约旦野生二棱大麦群体籽粒高氮素营养基因型的筛选

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(1.四川民族学院环境与生命科学系， 四川 康定 626001； 2.成都大学生物工程学院， 四川 成都 610106；3.贵州大学麦作研究中心， 贵阳 550025； 4.甘孜州农业科学研究所， 四川 康定 626000)

约旦野生二棱大麦群体籽粒高氮素营养基因型的筛选

程晓彬1，赵钢2，程剑平3，严俊2，刘廷辉4

(1.四川民族学院环境与生命科学系， 四川 康定 626001； 2.成都大学生物工程学院， 四川 成都 610106；3.贵州大学麦作研究中心， 贵阳 550025； 4.甘孜州农业科学研究所， 四川 康定 626000)

为了给川西高原青稞育种寻求高蛋白质和高赖氨酸的种质资源，测定了起源于约旦不同地区16个群体的246个基因型野生二棱大麦和7个青稞品种籽粒单粒重、蛋白质和赖氨酸含量。结果表明，栽培的青稞品种籽粒单粒重显著高于16个野生二棱大麦群体，而蛋白质和赖氨酸含量显著低于16个来自于约旦的野生大麦群体。在16个野生二棱大麦群体中，蛋白质含量在18.00%以上的基因型占96%，赖氨酸含量在5.00 mg/kg以上的占10%。11个野生二棱大麦群体蛋白质和赖氨酸含量呈显著(p<0.05)正相关。

野生二棱大麦； 青稞； 蛋白质； 赖氨酸； 基因型

栽培大麦和野生大麦同属于禾本科(Gramineae)大麦属(Hordeum)普通大麦种(H.vulgareL.)，根据穗轴碎性和棱型等特征，普通大麦种分为野生二棱大麦亚种、野生六棱大麦亚种、二棱大麦亚种、多棱大麦亚种和中间型大麦亚种[1]。野生大麦在长期的自然选择和环境适应中，积累了丰富的基因变异，同时野生大麦人工驯化程度较低，保留了原始的遗传多样性特点，是现代栽培品种改良的优良种质资源[2]。大量资料表明，野生二棱大麦与栽培大麦互交能育[3]，可直接用于杂交育种，也可作为转基因技术育种的目的基因供体，在现代大麦育种工作中具有重要价值[4]。近中东“新月沃地”(包括以色列、约旦、叙利亚、伊拉克等)是大麦起源地之一，该区域的野生大麦具有相当广泛的环境与气候适应性，被普遍认为是大麦遗传多样性中心[5]。

大麦因籽实与内外稃是否附着分为皮大麦和裸大麦，青藏高原一带称裸大麦为青稞。大麦具有适应性广、耐寒性强、生育期短、丰产等栽培特性，同时因营养丰富而具有食用、饲用、酿造用、医药等多种用途[1]，大麦中蛋白质的含量直接影响其用途。

甘孜藏族自治州位于青藏高原东南缘，受气候的影响，青稞是当地主要栽培作物，籽粒主要作食用、饲用和酿造青稞酒，秸秆是牲畜主要越冬饲料，蛋白质含量是其品质优劣的标准之一。赖氨酸是人体必需氨基酸，在促进人体发育、增强免疫能力、提高中枢神经组织功能上具有重要作用，赖氨酸含量是衡量蛋白质营养价值的指标之一。甘孜州青稞育种工作始于20世纪50年代，种质资源主要来自大麦起源中心之一的青藏高原，亲本材料匮乏是目前育种工作面临的主要问题[6]，收集并研究亲本材料的遗传、生理、生态特征对大麦育种具有重要意义[7]。针对甘孜州青稞的主要用途，高蛋白质、高赖氨酸含量的种质资源对育种具有重要意义。本试验通过对引自约旦的16个群体246个基因型野生二棱大麦氮素营养水平进行相关测定及分析，筛选出氮素营养较高的基因型，为栽培大麦种质创新研究提供有力的实验基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验所用的野生二棱大麦(Hordeumspon-taneumC.Koch.)来自约旦，共有16个群体246种基因型(表1)，种子由贵州大学麦作研究中心提供，栽培大麦为青稞康青3号、5号、6号、7号、8号、9号、10号，种子由甘孜藏族自治州农业科学研究所提供。全部种子于2014年4月上旬播种于甘孜藏族自治州道孚县八美镇甘孜州农业科学研究所青稞育种基地(该基地位于101.6°E，30.5°N，海拔3 449 m，年均温7.8 ℃，≥5 ℃积温2 778.4 ℃，≥10 ℃积温2 066.6 ℃，无霜期187 d，日照时数2 200 h，年降水量578.6 mm，土壤为暗褐土)。按照当地习惯统一栽培管理，2014年9月上旬收获，自然风干后脱粒，去除杂质和不完整种子，用去离子水洗净烘干备用。

