文摘

蚕豆(蚕豆根尖l .)是一种豆类作物栽培的营养的种子,是一项重要的全球人类食品和饲料的来源。蚕豆种子特性是一个先决条件的步骤为质量改进。morphophysical表征的蚕豆种子24当地登记入册后新品种描述符和采用AOAC公认的国际标准进行了评估和基于欧几里得统计模型的一种方法。加入“205”大部分是独特的带有白色门颜色种子与convicine粒含量低。形状不规则的种子是最研究中观察到的字符登记入册除了“Badii”显示一个椭圆形状的种子;因此,种子形状不允许歧视在我们突尼斯的种质。有趣的是,种子的物理字符显示显著的多样性之间的登记入册的所有测量参数。轴向观察非常重要的可变性,长度和宽度尺寸的种子,与“Memdouh”最长、规模最大的种子加入,而“01-02”是最短的和狭隘的。分类的研究蚕豆种质到达基于morphophysical字符使用由欧几里得距离聚类显示三个不同的组。此外,蚕豆多元PCA分析进一步分类登记入册分为四个主要集群。 Correlation study performed by using Spearman’s test established positive correlations within physical parameters of seeds such as between mean length and mean width of seeds. Therefore, using morphophysical parameters screening, valuable phenotypes have been selected for deeper physiological characterization and further breeding programs.

1。介绍

蚕豆,蚕豆根尖l,a diploid (2n= 12)豆科物种,也称为蚕豆,是第三个最重要的粮食豆类后大豆和豌豆1,2]。主要种植在世界各地的蛋白质含量丰富,因此它对食品和饲料使用[3]。此外,间作系统中引入谷物,它有助于从土壤固氮作用,改善土壤肥力,从而增加作物产量(1]。蚕豆在近七十个国家种植,258万公顷,产量543万吨(4]。在突尼斯,蚕豆种子大小与它的两个(大=蚕豆或小=字段bean)是最与6万公顷种植豆科占种植谷物豆类总面积的70% (5]。此外,在2018年,突尼斯农业部给予预算从农民购买150.000吨场bean re-wholesale以后饲料生产。这是一个五年计划的第一步国家战略促进蚕豆和增加面积的两倍。实际上,这种方法是专注于鼓励农民在耕作制度中引入蚕豆,这种作物在农业可持续发展中发挥着关键作用。然而,这种策略需要其他方法来开发一个价值链作物,可以创建一个需求市场凸显蚕豆的面粉食品行业。因此,关注物理特性和种子品质性状是为此目的的关键。此外,多样性研究通过分析种子的物理特性是一个初步的步骤对蚕豆种质特性和改进。几次试图分析形态多样性和描述蚕豆种子的物理性质已经意识到,是否涉及品种,登记入册,品种、线,甚至突变体6- - - - - -13]。然而,没有一个伟大的关注突尼斯种质,富含原地到达分散在农民。因此,在我们目前的研究中,我们发起了一个突尼斯蚕豆种质的遗传变异性分析基于种子物理参数。我们的工作目标是最终强调的技术价值蚕豆粒突尼斯起源和限价营养食品潜力。我们研究的结果进一步验证通过强大的统计评估使用欧几里德集群、多元分析、主成分分析和斯皮尔曼相关验证每个种子品质的重要性和意义。

2。材料和方法

2.1。植物材料

24突尼斯登记入册的蚕豆根尖l .被用于这项研究。种子被从三个不同的起源:获得当地居民和旧长白猪(16)提供的农民和守恒”非原位“在突尼斯国家基因库;突尼斯种质(4)期间收集的年代和保存在德国基因库(植物遗传学和作物研究所);和改良品种(4)作为参考。

2.1.1。当地居民

遗传物质的一部分用于这项工作是来自农民自己的种子从不同地区西北部的突尼斯。事实上,只有两个农民(农场农场1和2)仍在增长他们的旧的地方一起被发现“Amdoun”从“贝沙族”省400米高度和平均年降雨量为600毫米。种子收集从农场1和农场2。因此,第三个农民(农场3)被发现来自坚杜拜省的“Fernana”地区省(海拔220米,平均降水量700毫米)。收集发生在2018年春季从原始种子样本蚕豆从之前的种植年(2017 - 2018)。它只关心农民培养当地品种或长白猪如果选择尚未完成。收集到的样本的大小足够大(1公斤/当地人口/农民)代表现有的可变性。种子样本分为子组(均匀很多)根据种子形态学区分或种子类型(“小类型”字段bean或蚕豆”大型种子类型”)。表1显示的细节蚕豆根尖种子集合、亚种群和起源。

