137个微核心种质资源植酸含量的聚类分析

吴 澎陈建省田纪春

(山东农业大学国家作物生物学重点实验室 小麦品质育种研究室1,泰安 271018)

(山东农业大学食品科学与工程学院2,泰安 271018)

137个微核心种质资源植酸含量的聚类分析

吴 澎1,2陈建省1田纪春1

(山东农业大学国家作物生物学重点实验室 小麦品质育种研究室1,泰安 271018)

(山东农业大学食品科学与工程学院2,泰安 271018)

选择了我国微核心种质资源小麦 137份,测定了其全麦粉中的植酸含量。结果表明植酸平均含量为 21.04μg/mg;意大利春性小麦 PANDAS和我国地方品种白蚂蚱植酸含量最低,仅为 9.59μg/mg,而辐w070261的植酸含量高达 29.63μg/mg;绝大部分品种的植酸含量中等。对试验数据进行了聚类分析;137份种质材料在欧式距离 1.50水平可分为高、中、低植酸含量品种 3大类,各占供试品种的 3.45%、89.3%及7.25%。鉴定出一批高植酸和低植酸的特异种质资源,为综合利用和培育高植酸和低植酸特异小麦新品种提供参考。

植酸 微核心种质资源 小麦 聚类分析

小麦种质资源是现代小麦育种的重要亲本来源,是培育高产优质抗病小麦新品种的重要物质基础[1],对小麦种质资源的深入研究,不仅能提高选用育种材料的准确性,而且有利于提高小麦育种的科学预见性。一个育种单位能否育成好的品种,除了正确的育种目标和选育技术路线外,还取决于所掌握的品种资源的数量和质量。建国以来,我国小麦育种工作的进展和突破都依赖于关键性种质资源的发现和利用[2]。作为遗传资源或基因资源的种质资源,是指在作物遗传改良上具有利用价值或潜在利用价值的各种栽培植物及其野生、近缘种以及人工创造的变异类型的总称。由于核心种质以极少的种质数量即囊括了原资源群体中的全部或大多数变异类型,最大程度地去除了种质资源中的遗传重复,为解决当前巨大的资源收集量与资源深入评价及有效利用之间所存在的突出矛盾提供了一个十分有利的契入点[3]。中国小麦微核心种质是中国 2.3万份普通小麦种质资源的浓缩,具有广泛的遗传多样性。中国农科院 973项目“农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究”的研究发现用 5%左右的小麦核心种质样本可代表基础种质的 90%的遗传多样性。微核心种质用 1%,即 100、200份左右的样本,可代表基础种质的 70%以上的遗传多样性。李冬梅等[4]和夏云祥等[5]分别对中国小麦微核心种质中的部分材料进行了蛋白质含量和 SDS沉降值的测定,吕国锋等[6]通过对中国小麦微核心种质的品质测定,筛选出一批弱筋种质资源。但是中国小麦微核心种质资源的植酸含量及高、低植酸特异资源的筛选至今未见报道。

小麦中的植酸主要集中分布在糊粉层,84%～88%的植酸存在于麸皮中,胚芽部分植酸约占 10%,而淀粉部分 (胚乳)几乎不含植酸[7]。自 1921年Mellanby首次提出植酸对营养的影响以来,植酸与营养的关系一直是植酸研究的一个热点[8-10]。对其研究也主要集中在低植酸玉米、大麦、水稻、小麦的研究,以期开发一种兼具营养和环保功能的新型低植酸作物[11-13]。由于植酸具有独特的化学特性及特殊的生理和药理功能,其应用几乎涉及到了人类生活的全过程。植酸的开发利用作为一项绿色工程,应用到了工业、农业、食品、医药、日化、金属防腐等各个领域,其发展前景是非常广阔的。植酸不但毒性低,而且是一种易得的多功能天然物质。美国、日本等发达国家已把它作为新型添加剂广泛用于食品工业,其生产量和消费量逐年增加。在提取工艺方面,国外已有比较先进而成熟的各种方法。目前世界工业化生产植酸产量最大的是日本三井东压化学公司,产量 60～85吨。国外关于植酸生产和应用的研究每年都有大量专利报道[13]。小麦作为我国最主要的粮食作物之一,其麸皮中含量丰富的植酸一直被白白浪费,而我国对小麦及其加工产品中植酸的系统研究鲜见报道。

本研究以我国 9大麦区共 137份核心小麦种质资源品种(其中包括 12份国外引进小麦品种)为研究材料,测定了其植酸含量并进行了聚类分析。同时筛选出一批高植酸或低植酸种质资源,为黄河流域麦区优质专用小麦育种提供优良的育种材料。对提高小麦粉营养品质及综合开发利用小麦麸皮进一步推动我国植酸的研究开发均有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料和仪器

我国小麦微核心种质种质资源 137个品种,均由中国农科院作物科学研究所,农业部作物种质资源与生物技术重点实验室提供。2007年度种植在山东农业大学试验农场(China,36°57′N,116°36′E),试验地为棕壤,土壤肥沃,地力均匀。播前整地,每公顷施有机专用肥 3.75×104 kg、尿素 375 kg、磷酸二胺300 kg、氯化钾 225 kg、硫酸锌 15 kg。20 cm耕层内速效氮、磷、钾含量分别为 40.2 mg/kg、51.3 mg/kg和70.8 mg/kg左右。随机区组排列,2个重复。2006～2007年度,每小区种植 4行,行距 25 cm,行长 2 m, 10月 4日播种,生长期间未发生倒伏和病虫害。

