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Diversity Analysis of Grain Appearance and Quality Traits of Hulless Barley Varieties on the Qinghai-Tibet Plateau

Chen Lin1,2(), Yao Xiaohua1,2(), Yao Youhua1,2, Bai Yixiong1,2, Wu Kunlun1,2   

  1. 1Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Qinghai University, Xining 810016, Qinghai, China
    2Qinghai Key Laboratory of Hulless Barley Genetics and Breeding / Qinghai Subcenter of National Hulless Barley Improvement /Laboratory for Research and Utilization of Qinghai Tibet Plateau Germplasm Resources, Xining 810016, Qinghai, China
  • Received:2022-09-21 Revised:2022-12-29 Online:2024-04-15 Published:2024-04-15

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5

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35

Abstract:

In order to select hulless barley resources with excellent grain appearance and quality, this study analysed and evaluated the grain phenotypic and quality traits of 117 hulless barley varieties. The results showed that the coefficients of variation for both the appearance and quality traits of different barley varieties ranged 2.57%-19.29%. Among phenotypic traits, the coefficient of variation of grain width was the largest (19.29%), and 1000-grain weight was the minimum (7.63%). Among the quality traits, the coefficient of variation of amylopectin was the largest (7.39%), and α-maltotrioe was the minimum (2.57%). The correlation analysis showed that 1000-grain weight was significantly positively correlated with grain length grain, width and area, and negatively correlated with the grain length-width ratio, β-glucan content was negatively correlated with the grain length-width ratio. The principal component analysis classified eight main characteristics into three principal components, with the cumulative contribution rate reached 85.85%. According to different classification standards, three different types of categories analysis were obtained. Among the category of grain appearance traits of hulless barley varieties, 12 varieties of the group Ⅱ could be used as excellent resource materials for large grains. In the category analysis of hulless barley quality, group I were excellent germplasm resources with high α-maltotrioe contents and large grain size, and group II were excellent germplasm resources with high contents of β-glucan and amylopectin. Hulless barley varieties had higher average values of all traits in the group I of grain appearance traits and quality traits, and performed better, which had the most potential to cultivate excellent hulless barley varieties. The comprehensive evaluation of 117 hulless barley resources showed that Beiqing 6 had the best grain appearance and comprehensive quality traits.

Key words: Hulless barley, Appearance traits of grain, Quality traits, Diversity analysis

Table 1

Names and sources of hulless barley varieties tested"

编号
Number		 名称
Name		 来源
Source		 编号
Number		 名称
Name		 来源
Source		 编号
Number		 名称
Name		 来源
Source
1 白91-97-3 青海 40 20130006 青海 79 浙86-166二棱皮 浙江
2 GY027 四川 41 藏青85 西藏 80 杈棵青稞 青海
3 藏902960-ZDM9851 西藏 42 藏青320 西藏 81 昆仑17号 青海
4 阿127-ZDM9650 四川阿坝 43 2012-03青24 青海 82 达章紫 西藏
5 青6278 青海 44 042555 青海 83 涅如姆扎 青海
6 大粒98-71415 青海 45 藏青2000 西藏 84 北青2号 青海
7 黑青稞 四川甘孜 46 97011 青海 85 福9 青海
8 长芒青稞 四川甘孜 47 藏青25 西藏 86 康青2号 四川
9 紫青稞 甘肃甘南 48 藏青稞 西藏 87 康青3号 四川
10 选部紫青稞 甘肃甘南 49 藏青690 西藏 88 康青4号 四川
11 无叶耳紫青稞 甘肃甘肃 50 2013-0016 青海 89 康青6号 四川
12 湘84 湖南 51 甘孜88140-5-6 四川甘孜 90 康青8号 四川
13 湘1052-4 湖南 52 藏815007 西藏 91 北青1号 青海
14 湘0888 湖南 53 阿7019 四川阿坝 92 北青3号 青海
15 湘1146 湖南 54 通鉴63 青海 93 北青4号 青海
16 浙二棱皮 浙江 55 藏900410 西藏 94 北青5号 青海
17 新田亲10号XJNACBC-204×昆仑2号 青海 56 阿127 四川阿坝 95 北青6号 青海
18 甘青2号 甘肃 57 昆仑13号 青海 96 北青7号 青海
19 黄青1号 甘肃 58 昆仑8号 青海 97 北青8号 青海
20 二道眉白青稞 青海 59 南繁3号 青海 98 北青9号 青海
21 紫康青 青海囊谦 60 南繁4号 青海 99 巴青1号 青海
22 贵德杂青稞 青海 61 福8-4 青海 100 巴青2号 青海
23 特邬 新疆 62 足捉春青稞 四川甘孜 101 甘青4号 甘肃
24 嘉玉桥 西藏 63 小金沙龙狗尾 四川甘孜 102 甘青5号 甘肃
25 硕般多 西藏 64 丹巴黑青稞 四川甘孜 103 黄青2号 甘肃
26 墨竹青稞 西藏 65 东升黑青稞 四川甘孜 104 康青9号 四川
27 白玉青稞 四川 66 小金新宅黑 四川甘孜 105 黑老鸦 青海
28 碌曲紫青稞 甘肃 67 长芒红四棱 四川甘孜 106 旱地紫青稞 四川
29 宕昌青稞（蓝） 甘肃 68 碌曲紫青稞 四川甘孜 107 藏青28号 西藏
30 东都红胶泥-1 青海 69 迭部青稞 四川甘孜 108 藏青78号 西藏
31 化隆紫四棱 青海 70 紫青稞 青海 109 藏青80号 西藏
32 化隆红青稞 青海 71 康青5号 四川 110 藏青86号 西藏
33 门源黑老鸦 青海 72 湘84-26-174 湖南 111 藏青148号 西藏
34 兴青稞 青海 73 苏农401 江苏 112 藏青311号 西藏
35 达坝青稞 内蒙古 74 东元87-14 青海 113 藏青32号 西藏
36 喜拉22 西藏 75 苏农0035 江苏 114 藏青539号 西藏
37 3014 青海 76 苏农0006 江苏 115 藏青69号 西藏
38 喜拉19 西藏 77 藏青852270 西藏 116 藏青3179 西藏
39 藏青8 西藏 78 矮秆青稞 甘肃 117 WDM00420 C3207 青海

