中國西南與ICARDA大麥品種類型間籽粒功能成分含量分析

肖 亞，杜 娟，楊曉夢，普曉英，曾亞文*，楊 濤，楊加珍，楊樹明，陳志遠

中國西南與ICARDA大麥品種類型間籽粒功能成分含量分析

肖 亞1，2，杜 娟3*，楊曉夢1，普曉英1，曾亞文1*，楊 濤1，楊加珍1，楊樹明1，陳志遠4

(1.云南省農業科學院生物技術與種質資源研究所，云南昆明 650205;2.日喀則市農業科學研究所，西藏日喀則 857000;3.昆明田康科技有限公司，云南昆明 650205;4.云南農業大學農學與生物技術學院，云南昆明 650201)

【目的】了解中國西南與ICARDA大麥品種類型間籽粒功能成分含量差異。【方法】對79個大麥品種籽粒4種功能成分含量進行測定，通過方差分析和顯著性檢驗進行研究。【結果】大麥品種間籽粒功能成分含量變幅較大，即黃酮為16.39～108.39 mg/100g、抗性淀粉為0.35%～4.17%、生物堿為6.36～44.63 mg/100g、γ-氨基丁酸為3.56～30.29 mg/100g;大麥不同品種類型間4種功能成分含量的平均值和變異系數差異較大。籽粒抗性淀粉含量中國西南大麥高于ICARDA大麥、二棱大麥高于多棱大麥、皮大麥高于裸大麥，其類型間的差異不顯著;而籽粒黃酮、生物堿、γ-氨基丁酸含量均為ICARDA大麥極顯著高于中國西南大麥、裸大麥極顯著高于皮大麥;籽粒黃酮及γ-氨基丁酸含量均為多棱大麥極顯著高于二棱大麥，但生物堿含量多棱大麥與二棱大麥差異不顯著。以大麥籽粒4種功能成分含量為指標將79個大麥品種聚類分為2類，第Ⅰ類50個品種，其中中國西南大麥35個和ICARDA 15個，分別約占該類品種的70%和30%;第Ⅱ類有29個品種，全部為ICARDA引進的大麥品種。【結論】ICARDA品種功能成分含量多樣性豐富，可作為功能大麥育種材料加以利用。

大麥籽粒;功能性成分;ICARDA大麥品種;聚類分析

【研究意義】大麥是藥食同源作物，籽粒富含黃酮、抗性淀粉、γ-氨基丁酸和生物堿等多種生理活性物質，對人體起到一定的醫療保健作用。黃酮類化合作物又稱黃酮體、黃堿素，具有抗氧化、抗炎、抗變態反應和提高機體免疫等功能[1-2];抗性淀粉是指在健康的人體小腸中不被吸收，而能在大腸中被發酵分解的淀粉及其降解物，有降血糖、降血脂和控制體重，有利于腸道健康，能促進礦物質的消化和吸收而增加營養的功效[3];γ-氨基丁酸是一種神經抑制性遞質或遞質前體，具有降血壓、降血脂、參與神經活動、抗動脈硬化、促進腦血液流量、增加腦供氧量、促進細胞代謝和改善中風后遺癥的功能[4];生物堿具有抗腫瘤、松弛肌肉、穩定神經、降血壓、鎮靜安神、抗菌消腫等作用[5]。【前人研究進展】近來年，大麥籽粒功能成分的研究屢見報道，通過對不同來源、不同類型的大麥品種籽粒功能成分含量測定，以期篩選出1種或多種功能成分含量高的大麥品種作為育種親本及其功能食品研發利用。普曉英等[6]研究籽粒黃酮含量揭示大麥品種的棱型、皮裸有一定的相關性;曾亞文等[7]對大麥籽粒功能成分中的抗性淀粉含量研究認為，抗性淀粉含量的高低與生長環境、品種類型有關聯;趙大偉等[8]對大麥的γ-氨基丁酸研究后認為不同生態環境、不同類型對γ-氨基丁酸含量有影響;楊濤等[9]對大麥籽粒生物堿研究后認為生物堿含量多少受生長環境影響比較大，二棱大麥品種生物堿含量高于多棱大麥品種。ICARDA(國際干旱地區農業研究中心)自1977年成立以來，一直致力于麥類種質資源的收集、保存、鑒定、評價和利用。研究的重點地區為西亞、北非地區，是世界大麥、小麥等多種作物的起源中心[10]。經過數千年的自然進化和人工選擇，野生種、近緣野生種、地方種和改良品種，在該地區形成了豐富多彩的麥類種質資源。【本研究切入點】本項目利用45個ICARD和34個中國西南地區大麥品種進行4種功能成分差異分析，研究不同來源、不同生態地區籽粒功能成分含量的變化規律。【擬解決的關鍵問題】篩選優異大麥種源，為西南功能大麥育種及食品研發提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料大麥品種為79個，其中中國34個(云南32個為西南育種崗位培育登記品種、西藏2個)，引自ICARDA45個;按棱形分多棱大麥41個品種、二棱大麥38個品種;按皮裸分皮大麥31個品種、裸大麥48個品種。供試材料77個品種由云南省農科院生物所提供，2個青稞審定品種由西藏日喀則市農科所提供。

