藜麥農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素遺傳特性分析與評價

王倩朝，孔治有，環(huán)秀菊，張 平，劉俊娜，劉永江，李 莉，覃 鵬*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院，云南 昆明 650201；2.保山學院資源與環(huán)境學院，云南 保山 678000)

【研究意義】藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)屬于莧科藜亞科藜屬的一種異源四倍體一年生自花授粉雙子葉草本作物[1]，原產(chǎn)自安第斯山脈，是古印加土著居民作為傳統(tǒng)食物，其稱之為“糧食之母”[2-3]，藜麥是世界糧農(nóng)組織確定的唯一一種滿足人體基本營養(yǎng)需求的植物[4]，至今有7000多年的食用及種植歷史[5]。作為一種新型作物，其營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值逐漸引起人們重視，藜麥引種栽培在各國日益流行，并成為趨勢，2013年被認定為“國際藜麥年”[6-7]。此外，藜麥的藥用價值也很高，可入藥治療一些慢性疾病以及高血脂、高血糖等疾病；藜麥還有一定的食用價值，其籽?？扇ピ碥湛商砑拥矫罪?、沙拉中，也可加工成沖劑、營養(yǎng)代餐粉等；藜麥花期植株和花序顏色各異，具有一定的觀賞價值，可為旅游業(yè)提供新型發(fā)展方向[8-9]；藜麥的種植工序易操作，市場開闊，由此可見藜麥具有廣泛的應用前景，甚至可加大推廣種植，解決農(nóng)民收入降低問題[10-11]?！厩叭搜芯窟M展】藜麥籽粒狀如谷子，直徑大多為1.5～2.0 mm，籽粒的外觀大小與小米相似，藜麥籽粒比小米要重，主要有白色、紅色、黃色和黑色4種顏色，大量研究表明，藜麥籽粒富含蛋白質(zhì)、氨基酸、可溶性糖、維生素、礦物質(zhì)、黃酮和淀粉等物質(zhì)，具有較好的抗氧化、抑菌和抗癌等功能及很高的營養(yǎng)價值[12-20]。藜麥籽粒中鋅、鎂、鈣、銅、鉀等元素含量很高，為普通谷物如小麥的3倍以上，符合健康飲食的要求[21]?！颈狙芯壳腥朦c】盡管藜麥具有加大研究價值，但國內(nèi)幾乎未見專門針對藜麥農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素遺傳特性的研究。【擬解決的關鍵問題】①對篩選出的89個藜麥高代品系進行農(nóng)藝性狀的調(diào)查；②對篩選出的89個藜麥高代品系籽粒進行礦物質(zhì)元素含量測定并分析，為藜麥種質(zhì)資源篩選及新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

試驗材料與試驗地概況見參考文獻[22]。

1.2 礦物質(zhì)測定方法

礦物質(zhì)元素如鈣、鎂、鐵及鋅的含量根據(jù)南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒說明書測定[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Microsoft office Excel 2010、SPSS 20和DPS 7.05進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的遺傳多樣性分析

89個藜麥高代品系之間農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素含量具有一定的差異，遺傳多樣性較大，變異程度豐富(表1)。農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的平均變異系數(shù)為27.01%，其中鎂的變異系數(shù)最小(10.61%)；單株產(chǎn)量、鋅、千粒重、鈣以及鐵的變異系數(shù)均高于14%，鈣的變異系數(shù)最大(64.11%)，鐵的變異系數(shù)43.40%僅次于鈣，表明鈣和鐵變異范圍更廣而其他指標變幅不大，比較穩(wěn)定。農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的變異系數(shù)大小順序是：鈣>鐵>單株產(chǎn)量>鋅>千粒重>株高>鎂。

表1 供試品系的主要農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的變異分析

2.2 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素間的相關分析

相關分析表明鐵含量與鈣含量呈現(xiàn)顯著正相關(P<0.05)與千粒重呈極顯著負相關(P<0.01)，而與株高、單株產(chǎn)量、鎂含量、鋅含量相關性不顯著(P>0.05)，說明鐵含量的改變對株高、單株產(chǎn)量、鎂含量、鋅含量影響不大，對千粒重影響較大；鎂含量與鋅含量呈現(xiàn)顯著正相關(P<0.05)與株高、鈣含量呈現(xiàn)顯著負相關(P<0.05)；鋅含量與鈣含量、株高、千粒重以及單株產(chǎn)量之間相關性不顯著；鈣含量與株高、單株產(chǎn)量以及千粒重之間相關性不顯著；株高與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(P<0.01)與千粒重呈顯著正相關(P<0.05,表2)。

表2 供試品系農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素間的相關分析

2.3 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素間的主成分分析

主成分分析表明前5個主成分的累積貢獻率達到了83.34%，包括了試驗所測主要農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的絕大部分信息，因此可以將原來的7個指標轉(zhuǎn)化為5個主成分(表3)。其中第1主成分的特征值為1.86，貢獻率為26.58%；第2主成分的特征值為1.55，貢獻率為 22.11%；第3主成分的特征值為0.94，貢獻率為13.49%；第4主成分的特征值為0.78，貢獻率為11.09%；第5主成分的特征值為0.71，貢獻率為10.07%。

表3 相關矩陣的特征值

表3中，主成分1、2貢獻率較高，結(jié)合表5，篩選品系應是減少第4、5主成分比重，側(cè)重于第1、2主成分，根據(jù)表4，株高和單株產(chǎn)量決定第1主成分大小，千粒重和鋅含量決定第2主成分大小，綜合考慮即應選擇植株高大結(jié)實率高籽粒飽滿、鋅含量較高的品系。

