盧廣，周羽，沈輝，任喜峰

1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070； 2.湖北省襄陽(yáng)市原種繁殖場(chǎng)，襄陽(yáng) 441004

大麥作為全球栽培的第四大禾谷類作物，在我國(guó)種植歷史悠久，用途極其廣泛，是集食用、飼用及啤酒釀造于一體的重要農(nóng)作物[1]。大麥籽粒大小和千粒重是大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要組成部分[2-3]。籽粒大小和千粒重與大麥的生長(zhǎng)環(huán)境、選育水平以及種質(zhì)的遺傳背景均有較大的相關(guān)性[4]。不同棱型大麥品種千粒重有很大差異，二棱普遍高于六棱(或多棱型)，且同棱型的籽粒大小也因品種不同而異[5-6]。陳曉東等[7]將125份大麥材料按照棱型、皮裸以及選育水平進(jìn)行分類，對(duì)粒重、粒長(zhǎng)、粒寬與粒厚進(jìn)行差異比較與相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)大麥粒重與棱型相關(guān)，與皮和裸無(wú)關(guān)，二棱大麥的粒重、粒長(zhǎng)和粒寬均高于六棱大麥。張新忠等[8]在不同試點(diǎn)對(duì)98份二棱大麥和89份六棱大麥品種的千粒重、粒長(zhǎng)、粒寬進(jìn)行測(cè)定和分析，結(jié)果表明，六棱大麥的千粒重、粒長(zhǎng)和粒寬較二棱大麥普遍偏低；不同棱型大麥千粒重、粒長(zhǎng)和粒寬在基因型間及環(huán)境間差異均達(dá)到顯著或極顯著水平。關(guān)于野生大麥不同分類及其籽粒性狀的差異性研究鮮有報(bào)道。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球大約95%的大麥都用于飼用或啤酒釀造[9]，蛋白質(zhì)含量(grain protein content，GPC)是谷物品質(zhì)評(píng)價(jià)中的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)[10]。GPC與大麥飼用質(zhì)量和麥芽品質(zhì)均密切相關(guān)，不同GPC的大麥品種具有不同的用途，高GPC的大麥品種通常作為食用或飼用，低GPC的大麥品種則適于麥芽生產(chǎn)和啤酒釀造[11-12]。因此，針對(duì)不同用途大麥的遺傳改良，研究和選育不同GPC的大麥品種是十分必要的。產(chǎn)量與品質(zhì)的提升均是作物育種的主要目標(biāo)，然而，在很多作物中GPC與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，即在提高產(chǎn)量的同時(shí)提高GPC是相對(duì)困難的[13]。種質(zhì)資源的遺傳多樣性是作物育種突破的關(guān)鍵[14]，具有豐富遺傳多樣性的野生大麥則可以作為改良栽培大麥產(chǎn)量和GPC的重要種質(zhì)資源。大麥籽粒性狀的鑒定分析是大麥種質(zhì)資源評(píng)價(jià)中較為直觀、簡(jiǎn)單有效的方法。種質(zhì)資源表型多樣性研究中運(yùn)用較為廣泛的方法有表型的差異分析、相關(guān)性分析、聚類分析等。栽培大麥經(jīng)過(guò)不斷地人工選育使其遺傳多樣性大幅度降低，導(dǎo)致親本遺傳基礎(chǔ)狹窄，增加了對(duì)病蟲(chóng)害的脆弱性。這些特征已成為當(dāng)代大麥育種面臨的主要困境[15]。本研究以214份來(lái)自國(guó)內(nèi)外的不同類型大麥種質(zhì)為材料，對(duì)其籽粒性狀進(jìn)行差異比較分析和相關(guān)性分析，以期為不同類型大麥品種的粒型選擇與品質(zhì)改良提供參考依據(jù)；同時(shí)，對(duì)篩選創(chuàng)造優(yōu)異種質(zhì)資源、有效利用大麥野生種質(zhì)具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用的214份大麥種質(zhì)資源包括來(lái)自西南亞、中亞和西藏起源地的97份野生大麥和來(lái)自世界不同區(qū)域的117份栽培大麥。根據(jù)多年表型檢測(cè)和遺傳進(jìn)化分析[16-19]，該供試材料遺傳多樣性非常豐富，是遺傳改良的優(yōu)異基因資源。214份材料分別于2018年和2019年連續(xù)2 a種植于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥試驗(yàn)基地，按小區(qū)種植，每份材料3行，行長(zhǎng)1.0 m，行距0.2 m，各材料按照順序編號(hào)播種，3次重復(fù)，田間管理與大田一致。分別于次年5月收獲種子，收獲的種子曬干后置于4 ℃冷庫(kù)保存。117份栽培大麥按棱型特征可分為58份二棱大麥和59份六棱大麥；按皮裸特征可分為96份皮大麥和21份裸大麥；按來(lái)源地可分為6個(gè)不同的群體，分別為59份東亞栽培大麥、5份澳大利亞栽培大麥、9份地中海沿岸栽培大麥、21份歐洲栽培大麥、16份北美栽培大麥和7份南美栽培大麥。97份野生大麥按棱型可分為87份二棱大麥和10份六棱大麥；按皮裸特征可分為93份皮大麥和4份裸大麥；按地理來(lái)源可分為3個(gè)群體，分別為20份西藏野生大麥、55份西南亞野大麥和22份中亞野生大麥。