1.2 試驗方法

79個大麥品種籽粒的黃酮、抗性淀粉、生物堿、γ-氨基丁酸等4種功能成分含量的在云南省農業生物技術重點實驗室進行測定，3次重復，取平均值。參照趙春艷等[11]的方法測定黃酮含量;采用Go?i等[12]測定抗性淀粉;根據文獻[13]測定生物堿含量;采用Inatomi等[14]的方法測定γ-氨基丁酸含量。

1.3 數據處理

采用Excel和SPSS20.0軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型大麥品種籽粒中的功能成分分析

由表1可知，79個大麥品種按來源、棱形、皮裸分類，不同大麥品種類型間籽粒4種功能成分含量的平均值、最大值、最小值和變異系數都存在較大差異，功能成分含量存在明顯的基因型差異:黃酮含量裸大麥(67.19±4.12 mg/100g)高于皮大麥(31.86 ±4.12 mg/100g)、多棱大麥(60.52±5.30 mg/ 100g)高于二棱大麥(46.65±3.63 mg/100g)、ICARDA大麥(69.82±4.09 mg/100g)高于中國大麥(31.49±3.24 mg/100g);抗淀粉性含量皮大麥(1.29%±0.10%)高于裸大麥(1.12%±0.99 %)、中國大麥(1.27%±0.8%)高于ICARDA大麥(1.13%±0.10%)、多棱大麥(1.20%±0.10 %)高于二棱大麥(1.18%±0.11%);生物堿含量ICARDA大麥(28.45±0.91 mg/100g)高于中國大麥(22.70±1.0 mg/100g)、多棱大麥(25.46±1.31 mg/100g)低于二棱大麥(26.45±1.51 mg/100g)、裸大麥(27.82±0.99 mg/100g)高于皮大麥(23.12 ±0.99 mg/100g);γ-氨基丁酸含量ICARDA大麥(17.92±0.83 mg/100g)高于中國大麥(6.78±0.79 mg/100g)、裸大麥(17.31±0.86 mg/100g)高于皮大麥(6.64±0.85 mg/100g)、多棱大麥(14.35±1.32 mg/ 100g)高于二棱大麥(11.99±0.90mg/100g)。

表1 不同大麥品種類型間籽粒功能成分含量的變異Table 1 The variation of functional component contents of barley varieties from different types

圖1 不同大麥品種籽粒黃酮含量分布Fig.1 Distribution of total flavonoid content of barley varieties

圖2 不同大麥品種籽粒抗性淀粉含量分布Fig.2 Diatribution of resistant starch content of barley varieties

圖3 不同大麥品種籽粒生物堿含量分布Fig.3 Distribution of alkaloid content of barley varieties

圖4 不同大麥品種籽粒γ-氨基丁酸含量分布Fig.4 Distribution of GABA content of barley varieties

表2 不同類型間大麥品種功能成分含量的差異比較Table 2 The difference comparison of functional component contents of barley varieties from different types

由4種功能成分含量分布圖(圖1～4)可知，79個大麥品種籽粒的黃酮含量呈雙峰分布，在10～45和60～85 mg/100g各出現1個峰，包含的品種數分別占總品種數的64.55%和25.32%;抗性淀粉含量呈現類似偏態的單峰分布，在0.25～1.3 mg/ 100g的品種數占83.54%;γ-氨基丁酸含量呈現類似偏態的單峰分布，在2.0～13.0 mg/100g的品種數占87.34%;生物堿含量呈近似正態的單峰分布，在10.0～28.0 mg/100g的品種數占81.01%。

2.2 不同大麥品種類型間籽粒功能成分含量差異比較

由表1可知，不同類型大麥79個品種籽粒4種功能成分含量的平均值、變幅和變異系數都比較大。抗性淀粉含量以二棱大麥、皮大麥、中國大麥變異最大，黃酮含量、γ-氨基丁酸含量以ICARDA大麥、多棱、皮大麥變異最大，生物堿含量以ICARDA、二棱大麥、皮大麥變異最大。進一步比較不同類型之間黃酮、抗性淀粉、生物堿、γ-氨基丁酸含量差異(表2)，不同類型之間的差異不盡相同。方差分析結果表明，ICARDA大麥與中國大麥4種功能成分中抗性淀粉含量在0.05水平上未達到顯著性差異，黃酮、生物堿、γ-氨基丁酸含量在0.01水平上達到極顯著性差異;多棱大麥與二棱大麥4種功能成分中抗性淀粉含量，生物堿含量在0.05水平上未達到顯著性差異，黃酮、γ-氨基丁酸在0.01水平上達到極顯著性差異;裸大麥與皮大麥4種功能成分中抗性淀粉含量在0.05水平上未達到顯著性差異，黃酮、生物堿、γ-氨基丁酸在0.01水平上達到極顯著性差異。

