藜麦农艺性状及矿物质元素遗传特性分析与评价

王倩朝，孔治有，环秀菊，张 平，刘俊娜，刘永江，李 莉，覃 鹏*

(1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；2.保山学院资源与环境学院，云南 保山 678000)

【研究意义】藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)属于苋科藜亚科藜属的一种异源四倍体一年生自花授粉双子叶草本作物[1]，原产自安第斯山脉，是古印加土著居民作为传统食物，其称之为“粮食之母”[2-3]，藜麦是世界粮农组织确定的唯一一种满足人体基本营养需求的植物[4]，至今有7000多年的食用及种植历史[5]。作为一种新型作物，其营养价值和经济价值逐渐引起人们重视，藜麦引种栽培在各国日益流行，并成为趋势，2013年被认定为“国际藜麦年”[6-7]。此外，藜麦的药用价值也很高，可入药治疗一些慢性疾病以及高血脂、高血糖等疾病；藜麦还有一定的食用价值，其籽粒可去皂苷可添加到米饭、沙拉中，也可加工成冲剂、营养代餐粉等；藜麦花期植株和花序颜色各异，具有一定的观赏价值，可为旅游业提供新型发展方向[8-9]；藜麦的种植工序易操作，市场开阔，由此可见藜麦具有广泛的应用前景，甚至可加大推广种植，解决农民收入降低问题[10-11]。【前人研究进展】藜麦籽粒状如谷子，直径大多为1.5～2.0 mm，籽粒的外观大小与小米相似，藜麦籽粒比小米要重，主要有白色、红色、黄色和黑色4种颜色，大量研究表明，藜麦籽粒富含蛋白质、氨基酸、可溶性糖、维生素、矿物质、黄酮和淀粉等物质，具有较好的抗氧化、抑菌和抗癌等功能及很高的营养价值[12-20]。藜麦籽粒中锌、镁、钙、铜、钾等元素含量很高，为普通谷物如小麦的3倍以上，符合健康饮食的要求[21]。【本研究切入点】尽管藜麦具有加大研究价值，但国内几乎未见专门针对藜麦农艺性状及其籽粒矿物质元素遗传特性的研究。【拟解决的关键问题】①对筛选出的89个藜麦高代品系进行农艺性状的调查；②对筛选出的89个藜麦高代品系籽粒进行矿物质元素含量测定并分析，为藜麦种质资源筛选及新品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地概况

试验材料与试验地概况见参考文献[22]。

1.2 矿物质测定方法

矿物质元素如钙、镁、铁及锌的含量根据南京建成生物工程研究所生产的试剂盒说明书测定[22]。

1.3 数据处理与分析

采用 Microsoft office Excel 2010、SPSS 20和DPS 7.05进行数据处理与统计分析[22]。

2 结果与分析

2.1 农艺性状及矿物质元素的遗传多样性分析

89个藜麦高代品系之间农艺性状及矿物质元素含量具有一定的差异，遗传多样性较大，变异程度丰富(表1)。农艺性状及矿物质元素的平均变异系数为27.01%，其中镁的变异系数最小(10.61%)；单株产量、锌、千粒重、钙以及铁的变异系数均高于14%，钙的变异系数最大(64.11%)，铁的变异系数43.40%仅次于钙，表明钙和铁变异范围更广而其他指标变幅不大，比较稳定。农艺性状及矿物质元素的变异系数大小顺序是：钙>铁>单株产量>锌>千粒重>株高>镁。

表1 供试品系的主要农艺性状及矿物质元素的变异分析

2.2 农艺性状及矿物质元素间的相关分析

相关分析表明铁含量与钙含量呈现显著正相关(P<0.05)与千粒重呈极显著负相关(P<0.01)，而与株高、单株产量、镁含量、锌含量相关性不显著(P>0.05)，说明铁含量的改变对株高、单株产量、镁含量、锌含量影响不大，对千粒重影响较大；镁含量与锌含量呈现显著正相关(P<0.05)与株高、钙含量呈现显著负相关(P<0.05)；锌含量与钙含量、株高、千粒重以及单株产量之间相关性不显著；钙含量与株高、单株产量以及千粒重之间相关性不显著；株高与单株产量呈极显著正相关(P<0.01)与千粒重呈显著正相关(P<0.05,表2)。

表2 供试品系农艺性状及矿物质元素间的相关分析

2.3 农艺性状及矿物质元素间的主成分分析

主成分分析表明前5个主成分的累积贡献率达到了83.34%，包括了试验所测主要农艺性状及矿物质元素的绝大部分信息，因此可以将原来的7个指标转化为5个主成分(表3)。其中第1主成分的特征值为1.86，贡献率为26.58%；第2主成分的特征值为1.55，贡献率为 22.11%；第3主成分的特征值为0.94，贡献率为13.49%；第4主成分的特征值为0.78，贡献率为11.09%；第5主成分的特征值为0.71，贡献率为10.07%。

