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云南稻种核心种质功能营养成分遗传评价及其地带性分析

曾亚文

   饮食结构不合理导致人类慢性病急剧增加;饮食预防疾病是人类健康的关键。2008年全球糖尿病约2.5亿人,高血脂、高血压和超重均超过10亿人,钙铁锌缺乏影响全球30多亿人口。稻米是全球50%以上人口的主食,也是矿物质和功能食品的重要源泉。稻属核心种质形态、分子评价及其构建技术体系研究相对较多,但核心种质糙米矿质元素和功能成分研究国内外未见报道。云南是中国稻种资源最大的遗传多样性中心,也是优异种质和营养功能稻米资源的富集地区。本研究通过云南稻种初级核心种质的糙米矿质元素含量和进化、功能成分评价及其地带性特征分析,改良品种精米、糙米与土壤元素含量间相关性,并研究了核心种质的表型变异、糙米矿质元素含量及其SSR标记间的关系,具有重要的理论意义和较高实用价值,并取得如下进展: 1.首次明确了云南稻种初级核心种质糙米矿质元素含量呈现明显的地带性特征,揭示了籼粳亚种、生态型及其分类性状的系统关系。863份云南稻种初级核心种质糙米P平均含量是土壤总磷的7.17倍,土壤总钾含量是糙米K平均含量的7.56倍。来自云南省5个稻作区16个州市789份地方品种糙米8种矿质元素含量分析显示:糙米元素含量(mg·kg-1)依次为P(3834.83±486.49) > K(2567.72±336.74) > Mg(2567.72±336.74) > Ca(153.67±55.90) > Zn(33.35±13.65) > Fe(32.08±25.51) > Cu(14.22±11.85) > Mn(13.58±3.22);滇西北糙米P含量高,滇中糙米Ca、Mg、Fe和Zn含量高,滇西南糙米Cu和Mn含量高;糙米高磷钾、中钙镁锰和低铁锌分布区是世界生物多样性最丰富及矿产资源的富集区。总体上789份云南地方稻糙米5种元素(K, Ca, Mg, Fe和Cu)平均含量明显低于94份改良品种,其中Ca元素在籼粳分化增强对冷害的适应性中起了重要作用;地方品种到改良品种随着糙米5种矿质元素的提高而增强了广适性;系统树聚类显示云南稻种分为地方品种和改良品种两类,其中地方品种又分为5个亚组,即A组为紫米,B组为陆稻和光壳稻,C组为糯稻,D组为红米;E组由I组(籼稻、晚稻、白米、地方品种)和II组(粳稻、水稻、非光壳稻、早中稻、粘稻)组成。 2.揭示了云南稻种改良品种糙米18种矿质元素含量明显高于精米,且16种元素含量明显低于土壤;微量元素间比大量元素关系密切,其中糙米所含的8种促进人体健康的矿质元素是精米的2倍以上。55个云南省水稻改良品种精米、糙米及其相应的土壤18种矿质元素含量测定显示: 18种矿质元素是功能稻米活性成分的重要部分,其平均含量依次为精米P > K > S > Mg > Ca > Zn > Na > Al > Mn > Fe > Cu > B > Mo > Ni > Sn > Cr > Ba > Sr,糙米P > K > Mg > S > Ca > Zn > Mn > Al > Na > Fe > Cu > B > Mo > Sn > Ni > Cr > Ba > Sr,而土壤则为Fe > Al > Ca > K > Mg > P > S > Mn > B > Na > Ba > Zn > Cr > Cu > Ni > Sn > Mo > Sr;精米和糙米除S、P外16种元素含量均明显低于土壤;发现精米和糙米8种微量元素(Mo、Ni、Cr、Sr、Mn、Zn、Cu、Na)含量间相关性明显比6种大量元素(P、K、Mg、Ca、S和Al)含量间的关系密切。云南土壤以富铁铝高钙为主,而精米和糙米则以磷钾镁硫为主;以精米为主食比糙米更易导致人类健康问题。 3.首次发现了云南稻种初级核心种质不同类型间糙米3种功能成分差异显著,呈现明显的地带性特征。996份云南稻种初级核心种质糙米的抗性淀粉、γ-氨基丁酸和总黄酮含量及其栽培型间差异表明:糙米总黄酮含量地方品种极显著高于改良品种,但GABA含量则改良品种显著高于地方品种;抗性淀粉含量则改良品种极显著高于地方品种。其中来自五个稻区16个州市905份地方品种初级核心种质功能成分检测显示:糙米平均抗性淀粉含量(%)为0.75±0.29,滇中极显著高于北部稻作区,滇西北的丽江和滇东北的昭通极显著低于除迪庆州外的13个州市;籼稻显著高于粳稻,粘稻极显著高于糯稻,晚稻极显著高于早中稻,红米和紫米极显著高于白米。糙米γ-氨基丁酸含量(mg·kg~(-1))为74.3±25.3,滇南单双季籼稻区明显高于滇西北高寒粳稻区,滇南的思茅、滇中的玉溪和保山至少与5个州市差异显著;水稻极显著高于陆稻,糯稻极显著高于粘稻,晚稻极显著高于早中稻,白米极显著高于红米和紫米。糙米总黄酮含量(mg·kg~(-1))为3069.8±1927.5,滇南极显著高于滇中,思茅显著高于8个州市而保山则显著低于7个州市;陆稻极显著高于水稻,粘稻显著高于糯稻,早中稻极显著高于晚稻,红米和紫米极显著高于白米,光壳稻显著高于白壳稻。揭示了糙米总黄酮、γ-氨基丁酸和抗性淀粉含量在水陆、沾糯、早中晚、米色间差异极显著,但籼粳、有无芒和米味间差异不大。 4.云南稻种核心种质表型性状、糙米矿质元素含量与其SSR标记有一定相关,首次以SSR标记为基础揭示了糙米矿质元素的含量易受环境的影响,而籽粒的性状主要受遗传基因的控制。基于628份糙米8种元素、23个表型性状及其20个SSR标记间关系研究显示,这些性状组成的620对性状间有182对呈极显著相关;尤其SSR等位基因大小与籽粒性状构成的180对性状中94对呈显著相关,又与穗部性状构成的160对性状中48对呈显著相关。20个SSR标记等位基因大小与一些表型性状呈极显著相关,其中RM224等位基因大小与23个表型性状及8种元素呈显著相关。SSR标记等位基因大小与籽粒或穗部性状间的关系比糙米元素含量和植株性状更密切,籼粳分类的籽粒长宽比及1~2节长与14个SSR标记等位基因大小相关显著。以地方稻20个SSR标记的等位基因数目和距离一些级别间糙米矿质元素含量间呈显著差异(P<0.05);即云南稻种糙米矿质元素含量与基因多样性有关。628份糙米矿质元素含量变异较大,即P为2160~5500 mg·kg~(-1)为1130~ 3830 mg·kg~(-1), Ca为61.8~488 mg·kg~(-1), Mg为864~2020 mg·kg~(-1), Fe为0.40~147 mg·kg~(-1), Zn为15.1~ 124 mg·kg~(-1), Cu为0.10~59.1 mg·kg~(-1), Mn为6.7~26.6 mg·kg~(-1)。因此,检测出云南稻核心种质糙米Ca、Fe和Zn基因型间差异7倍以上,而培育高Ca、Fe和Zn新品种是解决人类矿质营养缺乏的一条经济有效途径。……   
[关键词]:云南稻种;核心种质;功能成分;地带性特征;矿质元素
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:云南农业大学2009年