表1 试验所用17个大麦群体253个基因型材料

群体数量基因型JP115JP1-1,JP1-4,JP1-5,JP1-8,JP1-9,JP1-10,JP1-12,JP1-13,JP1-14,JP1-15,JP1-16,JP1-17,JP1-18,JP1-19,JP1-28JP217JP2-1,JP2-4,JP2-5,JP2-6,JP2-7,JP2-9,JP2-10,JP2-11,JP2-12,JP2-13,JP2-15,JP2-18,JP2-21,JP2-22,JP2-25,JP2-27,JP2-29JP510JP5-3,JP5-5,,JP5-9,JP5-12,JP5-20,JP5-25,JP5-30,JP5-31,JP5-32,JP5-50JP614JP6-1,JP6-2,JP6-4,JP6-7,JP6-10,JP6-15,JP6-18,JP6-23,JP6-24,JP6-25,JP6-28,JP6-32,JP6-43,JP6-46JP714JP7-1,JP7-2,JP7-6,JP7-12,JP7-14,JP7-15,JP7-20,JP7-21,JP7-23,JP7-25,JP7-26,JP7-27,JP7-32,JP7-49JP816JP8-1,JP8-2,JP8-3,JP8-4,JP8-7,JP8-8,JP8-9,JP8-10,JP8-11,JP8-12,JP8-13,JP8-19,JP8-21,JP8-23,JP8-25,JP8-28,JP8-31JP913JP9-1,JP9-7,JP9-10,JP9-11,JP9-14,JP9-20,JP9-21,JP9-23,JP9-25,JP9-26,JP9-28,JP9-29,JP9-33JP1118JP11-2,JP11-4,JP11-11,JP11-16,JP11-18,JP11-19,JP11-21,JP11-22,JP11-23,JP11-26,JP11-27,JP11-28,JP11-30,JP11-31,JP11-32,JP11-39,JP11-44,JP11-45JP1316JP13-1,JP13-2,JP13-6,JP13-11,JP13-12,JP13-13,JP13-15,JP13-16,JP13-18,JP13-20,JP13-22,JP13-23,JP13-29,JP13-31,JP13-32,JP13-33JP1513JP15-1,JP15-5,JP15-6,JP15-7,JP15-9,JP15-13,JP15-20,JP15-22,JP15-23,JP15-28,JP15-31,JP15-44,JP15-48JP1614JP16-1,JP16-2,JP16-3,JP16-6,JP16-13,JP16-16,JP16-20,JP16-21,JP16-25,JP16-27,JP16-29,JP16-31,JP16-32,JP16-47JP1714JP17-1,JP17-3,JP17-4,JP17-5,JP17-8,JP17-11,JP17-12,JP17-17,JP17-18,JP17-21,JP17-24,JP17-25,JP17-26,JP17-33JP1817JP18-1,JP18-3,JP18-5,JP18-6,JP18-8,JP18-10,JP18-11,JP18-17,JP18-19,JP18-23,JP18-24,JP18-25,JP18-26,JP18-29,JP18-30,JP18-36,JP18-50JP2019JP20-1,JP20-2,JP20-5,JP20-7,JP20-8,JP20-9,JP20-11,JP20-12,JP20-13,JP20-16,JP20-17,JP20-18,JP20-19,JP20-26,JP20-29,JP20-38,JP20-41,JP20-45,JP20-47JP2320JP23-1,JP23-2,JP23-4,JP23-6,JP23-8,JP23-10,JP23-11,JP23-12,JP23-13,JP23-14,JP23-15,JP23-16,JP23-17,JP23-21,JP23-23,JP23-27,JP23-28,JP23-29,JP23-64,JP23-69JP2516JP25-1,JP25-4,JP25-6,JP25-8,JP25-12,JP25-13,JP25-14,JP25-15,JP25-16,JP25-17,JP25-19,JP25-21,JP25-22,JP25-24,JP25-26,JP25-27青稞7康青3号,康青5号,康青6号,康青7号,康青8号,康青9号,康青10号

