10種油莎豆種質資源蛋白質氨基酸組成及其相互關系

摘要 ［目的］探討引入的10個不同種源地油莎豆種質資源的蛋白質氨基酸組成及其相互關系。［方法］引入不同種源地油莎豆種質資源，測定蛋白質、脂肪、粗纖維及氨基酸組成和含量情況，運用SPSS軟件進行對比分析。［結果］不同種源地油莎豆種質資源之間蛋白質、脂肪、粗纖維含量和必需氨基酸含量差異均顯著；不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量中，精氨酸的含量最高，甲硫氨酸含量最低；脯氨酸的變異系數最大，丙氨酸的變異系數最小；脯氨酸與其他15種氨基酸含量之間，甲硫氨酸與天冬氨酸、絲氨酸、組氨酸、賴氨酸、丙氨酸、精氨酸含量之間，賴氨酸與酪氨酸、纈氨酸含量之間的相關關系不明顯；甲硫氨酸與蘇氨酸、谷氨酸、纈氨酸、甘氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸含量之間呈顯著負相關關系；甲硫氨酸與酪氨酸含量之間呈極顯著負相關關系；谷氨酸與精氨酸含量之間呈顯著正相關關系；其余氨基酸含量之間均呈現極顯著正相關關系。［結論］絲氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸的含量可以綜合反映油莎豆的氨基酸含量情況。

關鍵詞 油莎豆；種質資源；氨基酸；相互關系

中圖分類號 S565.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）21-0102-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.21.021

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Composition & Interrelation of Protein and Amino Acid of 10 Germplasm Resources of Cyperus esculentus

ZHU Shu-juan1， KANG Cai-zhou1，AN Hong-yan2 et al

（1.Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou， Gansu 730000;2.Wuwei “Golden Avenue Horse Stepping on Flying Swallow” Big Sc92s7twlA6WjJzvW+ckrL7YPVdbv5XSe1R1tNhlcyFGs=enic Area Management Committee，Wuwei，Gansu 733000）

Abstract ［Objective］This study aims to make clear the composition & interrelation of protein and amino acid of 10 germplasm resources of Cyperus esculentus. ［Method］10 germplasm resources of Cyperus esculentus were introduced， their compositions of protein， fat， coarse fiber and amino acid were measured. Comparison analysis was done using SPSS software. ［Result］The compositions of protein， fat， coarse fiber and essential amino acid of the 10 germplasm resources of Cyperus esculentus are significantly different;in the amino acid of the 10 germplasm resources of Cyperus esculentus， the content of arginine is the highest and the content of methionine is the lowest. The variation coefficient of proline is the biggest and that of alanine is the smallest; there was no significant correlation between proline and other 15 amino acids， between methionine and aspartate， serine， histidine， lysine， alanine and arginine， and between lysine and tyrosine and valine. The contents of methionine were negatively correlated with threonine， glutamic acid， valine， glycine， leucine， isoleucine and phenylalanine. The contents of methionine and tyrosine were significantly negatively correlated. There was a significant positive correlation between glutamic acid and arginine content. The contents of other remaining amino acids showed a significant positive correlation. ［Conclusion］The contents of serine， methionine and proline can comprehensively reflect the amino acid content of Cyperus esculentus.

