one was the golden varieties with low a*, high L* and b * values, such as Jigu 39 and Yugu 33; the others were the light yellow varieties with high a*, low L* and b* values, such as Jigu 19 and Jigu 42. The varieties with top 10 commercial quality scores and total scores in spring-sowing region were mainly divided into three types: one was the dark yellow varieties with low L*, high a* and b * values, such as 2015KM826F7-75 and Fenghong 4 hao; one was the light yellow varieties with high L*, low a* and b* values, such as Yugukang 1 and Chihong 1 hao; one was the light yellow and red varieties with high a*, low L* and b* values, such as Zhangzagu 13 and Jinfen 106. 【】In the last three national competitions for high-quality foxtail millet varieties, the number of millet varieties showed an increasing trend. Many scientific research institutes have focused on quality breeding. In the future, high grain quality would become an important goal for millet improvement. The commercial quality score and total score showed strong correlation, so it was important to improve the commercial quality of millet for quality breeding. It was an intuitive and convenient breeding method to select millet color by the color difference L* values, a* values, b* values. The commercial quality score correlated with L* values, a* values, b* values, so millet color selection should be based on the characteristics of the variety in quality breeding.

foxtail millet; color difference analysis; good quality; correlationanalysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.003

2020-07-30；

2020-10-13

國家重點研發計劃（2019YFD1001700，2018YFD1000705-4）、河北省現代農業產業技術體系雜糧雜豆創新團隊優質夏谷崗位（HBCT2018070201）、國家谷子糜子產業技術體系（CARS-06-13.5-A7）、河北省科技計劃（F18R16227508D-8）、河北省農林科學院現代農業科技創新工程（2019-4-2-1）、河北省重點研發計劃（19226378D）、河北省農林科學院博士基金（F17E02）

張婷，Tel：13722879193；E-mail：jituier@126.com。王根平，Tel：13315487118；E-mail：wang521wgp@163.com。張婷與王根平為同等貢獻作者。通信作者程汝宏，Tel：18631103021；E-mail：rhcheng63@126.com。通信作者師志剛，Tel：18631125991；E-mail：shizhigang7869@126.com

（責任編輯 李莉）