论文部分内容阅读
摘要：對16个普通油酸、74个高油酸花生基因型子仁钙、钾、镁、硼、铁5种矿质元素含量进行分析，发现其变幅分别为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。鉴定出这5种矿质元素含量高或低的材料7个，其中16L29（花育969）在历年测产中均比对照花育33号子仁增产。首次提出了基于概率分级方法的花生子仁矿质元素含量分级标准。5种元素改良潜力以钙最高，铁最低，硼、钾、镁居中。矿质元素含量与主要品质指标、发芽指标和耐盐碱性存在一定相关性;但与百仁重相关性不显著，说明对大粒和小粒花生矿质元素含量进行遗传改良是可能的;耐苏打盐碱花生应具有较高的铁、钙利用效率和较低的镁利用效率。聚类分析中子仁某种矿质元素含量最高、最低的花生基因型分别聚为一组或一个亚组。本研究结果对花生矿质元素改良育种具有指导意义。
关键词：花生;子仁;矿质元素;分级;品质指标;发芽指标;耐苏打盐碱
中图分类号：S565.203.4 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2019）08-0102-08
Peanut Kernel Mineral Content and Its Relationship with Main Quality Properties，
Germination Characteristics and Salt-Alkali Tolerance
Wang Chuantang 2， Wang Zhiwei2*， Wang Xiuzhen2， Hu Dongqing3， Wang Qiang4， Gong Qingxuan2， Feng Hao2， Yang Tongrong5， Du Zubo Li Weiqing Li Qiu Tang 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 People’s Republic of China， Qingdao 26600 China; 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. Keywords Peanut; Kernel; Mineral element; Classification; Quality index; Germination index; Sodic and salt-alkali tolerance
花生富含优质食用油脂和高消化率蛋白，是国内外主要的油、食两用经济作物。近年来我国花生食用比例不断上升，2010—2013年间达39.6%，比20世纪90年代提高了4.8个百分点，但仍比美国同期低18.9个百分点[1]，我国食用花生还有很大发展空间。培育优质食用型品种是我国当前及今后相当长时期内重要的花生育种目标之一。
元素周期表的天然元素中，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物形式存在外，其余统称矿物质或矿质元素（minerals）[2]。食物矿质元素含量与人体健康息息相关。根据其在哺乳动物体内累积量不同，矿质元素可分为大量元素（又称常量或宏量元素，macroelements）和微量元素（microelements，trace elements）。对人体而言，通常超出体重万分之一的被称为大量元素，即钙、氯、镁、磷、钾、钠和硫;微量元素包括铬、钴、铜、氟、碘、铁、锰、钼、镍、硒、硅和锌等，其通常作为营养的辅因子，于健康有益，但如摄取过量则可能引起中毒。虽然花生食品已成功用于解决贫困地区儿童营养不良的问题[3]，且已成为太空食品[4，5]，但迄今花生品质研究多集中于脂肪酸、油分，而关于矿质元素含量方面，主要涉及普通油酸含量栽培种花生基因型、环境及其互作效应[6-8]，非生物胁迫、栽培和植保措施对矿质元素含量的影响[9-11]，以及矿质元素缺乏对植株生长发育、子仁营养品质和种用品质的影响等[12-14]，而有关花生矿质元素含量遗传改良方面的研究尚未见报道。
本研究以本项目组新近育成的84个花生品种（系）及花育33号等6个对照品种（其中16个为普通油酸花生，74个为高油酸花生）为试材，测定子仁钙、钾、镁、硼、铁含量，并结合产量鉴定结果筛选优异材料，研究矿质元素含量与主要品质指标、发芽指标和耐苏打盐碱性的关系，以期为花生矿质元素含量改良育种提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
参试花生基因型共90个（表1），包括16个普通油酸材料、74个高油酸材料。参试花生材料于2016年种植于山东省花生研究所莱西试验站，地膜覆盖栽培，管理措施同常规。
1.2 试验方法
1.2.1 矿质元素含量测定及分级 花生收获干燥后，即送青岛动植物检验检疫局测试中心按SFB 0088—2014检测方法测定钙、钾、镁、硼、铁5种矿质元素含量。矿质元素改良潜力根据段乃雄等[15]的方法计算：改良潜力=（最高含量-平均含量）/平均含量 ×100%。
采用χ2 检验法对花生矿质元素含量分布的正态性进行检验，采用刘孟军等[16，17]的概率分级方法进行分类，对符合正态分布的性状用（均值-1.2818×标准差）、（均值-0.5246×标准差）、（均值+0.5246×标准差）和（均值+1.2818×标准差）4个分点将其分为A、B、C、D、E 5个等级，其出现概率分别为10%、20%、40%、20%和10%。
1.2.2 主要品质指标测定 油分、蛋白质、可溶性糖、蔗糖、维生素E、油酸、棕榈酸和芥酸含量采用本团队建立的近红外模型估测。