1.2 籽粒表型性狀的測(cè)定

1.3 籽粒蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

每份材料分別隨機(jī)取10粒飽滿且無(wú)病蟲(chóng)害的種子裝入袋內(nèi)，置于70～80 ℃烘干至恒質(zhì)量。烘干后的樣品充分粉碎、過(guò)0.5 mm篩。為縮短檢測(cè)時(shí)間和提高準(zhǔn)確度，采用改進(jìn)的微量凱氏定氮法對(duì)材料中氮含量進(jìn)行測(cè)定[20]，每個(gè)材料3次重復(fù)取其平均值。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)為6.25[21]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

籽粒性狀錄入Excle表中，對(duì)214份大麥材料按照不同分類方式對(duì)各個(gè)材料進(jìn)行編號(hào)匯總；使用SPSS 24.0軟件對(duì)2018年和2019年籽粒性狀分別進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析；進(jìn)一步將所有材料按照不同的分組進(jìn)行各個(gè)籽粒性狀的單因素方差分析或t檢驗(yàn)，依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果差異顯著性(0.05水平)分別對(duì)各個(gè)性狀進(jìn)行兩兩比較并標(biāo)注。用SPSS 24.0軟件，采用Pearson相關(guān)系數(shù)法(雙尾檢驗(yàn))計(jì)算各個(gè)性狀之間的相關(guān)性以及相關(guān)性的顯著性；對(duì)不同分類中GPC、千粒重、粒長(zhǎng)、粒寬與籽粒直徑5個(gè)籽粒性狀的相關(guān)性同樣選用Pearson相關(guān)系數(shù)法。利用R語(yǔ)言factoextra軟件包和R自帶的hclust函數(shù)基于10個(gè)籽粒性狀對(duì)214份大麥材料進(jìn)行層次聚類。用factoextra軟件包中的fviz_dend函數(shù)進(jìn)行聚類樹(shù)可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒表型性狀的描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)供試材料9個(gè)籽粒性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)，結(jié)果顯示：這些性狀在2 a中均表現(xiàn)出豐富的變異(變異系數(shù)為8.70%～23.88%)。變異系數(shù)在2 a 均表現(xiàn)最高的性狀是千粒重，其中，2018年千粒重的變異系數(shù)為23.88%，其值的變化范圍為14.57～58.83 g；2019年千粒重的變異系數(shù)為23.68%，其值的變化范圍為14.82～55.66 g。這表明大麥種質(zhì)資源在千粒重性狀上存在較大差異，具有豐富的變異類型和廣泛的選擇基礎(chǔ)，品種改良潛力較大。變異系數(shù)在2 a中均表現(xiàn)最低的性狀是籽粒直徑，其中，2018年籽粒直徑的變異系數(shù)為8.87%，其值的變化范圍為4.01～6.41 mm；2019年籽粒直徑的變異系數(shù)為8.70%，其值的變異范圍為3.91～6.39 mm。2 a間各個(gè)籽粒性狀的偏度和峰度的絕對(duì)值均小于1，說(shuō)明所考察的各性狀的表型數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布。9個(gè)籽粒性狀在2 a間進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果均未表現(xiàn)出明顯的差異，表明籽粒表型變異在供試2 a間受環(huán)境因素的影響較小。