1.2 试验方法

样品分析在贵州大学麦作研究中心实验室内完成。按照国标法(GB 2905-82)用凯氏定氮仪测定蛋白质含量，蛋白质N素换算系数为6.25。按照国标法(GB 7649-87)处理样品，用氨基酸分析仪测定赖氨酸含量。随机取籽粒10粒用万分之一电子天平称量，计算单粒重。所有测定3次重复。

1.3 数据分析

用SPSS分析软件对测定数据进行相关性统计和分析，使用 Tukey HSD 检验比较各群体间蛋白质和赖氨酸含量的差异显著性，采用Sigma Plot 12.5进行绘图。

2 结果与分析

2.1 17个群体大麦指标测定范围

17个群体253个基因型的籽粒单粒重、蛋白质和氨基酸含量见表2。从表2可看出，不同基因型之间各指标变化较大。从单粒重中可以发现，253个基因型单粒重范围在17.9～50.6 mg之间，其中以JP 23-10基因型的籽粒单粒重最低，以JP 15-7基因型单粒重最高。蛋白质中，蛋白质含量最低为7.47%(基因型JP 2-9)，蛋白质含量最高可达到35.52%(基因型JP 17-12)。在赖氨酸含量变化中，基因型JP 16-1和康青6号分别对应最高和最低含量的氨基酸，分别为6.36 mg/kg和1.15 mg/kg。

表2 17个群体大麦单粒重、蛋白质和赖氨酸含量范围

群体单粒重(mg)蛋白质(%)赖氨酸(mg/kg)JP122.7～37.226.88～31.151.22～3.91JP219.9～45.57.47～25.522.12～3.67JP516.3～44.922.41～29.342.41～4.35JP621.2～38.922.81～33.062.67～5.26JP722.8～39.219.89～26.023.35～4.48JP820.4～37.721.31～28.533.78～6.13JP920.5～34.921.23～23.873.63～4.90JP1123.1～39.616.79～25.753.33～5.39JP1320.4～42.921.37～29.622.89～6.16JP1523.6～50.617.38～25.952.87～5.06JP1621.2～36.624.67～34.023.46～6.36JP1719.8～27.426.37～35.523.32～5.32JP1819.1～41.917.93～29.062.92～4.02JP2021.2～39.622.15～34.622.19～4.95JP2317.9～44.920.13～31.943.27～4.79JP2518.7～42.722.09～26.702.09～4.89青稞43.2～47.211.25～14.381.15～3.18

表3 17个群体大麦籽粒蛋白质与赖氨酸含量相关性分析

群体JP1JP2JP5JP6JP7JP8JP9JP11JP13JP15JP16JP17JP18JP20JP23JP25康青相关系数0.5440.0200.5820.9690.3440.1320.703-0.5860.8050.4780.2070.864-0.1270.4820.6020.9700.339显著性*********