1.2.3 发芽指标测定 根据矿质元素含量测定结果选取高、中、低不同元素含量试材共计20份（16L62、16L29、16L72、16L65、16L119、16L30、16S5、16L37、16L7、16L115、16L68、16S1、16S2、16S4、16L4、16L5、16L10、16L11、16L12、16L13），各取30粒进行发芽试验。发芽前先用0.01%多菌灵和0.1%乙烯利浸泡3 h，然后于25℃培养箱中卷筒发芽[18，19]。逐日用游标卡尺测量芽长，取平均。芽长大于等于1/3种子长度的记为发芽。按下述公式计算种子发芽各项指标[19]：
发芽势=第3天发芽种子总粒数/30粒×100% ;
发芽率=第7天的发芽种子总粒数/30粒×100% ;
芽长=胚根长+下胚轴长 ;
简化活力指数（SVI）=发芽势×芽长均值 ;
芽长指数=∑（Li/Di），其中Li为第i日测量的芽长均值，Di为发芽日数。
1.2.4 耐盐碱性评价 选用16S1、16S2、16S5、16S7、16L11、16L7、16L2、16L3和16L6（963） 9个花生基因型在吉林白城苏打盐碱地和非盐碱地种植，获得2016、2017两年的子仁产量数据，按就低不就高的原则计算相对产量，根据相对产量数值进行耐盐碱性评价[20]。
1.2.5 相关与聚类分析 利用DPS 14.50软件计算不同矿质元素之间、矿质元素含量与其他指标之间的Pearson相关系数和Spearman秩相关系数;进行典型相关分析、回归与偏相关分析和主导分析;对原始数据进行标准化转换后计算卡方距离，采用可变类平均法进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 矿质元素含量统计结果
90个花生基因型的钙含量变幅为171.00～990.10 mg/kg，钾含量变幅为2 987.10～10 112.70 mg/kg，镁含量变幅为840.40～2 607.20 mg/kg，硼含量变幅为10.10～32.20 mg/kg，铁含量变幅为8.10～22.40 mg/kg（表2）。5种矿质元素含量的变异系数差异较小，为11.19%～14.13%。经χ2 检验5种矿质元素含量均符合正态分布，按刘孟军等[16，17]的方法得到4个分点值（表2），可據此将90个基因型分为5级（按矿质元素含量由低到高依次编码A、B、C、D、E）。按由低到高顺序，钙含量5级基因型数分别为6、22、37、18、7，钾为6、21、41、13、9，镁为5、17、50、10、8，硼为7、23、38、12、10，铁为8、18、43、13、8。 5种矿质元素含量改良潜力以钙最高，达114.58%;铁最低，为57.48%;硼、钾、镁居中，为73.99%～82.57%（表2）。
2.2 高或低矿质元素含量品系及其产量表现
共选出某种矿质元素含量高或低的花生基因型7份（表3）。其含油量、蛋白质含量、油酸含量及产量表现如表4所示。其中16L29（花育969）在历年测产中均比对照花育33号子仁增产。
2.3 矿质元素含量间的相关关系
5种矿质元素含量间均存在极显著正相关关系（表5）。钾含量与镁含量相关系数最大，为0.8995;钾含量与钙含量相关系数最低，为0.5997。
2.4 矿质元素含量与主要品质指标间的相关关系
2.4.1 Spearman秩相关分析 由表6可见，钙含量与芥酸含量呈极显著负相关，与蛋白质含量呈显著正相关，与可溶性糖、蔗糖、棕榈酸含量呈显著负相关;钾含量与蛋白质含量呈显著负相关，与棕榈酸含量呈显著正相关;铁含量与含油量呈显著正相关，与可溶性糖和芥酸含量呈显著负相关。
2.4.2 典型相关分析 5种元素含量与7种品质指标两组变量间存在明显的相关关系，第1个、第2个典型相关系数分别为λ1=0.7395、λ2=0.4545，达极显著或显著水平，因此可取前两对典型变量来分析矿质元素含量与主要品质指标间的关系。两组典型变量构成成分如表7、表8所示。第1对典型变量主要反映了子仁钾含量与棕榈酸、油酸含量的正相关关系，第2对典型变量则主要反映了子仁硼含量与棕榈酸、油酸含量的负相关关系。
2.5 矿质元素含量与百仁重、出米率的相关关系
5种矿质元素含量与百仁重相关均性不显著，子仁钾、硼含量与出米率分别呈极显著和显著负相关（表9）。说明出米率高的花生，子仁钾、硼含量呈较低的趋势，换言之，按作物元素利用效率定义，高出米率花生倾向于具有较高的钾、硼利用效率。
2.6 矿质元素含量与非胁迫条件下种子发芽指标间的相关关系
Pearson相关分析结果表明，芽长指数与子仁钾含量呈显著正相关（r=0.4606）。 Spearman秩相关分析显示，芽长指数与铁含量呈显著正秩相关（r=0.4271），其余矿质元素含量与发芽指标间不存在显著秩相关关系。
典型相关分析结果表明，5种元素含量与种子发芽指标两组变量间存在明显相关关系，第1个典型相关系数为λ1=0.8389，达显著水平，因此可取第1对典型变量来分析元素含量与种子发芽指标间的关系。两组典型变量构成成分如表10、表11所示，主要反映了子仁钾含量与芽长指数的正相关关系。
2.7 矿质元素含量与耐苏打盐碱的相关关系
Spearman秩相关分析表明，子仁钙、钾、镁、铁含量与苏打盐碱地种植条件下2016、2017两年的较低相对产量呈显著负相关，相关系数分别为-0.7500、-0.6833、-0.7500、-0.7000。
回归分析得出较低相对产量Y=50.0713-0.6135X1+0.0167X2+0.2997X3-5.4002X4-11.3258X5（P=0.0365），其中，Y指较低相对产量，X1、X2、X3、X4、X5分别指钙、钾、镁、硼、铁的含量。可以看出，子仁镁含量高、钙和铁含量低的花生对苏打盐碱有较强的耐受性（表12）。