Table 2

The grain appearance and quality characteristics of the 117 hulless barley varieties"

指标
Index		 平均值
Average		 范围
Range		 变异系数
CV (%)
β-葡聚糖 β-glucan (%) 5.87 2.70~9.80 3.92
直链淀粉 α-maltotrioe (%) 25.80 0.56~57.85 2.57
支链淀粉Amylopectin (%) 74.20 42.15~99.44 7.39
千粒重1000-grain weight (g) 39.96 28.64~64.10 7.63
籽粒面积Grain area (mm2) 27.74 21.44~34.02 11.60
籽粒长宽比Grain length-width ratio 2.52 2.03~3.31 12.65
粒长Grain length (mm) 9.66 8.02~11.95 15.31
粒宽Grain width (mm) 3.97 3.51~4.40 19.29

Table 3

Correlation analysis of grain appearance and quality characteristics of 117 hulless barley varieties"

指标
Index		 千粒重
1000-grain weight		 籽粒面积
Grain area		 籽粒长宽比
Grain length-width ratio		 粒长
Grain length		 粒宽
Grain width		 β-葡聚糖
β-glucan		 直链淀粉
α-maltotrioe		 支链淀粉
Amylopectin
千粒重1000-grain weight 1.00
籽粒面积Grain area 0.76** 1.00
籽粒长宽比
Grain length-width ratio		 -0.26**
 0.17
 1.00
粒长Grain length 0.33** 0.76** 0.75** 1.00
粒宽Grain width 0.80** 0.70** -0.56** 0.13 1.00
β-葡聚糖 β-glucan 0.09 -0.00 -0.19* -0.11 0.16 1.00
直链淀粉 α-maltotrioe -0.11 -0.17 0.02 -0.09 -0.14 -0.00 1.00
支链淀粉Amylopectin 0.11 0.17 -0.02 0.09 0.14 0.00 -1.00** 1.00

Table 4

Contribution rates of grain appearance and quality characteristics of hulless barley varieties"

成分
Element		 总计
Total
value		 方差百分比
Variance
contribution rate (%)		 累计贡献率
Cumulative
contribution rate (%)
1 2.95 36.94 36.94
2 2.06 25.82 62.76
3 1.84 23.09 85.85
4 0.92 11.55 97.40
5 0.19 2.39 99.80
6 0.01 0.16 99.97
7 0.001 0.02 100.00
8 -0.01 -0.01 100.00