表1 大麥9個(gè)籽粒性狀的描述統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of 9 grain traits in barley

2.2 野生大麥與栽培大麥籽粒性狀比較分析

由表2和表3可知，野生大麥的GPC(10.89%)顯著高于栽培大麥(9.06%)，且野生大麥GPC的變異系數(shù)(25.22%)和標(biāo)準(zhǔn)差(2.75)也要高于栽培大麥GPC的變異系數(shù)(20.16%)和標(biāo)準(zhǔn)差(1.85)。說(shuō)明野生大麥GPC不僅表現(xiàn)出更高的水平，而且擁有更豐富的遺傳多樣性。栽培大麥和野生大麥的平均千粒重分別為31.17和30.06 g，差異不顯著(表2)。但無(wú)論是栽培大麥還是野生大麥千粒重分布范圍均較為廣泛，其中栽培大麥千粒重的變化范圍為14.57～ 58.83 g，野生大麥千粒重的變化范圍為16.05～ 49.11 g，且二者均有較高的變異系數(shù)(表3)。在其他表型性狀方面，野生大麥的籽粒面積(24.61 mm2)、周長(zhǎng)(26.19 mm)及長(zhǎng)寬比(3.84)均顯著高于栽培大麥的籽粒面積(20.65 mm2)、周長(zhǎng)(21.38 mm)與長(zhǎng)寬比(2.89)；野生大麥的粒長(zhǎng)(11.36 mm)與籽粒直徑(5.57 mm)均分別顯著大于栽培大麥粒長(zhǎng)(8.97 mm)與籽粒直徑(5.10 mm)；栽培大麥粒寬(3.12 mm)、籽粒圓度(0.34)與密度因子(1.06 mg/mm2)均分別顯著大于野生大麥粒寬(2.99 mm)、籽粒圓度(0.26)及密度因子(0.92 mg/mm2)(表2)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人工馴化與改良，大麥GPC明顯降低，籽粒面積、籽粒周長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比、粒長(zhǎng)與籽粒直徑明顯減小，粒寬、籽粒圓度及密度因子顯著增加，但籽粒千粒重變化不顯著。

表2 栽培大麥和野生大麥籽粒性狀的差異比較Table 2 Comparison of differences in grain traits between cultivated and wild barley accessions

表3 野生大麥和栽培大麥的蛋白質(zhì)含量及千粒重的描述統(tǒng)計(jì)Table 3 Descriptive statistics of GPC and Tgw of wild barley and cultivated barley

為了更全面地了解野生大麥與栽培大麥籽粒性狀的差異性，分別對(duì)野生大麥與栽培大麥在相同棱型/皮裸狀態(tài)下進(jìn)行了籽粒性狀差異分析(表4)。結(jié)果表明：在相同棱型中，野生二棱大麥與栽培二棱大麥除了在千粒重方面沒(méi)有顯著差異外，在其他籽粒性狀中均存在顯著差異，其中野生二棱大麥GPC(11.26%)、粒長(zhǎng)(11.51 mm)與籽粒直徑(5.59 mm)均顯著高于栽培二棱大麥GPC(8.51 mm)、粒長(zhǎng)(8.92 mm)及籽粒直徑(5.17 mm)；而野生二棱大麥粒寬(2.95 mm)則顯著低于栽培二棱大麥粒寬(3.22 mm)。而野生六棱大麥的GPC(7.30%)顯著低于栽培六棱大麥(9.61%)，但其他籽粒表型性狀均要高于栽培六棱大麥，其中野生六棱大麥的千粒重、籽粒面積、籽粒周長(zhǎng)、粒長(zhǎng)、粒寬與籽粒直徑均顯著高于栽培六棱大麥；在同一皮裸類型中，野生皮大麥與栽培皮大麥在所有籽粒性狀中的差異性與野生二棱大麥和栽培二棱大麥中的差異性相一致；在野生裸大麥與栽培裸大麥中，GPC、千粒重、籽粒周長(zhǎng)、粒寬及籽粒密度在二者之間均存在顯著差異，而其他籽粒性狀差異均不顯著。其中野生裸大麥GPC顯著低于栽培裸大麥，而千粒重與粒寬均要顯著高于栽培裸大麥。這些結(jié)果表明，同一類型(相同棱型/皮裸)野生和栽培大麥在籽粒性狀中存在不同程度的差異，大麥籽粒性狀在不同基因型間存在大量的變異。