进一步进行主导因素分析，结果表明，对较低相对产量的贡献率，铁含量（25.01%）>镁含量（20.85%）>钙含量（20.10%）。
2.8 聚类分析
根据5种矿质元素含量，可将90个花生基因型分为3组（图1），即高含量组（某种矿质元素含量最高的材料均出现于该组）、中-高组、低-中组。其中低-中组还可进一步分为两个亚组，即低含量亚组（某种矿质元素含量最低的材料均出现于该组）和低-中亚组。
3 讨论与结论
3.1 关于5种矿质元素含量
Gaines和Hammons[7]曾汇总了花生子仁矿质元素含量相关文献中各元素测定结果，钙、钾、镁、硼、铁5种元素含量范围分别为100～900、5 000～11 300、900～3 400、9～31、14～57 mg/kg。Phan-Thien等[8]的报道中，9份花生材料5种矿质元素含量分别为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份美国微核心种质的子仁矿质元素含量，钙为250～930 mg/kg，钾为7 070～11 130 mg/kg，镁为1 570～2 530 mg/kg，硼为19.84～48.97 mg/kg，铁为17.71～33.50 mg/kg。Upadhayaya等[21]利用184份微核心种质和4份对照研究发现，连续开花和交替开花亚种铁含量变幅分别为20.7～30.8、18.3～30.1 mg/kg。前述3篇文献[8，6，21]中5种元素除Wang等[6]硼元素上限较高外，其余含量变幅均窄于Gaines和Hammons[7]汇总结果。Thornton等[22]报道，51份花生材料钙含量变幅为764～1 276 mg/kg，本研究中钙含量为171～990.10 mg/kg，上限均高于Gaines和Hammons[7]汇总结果。本研究硼含量上限高于Gaines和Hammons[7]汇总结果，但低于Wang等[6]的报道，钾、镁、铁含量下限则低于Gaines和Hammons[7]汇总结果。某种元素含量高的基因型在生物强化中具有较高潜在利用价值;某元素含量低的基因型则具有高的该元素利用效率，有利于在大田生产中减少肥料施用。 3.2 關于环境因素对子仁矿质元素含量的影响
Gaines和Hammons[7]发现，花生子仁中的钙含量与降水、镁含量与土壤镁含量呈正相关关系。Thornton等[22]估算的晚熟、中熟和弗吉尼亚型花生钙含量广义遗传力分别只有26%、19%和41%，说明环境因素对花生子仁钙含量起主要作用。据Gaines和Hammons[7]研究，花生子仁镁以外的4种矿质元素含量基因型效应均达显著或极显著水平，5种矿质元素均存在极显著的地点效应，镁、硼、铁还存在着显著或极显著的基因型与地点互作。Thornton等[22]发现，花生子仁钙含量基因型、年份以及年份与地点的互作均达极显著，但地点间无明显差异。本研究元素含量仅为单地点一年测定结果，在此基础上开展多年多点试验评价其矿质元素含量的稳定性是必要的。
3.3 关于子仁矿质元素含量间以及与其他性状间的相关关系
Branch和Gaines等[23]对26份花生材料进行Pearson相关分析，发现花生子仁钙含量与钾含量存在极显著负相关关系，铁、镁含量与硼含量存在极显著正相关关系。本研究的90份材料（其中一些是远缘杂种后代）中，5种矿质元素含量间均存在极显著Pearson正相关关系。Walker和Hymowitz[24]曾报道花生子仁铁、镁含量与总糖分别呈显著或极显著Pearson负相关。本研究揭示出不同的相关关系，如钙含量与可溶性糖、蔗糖含量呈显著负秩相关，与蛋白质含量呈显著正秩相关。Upadhayaya等[21]发现，花生子仁铁含量与出米率呈显著正相关关系，与百仁重呈显著或不显著负相关关系。本研究中，钾、硼含量与出米率呈极显著或显著负相关，而5种矿质元素含量与百仁重均相关不显著，这提示针对大粒或小粒花生进行矿质元素含量遗传改良是可能的。前人报道过子仁钙含量与种子活力的关系[25]，本研究中参试材料发芽势、发芽率都较高，未能建立起这种联系（不排除这与我们一直坚持不补苗从而淘汰低出苗率品系有关），但发现钾、铁含量与芽长指数存在正相关关系。本研究相关分析结果与前人报道有所不同，可能主要与试材来源更广泛有关。
花生子仁矿质元素含量与耐苏打盐碱的关系目前尚未见报道。从本研究结果看，耐盐碱花生似应具有子仁低铁、低钙、高镁的特点，即要求具有较高的铁、钙利用效率和较低的镁利用效率。该结论仅为9个花生基因型初步研究结果，尚需要采用更多材料加以验证。
3.4 关于矿质元素含量分级、改良潜力和聚类
本研究根据刘孟军等[16，17]的方法首次提出了花生子仁矿质元素含量分级标准，并根据段乃雄等[15]的方法计算了各元素的改良潜力，对花生矿质元素资源和育种研究具有指导意义。花生上迄今仍缺乏仅针对矿质元素进行聚类分析的报道，本研究聚类树上子仁矿质元素含量最高或最低的花生基因型单独聚为一组或一个亚组，说明聚类分析能够揭示花生基因型间矿质元素含量的异同。
综之，本研究分析了90个花生基因型子仁钙、钾、镁、硼、铁5种元素含量，首次提出了花生子仁矿质元素含量分级标准，选出7个某种矿质元素含量最高或最低的材料，并研究了元素含量与主要品质指标、发芽指标和耐盐碱性的关系，将促进花生矿质元素遗传改良工作的开展。
参 考 文 献：
[1]Stalker H T， Wilson R F. Peanuts： genetics， processing and utilization [M]. APRES， AOCS Press， 2016.