注：“*”表示群体间在0.05水平具有显著差异。

2.2 不同群体籽粒质量

从图1中可以发现，栽培大麦(康青)的籽粒单粒重显著(p<0.05)高于野生二棱大麦，康青籽粒单粒重达到45.44 mg。而不同群体野生二棱大麦间籽粒单粒重差异较小，其中仅群体JP 17显著(p<0.05)低于其余群体，单粒重为23.39 mg，另外15个野生二棱大麦 群体间籽粒单粒重无显著(p>0.05)差异，单粒重在27.94～32.87之间。

注：不同小写字母在0.05水平差异显著。下同。图1 17个不同群体大麦籽粒单粒重

2.3 不同群体大麦蛋白质含量分析

由图2可知，野生二棱大麦16个群体的籽粒蛋白质含量平均值均在20%以上。从群体来看，蛋白质含量最高的群体为JP 1，达30.04%，最低的为JP 2群体，为20.66%，显著(p<0.05)低于其他野生二棱大麦。在16个野生大麦群体246个基因型中，籽粒蛋白质含量在18.00%以上的占96%。在栽培大麦群体(康青)中，籽粒蛋白质含量平均为13.14%，显著(p<0.05)低于野生二棱大麦。其中籽粒蛋白质含量最高的基因型是康青10号，为14.38%，含量最低的基因型为康青6号，为11.25%。

2.4 不同群体大麦赖氨酸含量比较分析

从图3可知，不同群体大麦籽粒氨基酸含量具有显著(p<0.05)差异性。在野生二棱大麦群体中，赖氨酸含量最高的为JP 8群体，平均含量达到4.96 mg/kg，含量最低野生二棱大麦群体为JP 1，赖氨酸含量为2.97 mg/kg，显著(p<0.05)低于JP 8大麦群体。在16个群体共246个野生二棱大麦基因型中，赖氨酸含量在5.00 mg/kg以上的基因型占总数的10%。在栽培大麦(康青)中，赖氨酸平均含量为2.28 mg/kg，显著(p<0.05)低于除JP 1和JP 2外的14个野生二棱大麦群体。其中赖氨酸含量最高的基因型是康青3号，为3.18 mg/kg，最低的是康青9号，为1.15 mg/kg。

图2 17个不同群体大麦蛋白质含量

图3 17个不同群体大麦赖氨酸含量

2.5 17个大麦群体蛋白质与赖氨酸含量相关性分析

对16个群体246个基因型的野生二棱大麦和7个栽培品种大麦籽粒蛋白质与赖氨酸含量进行相关分析，结果见表3。

由表3可知，17个大麦群体中，9个野生二棱大麦籽粒中的蛋白质含量与赖氨酸含量具有显著(p<0.05)相关性，其中JP 1、JP 6、JP 9、JP 13、JP 17、JP 20、JP 23、JP 25蛋白质含量和赖氨酸含量呈显著(p<0.05)正相关，JP 11群体中籽粒蛋白质与赖氨酸含量呈显著(p<0.05)负相关。而栽培大麦籽粒中的蛋白质与赖氨酸含量无显著(p>0.05)相关性。这说明大麦籽粒中蛋白质与赖氨酸的含量差异主要由遗传因素决定，这与黄志仁[8]的研究一致。

Screening on High Nitrogen Nutrition Genotypes of Wild Barley，HordeumSpontaneumfrom Jordan

CHENGXiaobin1,ZHAOGang2,CHENGJianping3,YANJun2,LIUTinghui4

2016-11-19

国家科技部国际科技合作专项 (S 2013 ZR 0452)；国家民委科研项目(14 SCZ 009)；四川省教育厅科研项目(16 ZB 0366)。

程晓彬(1968—)，女，四川仁寿人；农学学士，副教授，主要从事园艺及麦类植物栽培方向的教学和科研工作；E-mail:834390598@qq.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.04.059

S 512.3

A

1001-4705(2017)04-0059-04