表4 不同分類栽培大麥和野生大麥籽粒性狀差異比較Table 4 Comparison of differences in grain traits between cultivated and wild barley by different classification

2.3 不同分類野生大麥籽粒性狀比較分析

由表5可見(jiàn)，在3個(gè)不同地理來(lái)源的材料中，西藏野生大麥GPC(6.85%)顯著低于中亞野生大麥(11.34%)和西南亞野生大麥(12.18%)。其中西藏野生大麥GPC的最低值為5.12%，最高值僅為10.61%，還未達(dá)到中亞和西南亞野生GPC的平均水平，而西藏野生大麥GPC的變異系數(shù)卻在這3個(gè)地區(qū)中是最大的，為24.03%(表6)。在千粒重方面，西藏野生大麥的千粒重(36.25 g)要顯著高于中亞野生大麥(29.72 g)和西南亞野生大麥(30.18 g)(表5)。在8個(gè)籽粒表型性狀中，中亞野生大麥和西南亞野生大麥均無(wú)顯著差異，說(shuō)明中亞野生大麥和西南亞野生大麥群體遺傳背景更相近。在棱型分類中，野生二棱大麥的GPC(11.26%)要顯著高于野生六棱大麥的GPC(7.30%)，而野生二棱大麥千粒重(30.77 g)顯著低于野生六棱大麥千粒重(34.66 g)。相對(duì)于野生六棱大麥，野生二棱大麥粒長(zhǎng)與籽粒直徑顯著長(zhǎng)于野生六棱大麥，而粒寬則顯著短于野生六棱大麥。在皮裸分類中，除千粒重差異不顯著外，其余所有籽粒性狀在野生皮大麥與野生裸大麥中均存在顯著差異。野生皮大麥GPC(11.05%)、粒長(zhǎng)(11.50 mm)與籽粒直徑(5.60 mm)均要顯著高于野生裸大麥GPC(7.22%)、粒長(zhǎng)(7.96 mm)及籽粒直徑(4.81 mm)，而野生裸大麥的粒寬(3.16 mm)與籽粒圓度(0.40)均顯著大于野生皮大麥粒寬(2.98 mm)和籽粒圓度(0.26)。這些結(jié)果表明，在野生大麥中，GPC、粒長(zhǎng)及粒寬與皮裸、棱型都存在一定相關(guān)性，千粒重與棱型存在一定相關(guān)性，籽粒直徑與皮裸存在一定相關(guān)性。

表5 野生大麥不同分類籽粒性狀差異比較Table 5 Comparison of differences in grain traits of wild barley by different classification

表6 不同來(lái)源野生大麥GPC和千粒重的描述性統(tǒng)計(jì)Table 6 Descriptive statistics of GPC and Tgw of wild barley from different origins

此外，由于西南亞和中亞野生大麥均為二棱皮大麥，而西藏野生大麥既有皮裸之分，又有不同的棱型，所以對(duì)西藏野生大麥不同棱型與皮裸大麥進(jìn)行分類，結(jié)果發(fā)現(xiàn)西藏野生二棱大麥GPC顯著低于西藏野生六棱大麥，而千粒重顯著高于西藏野生六棱大麥；其他籽粒性狀在西藏野生大麥不同棱型種質(zhì)間均未表現(xiàn)出差異；GPC在西藏野生皮/裸大麥中并未表現(xiàn)出差異，而西藏皮大麥千粒重顯著高于裸大麥(表7)。西藏野生大麥不同分類中籽粒性狀差異研究表明，在西藏野生大麥中GPC在不同棱型中存在顯著差異，在不同皮裸類型中差異不顯著；在西藏野生大麥中千粒重在棱型與皮裸分類中都有顯著差異；說(shuō)明在西藏野生大麥中千粒重與棱型、皮裸都存在一定相關(guān)性，而GPC僅與棱型存在一定相關(guān)系。

表7 西藏野生大麥不同分類的籽粒性狀差異比較Table 7 Comparison of differences in grain traits of Tibetan wild barley by different classification