[2] 杨月欣， 李宁. 营养功能成分应用指南[M]. 北京：北京大学医学出版社， 2017： 163.
[3] Kane N，Ahmedna M，Yu J.Development of a fortified peanut-based infant formula for recovery of severely malnourished children [J]. International Journal of Food Science and Technology， 2010， 45： 1965-1972.
[4] Perchonok M， Bourland C. NASA food systems： past， present， and future [J]. Nutrition， 2002， 18（10）： 913-920.
[5] Kerwin J， Seddon R. Eating in space—from an astronaut’s perspective [J]. Nutrition， 2002， 18： 921-925.
[6] Wang M L， Grusak M A， Chen C Y， et al. Seed protein percentage and mineral concentration variability and their correlation with other seed quality traits in the U.S. peanut mini-core collection [J]. Peanut Science， 2016， 43（2）： 119-125.
[7] Gaines T P， Hammons R O. Mineral composition of peanut seed as influenced by cultivar and location [J]. Peanut Science， 198 8：16-20.
[8] Phan-Thien K Y， Wright G C， Lee A. Genotype-by-environment interaction affects the essential mineral composition of peanut （Arachis hypogaea L.） kernels [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2010， 58： 9204-9213. [9] 戴良香， 宋文武， 丁红， 等. 土壤水分胁迫对花生籽仁矿质元素含量的影响[J]. 生态环境学报， 201 20（5）： 869-874.
[10]Sorensen R B， Butts C L. Pod yield and mineral concentration of four peanut cultivars following gypsum application with subsurface drip irrigation[J]. Peanut Science， 2008， 35（2）： 86-91.
[11]Hashim I B， Koehler P E， Kvien C K. Fatty acid composition， mineral content， and flavor quality of southern runner peanuts treated with herbicides and fungicides [J]. Peanut Science， 1993， 20： 106-111.
[12]魯剑巍， 李荣， 等编著. 花生常见缺素症状图谱及矫正技术[M]. 北京：中国农业出版社，2012： 81.
[13]Sukhija P S， Randhawa V， Dhillon K S， et al. The influence of zinc and sulphur deficiency on oil-filling in peanut （Arachis hypogaea L.） kernels [J]. Plant and Soil， 1987， 103： 261-267.
[14]Kokalis-Burelle N， Porter D M， Rodríguez-Kábana R， et al. Compendium of peanut diseases [M]. 2nd eds. American Phytopathplogical Society， USA， 1997： 62.
[15]段乃雄，姜慧芳， 胡端红. 花生主要营养品质的改良潜力[J]. 中国油料， 1995 ， 17（1）： 5-8.
[16]刘孟军. 枣树数量性状的概率分级研究[J]. 园艺学报， 1996， 23（2）： 105-109.
[17]刘平， 刘孟军， 周俊义， 等. 枣树数量性状的分布类型及其概率分级指标体系[J]. 林业科学， 2003， 31（6）： 77-82.
[18]Upadhyaya H D， Gowda C L L. Managing and enhancing the use of germplasm—strategies and methodologies [M].Technical Manual no. 10. International Crops Research Institute for the SemiArid Tropics， Patancheru 502 324， Andhra Pradesh， India. 2009： 236.
[19]张青云. 花生种用抗逆性及相关基因的研究[D]. 长春：吉林农业大学， 2016： 11.
[20]苏江顺， 王传堂， 程学良， 等. 10个高油酸花生品种（系）在吉林苏打盐碱地种植的产量与抗性表现[J]. 种子， 2018， 37（10）：121-125.
[21]Upadhyaya H D， Dronavalli N， Singh S， et al.Variability and stability for kernel iron and zinc contents in the ICRISAT mini core collection of peanut [J]. Crop Science， 2012， 52： 2628-2637.
[22]Thornton S T， Gallo M， Tillman B L. Genotypic variability in calcium concentration of peanut （Arachis hypogaea L.） seeds [J]. Crop Science， 2015， 55： 211-218.
[23]Branch W D， Gaines T P. Seed mineral composition of diverse peanut germplasm [J]. Peanut Science， 1983， 10（1）： 5-8.
[24]Walker W M， Hymowitz T. Simple correlations between certain mineral and organic components of common beans， peanuts， and cowpeas [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis， 1972， 3（6）： 505-511.
[25]Adams J F， Hartzog D L， Nelson D B. Supplemental calcium application on yield， grade， and seed quality of runner peanut [J]. Agronomy Journal， 1993， 85（1）： 86-93.
