二棱大麦种质资源抗氧化能力的筛选鉴定

王美琦，刘志萍，王金波，齐海祥，王海泽，王文迪，门秀丽，宋俊良，李建波，徐寿军

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽028043；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031）

大麦（Hordeum VulgareL.）作为最古老的农作物之一，迄今为止已有数千年的栽培史，具有良好的食用、饲用和酿造价值［1］.根据穗的棱型，可将大麦分为二棱和六棱2类.二棱大麦品质比六棱大麦更适合作为酿造啤酒的原料.大麦不但具有早熟、耐寒、耐贫瘠、耐盐碱、抗旱等特点，与其他作物相比还具备广泛的适应性［2］.由于生态环境的差异性，二棱大麦种质抗逆性存在显著差异［3］.因此，对二棱大麦种质进行抗性评价，对于啤用大麦的培育具有重要意义.近年来，随着大麦品种更新换代速度的加快，大麦育种遗传基础愈加狭窄，对拓宽大麦种质基础的需求也越来越迫切［4］.因此，对大麦种质资源进行正确合理的筛选和评价［5-6］、挖掘大麦特异种质资源，是提高大麦育种效率的必要前提.超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）作为植物体内的3种保护酶，较高的酶活性能够提高清除植物体内活性氧自由基的能力，抑制膜脂过氧化，延缓植株衰老，进而提高光合能力，增加产量［7-9］.活性氧积累多则会引发细胞膜脂过氧化，导致膜系统的损伤，加剧植株衰老［10］.大麦开花期是产量形成的关键时期，筛选抗氧化能力强的大麦种质，可提高大麦的抗逆能力，具有稳产作用.因此，筛选抗氧化能力强的植物资源，培育抗氧化能力强的品种，是提高作物产量的重要途径之一.

作者对30份不同来源的二棱大麦材料的SOD、POD、CAT活性及MDA（丙二醛）含量进行比较，筛选抗氧化性强的品种，以期为培育抗氧化能力强的大麦新品种提供种质资源.

1 材料与方法

1.1 参试材料

以内蒙古农牧业科学研究院提供的30份二棱大麦种质为参试材料.品种编号及品种名称见表1.

表1 参试材料信息Tab.1 Information of the tested materials

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古通辽市科尔沁区农牧业高新科技示范园区，该地日照时数为3 112 h.试验地土壤类型为沙壤土，耕层有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为17.52 g·kg-1、45.20 mg·kg-1、28.32 mg·kg-1、132.21 mg·kg-1.

1.3 试验设计

试验于2019—2020年进行，设计为随机区组试验，3次重复，单个区组面积为8 m2，小区为8行，长2 m，行间距0.5 m，单行播种120粒.播前一次性施入基肥，基肥分别为二铵、尿素，施入量分别为26.24 g·m-2、7.5 g·m-2；结合浇头水在三叶期时追施尿素7.5 g·m-2.

1.4 样品的采集与测定

开花期每个小区选取标记植株5株，每一植株取旗叶，测定SOD、POD、CAT活性和MDA含量.

1.5 数据处理与统计分析

运用Excel 2016、DPS（V9.01）软件对数据进行处理分析.

遗传多样性指数：H′=-∑PilnPi（式中，Pi：某指标第i级别内的材料份数所占总份数的百分比）［9］.

隶属函数值计算方法［11-12］，具体如下.

（式中，i：某个品种；j：某个性状；n：指标性状数量；Xˉij：隶属函数值；Xij：性状值；Xjmin：性状最小值；Xjmax：性状最大值；Xi：品种抗氧化隶属函数平均值）

把每个品种的各个性状具体抗氧化隶属函数值累加后求平均值，平均值越大，抗氧化性则越强.

2 结果与分析

2.1 抗氧化酶活性及丙二醛含量的遗传多样性表现

大麦种质各性状差异比较明显，遗传多样性丰富.变异系数由大到小依次是POD（29.64%）、CAT（25.58%）、MDA（22.08%）、SOD（19.36%）.遗传多样性指数CAT（2.126）最大，SOD（1.902）最小（表2）.

