程曉彬，李 念，阮景軍，趙 鋼，程劍平，NEVO Eviatar，嚴(yán) 俊

(1.四川民族學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系，四川康定 626001； 2.貴州大學(xué)麥作研究中心，貴州貴陽 550025；3.成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川成都 610106； 4.海法大學(xué)進(jìn)化研究所，以色列海法 31905)

大麥?zhǔn)鞘澜缟献罟爬系淖魑镏?，具有早熟、生育期短、適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)以及營養(yǎng)豐富等特性，分為栽培大麥和野生大麥2種。大麥因兼具食用、飼用、釀造用以及醫(yī)藥等多種用途而受到人們越來越多的重視[1]。大麥育種多以高產(chǎn)為主要目的，在人工選擇過程中容易失去其長期進(jìn)化產(chǎn)生的遺傳多樣性，而遺傳多樣性的缺乏和喪失會導(dǎo)致大麥對環(huán)境及病蟲害的抗性減弱[2-3]。野生二棱大麥[Hordeumspontancum(Aberg) Shao]受生態(tài)環(huán)境的影響，在長期自然選擇過程中積累了大量抗病、抗蟲、耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐鹽等多種抗逆基因[4]，是大麥遺傳育種、品種改良的重要材料[5]。中東新月沃地(包括以色列、約旦等國)是野生二棱大麥起源地和遺傳多樣性中心。野生二棱大麥?zhǔn)窃耘啻篼湹淖嫦?，可直接用于雜交育種，也可作為轉(zhuǎn)基因技術(shù)育種的目的基因供體[6]。

籽粒蛋白質(zhì)含量是評價(jià)大麥品質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一，提高籽粒蛋白質(zhì)含量是大麥育種工作的重要目標(biāo)[7]。對于飼用大麥，通常育種目標(biāo)是在注重提高品種產(chǎn)量的同時(shí)提高其蛋白質(zhì)含量；而對于釀造大麥，高蛋白會導(dǎo)致啤酒釀造過程中糖化困難，易混濁，但如果麥芽的蛋白質(zhì)含量過低，其釀造的啤酒也可能因酵母氨基酸含量過低而影響品質(zhì)，所以培育籽粒中氮素含量高或適中的大麥品種是滿足各種市場需求的首要任務(wù)。野生大麥豐富的遺傳多樣性可為該項(xiàng)育種工作提供豐富的遺傳資源[7-8]。氣候條件對大麥籽粒蛋白質(zhì)含量也有一定的影響，年份不同，其籽粒蛋白質(zhì)含量變化較大[9-10]。本研究對采自以色列不同生長環(huán)境的9個(gè)群體90個(gè)野生二棱大麥基因型的有機(jī)氮及無機(jī)氮營養(yǎng)水平進(jìn)行分析測定，以期篩選出不同蛋白質(zhì)含量和氮素含量的大麥基因型，為栽培大麥種質(zhì)創(chuàng)新研究提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試種子采自以色列從南到北不同區(qū)域，共9個(gè)群體90個(gè)基因型(表1)。于2012和2013年種于貴州大學(xué)麥作農(nóng)場、2013年種于安順農(nóng)科所試驗(yàn)農(nóng)場和貴州大學(xué)園藝農(nóng)場，共4個(gè)處理，分別為：2012貴州大學(xué)麥作農(nóng)場田間(Y2012 Farm)、2013安順農(nóng)科所試驗(yàn)農(nóng)場田間(Y2013 AS)、2013貴州大學(xué)麥作農(nóng)場盆栽(2013 9F)和2013貴州大學(xué)園藝農(nóng)場田間(Y2013 Garden)。貴州大學(xué)麥作農(nóng)場位于106.4°～106.9°E，26.2°～26.6°N，海拔1 100 m；安順農(nóng)科所試驗(yàn)農(nóng)場(Y2013 AS)位于105.9°E，26.3°N，海拔1 395 m。田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，播種方式為條播，行長1.5 m，行間距0.4 m，一行為同一基因型，每個(gè)基因型3次重復(fù)，三葉期定苗，每行留長勢基本一致的5株苗；盆栽實(shí)驗(yàn)每盆裝土8.0 kg，一盆一個(gè)基因型，每個(gè)基因型3次重復(fù)，三葉期定苗，每盆留長勢一致的3株苗。麥穗成熟后收獲，室內(nèi)自然風(fēng)干后脫粒，去雜和挑去不完整籽粒，用去離子水將種子洗凈烘干后妥善保存，備用。

