二棱大麥種質(zhì)資源抗氧化能力的篩選鑒定

王美琦，劉志萍，王金波，齊海祥，王海澤，王文迪，門秀麗，宋俊良，李建波，徐壽軍

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼028043；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010031）

大麥（Hordeum VulgareL.）作為最古老的農(nóng)作物之一，迄今為止已有數(shù)千年的栽培史，具有良好的食用、飼用和釀造價值［1］.根據(jù)穗的棱型，可將大麥分為二棱和六棱2類.二棱大麥品質(zhì)比六棱大麥更適合作為釀造啤酒的原料.大麥不但具有早熟、耐寒、耐貧瘠、耐鹽堿、抗旱等特點，與其他作物相比還具備廣泛的適應(yīng)性［2］.由于生態(tài)環(huán)境的差異性，二棱大麥種質(zhì)抗逆性存在顯著差異［3］.因此，對二棱大麥種質(zhì)進行抗性評價，對于啤用大麥的培育具有重要意義.近年來，隨著大麥品種更新?lián)Q代速度的加快，大麥育種遺傳基礎(chǔ)愈加狹窄，對拓寬大麥種質(zhì)基礎(chǔ)的需求也越來越迫切［4］.因此，對大麥種質(zhì)資源進行正確合理的篩選和評價［5-6］、挖掘大麥特異種質(zhì)資源，是提高大麥育種效率的必要前提.超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）作為植物體內(nèi)的3種保護酶，較高的酶活性能夠提高清除植物體內(nèi)活性氧自由基的能力，抑制膜脂過氧化，延緩植株衰老，進而提高光合能力，增加產(chǎn)量［7-9］.活性氧積累多則會引發(fā)細胞膜脂過氧化，導(dǎo)致膜系統(tǒng)的損傷，加劇植株衰老［10］.大麥開花期是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，篩選抗氧化能力強的大麥種質(zhì)，可提高大麥的抗逆能力，具有穩(wěn)產(chǎn)作用.因此，篩選抗氧化能力強的植物資源，培育抗氧化能力強的品種，是提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一.

作者對30份不同來源的二棱大麥材料的SOD、POD、CAT活性及MDA（丙二醛）含量進行比較，篩選抗氧化性強的品種，以期為培育抗氧化能力強的大麥新品種提供種質(zhì)資源.

1 材料與方法

1.1 參試材料

以內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院提供的30份二棱大麥種質(zhì)為參試材料.品種編號及品種名稱見表1.

表1 參試材料信息Tab.1 Information of the tested materials

1.2 試驗地概況

試驗地位于內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)牧業(yè)高新科技示范園區(qū)，該地日照時數(shù)為3 112 h.試驗地土壤類型為沙壤土，耕層有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為17.52 g·kg-1、45.20 mg·kg-1、28.32 mg·kg-1、132.21 mg·kg-1.

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2019—2020年進行，設(shè)計為隨機區(qū)組試驗，3次重復(fù)，單個區(qū)組面積為8 m2，小區(qū)為8行，長2 m，行間距0.5 m，單行播種120粒.播前一次性施入基肥，基肥分別為二銨、尿素，施入量分別為26.24 g·m-2、7.5 g·m-2；結(jié)合澆頭水在三葉期時追施尿素7.5 g·m-2.

1.4 樣品的采集與測定

開花期每個小區(qū)選取標記植株5株，每一植株取旗葉，測定SOD、POD、CAT活性和MDA含量.

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

運用Excel 2016、DPS（V9.01）軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析.

遺傳多樣性指數(shù)：H′=-∑PilnPi（式中，Pi：某指標第i級別內(nèi)的材料份數(shù)所占總份數(shù)的百分比）［9］.

隸屬函數(shù)值計算方法［11-12］，具體如下.

（式中，i：某個品種；j：某個性狀；n：指標性狀數(shù)量；Xˉij：隸屬函數(shù)值；Xij：性狀值；Xjmin：性狀最小值；Xjmax：性狀最大值；Xi：品種抗氧化隸屬函數(shù)平均值）

把每個品種的各個性狀具體抗氧化隸屬函數(shù)值累加后求平均值，平均值越大，抗氧化性則越強.

2 結(jié)果與分析

2.1 抗氧化酶活性及丙二醛含量的遺傳多樣性表現(xiàn)

大麥種質(zhì)各性狀差異比較明顯，遺傳多樣性豐富.變異系數(shù)由大到小依次是POD（29.64%）、CAT（25.58%）、MDA（22.08%）、SOD（19.36%）.遺傳多樣性指數(shù)CAT（2.126）最大，SOD（1.902）最小（表2）.