Key words Cyperus esculentus;Germplasm resource;Amino-acid;Interrelation

基金項目 中央財政林業科技推廣示范項目（〔2022〕ZYTG014）；甘肅省科技計劃國際科技合作類項目（21YF5WA039）。

作者簡介 朱淑娟（1972—），女，甘肅古浪人，正高級工程師，碩士，從事水土保持與荒漠化防治研究。*通信作者，研究員，從事生物多樣性保護及荒漠化防治研究。

收稿日期 2023-11-24；修回日期 2023-12-22

油莎豆（Cyperus esculentus L.）又稱虎堅果、油莎草等，原產于非洲和地中海沿岸，適應性強，生育期短，抗逆性強，耐瘠薄、生物量大，含油量高，附加值高，富含淀粉、優質蛋白和脂肪以及生物堿、萜類、亞油酸、甾醇等功能活性成分，是一種優質、高產、綜合利用價值很高的新型經濟作物［1-7］。氨基酸是構成蛋白質的基本單元，油莎豆中氨基酸的組成和含量可以作為評價其營養價值的重要指標，而食物中主要的限制氨基酸為賴氨酸和蛋氨酸，當其減少時會嚴重影響機體對蛋白質的利用，并且決定蛋白質的質量。通常，賴氨酸是谷類蛋白質的第一限制氨基酸，而蛋氨酸（含硫氨基酸）則是大多數非谷類植物蛋白質的第一限制氨基酸［7-9］。閆軍等［8］通過分析陜西靖邊引種油莎豆的一般成分、脂肪酸、氨基酸和礦質元素組成及含量來評價其營養價值，結果顯示，油莎豆富含淀粉、非還原糖和粗脂肪，油莎豆油含有12種脂肪酸，其中油酸含量高達74.20%，可作為生產油酸的原料；油莎豆蛋白氨基酸種類齊全，含量豐富，可以作為提取淀粉、糖和油脂的優良作物。房芳等［10］通過測定油莎豆蛋白體外模擬消化率與氨基酸組成，計算氨基酸評分、必需氨基酸指數、營養指數、生物價、氨基酸比值系數等來綜合評價油莎豆蛋白的營養價值，結果表明：油莎豆蛋白營養價值高，是一種優良的蛋白質，油莎豆蛋白的體外消化率為76%，含有18種氨基酸，第一限制氨基酸為蛋氨酸和半胱氨酸。段帥等［11］以內蒙古油莎豆主要栽培品種為材料，分析比較不同品種油莎豆的營養價值和品質差異，結果表明：圣漠1號可以用來制作油莎豆面粉及其制品，中油莎1號適用于提取高品質的油莎豆油，達旗1號更適合提取高純度的油酸，而豐產1號的各種營養物質比較均衡。劉玉蘭等［12］從全國7個省份采集9個油莎豆樣品，對其雜質、粒度、容重、千粒重、種皮顏色、果仁顏色、粒型、粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、水分、灰分及油莎豆油的酸價、過氧化值和脂肪酸組成進行檢測，結果顯示：不同產地油莎豆的性狀、組成及油脂品質均表現出一定差異。雖然已有眾多學者研究了油莎豆的營養價值、氨基酸組成及其評分情況，但有關不同種質資源油莎豆蛋白氨基酸組成及其相互關系的研究報道還很少。

筆者在甘肅省民勤縣引入10個不同種源地油莎豆種質資源，測量其蛋白質、脂肪、粗纖維含量及氨基酸組成和含量，同時運用相關性分析法和主成分分析法，探索不同種源地油莎豆種質資源蛋白氨基酸組成及其相互關系。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地設在巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠交接地帶的甘肅省民勤治沙綜合試驗站，三面環沙，屬典型的溫帶大陸性荒漠氣候。海拔1 375 m，年氣溫7.6 ℃，極端低溫-30.8 ℃，極端高溫40.0 ℃，年降水量113.2 mm，年蒸發量2 604.3 mm；年日照時數2 799.4 h，相對濕度47%，干燥度4.5以上，無霜期 175 d。年均風沙日83 d，多集中在3—5月，年均風速2.5 m/s。地帶性土壤為灰棕荒漠土和風沙土，pH 8.5左右，地下水位20 m，礦化度0.51～1.50 g/L。

1.2 供試材料

1.2.1 種子來源。從湖北、河南、甘肅等地引入中科院油莎豆6號、西班牙油莎豆、非洲油莎豆、俄羅斯油莎豆、河南油莎豆、武漢1號、武漢2號、甘肅小粒、甘肅中粒和甘肅大粒共10個不同種源地的油莎豆種質資源，在甘肅民勤治沙綜合試驗站開展試驗。

1.2.2 種子處理。用0.5%高錳酸鉀溶液浸泡20 min后用清水沖洗3～5次，然后浸泡在清水中48 h后晾干待播。

1.3 試驗設計

在水肥管理一致的前提下，將試驗田分為5個試驗小區，每個試驗小區鋪設條幅為1.4 m×10.0 m的黑色地膜10條，每條地膜種植1個種質資源，10個種質資源隨機布設在一個試驗小區內。播種深度為4 cm左右，株行距為30 cm×30 cm，重復5次。

1.4 測試指標

1.4.1 蛋白質含量測定。參照《食品中蛋白質的測定》GB 5009.5—2016凱氏定氮法。

1.4.2 脂肪含量測定。參照《食品中脂肪的測定》GB 5009.6—2016索氏抽提法。

1.4.3 粗纖維含量測定。參照《糧油檢驗糧食中粗纖維素含量測定》GB/T 5515—2008介質過濾法。

1.4.4 氨基酸測定。參照GB/T 5009.124—2003茚三酮比色法測定氨基酸組成及其含量。

1.5 數據處理

數據處理主要運用SPSS軟件，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同種源地油莎豆種質資源間各指標的差異（α=0.05），用Pearson相關系數評價不同指標間的相關關系，用主成分分析法反映起主導作用的指標因素。