2.1.2。收集从IPK资源库

植物遗传学的莱布尼兹研究所的资源库和作物植物研究Leibniz-Institut毛皮Pflanzengenetik和Kulturpflanzenforschung (IPK、德国)提供了其他种子材料(表的一部分1)。这种材料对应到达收集在突尼斯在1970年代,保持和保存非原位保护在IPK资源库。

2.1.3。改善当地的品种

除了这些当地居民,四个突尼斯改良品种视为引用和比较研究(表1)。

2.2。表型变异的蚕豆根尖l .基于种子特征

种子的表型特征进行形态和物理参数相关的技术质量大豆新品种(后15)和食品行业采用AOAC公认的国际标准(16]。

2.2.1。形态学参数

以下形态参数被认为是:(我)种子的形状:种子形状的描述是基于通用描述符描述的标准根据新品种(15)(图1(a))。(2)门色素:门的色素是观察到的干种子和得分如下:黑色(1),白色,或少(0)根据Khamassi et al。14]。(3)种子维度:种子的三个轴向尺寸(长度、宽度和厚度)是使用游标卡尺测量的(Gilson工具、日本)精度为0.05毫米(图1(b))。然后,10个随机选择的种子(盲目地从他们的保护袋)为每个品种、长白猪或当地人口和小组内每个人被用来估计种子的维度。

2.2.2。种子的物理特性

种子直径的算术平均值(广告,mm)是根据公式计算由Joshi et al。17,18]。这个公式是基于三个维度:长度(l毫米),宽度(W毫米)和厚度(T毫米)如下:

种子的几何平均直径(Gd, mm)是使用公式计算Rotimi报道(19]:

种子球形度(Φ%)是一个指示器的种子形状。根据Rotimi [19]和Mohsenin [20.),球形的程度是基于mm的平均值计算大直径(a),内径(b)和中间直径(c)的种子,根据以下公式:

延伸率(E)和压扁的程度(一个)的种子(无量纲)也是一个种子形态指标。这些参数确定如下:

种子长宽比(Ra, %)参数,表示为百分数,决心根据Hara et al。21)和Omobuwajo et al。22]:

种子卷(V,毫米³)根据以下公式计算20.]:

表面积(Sa)毫米²)是由以下公式(20.]:

为了确定一百年的种子重量(OHSW g),加入100的种子组成的样本是有三个随机使用精密称重复制。

2.2.3。统计分析

测试的存在显著差异研究当地登记入册,一个单因素方差分析(方差分析)应用使用SAS软件。种子的平均形态特征的比较是由意味着LSD检验的α阈值的5%。品种之间的遗传多样性基于生物和物理化学数据检查使用欧氏距离矩阵的聚类分析和主成分分析(PCA)。多样性在蚕豆18基因型被估计欧几里得距离评估Shifriss建议的公式和袋子23]: 在哪里Xik=的性能我th父母为k字符,Xjk=的性能jth父母为k字符,Sk=标准差kth字符,艾德:欧氏距离。

分析所有研究参数之间的关系进行使用几个统计技术。主成分分析(PCA) 18蚕豆种子的物理性质与R语言执行数据。0.50的绝对值是用于装载矩阵选择特定的主成分(PC)的特征。变量之间的相关性和斯皮尔曼相关系数的计算。所有的测试被认为是具有统计学意义小于0.05。所有分析都是由使用计算机R编程软件。