2.4 不同分類栽培大麥籽粒性狀比較分析

由表8可知，在所有的6個(gè)地區(qū)中，東亞栽培大麥的GPC最高，為9.26%；而澳洲栽培大麥的GPC最低，為8.01%。6個(gè)不同地區(qū)栽培大麥GPC的多重比較顯示兩兩之間在5%水平上差異均不顯著，表明各個(gè)地區(qū)大麥經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人工選育，GPC已經(jīng)趨于一致。南美栽培大麥表現(xiàn)出最高的GPC變異系數(shù)，達(dá)23.73%；地中海栽培大麥的變異系數(shù)則最低，為6.99%(表9)。各個(gè)地區(qū)在千粒重方面有明顯差異，最高的是北美栽培大麥，為32.47 g；最低的是澳洲栽培大麥，僅為23.69 g。千粒重變異系數(shù)東亞栽培大麥最高，為27.63%，地中海栽培大麥最低，為12.40%(表9)。在其他籽粒性狀上，北美栽培大麥的粒長(zhǎng)(9.68 mm)、粒寬(3.16 mm)、籽粒直徑(5.31 mm)、籽粒面積(22.35 mm2)、周長(zhǎng)(23.05 mm)都是6個(gè)地區(qū)中最高的(表8)。在不同棱型分類中，二棱大麥千粒重(31.81 g)顯著高于六棱大麥(28.34 g)，而GPC(8.51%)顯著低于六棱大麥(9.61%)，這與不同棱型野生大麥在該2個(gè)性狀上表現(xiàn)的差異剛好相反。粒寬與籽粒直徑在二棱和六棱栽培大麥中也表現(xiàn)出顯著差異，而粒長(zhǎng)差異不顯著。在皮裸分類中，在栽培皮大麥與栽培裸大麥間的GPC差異不顯著，而在8個(gè)籽粒表型性狀上兩類栽培大麥均存在顯著差異。栽培皮大麥的籽粒面積、周長(zhǎng)、粒長(zhǎng)及籽粒直徑均顯著大于栽培裸大麥，這與野生大麥在皮裸兩類型大麥之間的差異相一致。

表8 栽培大麥不同分類的籽粒性狀差異比較Table 8 Comparison of differences in grain traits of cultivated barley by different classification

表9 不同來(lái)源栽培大麥GPC和千粒重的描述性統(tǒng)計(jì)Table 9 Descriptive statistics of GPC and Tgw of cultivated barley from different origins

2.5 大麥籽粒性狀的相關(guān)分析

經(jīng)相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)GPC與所有表型性狀均呈現(xiàn)顯著或極顯著相關(guān)(表10)。其中GPC與千粒重(-0.216**)、籽粒寬(-0.412**)、籽粒圓度(-0.440**)、籽粒密度(-0.395**)均呈極顯著負(fù)相關(guān)；而與籽粒周長(zhǎng)(0.331**)、籽粒長(zhǎng)(0.360**) 均呈極顯著正相關(guān)。從千粒重與其他表型性狀相關(guān)性可知，各個(gè)籽粒形態(tài)指標(biāo)與千粒重均呈顯著或極顯著的相關(guān)性。其中千粒重與籽粒寬(0.850**)、籽粒直徑(0.681**)、籽粒面積(0.685**)、密度因子(0.610**)、籽粒周長(zhǎng)(0.378**)、籽粒長(zhǎng)(0.320**)均呈極顯著正相關(guān)；而與長(zhǎng)寬比(-0.121*)呈顯著的負(fù)相關(guān)。在其他表型性狀之間相關(guān)性中，粒長(zhǎng)與粒寬之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，粒長(zhǎng)與籽粒直徑(0.879**)，粒寬與籽粒直徑(0.427**)均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。在所有呈極顯著正相關(guān)的兩兩性狀中，籽粒面積與籽粒直徑、籽粒周長(zhǎng)與粒長(zhǎng)之間相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.998**和0.996**，這表明籽粒直徑和粒長(zhǎng)分別對(duì)籽粒面積和周長(zhǎng)的大小起決定性作用。籽粒長(zhǎng)寬比與籽粒圓度極顯著負(fù)相關(guān)系數(shù)最高，為-0.968**，說(shuō)明籽粒長(zhǎng)寬比是籽粒圓度的制約因子。

表10 大麥籽粒性狀的相關(guān)系數(shù)Table 10 Correlation coefficient of grain traits in barley

