中国西南与ICARDA大麦品种类型间籽粒功能成分含量分析

肖 亚，杜 娟，杨晓梦，普晓英，曾亚文*，杨 涛，杨加珍，杨树明，陈志远

中国西南与ICARDA大麦品种类型间籽粒功能成分含量分析

肖 亚1，2，杜 娟3*，杨晓梦1，普晓英1，曾亚文1*，杨 涛1，杨加珍1，杨树明1，陈志远4

(1.云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，云南昆明 650205;2.日喀则市农业科学研究所，西藏日喀则 857000;3.昆明田康科技有限公司，云南昆明 650205;4.云南农业大学农学与生物技术学院，云南昆明 650201)

【目的】了解中国西南与ICARDA大麦品种类型间籽粒功能成分含量差异。【方法】对79个大麦品种籽粒4种功能成分含量进行测定，通过方差分析和显著性检验进行研究。【结果】大麦品种间籽粒功能成分含量变幅较大，即黄酮为16.39～108.39 mg/100g、抗性淀粉为0.35%～4.17%、生物碱为6.36～44.63 mg/100g、γ-氨基丁酸为3.56～30.29 mg/100g;大麦不同品种类型间4种功能成分含量的平均值和变异系数差异较大。籽粒抗性淀粉含量中国西南大麦高于ICARDA大麦、二棱大麦高于多棱大麦、皮大麦高于裸大麦，其类型间的差异不显著;而籽粒黄酮、生物碱、γ-氨基丁酸含量均为ICARDA大麦极显著高于中国西南大麦、裸大麦极显著高于皮大麦;籽粒黄酮及γ-氨基丁酸含量均为多棱大麦极显著高于二棱大麦，但生物碱含量多棱大麦与二棱大麦差异不显著。以大麦籽粒4种功能成分含量为指标将79个大麦品种聚类分为2类，第Ⅰ类50个品种，其中中国西南大麦35个和ICARDA 15个，分别约占该类品种的70%和30%;第Ⅱ类有29个品种，全部为ICARDA引进的大麦品种。【结论】ICARDA品种功能成分含量多样性丰富，可作为功能大麦育种材料加以利用。

大麦籽粒;功能性成分;ICARDA大麦品种;聚类分析

【研究意义】大麦是药食同源作物，籽粒富含黄酮、抗性淀粉、γ-氨基丁酸和生物碱等多种生理活性物质，对人体起到一定的医疗保健作用。黄酮类化合作物又称黄酮体、黄碱素，具有抗氧化、抗炎、抗变态反应和提高机体免疫等功能[1-2];抗性淀粉是指在健康的人体小肠中不被吸收，而能在大肠中被发酵分解的淀粉及其降解物，有降血糖、降血脂和控制体重，有利于肠道健康，能促进矿物质的消化和吸收而增加营养的功效[3];γ-氨基丁酸是一种神经抑制性递质或递质前体，具有降血压、降血脂、参与神经活动、抗动脉硬化、促进脑血液流量、增加脑供氧量、促进细胞代谢和改善中风后遗症的功能[4];生物碱具有抗肿瘤、松弛肌肉、稳定神经、降血压、镇静安神、抗菌消肿等作用[5]。【前人研究进展】近来年，大麦籽粒功能成分的研究屡见报道，通过对不同来源、不同类型的大麦品种籽粒功能成分含量测定，以期筛选出1种或多种功能成分含量高的大麦品种作为育种亲本及其功能食品研发利用。普晓英等[6]研究籽粒黄酮含量揭示大麦品种的棱型、皮裸有一定的相关性;曾亚文等[7]对大麦籽粒功能成分中的抗性淀粉含量研究认为，抗性淀粉含量的高低与生长环境、品种类型有关联;赵大伟等[8]对大麦的γ-氨基丁酸研究后认为不同生态环境、不同类型对γ-氨基丁酸含量有影响;杨涛等[9]对大麦籽粒生物碱研究后认为生物碱含量多少受生长环境影响比较大，二棱大麦品种生物碱含量高于多棱大麦品种。ICARDA(国际干旱地区农业研究中心)自1977年成立以来，一直致力于麦类种质资源的收集、保存、鉴定、评价和利用。研究的重点地区为西亚、北非地区，是世界大麦、小麦等多种作物的起源中心[10]。经过数千年的自然进化和人工选择，野生种、近缘野生种、地方种和改良品种，在该地区形成了丰富多彩的麦类种质资源。【本研究切入点】本项目利用45个ICARD和34个中国西南地区大麦品种进行4种功能成分差异分析，研究不同来源、不同生态地区籽粒功能成分含量的变化规律。【拟解决的关键问题】筛选优异大麦种源，为西南功能大麦育种及食品研发提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料大麦品种为79个，其中中国34个(云南32个为西南育种岗位培育登记品种、西藏2个)，引自ICARDA45个;按棱形分多棱大麦41个品种、二棱大麦38个品种;按皮裸分皮大麦31个品种、裸大麦48个品种。供试材料77个品种由云南省农科院生物所提供，2个青稞审定品种由西藏日喀则市农科所提供。