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

MLU-22型 Buhler实验磨:瑞士 Buhler公司; UV-4802型紫外可见光分光光度计:美国尤尼柯公司。

1.2 试验方法

1.2.1 制粉

种子收获后,晒干储存于种子库中,试验时取每个小区的种子分别测定。用 Buhler实验磨通过AACC International 2000-26-21A方法制粉。

1.2.2 植酸含量测定

分别依次量取 0.1～1.0 mL 10份质量浓度为1.3 mg/mL植酸钠溶液至 10 mL试管中,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,放在试管架上入沸水浴中,保持沸水 30 min,拿出冷至室温,各加 2 mL 1%的 2,2′联吡啶 -巯基乙酸溶液,利用紫外可见光分光光度计在 519 nm测吸光度,做标准曲线[12]。

分别精确称取0.06 g材料小麦粉,加入0.4mol/L HCl 10mL于试管中,4℃下过夜提取。次日,各移取0.5 mL上清液,同上述标准曲线测定方法加入各试剂进行植酸测定。各重复 3次,取平均值。根据标准曲线,测得植酸含量。

1.3 数据处理

采用DPS7.05软件分析试验结果。

2 结果与分析

2.1 137份种质资源小麦的植酸含量

137份微核心种质资源全麦粉植酸含量为 9.59～29.63μg/mg(表 1)。

表 1 137份种质资源小麦植酸含量

续表1

测定结果表明,所选我国微核心种质资源小麦品种的植酸含量差别非常大,平均含量为 21.04μg/mg。PADOS和白蚂蚱品种植酸含量最低,仅为 9.59 μg/mg,都是不可多得的珍贵的低植酸种植资源。而辐w070261的植酸含量高达 29.63μg/mg,是白蚂蚱品种植酸含量的 3倍,是珍贵的高植酸种质资源。绝大部分品种的植酸含量是中等。

2.2 聚类分析

对供试种质的植酸含量按最短距离法进行聚类分析 (图 1),从图 1中可看出,137份种质材料在欧式距离 1.50水平可分为 3大类:(1)高植酸品种。辐w070261品种拥有高达 29.63μg/mg的植酸含量。这与文献中不同诱变因素诱发植酸含量突变的研究结果是一致的[13]。(2)中等植酸含量品种。包括兰溪旱小麦、小三月黄等 127个品种。植酸含量平均值为21.72μg/mg,占供试品种的 89.3%。(3)低植酸品种。包括白芒小麦、白蚂蚱等 10个品种。植酸含量平均值为11.71μg/mg,占供试品种的7.25%。

图1 137份种质植酸含量聚类图

3 讨论

金瑛[14]总结了国内外植酸的测定方法,总结出植酸定量分析方法除早期的氯化铁沉淀法和阴离子交换色谱法,主要有沉淀法、离子交换法、高效液相色谱法、高效离子色谱法、毛细管电泳法、核磁共振法等。沉淀法和部分离子交换法都缺乏鉴别 IP6及其水解产物的特异性,这些方法过高估计了样品中IP6的含量;用 HPLC、离子色谱法测定食品中的植酸有较好的一致性和可重复性,灵敏度较强,但设备昂贵;毛细管电泳法的缺点是灵敏度相对较低,尚需改进浓缩技术及更灵敏的检测技术以使其成为更实用的检测植酸的方法。核磁共振(NMR)法有一定的准确性及特异性,但设备昂贵,而且灵敏度较低,因此不能用来检测低浓度的肌醇磷酸酯,此外,组织中其他含磷化合物可能会干扰信号处理[15-18]。本试验所用的联吡啶微量体系法测定植酸,比起当前国家标准[19]及上述其他通用方法快捷简便,不需要昂贵仪器,也不需要通过测定无机磷这种间接的方法测定植酸,减少了误差。所用试剂联吡啶、巯基乙酸的价格相对昂贵且对人体有害,但是在防护得当的条件下可以得到较准确的数据,适宜于实验室科研使用。

对于小麦中植酸的含量研究的报道,不同科学工作者的数据有较大的差异。Garcia-Estepa等[20]测定数据表明植酸含量在全麦粉中的变幅在 9.6～22.2 μg/mg。Febles等[7]报道各种小麦粉植酸含量的数据为手工精粉为 3.77μg/mg、机械精粉为 2.96μg/mg、全麦粉为 8.50μg/mg。本试验所测中国小麦微核心种质全麦粉中的植酸含量为 9.59～29.63μg/mg,与Garcia-Estepa等测定结果相似。据分析,影响植酸含量差异的原因包括不同品种的遗传基因、特定区域、环境条件波动、耕种条件不同 (土壤、年份、肥料等)以及测定方法的差异等方面[21]。

4 结论

试验结果表明植酸平均含量为 21.04μg/mg;PA2 DOS和白蚂蚱品种植酸含量最低,仅为 9.59μg/mg,而辐w070261的植酸含量高达 29.63μg/mg,是白蚂蚱品种植酸含量的 3倍;绝大部分品种的植酸含量是中等。通过试验,从中国小麦微核心种质资源中筛选出一批宝贵的低植酸含量的种质,这对开发前述的兼具营养和环保功能的新型低植酸作物提供了优良的选择亲本。从中也筛选出一批珍贵的高植酸含量的种质,由于植酸具有独特的化学特性及特殊的生理和药理功能,作为一种易得的多功能天然物质,这对提供丰富的植酸资源也具有重要意义。这也给科学工作者的育种选取鉴定工作提供有用的理论数据。

志谢:本研究小麦样品由中国农业科学院作物所农业部作物种质资源与生物技术重点实验室贾继增、张学勇教授提供。

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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 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)10-0019-05

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

2009-10-02

吴澎,女,1972年出生,讲师,博士,农产品品质检测

田纪春,男,1954年出生,教授,博士生导师,谷物生理