王傳堂，唐月異，周朋，吳琪，王志偉，宋國(guó)生，王強(qiáng)

（1.山東省花生研究所，山東 青島 266100；2.山東魯花集團(tuán)有限公司，山東 萊陽(yáng) 265200；3.遼寧省義縣農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 義縣 121100；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193）

花生富含蛋白質(zhì)和油脂，是世界上廣受消費(fèi)者歡迎的主要食用和油料作物。氨基酸組成不僅關(guān)系到花生的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值，而且對(duì)花生感官品質(zhì)有著顯著影響。開(kāi)發(fā)符合市場(chǎng)需求乃至創(chuàng)造市場(chǎng)需求的花生產(chǎn)品，對(duì)于新時(shí)期花生產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有極其重要的意義。迄今關(guān)于花生氨基酸品質(zhì)的研究，多涉及品種（系）［1-4］、種子不同部位、地點(diǎn)和年份間差異［1，5-7］，種子發(fā)育過(guò)程中的變化［8］，不同播期及覆膜、灌溉與否、成熟度、收獲日期、種子大小、貯藏時(shí)間對(duì)花生氨基酸含量的影響［7-12］，以及氨基酸含量間的簡(jiǎn)單相關(guān)分析、雜種優(yōu)勢(shì)與配合力分析等［12，13］，而氨基酸含量的通徑分析或決策分析未見(jiàn)報(bào)道。

本研究旨在對(duì)本團(tuán)隊(duì)育成的50個(gè)花生基因型進(jìn)行氨基酸組分分析，在此基礎(chǔ)上利用決策分析探討不同氨基酸含量之間的關(guān)系，為花生氨基酸品質(zhì)遺傳改良提供參考。

1 材料與方法

參試花生基因型共計(jì)50個(gè)，包括18個(gè)測(cè)產(chǎn)品系。參試花生于2018年種植于山東省花生研究所萊西試驗(yàn)基地，起壟覆膜滴灌栽培，管理措施同常規(guī)。花生莢果收獲日曬干燥后，取子仁樣品送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料及制品質(zhì)量監(jiān)督測(cè)試中心（武漢）按GB 5009.124—2016方法測(cè)定16種氨基酸含量。

按下列公式計(jì)算必需氨基酸、半必需氨基酸、甜味氨基酸、鮮味氨基酸、苦味氨基酸、藥效氨基酸、芳香族氨基酸含量、（甜味氨基酸+鮮味氨基酸）/苦味氨基酸比值［14］、烤花生香味相關(guān)氨基酸以及烤花生異味相關(guān)氨基酸含量［15］：必需氨基酸＝蘇氨酸+纈氨酸+蛋氨酸+異亮氨酸+亮氨酸+苯丙氨酸+賴氨酸（色氨酸未測(cè)，未計(jì)入）；半必需氨基酸＝精氨酸+組氨酸（計(jì)入或不計(jì)入）+絲氨酸+酪氨酸，其中，組氨酸對(duì)成人而言，不是半必需氨基酸，但其在嬰幼兒體內(nèi)合成較慢，對(duì)嬰幼兒來(lái)說(shuō)屬于半必需氨基酸，因此，本研究進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)分計(jì)入和不計(jì)入兩種情況；甜味氨基酸＝蘇氨酸+絲氨酸+甘氨酸+丙氨酸+賴氨酸+脯氨酸；鮮味氨基酸＝天冬氨酸+谷氨酸；苦味氨基酸＝纈氨酸+蛋氨酸+異亮氨酸+亮氨酸+苯丙氨酸+組氨酸+精氨酸；藥效氨基酸＝天冬氨酸+谷氨酸+甘氨酸+蛋氨酸+異亮氨酸+亮氨酸+苯丙氨酸+賴氨酸+精氨酸；芳香族氨基酸＝苯丙氨酸+酪氨酸；烤花生香味相關(guān)氨基酸＝天冬氨酸+谷氨酸+組氨酸+苯丙氨酸；烤花生異味相關(guān)氨基酸＝賴氨酸+蘇氨酸+精氨酸。