表2 總參試材料種質(zhì)資源抗氧化酶活性及丙二醛含量的表現(xiàn)Tab.2 Performance of antioxidant enzyme activity and MDA content of seed resources in all materials

2.2 抗氧化酶活性及丙二醛含量的方差分析

SOD、POD、CAT、MDA的區(qū)組間差異均未達到顯著水平，而基因型間差異均達到極顯著水平（表3）.

2.3 抗氧化酶活性及丙二醛含量相關(guān)性分析

分析30份供試種質(zhì)資源的SOD、POD、CAT、MDA相關(guān)關(guān)系結(jié)果顯示，SOD與POD、MDA間呈負相關(guān)，CAT與POD、MDA呈顯著負相關(guān)，MDA與POD呈極顯著正相關(guān)（表4）.

表4 總參試材料種質(zhì)資源抗氧化酶活性及丙二醛含量相關(guān)性分析Tab.4 Analysis of the correlation between antioxidant enzyme activity and MDA content of seed resources in all materials

2.4 參試品種抗氧化性綜合評價

抗氧化隸屬函數(shù)值排在前5名的品種分別是早熟一號、97B733、楊0187、CA2-1、MACQUARIE，排在后5名的品種依次是岡2、J a x a n a、F6（2001-84不育×2001-29）不育×2001-29、蘇U啤麥5號、2B10-4511，結(jié)合抗氧化酶活性及MDA含量認為早熟一號、97B733、楊0187、CA2-1、MACQUARIE是抗氧化性強的品種（表5）.

表5 參試品種的綜合抗氧化隸屬函數(shù)值Tab.5 Comprehensive antioxidant membership function value of the tested varieties

續(xù)表5

3 討論與結(jié)論

SOD、POD、CAT等作為植物抗逆相關(guān)指標，其活性高低可以反映植物對逆境的耐受能力［13］，植物器官在衰老或者逆境環(huán)境下發(fā)生膜脂過氧化，MDA是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，其可作為評價植物抗逆性的有效指標，含量高低可以直接反映植物受傷害程度［14］，含量越高說明植物受到的傷害越大.作者對30種二棱大麥種質(zhì)材料進行遺傳多樣性分析，結(jié)果顯示，以過氧化氫酶（CAT）的多樣性指數(shù)最大，超氧化物歧化酶（SOD）的最小，表明不同品種間的大麥CAT活性差異較為多樣，在不同品種間，SOD活性的差異較小；方差分析結(jié)果顯示，3種抗氧化酶活性及丙二醛（MDA）含量在基因型間差異均達到極顯著水平，表明大麥種質(zhì)間的抗氧化性有差異，可篩選出抗逆能力強的種質(zhì)資源；相關(guān)性分析結(jié)果顯示CAT與POD、MDA呈顯著負相關(guān)，MDA與POD呈極顯著正相關(guān).MDA含量越少，SOD、POD、CAT活性越強，SOD、POD、CAT等抗氧化酶可以通過清除活性氧等途徑有效防止光合系統(tǒng)的損傷［15］，進而提高植物光合能力，增加產(chǎn)量.

前人大量研究表明，SOD、POD、CAT與干旱、鹽堿、氮肥等因素密切相關(guān)［16-18］.任毅等［19］通過研究12份中亞引進不同基因型大麥萌發(fā)期的抗旱性，利用隸屬函數(shù)法綜合評價鑒定認為，吉33的抗旱性最強，吉引2013-7-DM-088的抗旱性最弱.蔣瑩等［20］通過研究143份大麥種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀的遺傳變異認為，農(nóng)藝性狀變異范圍較大，說明種質(zhì)資源創(chuàng)新范圍大，品種改良潛力較大.常蕾等［21］針對來源不同的大麥品種，對生育期和苗期的外觀性狀以及生物產(chǎn)量和SPAD值等多種指標進行分析，篩選出綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的若葉大麥品種，大麥具有抗旱、抗寒、抗鹽堿、早熟等生物學(xué)特性，且大麥抗逆性強、適應(yīng)性廣.劉志萍等［22］對葉片抗氧化酶活性變化的研究認為，增施磷肥可以提高蒙啤麥5號的抗氧化酶活性.目前對于大麥種質(zhì)篩選鑒定的研究主要針對農(nóng)藝性狀、抗旱性等方面較多，而對于大麥種質(zhì)抗氧化能力的研究鮮見報道.本研究中，結(jié)合抗氧化性綜合評價中隸屬函數(shù)值可篩選出抗氧化性排名前5的品種主要有早熟一號、97B733、楊0187、CA2-1、MACQUARIE.這些品種可能具有顯著的抗旱、耐鹽堿等特性，可為后續(xù)大麥抗旱、耐鹽堿等抗逆育種提供種質(zhì)基礎(chǔ).