大麦阿拉伯木聚糖含量的品种与环境变异及内切木聚糖酶基因的研究

【摘要】啤用大麦的品质受多种因素的影响,一种非淀粉多糖——阿拉伯木聚糖(AX)也是关键因子之一。在制麦芽时该糖如果降解不充分,会阻碍胚乳中营养物质的释放,且未降解的AX会进入麦汁中增加其粘度,阻碍后续的过滤及加工,最终影响啤酒的泡沫和口感等品质。本文以品质性状有差异的大麦品种为材料,研究了基因型与环境对大麦籽粒与麦芽中阿拉伯木聚糖(AX)含量和内切木聚糖酶活性(EA)的影响;对籽粒灌浆这一特殊时期的AX含量及EA动态进行分析,并研究了多种农艺因子以及不同温度处理对大麦籽粒的AX含量与EA的影响；建立了大麦阿拉伯木聚糖含量的近红外光谱分析模型；在此基础上,对编码降解AX的内切木聚糖酶基因序列和结构及其表达进行了分析。取得的主要结果如下：1.大麦阿拉伯木聚糖含量的品种和环境变异以8种生长期较一致、啤用品质有明显差异的二棱大麦品种为材料,采取多点试验,研究了基因型和环境对AX和EA的影响。八个品种在所有种植点的TAX含量均值为4.1%,变异系数(CV)在地区(种植点)和品种间变化较大,各种植点间CV从4.1%(盐城)到23.4%(驻马店)：在各品种间CV从11.7%(浙啤33)到23.4%(苏啤4号)。整体而言,品种间的变异系数均值(18.1%)远大于种植点间的变异系数均值(9.5%),说明基因型对TAX含量有很大的影响。各品种在所有种植点的木聚糖酶活性(EA)均值为2.62Ug-,在各种植点间均值从2.33(上海)到2.88Ug-1(盐城),各品种间的均值从2.54(苏啤6号)到2.72Ug-1(花30)。种植点间EA的CV从5.7(上海)到11.1%(武汉),品种间的EA的CV从7.4(浙啤33)到14.3%(花30)。品种间CV均值(10.4%)和种植点间的CV均值(8.4%)差异较小,说明环境和基因型对EA的影响程度比较接近。2.籽粒与麦芽中阿拉伯木聚糖含量和木聚糖酶活性的差异以67种栽培大麦为材料,比较了籽粒中及制麦芽后的AX含量及EA。种子中TAX含量范围为3.97到6.36%,均值4.96%；麦芽中TAX含量范围为3.02到5.19%,均值3.92%；种子中EA范围从1.68到4.41Ug-,均值为2.62Ug-；麦芽中EA范围从8.26到19.23Ug-,均值为12.25Ug-1。麦芽中TAX的降解率最高达37%左右,平均为21%。3.不同栽培条件下籽粒AX含量的变化以3个啤用品质不同的大麦为材料,研究了灌浆期间TAX含量和木聚糖酶活性(EA)的动态变化。结果表明,TAX含量和EA在灌浆期间均呈下降趋势,但品种之间存在着一定差异；同时,以浙大9号为材料研究了几种农艺因子对AX和EA的影响,在播种密度中等、氮肥水平较低以及苗、穗期氮肥均等施用的处理,籽粒TAX含量相对较低;杭州点收获的籽粒TAX含量显著高于桐乡点籽粒,其原因可能与试验地土壤及基础肥力差异有关,也可能与两试验点在籽粒灌浆期的光温条件有所不同有关。利用离体穗培养技术,设置两种培养温度,研究了灌浆后期温度对AX含量的影响,结果显示相对高温下籽粒AX含量较高。4.阿拉伯木聚糖含量的近红外光谱分析模型的建立应用近红外光谱分析技术建立了大麦籽粒中阿拉伯木聚糖含量的偏最小二乘法(MPLS)回归的定标模型,并结合不同光谱散射与数学处理,得到了最优模型,校正决定系数为0.798,交叉验证决定系数(1-VR)为0.728。这一定标模型可应用于大规模大麦种质的初步筛选和大麦育种早代材料的选择。5.HvXYN1基因的多态性和表达特点研究以67个大麦品种为材料,对编码木聚糖酶的HvXYN1基因进行测序,并分析其结构。结果表明,该基因的内含子和外显子区域具有不同程度的单碱基变异,多态位点丰富。对西藏一年生野生大麦和栽培品种的HvXYN1基因全长进行Tajima’s中性检验,野生大麦和栽培品种Tajima’sD值均未达到显著水平,符合中性进化模型,说明该基因在驯化过程中未受到选择作用的影响。根据不同大麦品种(基因型)HvXYNl基因的多态性,进行系统发育树的构建,表明该基因在供试材料中的存在可分为两大类。对每个SNP与木聚糖酶活性和TAX表型值进行分析,显示各SNP位点均与酶活性间无关联性,但检测到3个与TAX含量显著相关的关联位点。以AX含量和EA显著差异的大麦品种为材料,研究了HvXYN1基因在籽粒灌浆期间的表达。结果表明,该基因在籽粒灌浆后期表达量呈上升趋势,基因型差异明显;表达量与TAX含量和木聚糖酶活性有一定的关联,值得进一步探讨。
【作者】张晓勤；
【导师】张国平；
【作者基本信息】浙江大学，作物学，2013，博士
【关键词】大麦；阿拉伯木聚糖；内切木聚糖酶；HvXYN1基因；品种；环境；

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