表3 相关矩阵的特征值

表3中，主成分1、2贡献率较高，结合表5，筛选品系应是减少第4、5主成分比重，侧重于第1、2主成分，根据表4，株高和单株产量决定第1主成分大小，千粒重和锌含量决定第2主成分大小，综合考虑即应选择植株高大结实率高籽粒饱满、锌含量较高的品系。

表4 主要主成分的特征向量

表5 5类群品系农艺性状及矿物质元素的平均表现

2.4 聚类分析

89个藜麦高代品系通过聚类分析在分类距离为36.00时可分为5大类。其中单独为一类的是滇藜-3、滇藜-7、滇藜-14和滇藜-16；第V类包括其余85个藜麦品系；由此可见，材料分离后代来源和籽粒颜色对聚类结果的影响没有一致性(图1)。类群Ⅰ中株高、千粒重、单株产量和铁含量在5个类群中为最高，锌、镁、钙含量偏低；类群Ⅱ中钙含量最高，株高、千粒重、单株产量偏高，镁和锌含量偏低；类群Ⅲ中除镁含量、株高、千粒重和单株产量偏高外，其他矿物质元素含量均偏低；类群Ⅳ中镁和锌含量最高，农艺性状和其他矿物质元素含量偏低；类群V中株高适中，千粒重和单株产量偏低，铁含量仅次于类群Ⅰ，锌含量偏低。

图1 89个藜麦高代品系聚类分析图

3 讨 论

3.1 农艺性状及矿物质元素变异程度评价

变异系数表示群体中直接选择的范围，是遗传变异潜力大小的标志[23]。孙铭等[24]研究发现样本间差异较大时，样本的变异系数均大于百分之十。本研究中藜麦农艺性状及其籽粒矿物质元素的变异系数均在百分之十以上，说明89个藜麦高代品系之间种质资源类型差异较大，遗传基础广泛，有利于藜麦种质资源筛选，可为藜麦产业化发展奠定基础。

3.2 农艺性状及矿物质元素相关分析评价

通过相关分析发现藜麦农艺性状及矿物质元素间相互关系复杂，各含量间存在不同程度的相关，因此综合考虑多个因素才能达到选择育种及规模化种植的目标[25]。宋娇等[15]对6个藜麦品系进行相关性分析，发现单株产量与株高、千粒重呈正相关，但相关性不显著。本研究中藜麦的株高与千粒重、单株产量呈显著正相关，千粒重与单株产量呈极显著正相关，说明育种进程中并不是植株越高越好，株高适中、籽粒饱满紧凑、结实率高的植株才是首选。影响藜麦产量的因素众多[26]，且不同的供试材料、播期、海拔、降水量等都会导致产量不同，后续可开展供试材料在播期、海拔、降水量等不同条件下对藜麦单株产量影响的相关研究。

3.3 农艺性状及矿物质元素主成分分析评价

主成分分析表明前5个主成分提供了全部遗传信息的83.34%，综合反映了89个藜麦品系的农艺性状及矿物质元素遗传特性，因此可将农艺性状及矿物质元素转化为5个主成分，作为藜麦品系选优、综合评价的指标。经过分析所得的相应标准筛选出云南丽江的滇藜-3、滇藜-4、滇藜-21以及滇藜-25四个品系为核心品系[27]，这些品系之间千粒重和单株产量相对较高，锌含量较高，农艺性状与矿物质元素的相关性较强，可以在藜麦品系资源筛选中加以利用。

3.4 农艺性状及矿物质元素聚类分析评价

试验材料通过聚类分析可分为5大类，说明供试材料之间具有一定的差异，结果表明滇藜-3、滇藜-7、滇藜-14、滇藜-16四个品系各自为一大类，与其他供试材料差异较大，说明这4个品系在农艺性状及籽粒矿物质元素含量与其他85个品系差异较大，可作为特殊品系继续进行进一步探讨。本研究中不同藜麦品系矿物质元素含量差异较大，推测矿质元素含量可能与品系有关[28]。籽粒颜色和材料分离后代来源对89个藜麦品系的农艺性状及其籽粒矿物质元素含量影响没有一致性，这可能是控制目标性状的基因不同，而且同一品种在同一环境下也可呈现出不同表现；也可能是环境因素的细微差别引起，例如水分、风速、光强、光时等。

4 结 论

89个藜麦品系在农艺性状及其籽粒矿物质元素之间遗传特性差异较大，平均变异系数为27.01%，其中千粒重、锌、单株产量、钙以及铁的变异系数均高于14%，尤其钙的变异系数64.11%；通过相应的筛选标准，从89个藜麦品系中筛选出滇藜-3、滇藜-4、滇藜-21和滇藜-25四个符合综合评价藜麦农艺性状及其籽粒矿物质元素遗传特性的核心品系；通过聚类分析将供试材料划分为5个大类，说明供试材料之间差异较大，遗传多样性丰度较广，因此构建藜麦种质资源库时，针对目标可结合聚类结果以及材料分离后代来源地和籽粒颜色进行综合考虑；本研究对藜麦农艺性状及其籽粒矿物质元素遗传特性的分析与评价，可为将来藜麦育种进程以及藜麦产业化发展提供参考依据。