2.6 不同類型大麥部分籽粒性狀的相關(guān)分析

由于粒長(zhǎng)、粒寬與籽粒直徑是決定籽粒表型的關(guān)鍵性狀，它們同時(shí)也是描述粒型最重要的性狀，因此,選用這3個(gè)性狀及GPC、千粒重共5個(gè)性狀研究它們?cè)诓煌诸惙绞街械南嚓P(guān)性(表11)。結(jié)果表明，在GPC與千粒重的相關(guān)性上，除了野生六棱大麥呈極顯著正相關(guān)(0.569**)外，其他組別GPC與千粒重均呈負(fù)相關(guān)；其中在野生皮大麥中，GPC與千粒重兩者間呈極顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)最高，為-0.319。在不同分類方式中，GPC與粒長(zhǎng)、粒寬、籽粒直徑的相關(guān)性存在很大差異；而千粒重與粒長(zhǎng)、粒寬及籽粒直徑之間相關(guān)性基本一致，均呈現(xiàn)顯著或極顯著正相關(guān)；千粒重與粒寬相關(guān)系數(shù)都在0.85以上，最高的是野生裸大麥組別，為0.954，且千粒重與粒寬、籽粒直徑的相關(guān)系數(shù)均大于千粒重與粒長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)。大麥的粒長(zhǎng)與粒寬在野生二棱、栽培、栽培二棱、栽培六棱、栽培皮大麥中均呈極顯著正相關(guān)，在其他分類中相關(guān)性不顯著。除野生六棱大麥外，粒長(zhǎng)與籽粒直徑、粒寬與籽粒直徑在所有分類中均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。

表11 不同分類大麥籽粒性狀的相關(guān)系數(shù)Table 11 Correlation coefficient of barley grain traits by different classification

2.7 大麥籽粒性狀的聚類分析

由于大麥的籽粒性狀在2個(gè)年份均表現(xiàn)出較高的變異系數(shù)，且大部分性狀在不同的分類層面上均表現(xiàn)出顯著差異性，這說(shuō)明214份種質(zhì)在這些籽粒性狀上表現(xiàn)出較高的多樣性。為了進(jìn)一步衡量大麥種質(zhì)基于籽粒性狀的分類情況及種質(zhì)間的遺傳背景關(guān)系，我們利用該研究中所測(cè)得10個(gè)籽粒性狀對(duì)214份大麥材料進(jìn)行層次聚類分析。結(jié)果表明，214份大麥材料首先被聚成兩大類：一大類主要是野生大麥群體，另一大類主要是栽培大麥群體。該結(jié)果顯示基于10個(gè)籽粒性狀的野生大麥與栽培大麥2個(gè)群體間存在明顯的遺傳背景差異。其中第一大類又可分為Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)亞群，第二大類又可分為Ⅲ和Ⅳ兩個(gè)亞群(圖1)。第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ亞群分別包括78份、23份、28份和85份大麥種質(zhì)。其中第Ⅰ亞群多數(shù)以栽培皮大麥(紅色圓形)組成，代表栽培皮大麥群體；第Ⅱ亞群主要以栽培裸大麥(綠色圓形)和野生裸大麥(綠色方形)組成，代表栽培裸大麥與野生裸大麥混合群體；第Ⅲ亞群代表野生皮大麥與栽培皮大麥混合群體；第Ⅳ亞群多以野生皮大麥(紅色方形)組成，代表野生皮大麥群體。結(jié)果表明，以籽粒性狀將214份大麥種質(zhì)聚成4類時(shí)，野生裸大麥和栽培裸大麥親緣關(guān)系更近，栽培大麥和野生裸大麥兩群體與野生皮大麥群體之間發(fā)生了遺傳分化現(xiàn)象。

圖1 214份大麥材料10種籽粒性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 214 barley accessions with 10 grain traits