氨基酸含量改良潛力據(jù)段乃雄等［16］的方法計(jì)算。改良潛力＝（最高含量-平均含量）/平均含量×100%。

利用DPS 14.5軟件包，以必需氨基酸、半必需氨基酸、與味道有關(guān)的氨基酸，以及近年來(lái)受重視有保健功能的氨基酸或與特定人群健康相關(guān)的特定氨基酸或其組合為因變量，其他氨基酸為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，計(jì)算通徑系數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，按袁志發(fā)等［17，18］提出的方法計(jì)算決策系數(shù)（其中為直接通徑系數(shù)，rjy為相關(guān)系數(shù)），進(jìn)行決策分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸含量變幅與改良潛力

50個(gè)花生基因型16種氨基酸及其各種組合含量如表1所示。16種氨基酸含量均值變幅為0.15%～3.37%，值最高的是谷氨酸，天冬氨酸次之（2.07%），精氨酸位居第三（2.03%），值最低的是蛋氨酸。最大值位居前三位的及值最低的氨基酸與均值的一致。變異系數(shù)變幅為15.38%（蘇氨酸）～33.33%（蛋氨酸）。有4種氨基酸改良潛力超過(guò)100%，分別為蛋氨酸144.73%、谷氨酸120.90%、苯丙氨酸103.70%、絲氨酸101.29%。

必需氨基酸、非必需氨基酸、半必需氨基酸（不含組氨酸）、半必需氨基酸（含組氨酸）、甜味氨基酸、鮮味氨基酸、苦味氨基酸、藥效氨基酸、（甜味氨基酸+鮮味氨基酸）/苦味氨基酸比值、烤花生香味和異味相關(guān)氨基酸的變異系數(shù)變幅為0.56%～24.70%，改良潛力為17.23%～111.44%，其中，鮮味氨基酸和藥效氨基酸的變異系數(shù)和改良潛力較大，而烤花生異味和香味相關(guān)氨基酸的變異系數(shù)和改良潛力較小。

表1 50個(gè)花生基因型16種氨基酸含量及相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 （%）

2.2 特定氨基酸含量與其他氨基酸含量間的決策分析

賴氨酸、蘇氨酸和蛋氨酸是花生必需氨基酸中的限制性氨基酸，其中賴氨酸、蘇氨酸又與烤花生異味相關(guān)；天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、苯丙氨酸與烤花生香味相關(guān)，其中苯丙氨酸還與特定人群健康相關(guān)；精氨酸有益身體健康，且與烤花生異味相關(guān)。因此，通過(guò)決策分析明確其他氨基酸對(duì)上述特定氨基酸含量的影響，可為特定氨基酸改良提供參考。進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，首先通過(guò)逐步回歸分析剔除其他氨基酸中對(duì)各特定氨基酸含量影響不顯著的氨基酸，僅保留影響顯著的氨基酸進(jìn)行進(jìn)一步的決策分析。

2.2.1 賴氨酸含量 按決策系數(shù)排序，甘氨酸＞蘇氨酸＞丙氨酸＞谷氨酸＞纈氨酸＞天冬氨酸＞絲氨酸，其中絲氨酸、天冬氨酸、纈氨酸、谷氨酸的決策系數(shù)＜0（表2）。可知，欲提高賴氨酸含量，須注重提高主要決策變量甘氨酸、蘇氨酸和丙氨酸含量，降低主要限制變量絲氨酸和天冬氨酸含量。

2.2.2 蘇氨酸含量 決策分析結(jié)果顯示，欲提高蘇氨酸含量，宜提升主要決策變量亮氨酸、纈氨酸含量，降低主要限制變量谷氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸含量（表3）。

表2 賴氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表3 蘇氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.2.3 蛋氨酸含量 決策分析和通徑分析結(jié)果顯示，天冬氨酸的直接效應(yīng)和其他氨基酸通過(guò)天冬氨酸的間接效應(yīng)均為負(fù)，且決策系數(shù)達(dá)到-80.4405，是影響蛋氨酸含量的首位限制因子，因此，要提高蛋氨酸含量，必須限制天冬氨酸含量（表4）。