收稿日期：2019-08-11
基金项目：山东省泰山产业领军人才工程项目（LJNY201808）;烟台市科技计划项目（2018ZDCX）;国家花生产业技术体系项目（CARS-13）;兵团科技攻关项目（2018BC012）;山东省重点研发计划专项（2018GNC110027）;山东省农业科学院农业科技创新工程项目（CXGC2016B02，CXGC2018E21）;农业农村部花生良种攻关专项
作者简介：王传堂（1968—），男，博士，研究员，从事花生遗传育种研究。E-mail：chinapeanut@126.com
*表示同等贡献作者。
关键词：花生;子仁;矿质元素;分级;品质指标;发芽指标;耐苏打盐碱
中图分类号：S565.203.4 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2019）08-0102-08
Peanut Kernel Mineral Content and Its Relationship with Main Quality Properties，
Germination Characteristics and Salt-Alkali Tolerance
Wang Chuantang 2， Wang Zhiwei2*， Wang Xiuzhen2， Hu Dongqing3， Wang Qiang4， Gong Qingxuan2， Feng Hao2， Yang Tongrong5， Du Zubo Li Weiqing Li Qiu Tang 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 People’s Republic of China， Qingdao 26600 China; 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. Keywords Peanut; Kernel; Mineral element; Classification; Quality index; Germination index; Sodic and salt-alkali tolerance
花生富含优质食用油脂和高消化率蛋白，是国内外主要的油、食两用经济作物。近年来我国花生食用比例不断上升，2010—2013年间达39.6%，比20世纪90年代提高了4.8个百分点，但仍比美国同期低18.9个百分点[1]，我国食用花生还有很大发展空间。培育优质食用型品种是我国当前及今后相当长时期内重要的花生育种目标之一。
元素周期表的天然元素中，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物形式存在外，其余统称矿物质或矿质元素（minerals）[2]。食物矿质元素含量与人体健康息息相关。根据其在哺乳动物体内累积量不同，矿质元素可分为大量元素（又称常量或宏量元素，macroelements）和微量元素（microelements，trace elements）。对人体而言，通常超出体重万分之一的被称为大量元素，即钙、氯、镁、磷、钾、钠和硫;微量元素包括铬、钴、铜、氟、碘、铁、锰、钼、镍、硒、硅和锌等，其通常作为营养的辅因子，于健康有益，但如摄取过量则可能引起中毒。虽然花生食品已成功用于解决贫困地区儿童营养不良的问题[3]，且已成为太空食品[4，5]，但迄今花生品质研究多集中于脂肪酸、油分，而关于矿质元素含量方面，主要涉及普通油酸含量栽培种花生基因型、环境及其互作效应[6-8]，非生物胁迫、栽培和植保措施对矿质元素含量的影响[9-11]，以及矿质元素缺乏对植株生长发育、子仁营养品质和种用品质的影响等[12-14]，而有关花生矿质元素含量遗传改良方面的研究尚未见报道。
本研究以本项目组新近育成的84个花生品种（系）及花育33号等6个对照品种（其中16个为普通油酸花生，74个为高油酸花生）为试材，测定子仁钙、钾、镁、硼、铁含量，并结合产量鉴定结果筛选优异材料，研究矿质元素含量与主要品质指标、发芽指标和耐苏打盐碱性的关系，以期为花生矿质元素含量改良育种提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
参试花生基因型共90个（表1），包括16个普通油酸材料、74个高油酸材料。参试花生材料于2016年种植于山东省花生研究所莱西试验站，地膜覆盖栽培，管理措施同常规。
1.2 试验方法
1.2.1 矿质元素含量测定及分级 花生收获干燥后，即送青岛动植物检验检疫局测试中心按SFB 0088—2014检测方法测定钙、钾、镁、硼、铁5种矿质元素含量。矿质元素改良潜力根据段乃雄等[15]的方法计算：改良潜力=（最高含量-平均含量）/平均含量 ×100%。
采用χ2 检验法对花生矿质元素含量分布的正态性进行检验，采用刘孟军等[16，17]的概率分级方法进行分类，对符合正态分布的性状用（均值-1.2818×标准差）、（均值-0.5246×标准差）、（均值+0.5246×标准差）和（均值+1.2818×标准差）4个分点将其分为A、B、C、D、E 5个等级，其出现概率分别为10%、20%、40%、20%和10%。
1.2.2 主要品质指标测定 油分、蛋白质、可溶性糖、蔗糖、维生素E、油酸、棕榈酸和芥酸含量采用本团队建立的近红外模型估测。