1.2 分析方法

樣品分析在貴州大學(xué)麥作研究中心實(shí)驗(yàn)室完成，隨機(jī)取10粒籽粒用萬分之一電子天平稱量，計(jì)算單粒重；按照國標(biāo)法(GB2905-82)采用KJ 8400凱氏定氮儀測定籽?？偟鞍踪|(zhì)含量，蛋白質(zhì)N素?fù)Q算系數(shù)為6.25；通過UV1000分光光度計(jì)采用考馬斯藍(lán)染色法測定可溶性蛋白含量。所有測定設(shè)3次重復(fù)，取其平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)，變異系數(shù)≥25 %的基因型重測，直到<25%為止。采用JMP6.0和SigmaPlot12.0分析數(shù)據(jù)，通過Tukey HSD檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

表1試驗(yàn)材料

Table1Materialsusedintheexperiment

群體Population樣品數(shù)量Samplequantity基因型GenotypeGolanHigh20GN1GN2GN3GN4GN6GN7GN9GN10GN11GN12GN18GN19GN20GN21GN22GN25GN26GN28GN29GN30Shlomi20SH1SH3SH4SH6SH7SH9SH10SH12SH13SH15SH16SH17SH18SH19SH20SH21SH22SH23SH24SH25Hermon13HM1HM2HM3HM4HM5HM7HM9HM14HM16HM17HM18HM19HM20Mehola3ME13ME14ME15Atlit1A5Tabigha8T4T5T6T7T8T9T12T14RoshPina14R1R2R3R6R7R10R11R12R13R15R16R17R19R23Gilboa9G3G4(M)G4(R)G8G10G11G19G20G21ECNorth?facingslope2NF1NF2

2 結(jié)果與分析

2.1 不同環(huán)境下籽?？偟考皢瘟Ｖ氐牟町?/h3>

經(jīng)Tukey HSD檢驗(yàn)方法分析，Y2012 Farm和Y2013 AS環(huán)境下90個(gè)野生大麥基因型籽?？偟皢瘟Ｖ夭町愶@著(圖1)，在Y2012 Farm環(huán)境下野生大麥籽?？偟匡@著高于Y2013 AS，Y2013 AS環(huán)境下單粒重顯著高于Y2012 Farm。由此可見，環(huán)境對野生大麥籽?？偟亢蛦瘟Ｖ赜绊戯@著，單粒重變化趨勢與籽粒中總氮含量變化相反，說明每粒種子能富集的氮素有一定上限并具有一定的保守性。

2.2 不同環(huán)境下籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量的差異

4個(gè)環(huán)境下野生二棱大麥籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)存在差異(圖2)。在2013AS環(huán)境下野生大麥籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量顯著高于其他3個(gè)環(huán)境，Y2013 Garden、2012 Farm和2013 9F三個(gè)環(huán)境間差異不顯著，說明野生二棱大麥籽粒氮素營養(yǎng)積累受種植環(huán)境的影響。在Y2013 AS環(huán)境下可溶性蛋白質(zhì)含量最高，但總氮含量相對偏低，而在Y2012 Farm環(huán)境下有相反的結(jié)果，這對調(diào)控大麥庫爾巴哈值有一定意義。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Letters above the bars indicate significant differences (P<0.05).The same below.