2.2.4 天冬氨酸含量 表明，提高主要決策變量絲氨酸、丙氨酸、精氨酸含量，降低主要限制變量纈氨酸、賴氨酸含量，有利于提高天冬氨酸含量（表5）。

2.2.5 谷氨酸含量 欲提高谷氨酸含量，應(yīng)著力提高主要決策變量絲氨酸含量，降低主要限制變量甘氨酸、蘇氨酸和丙氨酸含量（表6）。

表4 蛋氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表5 天冬氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表6 谷氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.2.6 組氨酸含量 提升主要決策變量纈氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸含量，降低主要限制變量絲氨酸、異亮氨酸含量，有利于提高組氨酸含量（表7）。

2.2.7 苯丙氨酸含量 絲氨酸和亮氨酸對(duì)苯丙氨酸含量的直接效應(yīng)均為正，且高于0.5，決策系數(shù)也較高且均為正；而蘇氨酸和甘氨酸對(duì)苯丙氨酸含量的直接效應(yīng)均為負(fù)，決策系數(shù)均＜0（表8）。因此，提高絲氨酸和亮氨酸含量，降低蘇氨酸、甘氨酸含量，有利于提高苯丙氨酸含量。

2.2.8 精氨酸含量 天冬氨酸對(duì)精氨酸含量的正直接效應(yīng)最大（1.6016），絲氨酸和異亮氨酸對(duì)精氨酸含量的負(fù)直接效應(yīng)顯著；從決策系數(shù)來(lái)看，纈氨酸、酪氨酸、甘氨酸、天冬氨酸的決策系數(shù)均＞0，而絲氨酸、異亮氨酸的決策系數(shù)均＜0（表9）。表明，欲提高精氨酸含量，可提高纈氨酸、酪氨酸、甘氨酸、天冬氨酸含量，降低絲氨酸和異亮氨酸含量。

2.3 特定氨基酸組合與其他氨基酸含量間的關(guān)系

經(jīng)逐步回歸分析，剔除對(duì)各特定氨基酸組合影響不顯著的其他氨基酸，選出對(duì)其影響顯著的其他氨基酸進(jìn)行通徑分析和決策分析。

2.3.1 必需氨基酸含量 提高丙氨酸和組氨酸含量，降低絲氨酸含量，有助于提升必需氨基酸含量（表10）。

表7 組氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表8 苯丙氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表9 精氨酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表10 必需氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.3.2 半必需氨基酸（含或不含組氨酸）含量提高天冬氨酸含量、降低丙氨酸含量，有助于提升半必需氨基酸（含或不含組氨酸）含量（表11、表12）。

2.3.3 甜味氨基酸含量 為提升甜味氨基酸含量，應(yīng)提高亮氨酸、谷氨酸、組氨酸、天冬氨酸含量，限制苯丙氨酸和異亮氨酸含量（表13）。

表13 甜味氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.3.4 鮮味氨基酸含量 提高絲氨酸含量，降低蘇氨酸和甘氨酸含量，有助于提升鮮味氨基酸含量（表14）。

2.3.5 苦味氨基酸含量 欲降低苦味氨基酸含量，除降低其組成氨基酸——纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸和精氨酸的含量外，還應(yīng)注意提高絲氨酸含量，降低天冬氨酸、蘇氨酸含量（表15）。

2.3.6 藥效氨基酸含量 欲提高藥效氨基酸含量，須重視提高絲氨酸含量，降低丙氨酸含量（表16）。

表14 鮮味氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表15 苦味氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表16 藥效氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.3.7 芳香族氨基酸含量 提高亮氨酸、絲氨酸含量，限制丙氨酸、甘氨酸、纈氨酸含量，有利于提高芳香族氨基酸含量（表17）。

表17 芳香族氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

2.3.8 烤花生香味相關(guān)氨基酸含量 欲增強(qiáng)烤花生香味，除提高天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸和苯丙氨酸含量外，還應(yīng)重視提升絲氨酸含量，限制蘇氨酸含量（表18）。

2.3.9 烤花生異味相關(guān)氨基酸含量 欲減輕烤花生異味，宜降低天冬氨酸、亮氨酸和組氨酸含量，提升苯丙氨酸含量（表19）。

表18 烤花生香味氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

表19 烤花生異味氨基酸含量與其他氨基酸含量的通徑系數(shù)與決策系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 關(guān)于花生氨基酸含量變幅