1.2 试验方法

79个大麦品种籽粒的黄酮、抗性淀粉、生物碱、γ-氨基丁酸等4种功能成分含量的在云南省农业生物技术重点实验室进行测定，3次重复，取平均值。参照赵春艳等[11]的方法测定黄酮含量;采用Goñi等[12]测定抗性淀粉;根据文献[13]测定生物碱含量;采用Inatomi等[14]的方法测定γ-氨基丁酸含量。

1.3 数据处理

采用Excel和SPSS20.0软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型大麦品种籽粒中的功能成分分析

由表1可知，79个大麦品种按来源、棱形、皮裸分类，不同大麦品种类型间籽粒4种功能成分含量的平均值、最大值、最小值和变异系数都存在较大差异，功能成分含量存在明显的基因型差异:黄酮含量裸大麦(67.19±4.12 mg/100g)高于皮大麦(31.86 ±4.12 mg/100g)、多棱大麦(60.52±5.30 mg/ 100g)高于二棱大麦(46.65±3.63 mg/100g)、ICARDA大麦(69.82±4.09 mg/100g)高于中国大麦(31.49±3.24 mg/100g);抗淀粉性含量皮大麦(1.29%±0.10%)高于裸大麦(1.12%±0.99 %)、中国大麦(1.27%±0.8%)高于ICARDA大麦(1.13%±0.10%)、多棱大麦(1.20%±0.10 %)高于二棱大麦(1.18%±0.11%);生物碱含量ICARDA大麦(28.45±0.91 mg/100g)高于中国大麦(22.70±1.0 mg/100g)、多棱大麦(25.46±1.31 mg/100g)低于二棱大麦(26.45±1.51 mg/100g)、裸大麦(27.82±0.99 mg/100g)高于皮大麦(23.12 ±0.99 mg/100g);γ-氨基丁酸含量ICARDA大麦(17.92±0.83 mg/100g)高于中国大麦(6.78±0.79 mg/100g)、裸大麦(17.31±0.86 mg/100g)高于皮大麦(6.64±0.85 mg/100g)、多棱大麦(14.35±1.32 mg/ 100g)高于二棱大麦(11.99±0.90mg/100g)。

表1 不同大麦品种类型间籽粒功能成分含量的变异Table 1 The variation of functional component contents of barley varieties from different types

图1 不同大麦品种籽粒黄酮含量分布Fig.1 Distribution of total flavonoid content of barley varieties

图2 不同大麦品种籽粒抗性淀粉含量分布Fig.2 Diatribution of resistant starch content of barley varieties

图3 不同大麦品种籽粒生物碱含量分布Fig.3 Distribution of alkaloid content of barley varieties

图4 不同大麦品种籽粒γ-氨基丁酸含量分布Fig.4 Distribution of GABA content of barley varieties

表2 不同类型间大麦品种功能成分含量的差异比较Table 2 The difference comparison of functional component contents of barley varieties from different types