表4 主要主成分的特征向量

表5 5類群品系農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素的平均表現(xiàn)

2.4 聚類分析

89個藜麥高代品系通過聚類分析在分類距離為36.00時可分為5大類。其中單獨為一類的是滇藜-3、滇藜-7、滇藜-14和滇藜-16；第V類包括其余85個藜麥品系；由此可見，材料分離后代來源和籽粒顏色對聚類結(jié)果的影響沒有一致性(圖1)。類群Ⅰ中株高、千粒重、單株產(chǎn)量和鐵含量在5個類群中為最高，鋅、鎂、鈣含量偏低；類群Ⅱ中鈣含量最高，株高、千粒重、單株產(chǎn)量偏高，鎂和鋅含量偏低；類群Ⅲ中除鎂含量、株高、千粒重和單株產(chǎn)量偏高外，其他礦物質(zhì)元素含量均偏低；類群Ⅳ中鎂和鋅含量最高，農(nóng)藝性狀和其他礦物質(zhì)元素含量偏低；類群V中株高適中，千粒重和單株產(chǎn)量偏低，鐵含量僅次于類群Ⅰ，鋅含量偏低。

圖1 89個藜麥高代品系聚類分析圖

3 討 論

3.1 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素變異程度評價

變異系數(shù)表示群體中直接選擇的范圍，是遺傳變異潛力大小的標志[23]。孫銘等[24]研究發(fā)現(xiàn)樣本間差異較大時，樣本的變異系數(shù)均大于百分之十。本研究中藜麥農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素的變異系數(shù)均在百分之十以上，說明89個藜麥高代品系之間種質(zhì)資源類型差異較大，遺傳基礎廣泛，有利于藜麥種質(zhì)資源篩選，可為藜麥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎。

3.2 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素相關分析評價

通過相關分析發(fā)現(xiàn)藜麥農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素間相互關系復雜，各含量間存在不同程度的相關，因此綜合考慮多個因素才能達到選擇育種及規(guī)?；N植的目標[25]。宋嬌等[15]對6個藜麥品系進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)單株產(chǎn)量與株高、千粒重呈正相關，但相關性不顯著。本研究中藜麥的株高與千粒重、單株產(chǎn)量呈顯著正相關，千粒重與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關，說明育種進程中并不是植株越高越好，株高適中、籽粒飽滿緊湊、結(jié)實率高的植株才是首選。影響藜麥產(chǎn)量的因素眾多[26]，且不同的供試材料、播期、海拔、降水量等都會導致產(chǎn)量不同，后續(xù)可開展供試材料在播期、海拔、降水量等不同條件下對藜麥單株產(chǎn)量影響的相關研究。

3.3 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素主成分分析評價

主成分分析表明前5個主成分提供了全部遺傳信息的83.34%，綜合反映了89個藜麥品系的農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素遺傳特性，因此可將農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素轉(zhuǎn)化為5個主成分，作為藜麥品系選優(yōu)、綜合評價的指標。經(jīng)過分析所得的相應標準篩選出云南麗江的滇藜-3、滇藜-4、滇藜-21以及滇藜-25四個品系為核心品系[27]，這些品系之間千粒重和單株產(chǎn)量相對較高，鋅含量較高，農(nóng)藝性狀與礦物質(zhì)元素的相關性較強，可以在藜麥品系資源篩選中加以利用。

3.4 農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素聚類分析評價

試驗材料通過聚類分析可分為5大類，說明供試材料之間具有一定的差異，結(jié)果表明滇藜-3、滇藜-7、滇藜-14、滇藜-16四個品系各自為一大類，與其他供試材料差異較大，說明這4個品系在農(nóng)藝性狀及籽粒礦物質(zhì)元素含量與其他85個品系差異較大，可作為特殊品系繼續(xù)進行進一步探討。本研究中不同藜麥品系礦物質(zhì)元素含量差異較大，推測礦質(zhì)元素含量可能與品系有關[28]。籽粒顏色和材料分離后代來源對89個藜麥品系的農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素含量影響沒有一致性，這可能是控制目標性狀的基因不同，而且同一品種在同一環(huán)境下也可呈現(xiàn)出不同表現(xiàn)；也可能是環(huán)境因素的細微差別引起，例如水分、風速、光強、光時等。

4 結(jié) 論

89個藜麥品系在農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素之間遺傳特性差異較大，平均變異系數(shù)為27.01%，其中千粒重、鋅、單株產(chǎn)量、鈣以及鐵的變異系數(shù)均高于14%，尤其鈣的變異系數(shù)64.11%；通過相應的篩選標準，從89個藜麥品系中篩選出滇藜-3、滇藜-4、滇藜-21和滇藜-25四個符合綜合評價藜麥農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素遺傳特性的核心品系；通過聚類分析將供試材料劃分為5個大類，說明供試材料之間差異較大，遺傳多樣性豐度較廣，因此構(gòu)建藜麥種質(zhì)資源庫時，針對目標可結(jié)合聚類結(jié)果以及材料分離后代來源地和籽粒顏色進行綜合考慮；本研究對藜麥農(nóng)藝性狀及其籽粒礦物質(zhì)元素遺傳特性的分析與評價，可為將來藜麥育種進程以及藜麥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考依據(jù)。