1.2.3 发芽指标测定 根据矿质元素含量测定结果选取高、中、低不同元素含量试材共计20份（16L62、16L29、16L72、16L65、16L119、16L30、16S5、16L37、16L7、16L115、16L68、16S1、16S2、16S4、16L4、16L5、16L10、16L11、16L12、16L13），各取30粒进行发芽试验。发芽前先用0.01%多菌灵和0.1%乙烯利浸泡3 h，然后于25℃培养箱中卷筒发芽[18，19]。逐日用游标卡尺测量芽长，取平均。芽长大于等于1/3种子长度的记为发芽。按下述公式计算种子发芽各项指标[19]：
发芽势=第3天发芽种子总粒数/30粒×100% ;
发芽率=第7天的发芽种子总粒数/30粒×100% ;
芽长=胚根长+下胚轴长 ;
简化活力指数（SVI）=发芽势×芽长均值 ;
芽长指数=∑（Li/Di），其中Li为第i日测量的芽长均值，Di为发芽日数。
1.2.4 耐盐碱性评价 选用16S1、16S2、16S5、16S7、16L11、16L7、16L2、16L3和16L6（963） 9个花生基因型在吉林白城苏打盐碱地和非盐碱地种植，获得2016、2017两年的子仁产量数据，按就低不就高的原则计算相对产量，根据相对产量数值进行耐盐碱性评价[20]。
1.2.5 相关与聚类分析 利用DPS 14.50软件计算不同矿质元素之间、矿质元素含量与其他指标之间的Pearson相关系数和Spearman秩相关系数;进行典型相关分析、回归与偏相关分析和主导分析;对原始数据进行标准化转换后计算卡方距离，采用可变类平均法进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 矿质元素含量统计结果
90个花生基因型的钙含量变幅为171.00～990.10 mg/kg，钾含量变幅为2 987.10～10 112.70 mg/kg，镁含量变幅为840.40～2 607.20 mg/kg，硼含量变幅为10.10～32.20 mg/kg，铁含量变幅为8.10～22.40 mg/kg（表2）。5种矿质元素含量的变异系数差异较小，为11.19%～14.13%。经χ2 检验5种矿质元素含量均符合正态分布，按刘孟军等[16，17]的方法得到4个分点值（表2），可據此将90个基因型分为5级（按矿质元素含量由低到高依次编码A、B、C、D、E）。按由低到高顺序，钙含量5级基因型数分别为6、22、37、18、7，钾为6、21、41、13、9，镁为5、17、50、10、8，硼为7、23、38、12、10，铁为8、18、43、13、8。 5种矿质元素含量改良潜力以钙最高，达114.58%;铁最低，为57.48%;硼、钾、镁居中，为73.99%～82.57%（表2）。
2.2 高或低矿质元素含量品系及其产量表现
共选出某种矿质元素含量高或低的花生基因型7份（表3）。其含油量、蛋白质含量、油酸含量及产量表现如表4所示。其中16L29（花育969）在历年测产中均比对照花育33号子仁增产。
2.3 矿质元素含量间的相关关系
5种矿质元素含量间均存在极显著正相关关系（表5）。钾含量与镁含量相关系数最大，为0.8995;钾含量与钙含量相关系数最低，为0.5997。
2.4 矿质元素含量与主要品质指标间的相关关系
2.4.1 Spearman秩相关分析 由表6可见，钙含量与芥酸含量呈极显著负相关，与蛋白质含量呈显著正相关，与可溶性糖、蔗糖、棕榈酸含量呈显著负相关;钾含量与蛋白质含量呈显著负相关，与棕榈酸含量呈显著正相关;铁含量与含油量呈显著正相关，与可溶性糖和芥酸含量呈显著负相关。
2.4.2 典型相关分析 5种元素含量与7种品质指标两组变量间存在明显的相关关系，第1个、第2个典型相关系数分别为λ1=0.7395、λ2=0.4545，达极显著或显著水平，因此可取前两对典型变量来分析矿质元素含量与主要品质指标间的关系。两组典型变量构成成分如表7、表8所示。第1对典型变量主要反映了子仁钾含量与棕榈酸、油酸含量的正相关关系，第2对典型变量则主要反映了子仁硼含量与棕榈酸、油酸含量的负相关关系。
2.5 矿质元素含量与百仁重、出米率的相关关系
5种矿质元素含量与百仁重相关均性不显著，子仁钾、硼含量与出米率分别呈极显著和显著负相关（表9）。说明出米率高的花生，子仁钾、硼含量呈较低的趋势，换言之，按作物元素利用效率定义，高出米率花生倾向于具有较高的钾、硼利用效率。
2.6 矿质元素含量与非胁迫条件下种子发芽指标间的相关关系
Pearson相关分析结果表明，芽长指数与子仁钾含量呈显著正相关（r=0.4606）。 Spearman秩相关分析显示，芽长指数与铁含量呈显著正秩相关（r=0.4271），其余矿质元素含量与发芽指标间不存在显著秩相关关系。
典型相关分析结果表明，5种元素含量与种子发芽指标两组变量间存在明显相关关系，第1个典型相关系数为λ1=0.8389，达显著水平，因此可取第1对典型变量来分析元素含量与种子发芽指标间的关系。两组典型变量构成成分如表10、表11所示，主要反映了子仁钾含量与芽长指数的正相关关系。
2.7 矿质元素含量与耐苏打盐碱的相关关系
Spearman秩相关分析表明，子仁钙、钾、镁、铁含量与苏打盐碱地种植条件下2016、2017两年的较低相对产量呈显著负相关，相关系数分别为-0.7500、-0.6833、-0.7500、-0.7000。
回归分析得出较低相对产量Y=50.0713-0.6135X1+0.0167X2+0.2997X3-5.4002X4-11.3258X5（P=0.0365），其中，Y指较低相对产量，X1、X2、X3、X4、X5分别指钙、钾、镁、硼、铁的含量。可以看出，子仁镁含量高、钙和铁含量低的花生对苏打盐碱有较强的耐受性（表12）。