由4种功能成分含量分布图(图1～4)可知，79个大麦品种籽粒的黄酮含量呈双峰分布，在10～45和60～85 mg/100g各出现1个峰，包含的品种数分别占总品种数的64.55%和25.32%;抗性淀粉含量呈现类似偏态的单峰分布，在0.25～1.3 mg/ 100g的品种数占83.54%;γ-氨基丁酸含量呈现类似偏态的单峰分布，在2.0～13.0 mg/100g的品种数占87.34%;生物碱含量呈近似正态的单峰分布，在10.0～28.0 mg/100g的品种数占81.01%。

2.2 不同大麦品种类型间籽粒功能成分含量差异比较

由表1可知，不同类型大麦79个品种籽粒4种功能成分含量的平均值、变幅和变异系数都比较大。抗性淀粉含量以二棱大麦、皮大麦、中国大麦变异最大，黄酮含量、γ-氨基丁酸含量以ICARDA大麦、多棱、皮大麦变异最大，生物碱含量以ICARDA、二棱大麦、皮大麦变异最大。进一步比较不同类型之间黄酮、抗性淀粉、生物碱、γ-氨基丁酸含量差异(表2)，不同类型之间的差异不尽相同。方差分析结果表明，ICARDA大麦与中国大麦4种功能成分中抗性淀粉含量在0.05水平上未达到显著性差异，黄酮、生物碱、γ-氨基丁酸含量在0.01水平上达到极显著性差异;多棱大麦与二棱大麦4种功能成分中抗性淀粉含量，生物碱含量在0.05水平上未达到显著性差异，黄酮、γ-氨基丁酸在0.01水平上达到极显著性差异;裸大麦与皮大麦4种功能成分中抗性淀粉含量在0.05水平上未达到显著性差异，黄酮、生物碱、γ-氨基丁酸在0.01水平上达到极显著性差异。

表3 高功能成分大麦品种的筛选Table 3 The screening of barley varieties of highest functional component contents

表4 不同大麦品种功能成分含量聚类结果分析Table 4 Results analysis of cluster dendrogram of barley varieties from different types

2.3 高功能成分的大麦资源的筛选

由表3可知，通过对79个不同来源的大麦品种籽粒4种功能成分测定，从中筛选出功能成分含量优异的大麦种质资源20个(表3)，20个材料中15个大麦来自ICARDA占总数的19%;5个大麦来自中国西南占总数的7%;11个是多棱大麦，占总数的13.92%;9个是二棱大麦，占总数的11.39%; 17个是裸大麦，占总数的21.52%;3个是皮大麦，占总数的4%。

2.4 不同大麦品种籽粒功能成分聚类分析

以黄酮、抗性淀粉、生物碱和γ-氨基丁酸含量为指标，采用组间联接(平方欧式距离)法对79个大麦品种进行聚类分析见表4，由图5可知，当距离为8时，79个大麦品种被分为2大类:第Ⅰ类包括50个品种，其中中国大麦35个，约占该类品种的70 %;按距离5时又可划分为2大亚类，第一大亚类包括33个品种，其中中国大麦19个，约占该亚类品种的57.6%;第二大亚类包括17个品种，其中中国大麦14个，约占该亚类品种的82.4%。第Ⅱ类包括29个品种，全部为ICARDA引进的大麦品种;按距离5时又可划分为2个亚类，第一大亚类包括20个品种，其中皮大麦17个，约占该亚类品种的85.0 %;第二大亚类包括9个品种，其中皮大麦7个，约占该亚类品种的77.7%。裸大麦品种中37.97%划分在第一类，22.78%划分在第二类;皮大麦品种全部划分第一类;多棱大麦品种中24.05%划分在第一类，26.58%划分在第二类;二棱大麦品种中12.66%划分在第一类，39.24%划分在第二类; ICARDA品种大麦中37.97%划分在第一类，18.99 %划分在第二类;中国大麦品种全部划分在第二类。