表2 总参试材料种质资源抗氧化酶活性及丙二醛含量的表现Tab.2 Performance of antioxidant enzyme activity and MDA content of seed resources in all materials

2.2 抗氧化酶活性及丙二醛含量的方差分析

SOD、POD、CAT、MDA的区组间差异均未达到显著水平，而基因型间差异均达到极显著水平（表3）.

2.3 抗氧化酶活性及丙二醛含量相关性分析

分析30份供试种质资源的SOD、POD、CAT、MDA相关关系结果显示，SOD与POD、MDA间呈负相关，CAT与POD、MDA呈显著负相关，MDA与POD呈极显著正相关（表4）.

表4 总参试材料种质资源抗氧化酶活性及丙二醛含量相关性分析Tab.4 Analysis of the correlation between antioxidant enzyme activity and MDA content of seed resources in all materials

2.4 参试品种抗氧化性综合评价

抗氧化隶属函数值排在前5名的品种分别是早熟一号、97B733、杨0187、CA2-1、MACQUARIE，排在后5名的品种依次是冈2、J a x a n a、F6（2001-84不育×2001-29）不育×2001-29、苏U啤麦5号、2B10-4511，结合抗氧化酶活性及MDA含量认为早熟一号、97B733、杨0187、CA2-1、MACQUARIE是抗氧化性强的品种（表5）.

表5 参试品种的综合抗氧化隶属函数值Tab.5 Comprehensive antioxidant membership function value of the tested varieties

续表5

3 讨论与结论

SOD、POD、CAT等作为植物抗逆相关指标，其活性高低可以反映植物对逆境的耐受能力［13］，植物器官在衰老或者逆境环境下发生膜脂过氧化，MDA是膜脂过氧化作用的产物，其可作为评价植物抗逆性的有效指标，含量高低可以直接反映植物受伤害程度［14］，含量越高说明植物受到的伤害越大.作者对30种二棱大麦种质材料进行遗传多样性分析，结果显示，以过氧化氢酶（CAT）的多样性指数最大，超氧化物歧化酶（SOD）的最小，表明不同品种间的大麦CAT活性差异较为多样，在不同品种间，SOD活性的差异较小；方差分析结果显示，3种抗氧化酶活性及丙二醛（MDA）含量在基因型间差异均达到极显著水平，表明大麦种质间的抗氧化性有差异，可筛选出抗逆能力强的种质资源；相关性分析结果显示CAT与POD、MDA呈显著负相关，MDA与POD呈极显著正相关.MDA含量越少，SOD、POD、CAT活性越强，SOD、POD、CAT等抗氧化酶可以通过清除活性氧等途径有效防止光合系统的损伤［15］，进而提高植物光合能力，增加产量.

前人大量研究表明，SOD、POD、CAT与干旱、盐碱、氮肥等因素密切相关［16-18］.任毅等［19］通过研究12份中亚引进不同基因型大麦萌发期的抗旱性，利用隶属函数法综合评价鉴定认为，吉33的抗旱性最强，吉引2013-7-DM-088的抗旱性最弱.蒋莹等［20］通过研究143份大麦种质资源的主要农艺性状的遗传变异认为，农艺性状变异范围较大，说明种质资源创新范围大，品种改良潜力较大.常蕾等［21］针对来源不同的大麦品种，对生育期和苗期的外观性状以及生物产量和SPAD值等多种指标进行分析，筛选出综合农艺性状优良的若叶大麦品种，大麦具有抗旱、抗寒、抗盐碱、早熟等生物学特性，且大麦抗逆性强、适应性广.刘志萍等［22］对叶片抗氧化酶活性变化的研究认为，增施磷肥可以提高蒙啤麦5号的抗氧化酶活性.目前对于大麦种质筛选鉴定的研究主要针对农艺性状、抗旱性等方面较多，而对于大麦种质抗氧化能力的研究鲜见报道.本研究中，结合抗氧化性综合评价中隶属函数值可筛选出抗氧化性排名前5的品种主要有早熟一号、97B733、杨0187、CA2-1、MACQUARIE.这些品种可能具有显著的抗旱、耐盐碱等特性，可为后续大麦抗旱、耐盐碱等抗逆育种提供种质基础.