3所示。结果与讨论

3.1。种子形态特征

门的黑色色素沉着(图2(b))是目前在所有登记入册评估除了加入“205”大部分的种子,它的特点是白色(苍白或无色)门(图2(a))。这门是一种隐性特质的白色色素与母体效应(14,24]。根据Khamassi et al。14感兴趣的),这种特质将作为选择的形态标记线零巢菜碱和convicine (VC)。各种感兴趣的VC -基因单胃的喂养和作为人类的食物缺乏G₆PD酶可以避免代谢性疾病称为蚕豆病(25]。尽管蚕豆种子港几个营养,他们的消费是限制和有限的巢菜碱和convicine化合物负责蚕豆病病(26- - - - - -28]。因此,发现一个形态特征与低风险投资相关表型对农民将是一个容易和简单的标志,也是一个巨大的进步,时间和精力在育种程序中检测低/免费的简历蚕豆表型(26- - - - - -28]。事实上,在德国的冬天较好的豆子,门的颜色被用作形态标记在育种工作29日]。最近,一个5厘米之间发现了Hc基因的连锁(负责无色门)和VC -基因只有在母亲或父亲行,VC -基因(26- - - - - -28]这只适用于线的一个家长带着两个VC -与Hc基因连锁。然而,并不是所有的无色门蚕豆VC -基因型,它不应该被认为是多向性的链接(14]。在任何情况下,基因的发现低风险的来源从我们的研究是一个重要的结果。实际上,低VC颗粒含量品种被注册在多个目录和数据库,和他们的种植增长在许多国家(28]。不规则种子形式(数据2(c)和2(d))的主要形态学观察到在所有登记入册,除了种子的品种“Badii”港椭圆形式(图2(e))。种子的形状在这种情况下,不允许歧视之间的亚种群进行了研究。

3.2。种子的物理特性

加入种子分析了轴向尺寸如表所示2。方差分析对所有轴向尺寸显示高度之间的显著差异评估登记入册( )。的长度进行了研究蚕豆根尖种子不同9和22.80毫米;平均宽度从6.5米到17毫米不等,平均厚度从4.20到6.20毫米。这些结果非常类似于先前的研究中,处理当地小或大蚕豆根尖种质资源集合。事实上,种子长度11.80和15毫米之间的不同;宽度介于7.5至10毫米的土著阿曼蚕豆集合(9]。研究进行土耳其蚕豆品种显示更大的值的长度,宽度,厚度,分别从18到22毫米,13 - 16毫米,13到16毫米(30.]。的种子“Memdouh”、“01 _05。”和“02 _05”到达最长(22.45毫米)的种子到达“202 _lot”“01 _02,”和“工厂6334”大约9毫米长度最短的(图3)。然而,“Chourouk”种子的平均长度是统计上类似于“03 _04”和“02 _06。”同时,到达“03 _05”和“202 _lot 3”粮食平均长度类似于Najeh参考(10.70毫米)。“工厂6434年”和“Badii”到达生产种子长度从10到10.20毫米不等。种子的宽度的加入而异蚕豆根尖(表2)。7111“Memdouh”和“工厂”到达产生最大的种子(16.7毫米),而“Badii”,“01 _02,”和“205”批量到达了狭隘的种子(6.6毫米)。此外,“02 _06”和“202”_lot3到达平均种子宽度的类似“Chourouk”和“Najeh”引用。统计分析算法(广告)和种子的几何(Gd)直径显示高度显著差异( )之间的蚕豆根尖登记入册。表2显示了平均直径的算术和几何值记录不同的登记入册。这表明算术平均直径和几何平均直径变化分别从6.87到14.93毫米,从6.67到12.64毫米。的种子加入“Memdouh”具有最高的算术和几何直径,而加入的种子“01 _02”的特点是规模较小的算术和几何直径相对于其他登记入册。轴向尺寸(长度、宽度和厚度)允许推导出种子的形状,以他们的程度的压扁,伸长,球形的平均指数和长宽比。各种形式参数的方差分析(E,一个Φ,Ra)显示高度之间的显著差异评估登记入册( )。表2显示的平均值蚕豆根尖种子的形状。压扁度的平均值在1.22和3.40之间。加入“Memdouh”是最平压扁度为3.40。另一方面,“205”_bulk-2加入最凸种子的特征是一个相对较弱的平整指数(1.22)(表2)。平均种子伸长值从1.16到1.63不等。的种子加入“01 _05”是最细长的平均延长1.63的顺序,而“7111工厂”的种子是最细长的(E= 1.16)。“03 _05”,“205 _bulk”和“03 _04”到达平均延长1.53,这是统计上类似于“Badii”(1.57)(表2)。种子长宽比连接宽度和长度的种子。这个长宽比的平均值范围从0.61到0.87为“01 _05”和“工厂7111”登记入册,分别为(表2)。结果,“01 _05”的种子有强烈倾向的形式。这些结果证实的细长形状的种子加入“01 _05”特点是平均延长1.63。意思是球形指数(表范围从54.40到80.64%2)。这给信息的强烈趋势蚕豆根尖种子形成球形。加入“202 _lot 2”的种子是最球平均球形指数的80.64%,而种子的“Memdouh”,“01 _05,”和“02 _04”到达球面(54岁,40%)低于其他登记入册。的平均球形指数(67.86%)“03 _06”,“工厂6641”和“79 _5”到达在统计上类似于“Chourouk”和“Badii”引用。一些印度蚕豆品种达到80 - 83%的球形指数(31日]。的确,球形的研究仍然需要推断出种子的形状设计的运输和存储设备。Ixtaina et al。32)和Mpotokwane et al。33)显示高球形的种子让他们滚,而不是在运输。的平均面积蚕豆根尖种子的研究到达140.10和488.60毫米之间的不同²(表2)。“Memdouh”,“01 _05,”和“02 _05”登记入册的特点是面积最大的种子。另一方面,到达“01 _02”和“工厂6434”的特点是一个软弱的Sa(140.10毫米²),而其他品种记录中间值。的平均体积蚕豆根尖种子的研究到达156至1020毫米³(表2)。到达“01 _05。”“02 _05”和参考各种“Memdouh”显示最高的平均体积。另一方面,一个相对较低的平均体积特征“01 _02”和“工厂6434”到达相比其他登记入册,记录中间值。通过使用人工神经网络方法,Aboukarima et al。13)表明,蚕豆种子的埃及品种从700 - 930毫米不等³。一百个种子的重量是一个非常重要的参数估计的收益蚕豆根尖。一百年的种子的重量到达研究了47个不同(表248.5克2)。结果表明,加入“01 _02”最轻的种子(OHSW = 47 g),而“03 02”最重的种子(248.5克),几乎是两倍通过Hacıseferoǧullarıet al。(30.为土耳其的品种。一名巴勒斯坦长白猪蚕豆可能达到239 g的OHSW [34]。Upadhyaya et al。35)认为,OHSW参数是高度遗传和通常用于基因型之间的区别。几个作者报道,OHSW是必要的气动设计的清洗设备(32]。此外,该参数计算播种剂量是非常有用的。在到达之间的测量尺寸有变化。这个参数可以有一个想法关于品种遗传多样性和可能是一个确定参数的选择。此外,Koura et al。36)表明,根据各种物理性质不同。这些特性是非常有用的在不同的分离、排序和调节过程(37]。