3 讨 论

检测79个大麦品种籽粒的抗性淀粉、黄酮、生物碱及γ-氨基丁酸共4种功能成分含量，显示大麦品种国内外、棱型及皮裸间籽粒功能成分差异显著。大麦籽粒抗性淀粉含量不同类型间差异不显著，但中国大麦高于ICARDA大麦、二棱大麦高于多棱大麦，皮大麦高于裸大麦，这说明中国西南区育成品种与ICARDA育成品系及棱型、皮裸性状对籽粒抗性淀粉含量影响不大，这与前期研究报道[15]四大洲间籽粒抗性淀粉差异不显著相似但与棱型间差异极显著有明显区别。大麦籽粒的黄酮含量多棱大麦极显著高于二棱大麦、ICARDA大麦极显著高于中国大麦、裸大麦极显著高于皮大麦，这与普晓英等[7]揭示的籽粒黄酮含量多棱大麦大于二棱大麦相似而与中国大麦大于国外大麦相反，这可能与ICARDA地处西亚的干旱条件有关;唐俊杰等[16]揭示大麦籽粒总黄酮含量在多棱与二棱、紫粒与黄粒类型之间的差异均达到极显著(P＜0.01)水平;生物碱含量在多棱与二棱类型之间达极显著差异;γ-氨基丁酸含量为皮与裸类型之间差异极显著。大麦籽粒γ-氨基丁酸含量多棱大麦极显著高于二棱大麦，裸大麦极显著高于皮大麦，ICARDA大麦极显著高于中国大麦。赵大伟等[8]指出大麦籽粒γ-氨基丁酸含量趋势为中国大麦高于国外大麦，裸大麦高于皮大麦、多棱大麦高于二棱大麦;赵春艳等[10]研究表明，多棱大麦的γ-氨基丁酸含量和黄酮含量高于二棱大麦，而抗性淀粉含量则高于多棱大麦。大麦籽粒生物碱含量裸大麦极显著高于皮大麦，ICARDA大麦极显著高于中国大麦，二棱大麦高于多棱大麦但两者间差异不显著。说明4种大麦功能成分的差异性与品种类型，来源有很大的关系。

4 结 论

从79个不同来源、不同类型间的大麦品种中筛选出功能成分含量高的20个材料。其中15个来自ICARDA，5个来自中国西南;11个是多棱大麦，9个是二棱大麦;17个是裸大麦，3个是皮大麦。利用不同地域、不同类型的大麦籽粒功能成分含量存在差异的材料可作为功能大麦育种材料加以利用。

图5 79个不同大麦品种籽粒功能成分含量聚类分析树状图Fig.5 The cluster dendrogram of 79 accessions of barley varieties based on functional component contents

以大麦籽粒黄酮、抗性淀粉、生物碱、γ-氨基丁酸等4种功能成分含量为指标，采用组间联接法可将79个大麦品种划分为2大类，第Ⅰ类包括有50个品种，其中中国大麦35个，约占该类品种的70 %;进一步划分为2大亚类，第一大亚类包括33个品种，第二大亚类包括17个品种，其中中国大麦14个，约占该亚类品种的82.4%。第Ⅱ类包括29个品种，全部为ICARDA引进的大麦品种，又可划分为2个亚类，第一大亚类包括9个品种，第二大亚类包括20个品种。皮大麦品种全部划分第一类，中国大麦品种全部划分第二类;两大类型在4种功能成分含量都达到极显著性差异。这间接支持了大麦籽粒功能成分含量存在基因型差异和地带性特征[13]。不同来源、不同类型的大麦品种籽粒功能成分含量存在差异，说明处于同类群的品种控制功能成分的基因具有稳定的遗传性，可为育种选择遗传距离较大或中等进行单交和复交。挖掘新的基因类型，创造功能成分含量高且稳定的功能性大麦新品种，提供理论基础。

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(责任编辑 王家银)

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

国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-05);国家自然科学基金(31260326);云南省科技惠民计划项目(2014RA060);云南省技术创新人才培养项目(2012HB050); 2016年云南省农业科学院专项项目(2016YEBZ003)

肖 亚(1972-)，女，重庆梁平人，本科学历，主要研究方向为大麦遗传育种研究，E-mail:504207023@qq.com，*为通讯作者:曾亚文，E-mail:czengyw1967@126.com，杜 娟:E-mail:coockoo1976@126.com。