进一步进行主导因素分析，结果表明，对较低相对产量的贡献率，铁含量（25.01%）>镁含量（20.85%）>钙含量（20.10%）。
2.8 聚类分析
根据5种矿质元素含量，可将90个花生基因型分为3组（图1），即高含量组（某种矿质元素含量最高的材料均出现于该组）、中-高组、低-中组。其中低-中组还可进一步分为两个亚组，即低含量亚组（某种矿质元素含量最低的材料均出现于该组）和低-中亚组。
3 讨论与结论
3.1 关于5种矿质元素含量
Gaines和Hammons[7]曾汇总了花生子仁矿质元素含量相关文献中各元素测定结果，钙、钾、镁、硼、铁5种元素含量范围分别为100～900、5 000～11 300、900～3 400、9～31、14～57 mg/kg。Phan-Thien等[8]的报道中，9份花生材料5种矿质元素含量分别为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份美国微核心种质的子仁矿质元素含量，钙为250～930 mg/kg，钾为7 070～11 130 mg/kg，镁为1 570～2 530 mg/kg，硼为19.84～48.97 mg/kg，铁为17.71～33.50 mg/kg。Upadhayaya等[21]利用184份微核心种质和4份对照研究发现，连续开花和交替开花亚种铁含量变幅分别为20.7～30.8、18.3～30.1 mg/kg。前述3篇文献[8，6，21]中5种元素除Wang等[6]硼元素上限较高外，其余含量变幅均窄于Gaines和Hammons[7]汇总结果。Thornton等[22]报道，51份花生材料钙含量变幅为764～1 276 mg/kg，本研究中钙含量为171～990.10 mg/kg，上限均高于Gaines和Hammons[7]汇总结果。本研究硼含量上限高于Gaines和Hammons[7]汇总结果，但低于Wang等[6]的报道，钾、镁、铁含量下限则低于Gaines和Hammons[7]汇总结果。某种元素含量高的基因型在生物强化中具有较高潜在利用价值;某元素含量低的基因型则具有高的该元素利用效率，有利于在大田生产中减少肥料施用。 3.2 關于环境因素对子仁矿质元素含量的影响
Gaines和Hammons[7]发现，花生子仁中的钙含量与降水、镁含量与土壤镁含量呈正相关关系。Thornton等[22]估算的晚熟、中熟和弗吉尼亚型花生钙含量广义遗传力分别只有26%、19%和41%，说明环境因素对花生子仁钙含量起主要作用。据Gaines和Hammons[7]研究，花生子仁镁以外的4种矿质元素含量基因型效应均达显著或极显著水平，5种矿质元素均存在极显著的地点效应，镁、硼、铁还存在着显著或极显著的基因型与地点互作。Thornton等[22]发现，花生子仁钙含量基因型、年份以及年份与地点的互作均达极显著，但地点间无明显差异。本研究元素含量仅为单地点一年测定结果，在此基础上开展多年多点试验评价其矿质元素含量的稳定性是必要的。
3.3 关于子仁矿质元素含量间以及与其他性状间的相关关系
Branch和Gaines等[23]对26份花生材料进行Pearson相关分析，发现花生子仁钙含量与钾含量存在极显著负相关关系，铁、镁含量与硼含量存在极显著正相关关系。本研究的90份材料（其中一些是远缘杂种后代）中，5种矿质元素含量间均存在极显著Pearson正相关关系。Walker和Hymowitz[24]曾报道花生子仁铁、镁含量与总糖分别呈显著或极显著Pearson负相关。本研究揭示出不同的相关关系，如钙含量与可溶性糖、蔗糖含量呈显著负秩相关，与蛋白质含量呈显著正秩相关。Upadhayaya等[21]发现，花生子仁铁含量与出米率呈显著正相关关系，与百仁重呈显著或不显著负相关关系。本研究中，钾、硼含量与出米率呈极显著或显著负相关，而5种矿质元素含量与百仁重均相关不显著，这提示针对大粒或小粒花生进行矿质元素含量遗传改良是可能的。前人报道过子仁钙含量与种子活力的关系[25]，本研究中参试材料发芽势、发芽率都较高，未能建立起这种联系（不排除这与我们一直坚持不补苗从而淘汰低出苗率品系有关），但发现钾、铁含量与芽长指数存在正相关关系。本研究相关分析结果与前人报道有所不同，可能主要与试材来源更广泛有关。
花生子仁矿质元素含量与耐苏打盐碱的关系目前尚未见报道。从本研究结果看，耐盐碱花生似应具有子仁低铁、低钙、高镁的特点，即要求具有较高的铁、钙利用效率和较低的镁利用效率。该结论仅为9个花生基因型初步研究结果，尚需要采用更多材料加以验证。
3.4 关于矿质元素含量分级、改良潜力和聚类
本研究根据刘孟军等[16，17]的方法首次提出了花生子仁矿质元素含量分级标准，并根据段乃雄等[15]的方法计算了各元素的改良潜力，对花生矿质元素资源和育种研究具有指导意义。花生上迄今仍缺乏仅针对矿质元素进行聚类分析的报道，本研究聚类树上子仁矿质元素含量最高或最低的花生基因型单独聚为一组或一个亚组，说明聚类分析能够揭示花生基因型间矿质元素含量的异同。
综之，本研究分析了90个花生基因型子仁钙、钾、镁、硼、铁5种元素含量，首次提出了花生子仁矿质元素含量分级标准，选出7个某种矿质元素含量最高或最低的材料，并研究了元素含量与主要品质指标、发芽指标和耐盐碱性的关系，将促进花生矿质元素遗传改良工作的开展。
参 考 文 献：
[1]Stalker H T， Wilson R F. Peanuts： genetics， processing and utilization [M]. APRES， AOCS Press， 2016.