2 結果與分析

2.1 不同種源地油莎豆種質資源營養物質基本情況

油莎豆營養價值高，不同地方、不同品種的油莎豆營養成分存在差異［5］。該研究測定不同種源地油莎豆種質資源的蛋白質、脂肪、粗纖維及必需氨基酸含量，結果顯示，不同種源地油莎豆種質資源均含有16種氨基酸，但蛋白質、脂肪、粗纖維及必需氨基酸的含量均有所不同。由圖1可知，10個不同種源地油莎豆種質資源中，甘肅小粒的蛋白質含量最高，武漢1號的蛋白質含量最低，二者相差44.66 g/kg；武漢2號的脂肪含量最高，甘肅小粒的脂肪含量最低，二者相差75.33 g/kg；武漢2號的粗纖維含量最高，俄羅斯油莎豆粗纖維含量最低，二者相差0.129百分點；甘肅小粒的必需氨基酸含量最高，武漢1號的必需氨基酸含量最低，二者相差0.602%。

方差分析結果顯示，不同種源地油莎豆種質資源之間蛋白質含量、脂肪含量、粗纖維含量和必需氨基酸含量差異均顯著（表1）。經多重比較，在0.05水平上，不同種源地油莎豆種質資源之間蛋白質含量、脂肪含量差異均顯著；武漢1號、中科院油莎豆6號和甘肅中粒之間的粗纖維含量差異不顯著，其他油莎豆種質資源之間的粗纖維含量差異顯著；非洲油莎豆與甘肅大粒之間、中科院油莎豆6號和俄羅斯油莎豆之間的必需氨基酸含量差異不顯著，其他油莎豆種質資源之間必需氨基酸含量差異均顯著（圖1）。

2.2 不同種源地油莎豆種質資源氨基酸組成

氨基酸是構成蛋白質的基本單元，油莎豆中氨基酸的組成和含量可以作為評價其營養價值的重要指標［7］。對引入的10個油莎豆種質資源氨基酸組成和含量進行了測定，結果見圖2。從圖2可見，不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量中，天冬氨酸、谷氨酸和精氨酸的含量均高于3.00 g/kg，分別為4.07、5.97和7.53 g/kg，其中精氨酸含量最高；纈氨酸、絲氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、丙氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸和甘氨酸的含量1.00～3.00 g/kg；甲硫氨酸、酪氨酸和組氨酸的含量均低于1.00 g/kg，分別為0.27、0.60、0.89 g/kg，其中甲硫氨酸含量最低。蘇氨酸、精氨酸和脯氨酸的變異系數均大于20%，其中脯氨酸的變異系數最大，高達102.623%，變幅為0.73～8.01 g/kg；天冬氨酸、絲氨酸、異亮氨酸、組氨酸、酪氨酸、纈氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和亮氨酸的變異系數為10%～20%；丙氨酸的變異系數小于10%，是變異系數最小的氨基酸，僅9.859%，變幅為1.74～2.52 g/kg。