3 討 論

為了解大麥群體籽粒性狀遺傳多樣性，鑒定評(píng)價(jià)大麥種質(zhì)資源，指導(dǎo)大麥育種的親本選配，本研究對(duì)214份來(lái)自國(guó)內(nèi)外大麥種質(zhì)的籽粒性狀進(jìn)行了差異比較分析，研究結(jié)果表明野生大麥GPC要顯著高于栽培大麥，這是由于長(zhǎng)期以產(chǎn)量為育種目標(biāo)而造成了栽培大麥GPC普遍降低的現(xiàn)象[22-23]。本研究的種質(zhì)中野生大麥GPC擁有豐富的變異，變異系數(shù)高達(dá)25.22%，其中HS40(15.20%)、HS42(15.03%)、HS4(15.19%)、HS77(15.65%)4份材料具有較高水平的GPC，可以作為大麥品質(zhì)改良的寶貴資源。栽培大麥相比于野生大麥，其粒長(zhǎng)與籽粒直徑顯著變短，而粒寬、籽粒圓度與密度因子顯著增加，這可能是與人們追求增加穗粒數(shù)的定向選擇育種有關(guān)。粒大飽滿均勻的籽粒不僅有利于提高產(chǎn)量和幼苗活力，而且可以提高麥芽產(chǎn)量和飼料品質(zhì)，因此受到育種者的青睞[24]。不同棱形、皮裸特性的大麥，其作用有著很大的區(qū)別[25-26]，我們分別對(duì)野生大麥和栽培大麥在同一棱形/皮裸特性下進(jìn)行籽粒性狀的差異比較分析，有針對(duì)性地對(duì)不同類型大麥新品種的選育提供參考依據(jù)。此外，棱型與皮裸性狀是大麥馴化過(guò)程中的關(guān)鍵性狀[24]，通過(guò)同一類型中野生大麥與栽培大麥籽粒性狀的比較，可以明確大麥進(jìn)化過(guò)程中籽粒性狀的變化歷程。不同來(lái)源野生大麥的差異分析中，中亞野生大麥與西南亞野生大麥的各個(gè)表型性狀均無(wú)顯著差異，表明兩地野生大麥遺傳背景相近，閆松顯[27]用分子標(biāo)記的聚類結(jié)果也證明了西南亞野生大麥種質(zhì)和中亞野生大麥種質(zhì)具有較近的親緣關(guān)系，而西藏野生大麥與上述2個(gè)地理來(lái)源的野生大麥之間在籽粒面積和籽粒直徑以外的所有籽粒性狀上均有顯著差異，間接證明了西藏野生大麥具有獨(dú)特的遺傳背景，Dai等[28-29]研究結(jié)果也表明西藏野生大麥與西南亞野生大麥基因組間存在很大差異，西藏野生大麥對(duì)栽培大麥基因組有特殊的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步支持了西藏是大麥一個(gè)起源中心的理論。在3個(gè)地區(qū)的野生大麥中西藏野生大麥擁有最高的千粒重和最低的GPC，因此,可以作為啤酒大麥新品種培育的重要資源。如西藏野生大麥種質(zhì)中HS107 GPC最低，為5.12%，該結(jié)果低于馬得泉等[30]研究的2 004份西藏野生大麥材料的最低值(8.42%)。其次，HS102(5.36%)、HS105(5.26%)及HS109(5.28%)等材料也均具有較低水平的GPC，這些低GPC大麥種質(zhì)可以作為低蛋白大麥品種遺傳改良的珍稀材料。在不同栽培大麥地區(qū)中，6個(gè)地區(qū)之間GPC差異不顯著，說(shuō)明長(zhǎng)期的遺傳改良不僅使得栽培大麥GPC逐漸降低，并且在世界各地區(qū)栽培大麥GPC已經(jīng)趨于相似水平。因此，亟需加強(qiáng)對(duì)不同GPC大麥品種的研發(fā)，以滿足畜牧業(yè)和啤酒加工業(yè)的需求。東亞栽培大麥千粒重和GPC均有較高的變異系數(shù)，這表明東亞栽培大麥在千粒重和GPC方面變異類型比較豐富，可作為千粒重和GPC改良的供體材料。北美栽培大麥在6個(gè)地區(qū)中各個(gè)籽粒性狀均有較高表現(xiàn)，可引進(jìn)該地區(qū)HZD140和HZD333等種質(zhì)作為優(yōu)化籽粒性狀的種質(zhì)資源。在不同棱型與皮裸分類中，就野生大麥GPC而言，二棱野生大麥高于六棱野生大麥，野生皮大麥高于野生裸大麥，這與馬得泉等[30]的報(bào)道一致。目前對(duì)于野生大麥不同分類的籽粒表型性狀的研究鮮有報(bào)道，本研究結(jié)果對(duì)大麥不同類型之間籽粒性狀的差異分析進(jìn)行了補(bǔ)充。陳曉東等[7]對(duì)125份栽培大麥材料籽粒性狀研究發(fā)現(xiàn)栽培大麥中二棱大麥的粒重、粒寬和粒長(zhǎng)都要顯著高于六棱大麥，其中粒重與粒寬的差異與本研究的一致，而粒長(zhǎng)差異不同。這可能是因?yàn)樗x材料的來(lái)源差異引起的，本研究選用的是世界各地的栽培大麥材料，而陳曉東等[7]選用的栽培大麥材料僅來(lái)自于國(guó)內(nèi)。對(duì)于栽培二棱大麥與六棱大麥之間的差異分析顯示，二棱大麥比六棱大麥GPC更低而千粒重更高，因此更適合啤酒加工業(yè)的需要，而六棱大麥宜選作飼料大麥。無(wú)論是栽培大麥還是野生大麥，皮大麥的粒長(zhǎng)與籽粒直徑顯著高于裸大麥，這應(yīng)該是受到麩殼的影響[31]。皮裸大麥的用途不同，他們之間的遺傳差異是長(zhǎng)期馴化所致，層次聚類的結(jié)果也表明皮大麥與裸大麥在籽粒性狀方面有明顯差異。大麥籽粒的很多性狀在不同類別間存在不同程度的差異，表明大麥籽粒性狀在不同基因型間存在大量變異，人工選擇對(duì)大麥籽粒性狀改良有重要的作用。