[2] 杨月欣， 李宁. 营养功能成分应用指南[M]. 北京：北京大学医学出版社， 2017： 163.
[3] Kane N，Ahmedna M，Yu J.Development of a fortified peanut-based infant formula for recovery of severely malnourished children [J]. International Journal of Food Science and Technology， 2010， 45： 1965-1972.
[4] Perchonok M， Bourland C. NASA food systems： past， present， and future [J]. Nutrition， 2002， 18（10）： 913-920.
[5] Kerwin J， Seddon R. Eating in space—from an astronaut’s perspective [J]. Nutrition， 2002， 18： 921-925.
[6] Wang M L， Grusak M A， Chen C Y， et al. Seed protein percentage and mineral concentration variability and their correlation with other seed quality traits in the U.S. peanut mini-core collection [J]. Peanut Science， 2016， 43（2）： 119-125.
[7] Gaines T P， Hammons R O. Mineral composition of peanut seed as influenced by cultivar and location [J]. Peanut Science， 198 8：16-20.
[8] Phan-Thien K Y， Wright G C， Lee A. Genotype-by-environment interaction affects the essential mineral composition of peanut （Arachis hypogaea L.） kernels [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2010， 58： 9204-9213. [9] 戴良香， 宋文武， 丁红， 等. 土壤水分胁迫对花生籽仁矿质元素含量的影响[J]. 生态环境学报， 201 20（5）： 869-874.
[10]Sorensen R B， Butts C L. Pod yield and mineral concentration of four peanut cultivars following gypsum application with subsurface drip irrigation[J]. Peanut Science， 2008， 35（2）： 86-91.
[11]Hashim I B， Koehler P E， Kvien C K. Fatty acid composition， mineral content， and flavor quality of southern runner peanuts treated with herbicides and fungicides [J]. Peanut Science， 1993， 20： 106-111.
[12]魯剑巍， 李荣， 等编著. 花生常见缺素症状图谱及矫正技术[M]. 北京：中国农业出版社，2012： 81.
[13]Sukhija P S， Randhawa V， Dhillon K S， et al. The influence of zinc and sulphur deficiency on oil-filling in peanut （Arachis hypogaea L.） kernels [J]. Plant and Soil， 1987， 103： 261-267.
[14]Kokalis-Burelle N， Porter D M， Rodríguez-Kábana R， et al. Compendium of peanut diseases [M]. 2nd eds. American Phytopathplogical Society， USA， 1997： 62.
[15]段乃雄，姜慧芳， 胡端红. 花生主要营养品质的改良潜力[J]. 中国油料， 1995 ， 17（1）： 5-8.
[16]刘孟军. 枣树数量性状的概率分级研究[J]. 园艺学报， 1996， 23（2）： 105-109.
[17]刘平， 刘孟军， 周俊义， 等. 枣树数量性状的分布类型及其概率分级指标体系[J]. 林业科学， 2003， 31（6）： 77-82.
[18]Upadhyaya H D， Gowda C L L. Managing and enhancing the use of germplasm—strategies and methodologies [M].Technical Manual no. 10. International Crops Research Institute for the SemiArid Tropics， Patancheru 502 324， Andhra Pradesh， India. 2009： 236.
[19]张青云. 花生种用抗逆性及相关基因的研究[D]. 长春：吉林农业大学， 2016： 11.
[20]苏江顺， 王传堂， 程学良， 等. 10个高油酸花生品种（系）在吉林苏打盐碱地种植的产量与抗性表现[J]. 种子， 2018， 37（10）：121-125.
[21]Upadhyaya H D， Dronavalli N， Singh S， et al.Variability and stability for kernel iron and zinc contents in the ICRISAT mini core collection of peanut [J]. Crop Science， 2012， 52： 2628-2637.
[22]Thornton S T， Gallo M， Tillman B L. Genotypic variability in calcium concentration of peanut （Arachis hypogaea L.） seeds [J]. Crop Science， 2015， 55： 211-218.
[23]Branch W D， Gaines T P. Seed mineral composition of diverse peanut germplasm [J]. Peanut Science， 1983， 10（1）： 5-8.
[24]Walker W M， Hymowitz T. Simple correlations between certain mineral and organic components of common beans， peanuts， and cowpeas [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis， 1972， 3（6）： 505-511.
[25]Adams J F， Hartzog D L， Nelson D B. Supplemental calcium application on yield， grade， and seed quality of runner peanut [J]. Agronomy Journal， 1993， 85（1）： 86-93.
收稿日期：2019-08-11
基金项目：山东省泰山产业领军人才工程项目（LJNY201808）;烟台市科技计划项目（2018ZDCX）;国家花生产业技术体系项目（CARS-13）;兵团科技攻关项目（2018BC012）;山东省重点研发计划专项（2018GNC110027）;山东省农业科学院农业科技创新工程项目（CXGC2016B02，CXGC2018E21）;农业农村部花生良种攻关专项
作者简介：王传堂（1968—），男，博士，研究员，从事花生遗传育种研究。E-mail：chinapeanut@126.com
*表示同等贡献作者。