137個微核心種質資源植酸含量的聚類分析

吳 澎陳建省田紀春

(山東農業大學國家作物生物學重點實驗室 小麥品質育種研究室1,泰安 271018)

(山東農業大學食品科學與工程學院2,泰安 271018)

137個微核心種質資源植酸含量的聚類分析

吳 澎1,2陳建省1田紀春1

(山東農業大學國家作物生物學重點實驗室 小麥品質育種研究室1,泰安 271018)

(山東農業大學食品科學與工程學院2,泰安 271018)

選擇了我國微核心種質資源小麥 137份,測定了其全麥粉中的植酸含量。結果表明植酸平均含量為 21.04μg/mg;意大利春性小麥 PANDAS和我國地方品種白螞蚱植酸含量最低,僅為 9.59μg/mg,而輻w070261的植酸含量高達 29.63μg/mg;絕大部分品種的植酸含量中等。對試驗數據進行了聚類分析;137份種質材料在歐式距離 1.50水平可分為高、中、低植酸含量品種 3大類,各占供試品種的 3.45%、89.3%及7.25%。鑒定出一批高植酸和低植酸的特異種質資源,為綜合利用和培育高植酸和低植酸特異小麥新品種提供參考。

植酸 微核心種質資源 小麥 聚類分析

小麥種質資源是現代小麥育種的重要親本來源,是培育高產優質抗病小麥新品種的重要物質基礎[1],對小麥種質資源的深入研究,不僅能提高選用育種材料的準確性,而且有利于提高小麥育種的科學預見性。一個育種單位能否育成好的品種,除了正確的育種目標和選育技術路線外,還取決于所掌握的品種資源的數量和質量。建國以來,我國小麥育種工作的進展和突破都依賴于關鍵性種質資源的發現和利用[2]。作為遺傳資源或基因資源的種質資源,是指在作物遺傳改良上具有利用價值或潛在利用價值的各種栽培植物及其野生、近緣種以及人工創造的變異類型的總稱。由于核心種質以極少的種質數量即囊括了原資源群體中的全部或大多數變異類型,最大程度地去除了種質資源中的遺傳重復,為解決當前巨大的資源收集量與資源深入評價及有效利用之間所存在的突出矛盾提供了一個十分有利的契入點[3]。中國小麥微核心種質是中國 2.3萬份普通小麥種質資源的濃縮,具有廣泛的遺傳多樣性。中國農科院 973項目“農作物資源核心種質構建、重要新基因發掘與有效利用研究”的研究發現用 5%左右的小麥核心種質樣本可代表基礎種質的 90%的遺傳多樣性。微核心種質用 1%,即 100、200份左右的樣本,可代表基礎種質的 70%以上的遺傳多樣性。李冬梅等[4]和夏云祥等[5]分別對中國小麥微核心種質中的部分材料進行了蛋白質含量和 SDS沉降值的測定,呂國鋒等[6]通過對中國小麥微核心種質的品質測定,篩選出一批弱筋種質資源。但是中國小麥微核心種質資源的植酸含量及高、低植酸特異資源的篩選至今未見報道。

小麥中的植酸主要集中分布在糊粉層,84%～88%的植酸存在于麩皮中,胚芽部分植酸約占 10%,而淀粉部分 (胚乳)幾乎不含植酸[7]。自 1921年Mellanby首次提出植酸對營養的影響以來,植酸與營養的關系一直是植酸研究的一個熱點[8-10]。對其研究也主要集中在低植酸玉米、大麥、水稻、小麥的研究,以期開發一種兼具營養和環保功能的新型低植酸作物[11-13]。由于植酸具有獨特的化學特性及特殊的生理和藥理功能,其應用幾乎涉及到了人類生活的全過程。植酸的開發利用作為一項綠色工程,應用到了工業、農業、食品、醫藥、日化、金屬防腐等各個領域,其發展前景是非常廣闊的。植酸不但毒性低,而且是一種易得的多功能天然物質。美國、日本等發達國家已把它作為新型添加劑廣泛用于食品工業,其生產量和消費量逐年增加。在提取工藝方面,國外已有比較先進而成熟的各種方法。目前世界工業化生產植酸產量最大的是日本三井東壓化學公司,產量 60～85噸。國外關于植酸生產和應用的研究每年都有大量專利報道[13]。小麥作為我國最主要的糧食作物之一,其麩皮中含量豐富的植酸一直被白白浪費,而我國對小麥及其加工產品中植酸的系統研究鮮見報道。

