Comparative Analysis of Micronutrients (Fe, Zn, Se, Mn,Cu) and Starch Properties (Amlyose&Amylopectin)among Wheat and Barley Species

【摘要】蛋白质等大量营养元素和锌、铁等微量元素是人体生长发育必不可少的重要成分。据报道,全世界约有十亿人是患有营养缺乏病。人类通常是从蔬菜,水果,肉类和谷物等食物中摄取这些物质来满足自身的需要。谷类是人类最主要的粮食作物,是人类所需的碳水化合物,蛋白质,维生素,膳食纤维以及矿物质,如铁,铜,锰锌,铁和硒的主要来源。提高谷类作物微量元素的含量及营养品质,培育优异品质的谷类作物新品种,对解决全世界面临的粮食不足及营养缺乏具有重要意义。本研究以小麦和大麦为研究对象,对广泛收集的这两种作物的不同种质材料中Zn,Fe,Se,Mn,Cu等微量矿质元素及支链和直链淀粉的含量进行了系统的调查和比较分析,鉴定、筛选其中的优异品系,以期为提高小麦和大麦的微量元素及优化淀粉组奠定物质基础,为麦类作物品质育种提供基因资源。本研究的田间试验在西北农林科技大学小麦育种试验地进行,该试验地位于北纬34。20’,东经108。04’,海波466.7米。试验地试验顶部1.2米的土壤是按中国土壤系统分类属于Eum-Orthrosols土壤,土壤属砂质粘壤土质地,肥力水平均匀一致,pH值约为8.5。试验地区域为温带气候,其特点是夏季炎热、潮湿,而冬季寒冷、干燥,春秋干燥,降水集中在7月到十月下旬。选用52份野生二粒小麦、30份硬粒小麦和68份来自世界各地的普通小麦材料用于小麦微量元素和淀粉特性分析,而以60份来自以色列的野生大麦、48份约旦的农家种、49份大麦品种,33份青稞以及97份大麦Steptoe和Morex的DH系用于大麦的微量元素及淀粉特性分析。实验是按在正常播期内以标准播种量播种,田间管理,包括施肥,灌溉,除草管理和疾病控制等按常规田间管理进行。在样品采集时,手工清洗以避免任何矿物元素的污染,样品收获后,在烘箱中,于72℃下干燥24小时,以除去多余的水分。种子样品研磨后用于微量元素及淀粉特性的分析。作物收获后,在试验点随机采集0-15和15-30厘米深的土壤样品,在室温下,空气中干燥后,取一小部分用于化学成分和含量的分析。结果发现,不同小麦材料间微量元素的含量有较大的差异。其中野生二粒小麦间存在着明显的差异,尤其是来自起源地以色列的野生二粒小麦品系中,微量元素差异显著,而普通小麦品种间的差异较小。野生二粒小麦种子中Zn和Fe含量最高分别达到了190mg　kg-1和109mg　kg-1。在二粒小麦中,单因素方差分析发现在野生二粒小麦各品系间,这5种微量元素的差异都达到了极显著水平(P<0.001)；在硬粒小麦品种间,Se,Zn和Fe含量的差异达到了极显著水平(P<0.001),而Cu和Mn含量的差异打断了显著水平(P<0.01)。在普通小麦中,谷粒的Se,Zn和Fe含量在有极显著差异(P<0.01),而Cu和Mn含量有显著差异(P<0.05)。大麦中营养元素的分析发现,野生大麦具有较大的变异范围(6-43μgkg-1),变异系数达80%,而栽培大麦的营养养分平均值为170μgkg-1。其中,野生大麦群体Mahola是6个检测的野生大麦群体中变化程度最大的群体,变异范围为88.3-437.2ggkg-1。进一步分析发现野生大麦和大麦农家种间,支链和直链淀粉的含量仅存在较小的差异,而直链淀粉和支链淀粉的比例在野生大麦、大麦农家种以及大麦品种间存在着较大的差异。在157个品系中,52个被发现含有较高的淀粉含量(20-30%),同时6个淀粉含量大于30%的品系也被鉴定出来。栽培大麦与野生大麦表现出较相似的直链淀粉含量变异幅度(13.9-36.2%),平均值达21.3%；而农家种的直链淀粉含量较低,变异幅度为5.7-26.8%,平均值为14.2%。反之,在支链淀粉方面,大麦品种和野生大麦含量较农家种小。同时,我们也调查了二粒小麦的淀粉组成特性。结果发现,野生二粒小麦的直链淀粉含量在14%至30%之间,而支链淀粉的平均含量在21.2%,变异系数为24%。硬粒小麦的直链淀粉含量在18%到34%之间,平均值为27.2%,变异系数为18%。青稞是主要分布种植于我国青藏高原地区的重要粮食作物,我们进一步调查了青稞的微量元素含量。结果发现,不同青稞材料间微量元素存在较大的差异,其中TB-4406,TB-664和TB-3835具有优异的品质特征。TB-4406的Se,Fe,Ze,Mn和Cu的含量分别达84.8μgkg-1,63.4,51.0,40.0和9.37mgKg-1。这些材料为大麦高微量元素品种的培育提供了重要的种种材料。最后,我们对大麦品种Steptoe和Morex杂交培育的双单倍体(DH)群体的97个品系的微量元素含量和淀粉特性进行了调查。结果发现,DH群体中支链和直链淀粉的含量存在较大的差异,97品系中,37品系的直链淀粉含量在20-30%间,还鉴定发现了10个直链淀粉含量超过30%的超高直链淀粉含量的品系,没有发现不含直链鉴定的品系。通过研究,我们发现野生二粒小麦,尤其是来自以色列的野生二粒小麦的锌,铁,锰,铜和硒含量表现出较大的变异,拥有丰富的变异类型,可作为小麦微量元素改良重要种质资源。同时,相比于农家种,野生大麦中具有优异的直链链淀粉和支链淀粉含量比的品系,可考虑用作大麦育种的基因源。本研究系统调查了两种重要谷类作物—大麦和小麦的微量元素和淀粉含量,筛选、鉴定了多个优异品质性状的种质材料,为提高小麦和大麦的微量元素和淀粉含量提供重要种质材料,为麦类作物品质育种研究奠定了基础。
【作者】BakhtunNisaMangan；
【导师】宋卫宁；
【作者基本信息】西北农林科技大学，作物遗传育种，2014，博士
【关键词】Wheatspecies；Barleyspecies；Micronutrients；Starchproperties；Variability；Availability；

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