谷類作物不同籽粒性狀之間的相關(guān)性已有較多報(bào)道，本研究發(fā)現(xiàn)GPC與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與前人研究結(jié)果相一致[32]。然而，本研究發(fā)現(xiàn)在野生六棱大麥籽粒性狀間的相關(guān)分析中，GPC與千粒重呈極顯著正相關(guān)而且相關(guān)系數(shù)較高，后續(xù)可針對(duì)這一特殊現(xiàn)象在分子水平上或基因組水平上進(jìn)行深度探析，該材料在指導(dǎo)大麥品質(zhì)與產(chǎn)量同步優(yōu)化方面具有重要意義。張亞?wèn)|等[33]發(fā)現(xiàn)大粒型水稻粒重的增加主要取決于籽粒長(zhǎng)度的增加，粒寬對(duì)粒重的影響較小，這與本研究的結(jié)果不同。張新忠等[8]發(fā)現(xiàn)千粒重與粒寬呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)高于粒長(zhǎng)與千粒重的相關(guān)系數(shù)，與本研究結(jié)果一致。另外本研究也對(duì)籽粒直徑與千粒重相關(guān)性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)二者之間也存在極顯著的正相關(guān)，并且相關(guān)系數(shù)高于粒長(zhǎng)與千粒重的相關(guān)系數(shù)。在不同的分類方式下，千粒重與粒長(zhǎng)、粒寬、籽粒直徑之間的相關(guān)性均有一致的結(jié)果。因此，增加粒寬與籽粒直徑可能是提高千粒重的有效途徑。此外，本研究也發(fā)現(xiàn)籽粒的長(zhǎng)寬比與千粒重呈顯著的負(fù)相關(guān)，這與青海地區(qū)小麥粒型分析結(jié)果相一致[34]。許如根等[6]通過(guò)對(duì)籽粒性狀的研究發(fā)現(xiàn)，籽粒的長(zhǎng)寬比太大會(huì)影響到大麥的飼用和食用品質(zhì)。人類在育種過(guò)程中的定向改良使得大麥品種的多樣性受到選擇和漂移等因素的侵蝕[35]，從而使栽培大麥親本遺傳基礎(chǔ)逐漸縮小，導(dǎo)致新育成品種在抗病、抗逆及品質(zhì)性狀等方面難以突破。而野生大麥的種質(zhì)資源群體結(jié)構(gòu)特殊，遺傳多樣性水平較高，含有豐富的抗(耐)性等優(yōu)良基因，可作為大麥遺傳改良的重要的基因資源。本研究所選用的大麥材料來(lái)自國(guó)內(nèi)外各個(gè)地區(qū)，代表性較強(qiáng)，且選用的野生大麥在籽粒性狀上存在豐富的變異，后續(xù)可開(kāi)展野生大麥優(yōu)異基因的挖掘等研究工作，以期為大麥親本選配及新品種籽粒表型性狀的選育和蛋白質(zhì)品質(zhì)遺傳改良提供參考依據(jù)。