2.3 不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量相關性分析

不同油莎豆種質資源氨基酸含量之間均存在一定相關性，結果見表2。由表2可知，亮氨酸、酪氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、丙氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、蘇氨酸、甘氨酸與天冬氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中天冬氨酸含量與組氨酸含量之間的相關性最大，為0.984。組氨酸、絲氨酸、精氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、丙氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、甘氨酸與蘇氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中蘇氨酸含量與甘氨酸含量之間的相關系數最大，達0.994；蘇氨酸含量與甲硫氨酸含量之間顯著負相關關系（P<0.05），相關系數為-0.430。異亮氨酸、賴氨酸、精氨酸、亮氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、谷氨酸、纈氨酸與絲氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中絲氨酸含量與異亮氨酸含量之間的相關系數最大，達0.989。苯丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、組氨酸、賴氨酸、丙氨酸、酪氨酸、甘氨酸、異亮氨酸與谷氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中谷氨酸含量與甘氨酸含量之間的相關系數最大，達0.974；谷氨酸含量與精氨酸含量之間呈顯著正相關關系（P<0.05），相關系數為0.447；谷氨酸含量與甲硫氨酸含量之間呈顯著負相關關系（P<0.05），相關系數為-0.548。甘氨酸含量與丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、賴氨酸、精氨酸含量之間均呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中甘氨酸含量與異亮氨酸含量之間的相關系數最大，達0.992；甘氨酸含量與甲硫氨酸含量之間呈顯著負相關關系（P<0.05），相關系數為-0.414。異亮氨酸、精氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、纈氨酸、酪氨酸與丙氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中賴氨酸含量與丙氨酸含量之間的相關系數最大，達0.955；組氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、異亮氨酸、酪氨酸與纈氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中纈氨酸含量與亮氨酸含量之間的相關系數最大，達0.999；纈氨酸含量與甲硫氨酸含量之間呈顯著負相關關系（P<0.05），相關系數為-0.403。甲硫氨酸含量與酪氨酸含量之間呈極顯著負相關關系（P<0.01），相關系數為-0.471；甲硫氨酸含量與異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸含量之間均呈顯著負相關關系（P<0.05）。賴氨酸、酪氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、組氨酸與異亮氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中苯丙氨酸含量與異亮氨酸含量之間的相關系數最大，達0.997。賴氨酸、酪氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、組氨酸與亮氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中苯丙氨酸含量與亮氨酸含量之間的相關系數最大，達0.997。組氨酸、精氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸與酪氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中苯丙氨酸含量與酪氨酸含量之間的相關系數最大，達0.977。賴氨酸、精氨酸、苯丙氨酸與組氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中苯丙氨酸含量與賴氨酸含量之間的相關系數最大，達0.967。組氨酸含量與賴氨酸、精氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），其中組氨酸含量與精氨酸含量之間的相關系數最大，達0.829。賴氨酸含量與精氨酸含量之間呈極顯著正相關關系（P<0.01），相關系數為0.527。

2.4 不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量主成分分析

由表3主成分的特征值和貢獻率可知，經主成分分析提取的前3個主成分的特征值均大于1，累計方差貢獻率為94.563%，表明3個主成分已經包含16個氨基酸的絕大部分信息。因此，選用前3個主成分作為數據分析的有效成分。主成分矩陣結果顯示，第1個主成分為絲氨酸，第2個主成分為甲硫氨酸，第3個主成分為脯氨酸，這3種氨基酸含量可以綜合反映油莎豆的氨基酸含量情況。

3 討論

主成分分析結果顯示，絲氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸的含量可以綜合反映油莎豆的氨基酸含量。結合氨基酸含量之間的相關性分析結果，除甲硫氨酸和脯氨酸外，絲氨酸與其他13種氨基酸含量之間均呈極顯著正相關關系，與人體必需氨基酸蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸含量之間的相關系數分別為0.985、0.986、0.989、0.980、0.984和0.957，均接近最大值1；綜合分析不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量情況，蛋氨酸含量最低，除精氨酸和天冬氨酸外，甲硫氨酸含量與其他氨基酸含量均呈負相關關系，且相關系數的絕對值低于0.5，而甲硫氨酸是油莎豆蛋白的第一限制氨基酸［9］；脯氨酸與其他15種氨基酸含量之間的相關關系均不顯著，且相關系數的絕對值≤0.365。因此，絲氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸的含量可以綜合反映油莎豆的氨基酸含量情況。

4 結論

（1）不同種源地油莎豆種質資源均含有16種氨基酸，但蛋白質、脂肪、粗纖維及必需氨基酸的含量均有所不同。方差分析結果表明，不同種源地油莎豆種質資源之間蛋白質含量、脂肪含量、粗纖維含量和必需氨基酸含量差異均顯著。

（2）不同種源地油莎豆種質資源氨基酸含量中，精氨酸含量最高，為7.53 g/kg，甲硫氨酸含量最低，為0.27 g/kg；脯氨酸的變異系數最大，高達102.623%，變幅為0.73～8.01 g/kg，丙氨酸的變異系數最小，僅為9.859%，變幅為1.74～2.52 g/kg。

（3）脯氨酸與其他15種氨基酸含量之間，甲硫氨酸與天冬氨酸、絲氨酸、組氨酸、賴氨酸、丙氨酸、精氨酸含量之間，賴氨酸與酪氨酸、纈氨酸含量之間相關關系不顯著；異亮氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、甘氨酸、谷氨酸、亮氨酸與甲硫氨酸含量之間呈顯著負相關關系；甲硫氨酸與酪氨酸含量之間呈極顯著負相關關系；谷氨酸與精氨酸含量之間呈顯著正相關關系；其余氨基酸含量之間均呈極顯著正相關關系。

（4）絲氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸的含量可以綜合反映油莎豆的氨基酸含量。

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