3.3。分类基于形态特征的研究蚕豆种质到达使用由欧几里得距离聚类和主成分分析

3.3.1。分层分类使用矩阵的欧几里得距离

遗传相似系统树图是一种有效的手段来评估不同的研究之间的遗传关系登记入册。树木之间的欧氏距离计算所有成对的个人基于标准化值11量化种子特征和欧几里得距离用于聚类分析的矩阵R语言,如图4。矩阵的图形表示的欧几里得距离,位于研究蚕豆24之间基因型形态特征的基础上,揭示了三个不同的组。组1包括十单到达(“03 _03”,“03 _07”,“0.3 _02”“03 _01”,“5042年工厂,”“工厂7111年”“Memdouh”,“02 _04”,“02 _05。”和“01 _05”)。组2合并这两个较好的长白猪(“202多”和“202 3”)。组3包含12个单到达(“205散装,”“Najeh”,“01 _02,”“02 _06”,“03 _04”,“Chourouk”,“03 _06”,“工厂6641年”“工厂6434年”“Badii”,“79 - 5,”和“03 _05”)。

3.3.2。利用主成分分析法(PCA)多变量分析方法

十一定量种子之间的交互特征研究了服务的PCA欣赏这种子特征的组合可能会导致高质量的一起,品种,和当地居民的蚕豆种质的意义和价值在市场营销或采用农民根据种子大小或是否适合工业使用。多元PCA分析是由使用R语言如图5。前两个组件之间的PCA解释总变异的87.38%的一个子集24单大豆种质包括在分析中。第一个组件(轴1)解释变异的67.36%,其次是20.02%,第二个组件(2)轴,轴1呈正相关,算术直径(0.997),种子长度(0.989),几何直径(0.988),粮食面积(0.984),种子宽度(0.977),和种子体积(0.975)和球形指数负相关−0.847的值。另一方面,轴2的百分比呈正相关,纵横比(0.992)和负相关与种子伸长值−0.992。此外,我们表明,PCA方法分类研究较好的登记入册分为四个主要集群(图4),cluster1是由“202多”“202多”“Najeh”,“01 _02,”“03 _06,”和“工厂6641年”而集群2分组“工厂7111年”“工厂5042年”“03 _03”,“03 _06”,“0.3 _01”“03 _02”和“Memdouh。“集群3结合”工厂6434”、“205散装,”“79 - 5,”“03 _04,”“03 _05,”“02 _06,”“Badii,”和“Chourouk。“最后,集群4分组”02 _04,”“02 _05,”和“01 _05。“后者登记入册的重组在同一集群4通过PCA分析本质上是相关显著的相似性的大型种子大小、纵横比,和种子伸长,而八单到达组成集群3相似的两个定量种子性状(球形指数和种子伸长)。另一方面,集群1分组6单到达在众多相似之处种子特征参数如种子伸长,算术直径,种子长度、几何直径,谷物,种子宽度,和种子体积。最后,七单到达包含在集群2宽高比有很高的相似性,算术直径,种子长度、几何直径,谷物,种子宽度,和种子体积。