圖1不同環(huán)境下籽?？偟考皢瘟Ｖ氐牟町?/p>

Fig.1Differenceofgraintotalnitrogenandsinglegrainweightintwoenvironments

2.3 不同群體氮素相關(guān)指標(biāo)的比較

2.3.1 不同環(huán)境下群體總氮含量的比較

對種植于Y2013 AS和Y2012 Farm環(huán)境下6個(gè)基因型較多的野生二棱大麥群體籽粒含氮量進(jìn)行分析，結(jié)果(圖3)顯示，2個(gè)環(huán)境中Tabigha群體平均總氮含量均最高，在Y2012 Farm環(huán)境中顯著高于Golan High 和 Shlomi 2個(gè)群體，在Y2013 AS環(huán)境中顯著高于Hermon群體。在Y2012 Farm環(huán)境下，Golan High群體平均總氮含量最低，但與群體Shlomi、Gilboa和 Hermon無顯著差異，僅與Tabigha和RoshPina群體差異顯著，此外，Shlomi、Gilboa、 Hermon和RoshPina 4個(gè)群體相互間也無顯著差異。在Y2013 AS環(huán)境下，Hermon群體平均總氮含量最低，但與除Tabigha外的其他5個(gè)群體間并無顯著差異。由此可以看出，不同群體的野生大麥在氮素營養(yǎng)性狀上存在一定的進(jìn)化差異和保守性。

圖2 不同環(huán)境下籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量的差異

圖3 不同野生大麥群體平均籽粒含氮量的差異

2.3.2 不同環(huán)境下群體可溶性蛋白質(zhì)含量的比較

對6個(gè)野生二棱大麥群體籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量進(jìn)行Tukey HSD檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(圖4)，在Y2013 9F和Y2013 Garden 2個(gè)環(huán)境下，Rosh Pina群體的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于Golan High和Shlomi群體。在Y2013 Garden環(huán)境中，Gilboa群體的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于Golan High和Shlomi群體；在Y2012 Farm環(huán)境中，Gilboa群體的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于Golan High和Rosh Pina群體；在Y2013 AS環(huán)境中，Gilboa群體顯著高于Hermen、Golan High、Tabigha和Shlomi群體?？傮w來看，Y2012 Farm、Y2013 AS及Y2013 Garden 3個(gè)環(huán)境中的Gilboa群體的可溶性蛋白質(zhì)含量最高，均分別顯著高于各自環(huán)境下的2個(gè)以上群體。此外，每個(gè)環(huán)境下野生二棱大麥籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量在4個(gè)群體間均無顯著差異。以上結(jié)果說明，野生二棱大麥籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量仍具有一定的保守性。

2.4 極端氮素營養(yǎng)基因型的篩選結(jié)果

由表2可知，籽?？偟枯^高的基因型有 T8、 R3、 GR13和 R23，其中 T8最高，為3.42%；可溶性蛋白質(zhì)含量較高的基因型有 R23、 T8、 G20、 R3和 GR13，其中 T8最高，為10.22%。綜合分析可知，籽?？偟涂扇苄缘鞍踪|(zhì)含量同時(shí)都較高的基因型為 T8，均較低的是 HM17。不同基因型野生大麥的平均可溶性蛋白含量和平均總氮含量均不同，變異幅度相差較大，說明野生二棱大麥基因型籽?？扇苄缘鞍缀涂偟看嬖谪S富的遺傳多樣性，基因型 T8和 HM17均可作為改良現(xiàn)代栽培大麥的優(yōu)異基因材料。

圖4 不同野生大麥群體籽?？扇苄缘鞍缀康牟町?/p>

Table2Comparisonofgenotypeswithsignificantgrainnitrogen-relatedindicators

基因型Genetype平均籽粒可溶性蛋白含量Averagegraincontentofsolubleprotein/%平均籽?？偟緼veragegraintotalnitrogencontent/%GN267．35d2．01dGN286．10e2．35cR2310．06ab3．04bR39．49c3．12bR199．28c2．96bT810．22a3．42aG209．92b2．93bG219．26c3．06bHM173．23f2．00d