Table 5

Principal component analysis of grain appearance and quality characteristics of hulless barley varieties"

性状
Trait		 1 2 3 综合得分
Comprehensive
score
千粒重1000-grain weight 0.85 -0.20 0.31 417.74
籽粒面积Grain area 0.91 0.26 0.25 289.84
籽粒长宽比
Grain length-width ratio		 -0.07
 0.97
 -0.03
 26.38
粒长Grain length 0.55 0.80 0.15 101.03
粒宽Grain width 0.81 -0.47 0.26 41.48
β-葡聚糖 β-glucan 0.08 -0.35 0.06 61.45
直链淀粉 α-maltotriose -0.45 0.03 0.89 288.29
支链淀粉Amylopectin 0.45 -0.03 -0.89 758.92

Table 6

Principal component scores and rankings of some (20) hulless barley varieties"

品种
Variety		 第1主成分
First
principal
component		 第2主成分
Second
principal
component		 综合主成分
Comprehensive
principal
component
北青6号Beiqing 6 0.092 0.012 1.578
湘1052-4 Xiang 1052-4 0.093 -0.010 1.548
北青7号Beiqing 7 0.093 -0.002 1.497
北青5号Beiqing 5 0.075 0.056 1.415
北青3号Beiqing 3 0.093 0.011 1.337
阿127 A127 0.094 -0.001 1.312
97011 0.094 -0.000 1.234
苏农0006 Sunong 0006 0.091 -0.019 1.221
黑老鸦Heilaoya 0.092 0.010 1.170
藏青稞Zangqingke 0.093 0.000 0.864
湘0888 Xiang 0888 0.092 -0.019 -0.903
东都红胶泥-1
Dongduhongjiaoni-1		 0.090
 -0.025
 -0.924
硕般多Shuobanduo 0.093 -0.007 -1.019
藏青3179 Zangqing 3179 0.091 -0.021 -1.183
20130006 0.093 -0.011 -1.243
矮秆青稞Aiganqingke 0.092 -0.011 -1.411
福9 Fu 9 0.092 0.012 -1.471
阿127-ZDM9650
A127-ZDM9650		 0.092
 -0.014
 -1.505
湘1146 Xiang 1146 0.089 -0.028 -1.527
浙86-166二棱皮
Zhe 86-166 erlengpi		 0.090
 -0.022
 -1.544

Table 7

Three types of cluster analysis of 117 hulless barley varieties"

聚类类型
Cluster type		 类群
Group		 千粒重
1000-grain
weight (g)		 籽粒面积
Grain area
(mm2)		 籽粒长宽比
Grain length-
width ratio		 粒长
Grain length
(mm)		 粒宽
Grain width
(mm)		 β-葡聚糖
β-glucan
(%)		 直链淀粉
α-maltotrioe
(%)		 支链淀粉
Amylopectin
(%)
籽粒外观性状聚类
Cluster of phenotypic
traits in grains		 Ⅰ 41.16 28.37 2.50 9.73 4.02 6.01 25.72 74.27
Ⅱ 49.60 31.24 2.45 10.12 4.25 5.49 22.11 77.88
Ⅲ 33.88 25.07 2.57 9.28 3.73 5.72 27.48 72.51
品质性状聚类
Cluster of quality traits		 Ⅰ 40.69 28.14 2.52 9.73 3.98 5.66 22.01 77.99
Ⅱ 39.82 27.98 2.51 9.68 3.98 6.17 10.67 89.32
Ⅲ 36.49 26.02 2.60 9.58 3.80 5.17 52.61 47.39
Ⅳ 39.37 27.27 2.50 9.54 3.94 5.99 34.15 65.84
籽粒外观与品质性状聚类
Cluster of phenotypic and
quality traits of grains		 Ⅰ 40.78 28.46 2.54 9.83 3.99 5.99 14.00 85.99
Ⅱ 39.83 27.68 2.50 9.61 3.96 5.49 24.76 75.23
Ⅲ 36.49 26.02 2.60 9.58 3.80 5.17 52.61 47.39
Ⅳ 39.47 27.29 2.51 9.57 3.93 6.09 34.57 65.42

Fig.1

Cluster diagram of three different types of hulless barley varieties (a) The cluster map of grain appearance traits of hulless barley varieties; (b) The cluster map of quality traits of hulless barley varieties; (c) The cluster map of grain appearance traits and quality traits of hulless barley varieties."

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