3.4。研究种子的物理特性之间的相关研究

不同的测量参数之间的关系建立了枪兵的相关测试。相关矩阵表明,有一个非常积极的显著相关性(r= 0.948, )之间的平均长度和平均宽度。登记入册的蚕豆根尖最长的种子也是最大的。此外,平均长度是高度正相关的其他物理参数,如算术直径(r= 0.986, ),几何直径(r= 0.973, ),面积(r= 0.973, ),压扁度(r= 0.878, ),和体积(r= 0.969, ),和高负面影响球形指数(r=−0.903, )。另一方面,平均宽度与算术直径高呈正相关(r= 0.973, ),几何直径(r= 0.970, ),面积(r= 0.970, ),压扁度(r= 0.908, ),和体积(r= 0.970, ),和高负面影响球形指数(r=−0.788, )。因此,这表明,轴向尺寸对某些物理性质和有积极的影响,最长和最宽的种子球形指数很低。此外,还指出,这并不是一个重要的联系的平均厚度的研究参数如平均宽度(r=−0.01, )和种子的平均长度(r=−0.32, )。此外,长宽比参数与伸长高负相关(r=−0.990, )。此外,种子的平均体积呈正相关的参数长度(r= 0.969, ),宽度(r= 0.970, ),算术直径(r= 0.994, ),几何直径(r= 0.998, ),平(r= 0.853, ),和表面面积(r= 0.998, ),与球形(呈负相关r=−0.809, )。然而,没有厚度之间的相关性和平整指数(r=−0.368, )。还发现,OHSW呈正相关,某些物理参数如长度、宽度、算术直径、几何直径、表面和体积。另一方面,该参数与球形指数负相关(r=−0.7637, )。它遵循从所有上述的种子到达“Memdouh”,“01 _05。”“02 _05。”“02 _04”,“03 _01”,“工厂7111年”“03 _02”,“工厂5042年”“03 _03,”和“03 _07”相关长度。最高的平均最宽,最大最平坦的算术和几何直径以及他们拥有最高最大的表面积和体积。不过,他们的特点是球形指数最低。

4所示。结论

甚至形态特征(形状种子和门的颜色)的种子不允许重要的突尼斯蚕豆种质之间的歧视,我们的研究结果强调了存在在我们研究种质的加入(“205大”)与VC颗粒含量低。实际上,低VC含量的基因型的研究从1970年代开始筛选成百上千的线,和第一个低风险基因型的发现是在1989年由Duc et al。38]。特别是,加入“205”大部分为潜在有价值的候选人母亲或父亲育种计划旨在提高营养价值和蚕豆品种的食品质量风险较低的基因型。此外,OHSW几乎250克,加入“03 _02”适用于园艺实践和对消费者非常有趣。总体而言,种子的物理性质似乎有趣的标记突尼斯蚕豆种质歧视。此外,一些种子人物相互呈正相关,帮助更好的蚕豆质量表型筛查。我们的工作鉴定了一些蚕豆突尼斯到达理想的特征,构成一个有价值的来源育种材料,目的是改善农艺和营养特征以及适应角色。上述,这项工作提供了有用的数据技术处理的种子,食品质量改进、细化策略的保护和可持续管理的遗传基因,并更好地利用种质资源和全球的遗传改良蚕豆根尖。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢农业部,水力资源和海洋渔业和高等教育和科学研究的财政支持这项工作。他们也感谢IPK资源库免费捐赠突尼斯较好的豆子守恒的资源库。