本研究測(cè)定了50個(gè)花生基因型16種氨基酸的含量，其變幅窄于欒文琪和韓守萍的報(bào)道［2］，后者采用了5大類(lèi)型共計(jì)379份材料，因而遺傳變異更為豐富。

3.2 關(guān)于氨基酸含量的通徑與決策分析

氨基酸生物合成存在復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，涉及酶活性的直接反饋抑制（如賴氨酸過(guò)量抑制天冬氨酸激酶，蛋氨酸過(guò)量抑制同型絲氨酸轉(zhuǎn)酰基酶，脯氨酸過(guò)量抑制谷氨酸激酶和脫氫酶，精氨酸過(guò)量抑制氨基酸轉(zhuǎn)乙?；?，纈氨酸過(guò)量抑制乙酰乳酸合酶，異亮氨酸過(guò)量抑制蘇氨酸脫氫酶，亮氨酸過(guò)量抑制α-異丙基蘋(píng)果酸酶）、酶活性的協(xié)同反饋抑制和累積反饋抑制以及酶生成量的調(diào)節(jié)［19］。可通過(guò)通徑分析和決策分析研究各種氨基酸之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。

簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)為某自變量的直接效應(yīng)與通過(guò)其他自變量的間接效應(yīng)之和，未將兩者剖分開(kāi)來(lái)，會(huì)因該自變量與其他自變量相關(guān)的大小與方向而變大或變?。恢苯油◤较禂?shù)即標(biāo)準(zhǔn)化的回歸系數(shù)，未考慮間接效應(yīng)，通徑分析時(shí)研究者需綜合權(quán)衡直接效應(yīng)和間接效應(yīng)；而決策分析中采用的決策系數(shù)則刻畫(huà)了某自變量對(duì)因變量的綜合決定能力，充分考慮了直接效應(yīng)、總效應(yīng)和間接效應(yīng)，被認(rèn)為優(yōu)于相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)，也更便于掌握［17，18］。

3.3 關(guān)于特定氨基酸及氨基酸組合的遺傳改良

賴氨酸、蘇氨酸和蛋氨酸是花生限制性氨基酸。從人體健康角度看，應(yīng)提高必需氨基酸、半必需氨基酸含量。精氨酸有益人體健康，據(jù)報(bào)道，每天攝入3～6 g精氨酸有改善心血管系統(tǒng)、降低腸道通透性并激活免疫系統(tǒng)之功效［20］。為提供苯丙酮尿癥患者可食用的食品，最大限度地降低苯丙氨酸含量是必要的［21］。提高鮮味和烤花生香味相關(guān)氨基酸含量（天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、苯丙氨酸），降低與烤花生異味相關(guān)氨基酸含量（賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸）［15］，可望改善花生食品風(fēng)味。必須指出，有的氨基酸如賴氨酸、精氨酸因不同的改良目標(biāo)需采取提升或降低含量的不同策略。要增強(qiáng)烤花生香味，需提高天冬氨酸含量，要減輕烤花生異味，卻認(rèn)為需降低天冬氨酸含量，其實(shí)并不矛盾。氨基酸生物合成途徑中，以三羧酸循環(huán)的中間體草酰乙酸為碳骨架作為起始物合成天冬氨酸，進(jìn)而由天冬氨酸合成賴氨酸、蘇氨酸，可見(jiàn)減少天冬氨酸供應(yīng)將減少賴氨酸、蘇氨酸含量。

本研究針對(duì)不同的品質(zhì)改良目標(biāo)，就花生必需限制性氨基酸、烤花生香味和異味相關(guān)氨基酸等特定氨基酸以及必需氨基酸、甜味氨基酸、鮮味氨基酸等組合，進(jìn)行了決策分析，從生物統(tǒng)計(jì)學(xué)角度提出了氨基酸品質(zhì)改良的可能途徑，但可行性有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。今后可在此基礎(chǔ)上基于相應(yīng)的生物化學(xué)和分子生物學(xué)知識(shí)并借助先進(jìn)的技術(shù)手段，開(kāi)展高效誘變技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用、氨基酸優(yōu)質(zhì)突變體篩選鑒定以及氨基酸合成途徑關(guān)鍵酶基因篩查等研究。