表3 高功能成分大麥品種的篩選Table 3 The screening of barley varieties of highest functional component contents

表4 不同大麥品種功能成分含量聚類結果分析Table 4 Results analysis of cluster dendrogram of barley varieties from different types

2.3 高功能成分的大麥資源的篩選

由表3可知，通過對79個不同來源的大麥品種籽粒4種功能成分測定，從中篩選出功能成分含量優異的大麥種質資源20個(表3)，20個材料中15個大麥來自ICARDA占總數的19%;5個大麥來自中國西南占總數的7%;11個是多棱大麥，占總數的13.92%;9個是二棱大麥，占總數的11.39%; 17個是裸大麥，占總數的21.52%;3個是皮大麥，占總數的4%。

2.4 不同大麥品種籽粒功能成分聚類分析

以黃酮、抗性淀粉、生物堿和γ-氨基丁酸含量為指標，采用組間聯接(平方歐式距離)法對79個大麥品種進行聚類分析見表4，由圖5可知，當距離為8時，79個大麥品種被分為2大類:第Ⅰ類包括50個品種，其中中國大麥35個，約占該類品種的70 %;按距離5時又可劃分為2大亞類，第一大亞類包括33個品種，其中中國大麥19個，約占該亞類品種的57.6%;第二大亞類包括17個品種，其中中國大麥14個，約占該亞類品種的82.4%。第Ⅱ類包括29個品種，全部為ICARDA引進的大麥品種;按距離5時又可劃分為2個亞類，第一大亞類包括20個品種，其中皮大麥17個，約占該亞類品種的85.0 %;第二大亞類包括9個品種，其中皮大麥7個，約占該亞類品種的77.7%。裸大麥品種中37.97%劃分在第一類，22.78%劃分在第二類;皮大麥品種全部劃分第一類;多棱大麥品種中24.05%劃分在第一類，26.58%劃分在第二類;二棱大麥品種中12.66%劃分在第一類，39.24%劃分在第二類; ICARDA品種大麥中37.97%劃分在第一類，18.99 %劃分在第二類;中國大麥品種全部劃分在第二類。

3 討 論

檢測79個大麥品種籽粒的抗性淀粉、黃酮、生物堿及γ-氨基丁酸共4種功能成分含量，顯示大麥品種國內外、棱型及皮裸間籽粒功能成分差異顯著。大麥籽粒抗性淀粉含量不同類型間差異不顯著，但中國大麥高于ICARDA大麥、二棱大麥高于多棱大麥，皮大麥高于裸大麥，這說明中國西南區育成品種與ICARDA育成品系及棱型、皮裸性狀對籽粒抗性淀粉含量影響不大，這與前期研究報道[15]四大洲間籽粒抗性淀粉差異不顯著相似但與棱型間差異極顯著有明顯區別。大麥籽粒的黃酮含量多棱大麥極顯著高于二棱大麥、ICARDA大麥極顯著高于中國大麥、裸大麥極顯著高于皮大麥，這與普曉英等[7]揭示的籽粒黃酮含量多棱大麥大于二棱大麥相似而與中國大麥大于國外大麥相反，這可能與ICARDA地處西亞的干旱條件有關;唐俊杰等[16]揭示大麥籽粒總黃酮含量在多棱與二棱、紫粒與黃粒類型之間的差異均達到極顯著(P＜0.01)水平;生物堿含量在多棱與二棱類型之間達極顯著差異;γ-氨基丁酸含量為皮與裸類型之間差異極顯著。大麥籽粒γ-氨基丁酸含量多棱大麥極顯著高于二棱大麥，裸大麥極顯著高于皮大麥，ICARDA大麥極顯著高于中國大麥。趙大偉等[8]指出大麥籽粒γ-氨基丁酸含量趨勢為中國大麥高于國外大麥，裸大麥高于皮大麥、多棱大麥高于二棱大麥;趙春艷等[10]研究表明，多棱大麥的γ-氨基丁酸含量和黃酮含量高于二棱大麥，而抗性淀粉含量則高于多棱大麥。大麥籽粒生物堿含量裸大麥極顯著高于皮大麥，ICARDA大麥極顯著高于中國大麥，二棱大麥高于多棱大麥但兩者間差異不顯著。說明4種大麥功能成分的差異性與品種類型，來源有很大的關系。