本研究以我國 9大麥區共 137份核心小麥種質資源品種(其中包括 12份國外引進小麥品種)為研究材料,測定了其植酸含量并進行了聚類分析。同時篩選出一批高植酸或低植酸種質資源,為黃河流域麥區優質專用小麥育種提供優良的育種材料。對提高小麥粉營養品質及綜合開發利用小麥麩皮進一步推動我國植酸的研究開發均有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

我國小麥微核心種質種質資源 137個品種,均由中國農科院作物科學研究所,農業部作物種質資源與生物技術重點實驗室提供。2007年度種植在山東農業大學試驗農場(China,36°57′N,116°36′E),試驗地為棕壤,土壤肥沃,地力均勻。播前整地,每公頃施有機專用肥 3.75×104 kg、尿素 375 kg、磷酸二胺300 kg、氯化鉀 225 kg、硫酸鋅 15 kg。20 cm耕層內速效氮、磷、鉀含量分別為 40.2 mg/kg、51.3 mg/kg和70.8 mg/kg左右。隨機區組排列,2個重復。2006～2007年度,每小區種植 4行,行距 25 cm,行長 2 m, 10月 4日播種,生長期間未發生倒伏和病蟲害。

水合植酸鈉:Sigma公司,P8810-10G(1407789 53708014)。

MLU-22型 Buhler實驗磨:瑞士 Buhler公司; UV-4802型紫外可見光分光光度計:美國尤尼柯公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 制粉

種子收獲后,曬干儲存于種子庫中,試驗時取每個小區的種子分別測定。用 Buhler實驗磨通過AACC International 2000-26-21A方法制粉。

1.2.2 植酸含量測定

分別依次量取 0.1～1.0 mL 10份質量濃度為1.3 mg/mL植酸鈉溶液至 10 mL試管中,各加入 0.2 mol/L HCl至 10 mL,配制成含有 3.12～31.2μg/mL植酸磷的溶液。各移取 0.5 mL上清液,加 1 mL 2.5%的(NH4)6MO7O20溶液,放在試管架上入沸水浴中,保持沸水 30 min,拿出冷至室溫,各加 2 mL 1%的 2,2′聯吡啶 -巰基乙酸溶液,利用紫外可見光分光光度計在 519 nm測吸光度,做標準曲線[12]。

分別精確稱取0.06 g材料小麥粉,加入0.4mol/L HCl 10mL于試管中,4℃下過夜提取。次日,各移取0.5 mL上清液,同上述標準曲線測定方法加入各試劑進行植酸測定。各重復 3次,取平均值。根據標準曲線,測得植酸含量。

1.3 數據處理

采用DPS7.05軟件分析試驗結果。

2 結果與分析

2.1 137份種質資源小麥的植酸含量

137份微核心種質資源全麥粉植酸含量為 9.59～29.63μg/mg(表 1)。

表 1 137份種質資源小麥植酸含量

續表1

測定結果表明,所選我國微核心種質資源小麥品種的植酸含量差別非常大,平均含量為 21.04μg/mg。PADOS和白螞蚱品種植酸含量最低,僅為 9.59 μg/mg,都是不可多得的珍貴的低植酸種植資源。而輻w070261的植酸含量高達 29.63μg/mg,是白螞蚱品種植酸含量的 3倍,是珍貴的高植酸種質資源。絕大部分品種的植酸含量是中等。

2.2 聚類分析

對供試種質的植酸含量按最短距離法進行聚類分析 (圖 1),從圖 1中可看出,137份種質材料在歐式距離 1.50水平可分為 3大類:(1)高植酸品種。輻w070261品種擁有高達 29.63μg/mg的植酸含量。這與文獻中不同誘變因素誘發植酸含量突變的研究結果是一致的[13]。(2)中等植酸含量品種。包括蘭溪旱小麥、小三月黃等 127個品種。植酸含量平均值為21.72μg/mg,占供試品種的 89.3%。(3)低植酸品種。包括白芒小麥、白螞蚱等 10個品種。植酸含量平均值為11.71μg/mg,占供試品種的7.25%。