3 討 論

3.1 不同環(huán)境下籽粒總氮含量及可溶性蛋白質(zhì)含量的差異

從野生大麥群體中篩選極端氮素水平的種質(zhì)資源用于大麥育種，是提高和改良大麥蛋白質(zhì)含量的有效方法和途徑[11]。本研究中，不同環(huán)境籽粒總氮含量和單粒重差異顯著，單粒重變化趨勢與籽粒中總氮含量變化相反，說明每粒種子富集的氮素具有一定上限并具有一定的保守性。Y2013 AS環(huán)境野生大麥籽?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量顯著高于其他3個(gè)環(huán)境，Y2013 Garden、Y2012 Farm和2013 9F三個(gè)環(huán)境間的可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著，說明野生二棱大麥籽粒氮素營養(yǎng)積累既受種植環(huán)境的影響，又有一定保守性。本研究選用的種子材料均由中以合作發(fā)掘與利用野生麥類資源優(yōu)異基因課題組(成都大學(xué)與海法大學(xué)聯(lián)合成立)采自以色列自然環(huán)境，與之前選自以色列海法大學(xué)種子庫的群體和基因型不同，但仍得到一些相似的結(jié)果，尤其在同樣種植環(huán)境下，個(gè)別群體氮素營養(yǎng)顯著高于或低于其他群體，說明起源地生態(tài)地理環(huán)境對籽粒氮素積累有影響，并且籽粒氮素營養(yǎng)在長期的進(jìn)化和對環(huán)境的適應(yīng)過程中逐步穩(wěn)定并形成了豐富的遺傳多樣性[12]。

3.2 不同基因型籽?？偟?、可溶性蛋白質(zhì)含量和單粒重的比較

大麥高產(chǎn)、高蛋白質(zhì)含量主要受遺傳因素和環(huán)境因素的影響[13-14]，大麥蛋白質(zhì)含量屬于數(shù)量性狀遺傳且受多個(gè)微效基因控制，單個(gè)基因效應(yīng)較小，易受環(huán)境條件影響，且在分離世代中表現(xiàn)出連續(xù)變異，難以明確分組[10]。因此，在傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)遺傳研究中，通常將控制同一性狀的多基因看作一個(gè)整體，運(yùn)用生物統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算其均值、方差、顯性效應(yīng)、上位效應(yīng)、加性效應(yīng)等參數(shù)，用這些遺傳參數(shù)來描述群體的遺傳特征[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，離散程度較明顯的基因型有 GN26、 HM17、 T8、 GR13、 R3和 R23。 GN26和 HM17分別為籽?？偟涂扇苄缘鞍踪|(zhì)含量較低的基因型； T8為籽?？偟涂扇苄缘鞍踪|(zhì)含量均較高的個(gè)體， R3、 R23和 GR13分別為籽?？偟涂扇苄缘鞍踪|(zhì)含量較高的基因型。由于研究條件限制，此次篩選出來的基因型個(gè)體在某些性狀上可能存在不足，測定的相關(guān)數(shù)據(jù)僅供參考，在今后的試驗(yàn)中將進(jìn)一步擴(kuò)大種植環(huán)境與年份，選用更多起源地具有未知性狀的野生大麥種質(zhì)材料，分析大麥籽粒蛋白質(zhì)含量的變化特征和氮素積累機(jī)制。通過高、低蛋白大麥種質(zhì)間的雜交構(gòu)建遺傳群體，對籽粒蛋白質(zhì)含量的遺傳特性及控制基因進(jìn)行分析，盡可能探明影響籽粒蛋白質(zhì)含量的遺傳效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的關(guān)系，可為選育受環(huán)境條件影響小的優(yōu)質(zhì)大麥品種提供理論指導(dǎo)。

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