4 結 論

從79個不同來源、不同類型間的大麥品種中篩選出功能成分含量高的20個材料。其中15個來自ICARDA，5個來自中國西南;11個是多棱大麥，9個是二棱大麥;17個是裸大麥，3個是皮大麥。利用不同地域、不同類型的大麥籽粒功能成分含量存在差異的材料可作為功能大麥育種材料加以利用。

圖5 79個不同大麥品種籽粒功能成分含量聚類分析樹狀圖Fig.5 The cluster dendrogram of 79 accessions of barley varieties based on functional component contents

以大麥籽粒黃酮、抗性淀粉、生物堿、γ-氨基丁酸等4種功能成分含量為指標，采用組間聯接法可將79個大麥品種劃分為2大類，第Ⅰ類包括有50個品種，其中中國大麥35個，約占該類品種的70 %;進一步劃分為2大亞類，第一大亞類包括33個品種，第二大亞類包括17個品種，其中中國大麥14個，約占該亞類品種的82.4%。第Ⅱ類包括29個品種，全部為ICARDA引進的大麥品種，又可劃分為2個亞類，第一大亞類包括9個品種，第二大亞類包括20個品種。皮大麥品種全部劃分第一類，中國大麥品種全部劃分第二類;兩大類型在4種功能成分含量都達到極顯著性差異。這間接支持了大麥籽粒功能成分含量存在基因型差異和地帶性特征[13]。不同來源、不同類型的大麥品種籽粒功能成分含量存在差異，說明處于同類群的品種控制功能成分的基因具有穩定的遺傳性，可為育種選擇遺傳距離較大或中等進行單交和復交。挖掘新的基因類型，創造功能成分含量高且穩定的功能性大麥新品種，提供理論基礎。

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(責任編輯 王家銀)

Analysis of Functional Ingredients in Barley Grains from Different Regions between Southwest China and ICARDA

XIAO Ya1，2，DU Juan3*，YANG Xiao-meng1，PU Xiao-ying1，ZENG Ya-wen1*，YANG Tao1，YANG Jia-zhen1，YANG Shu-ming1，CHEN Zhi-yuan4
(1.Biotechnology and Genetic Resources Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kunming650205，China;2.Shigatse Agricultural Sciences Research Institute，Tibet Shigatse 857000，China;3.Kunming Tian Kang Technology Co.Ltd.，Yunnan Kunming 650205，China;4.College of Agronomy and Biotechnology，Yunnan Agricultural University，Yunnan Kunming 650201，China)

【Objective】To explain the difference of functional ingredients of barley varieties，analysis of4 functional ingredients of79 barley accessions from different types and regionswere conducted.【Method】Using randomized blocks design，the data by using variance analysis，significance test and other methods were analyzed.【Result】Functional ingredients had a large range of variation among barley varieties，which total flavonoid(mg/100g)shifted from 16.39 to108.39，RS(%)shifted from 0.35%to4.17，alkaloid(mg/100g)shifted from 6. 36 to 44.63，GABA(mg/100g)shifted from 3.56 to 30.29.4 functional ingredients showed significant difference in different barley varieties，while themean contents of total flavonoid of Southwest China barley were higher than thatof ICARDA barley，themean contents of tworowed barley were higher than thatof poly-rowed ones，themean contents of hulled barley were higher than thatof hulless ones.Anova analysis results showed that therewas no significant difference between barley varieties.Themean contents of RS，alkaloid and GABA of ICARDA barley were higher than that of Southwest China ones at the 0. 01 level of significance，the mean contents of hulless barley were higher than thatof hulled ones at the0.01 level of significance.Themean contents of alkaloid and GABA of poly-rowed barley were higher than thatof two-rowed ones at the0.01 level of significance.There was no significant difference in the contents of alkaloid between two-rowed and poly-rowed barley. Cluster analysis based on 4 functional ingredients showed that 79 barley accessions were divided into two categories.Therewere 50 accessions in groupⅠ(including 35 accessions of Southwest China barley，15 accessions of ICARDA barley，70%and 30%of accessions，respectively).Therewere29 accessionsof ICARDA barley in groupⅡ.【Conclusion】The biology diversity of functional ingredients in ICARDA barley was abundant.It can be used as functional barley breedingmaterial.

Barley grains;Functional ingredients;CARDA barley;Cluster analysis

S512.3

A

1001-4829(2017)8-1700-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.002

2016-09-27

國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-05);國家自然科學基金(31260326);云南省科技惠民計劃項目(2014RA060);云南省技術創新人才培養項目(2012HB050); 2016年云南省農業科學院專項項目(2016YEBZ003)

肖 亞(1972-)，女，重慶梁平人，本科學歷，主要研究方向為大麥遺傳育種研究，E-mail:504207023@qq.com，*為通訊作者:曾亞文，E-mail:czengyw1967@126.com，杜 娟:E-mail:coockoo1976@126.com。