圖1 137份種質植酸含量聚類圖

3 討論

金瑛[14]總結了國內外植酸的測定方法,總結出植酸定量分析方法除早期的氯化鐵沉淀法和陰離子交換色譜法,主要有沉淀法、離子交換法、高效液相色譜法、高效離子色譜法、毛細管電泳法、核磁共振法等。沉淀法和部分離子交換法都缺乏鑒別 IP6及其水解產物的特異性,這些方法過高估計了樣品中IP6的含量;用 HPLC、離子色譜法測定食品中的植酸有較好的一致性和可重復性,靈敏度較強,但設備昂貴;毛細管電泳法的缺點是靈敏度相對較低,尚需改進濃縮技術及更靈敏的檢測技術以使其成為更實用的檢測植酸的方法。核磁共振(NMR)法有一定的準確性及特異性,但設備昂貴,而且靈敏度較低,因此不能用來檢測低濃度的肌醇磷酸酯,此外,組織中其他含磷化合物可能會干擾信號處理[15-18]。本試驗所用的聯吡啶微量體系法測定植酸,比起當前國家標準[19]及上述其他通用方法快捷簡便,不需要昂貴儀器,也不需要通過測定無機磷這種間接的方法測定植酸,減少了誤差。所用試劑聯吡啶、巰基乙酸的價格相對昂貴且對人體有害,但是在防護得當的條件下可以得到較準確的數據,適宜于實驗室科研使用。

對于小麥中植酸的含量研究的報道,不同科學工作者的數據有較大的差異。Garcia-Estepa等[20]測定數據表明植酸含量在全麥粉中的變幅在 9.6～22.2 μg/mg。Febles等[7]報道各種小麥粉植酸含量的數據為手工精粉為 3.77μg/mg、機械精粉為 2.96μg/mg、全麥粉為 8.50μg/mg。本試驗所測中國小麥微核心種質全麥粉中的植酸含量為 9.59～29.63μg/mg,與Garcia-Estepa等測定結果相似。據分析,影響植酸含量差異的原因包括不同品種的遺傳基因、特定區域、環境條件波動、耕種條件不同 (土壤、年份、肥料等)以及測定方法的差異等方面[21]。

4 結論

試驗結果表明植酸平均含量為 21.04μg/mg;PA2 DOS和白螞蚱品種植酸含量最低,僅為 9.59μg/mg,而輻w070261的植酸含量高達 29.63μg/mg,是白螞蚱品種植酸含量的 3倍;絕大部分品種的植酸含量是中等。通過試驗,從中國小麥微核心種質資源中篩選出一批寶貴的低植酸含量的種質,這對開發前述的兼具營養和環保功能的新型低植酸作物提供了優良的選擇親本。從中也篩選出一批珍貴的高植酸含量的種質,由于植酸具有獨特的化學特性及特殊的生理和藥理功能,作為一種易得的多功能天然物質,這對提供豐富的植酸資源也具有重要意義。這也給科學工作者的育種選取鑒定工作提供有用的理論數據。

志謝:本研究小麥樣品由中國農業科學院作物所農業部作物種質資源與生物技術重點實驗室賈繼增、張學勇教授提供。

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ClusterAnalysis of Phytic Acid for 137Wheat Micro-Core Collections

Wu Peng1,2Chen Jiansheng1Tian Jichun1
(State KeyLaboratory of Crop Biology/Group ofQualityWheatBreeding of of Shandong AgriculturalUniversity1,Tai′an 271018)
(College of Food Science and Engineering,ShandongAgriculturalUniversity2,Tai′an 271018)

The contents of phytic acid for 137 Chinese wheatmicro-core germ plasm resourceswere measured and their cluster analysis was conducted.Results:The average content of phytic acid is 21.04μg/mg.Italy spring wheat PANDAS and Chinese wheatBaimazha have the lowest phytic acid content 9.59μg/mg,and Chinese irradiated wheatw070261 has the highestphytic acid content29.63μg/mg;most samples havemedium contents.The 137 ger m plasm materials are cluster analyzed into high,average,and low types in phytic acid content,which account for 3.45%,89.3%,and 7.25%,respectively.The identified sets of special germ plas m materialwith high or low phytic acid content offer reference for breeding special new varieties in phytic acid content.

phytic acid,micro-core germ plasm resource,wheat,cluster analysis

S512 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)10-0019-05

863計劃(2006AA100101),973計劃 (2009CB118301)

2009-10-02

吳澎,女,1972年出生,講師,博士,農產品品質檢測

田紀春,男,1954年出生,教授,博士生導師,谷物生理