油茶果实矿质元素含量和油脂积累的相关性

曹永庆，姚小华，任华东，王开良

（中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400）

油茶果实矿质元素含量和油脂积累的相关性

曹永庆，姚小华，任华东，王开良

（中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400）

以油茶良种‘长林4号’、‘长林40号’和‘长林53号’为试材，探讨油茶果实发育后期脂肪酸合成积累与果实矿质元素含量的相关性。研究结果表明，不同无性系品种种实发育进程存在差异性，种子中油脂含量在果实发育后期显著提升，并且种子油脂脂肪酸组分中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量呈显著负相关关系（-0.996 1）；油茶种子中油脂的积累和氮、钾元素的含量呈明显负相关关系，相关系数分别为-0.943 3和-0.979 7，磷元素则影响了油茶油脂成分的组成，其含量与种子油脂成分中不饱和脂肪酸含量呈明显负相关关系，相关系数为-0.951 1。

油茶；油脂积累；矿质元素；相关性

油茶Camellia oleifera L.是我国南方主要的木本食用油料树种，茶油富含不饱和脂肪酸，油酸含量达80%以上，是优质的食用油，开展其油脂积累合成机理的相关研究，对于提升油脂含量、改善品质、提升经济价值，具有重要的基础理论价值[1-2]。

作为构成植物生长发育的重要物质基础，矿质元素对油料作物油脂积累具有重要的影响。研究表明施氮水平的高低能显著影响作物油脂合成积累和组分构成[3]，氮胁迫促进了微藻细胞中油脂积累[4-5]；磷元素则直接参与了油脂的合成，施用磷肥能降低油菜籽的芥酸含量，提高油酸和亚油酸含量，改善品质[6]；而钾元素作为多种酶的活化辅助因子，能够促进作物蛋白质合成、碳水化合物代谢及运输，缺钾导致淀粉和脂肪酸不能合成，在核桃[7-8]上的研究认为，钾元素与油脂积累具有显著相关性；锰元素在山茶属植物体内含量较高[9]，作为植物生长的必需元素之一，它在维持叶绿体结构、光合放氧、活化特殊酶以及蛋白质、糖类、脂类代谢等方面有其独特作用[6]，适当的锰离子水平能提高微藻细胞油脂含量10%以上[10]。

前期研究也表明，施肥处理能显著提高油茶果实出油率[11]，然而，油茶果实成熟过程中油脂积累合成与果实矿质元素含量相关性如何，还缺乏研究。本研究拟以广泛栽培的油茶良种‘长林4号’、‘长林40号’和‘长林53号’为材料，通过分析果实矿质元素和油脂积累水平，初步探讨油茶果实发育后期脂肪酸合成积累与果实氮、磷、钾和锰元素含量的相关性，明确矿质元素在油茶油脂合成积累过程中的作用，为进一步提升茶油产量、改善品质提供理论支撑和研究思路。

1 试验材料和方法

1.1 材 料

选取 6 a生、生长良好、无病虫害的‘长林4号’、‘长林40号’和‘长林53号’为试验材料，每个品种随机选取树势均一的3株树进行取样，试验材料均来自浙江金华东方红林场中国林业科学研究院亚热带林业研究所油茶基地，株行距为2 m×3 m，自然树型。

1.2 方 法

分别在果实发育后期9月22日（未成熟）和10月22日（成熟）取样，取样时于树冠中部外围随机取30个果实，用电子天平测量单果重和籽重。

矿质元素测定 样品于100～105 ℃下杀酶15 min，然后70～80 ℃下烘干至恒重，粉碎，用浓H2SO4-H2O2消解，以Tector 5020流动注射分析仪测定氮元素含量、矾钼黄比色法测定磷元素含量、火焰分光光度计法测定钾元素含量；锰元素的含量采用HNO3-HClO4消煮法湿灰化后，原子吸收法测定。

种仁含油率和脂肪酸组成测定 鲜籽烘干后，采用索氏提取法测定种仁含油率；茶油脂肪酸组成采用气相色谱法测定，FID检测器，柱温140 ℃，H2流量40 mL/min，N2流速30 mL/min，空气300 mL/min。

数据采用Excel软件进行计算和作图。

2 结果与分析

2.1 油茶果实发育后期果实和种子的发育

长林53号的果实最大为27.92 g，单籽重量为2.43 g（10月22日），其次是长林4号，果实重量为24.74 g，单籽重量为2.22 g，长林40号果实最小，为19.32 g，单籽重量为2.42 g。可见，虽然3个品种果实重量差异较大，但单籽重量无明显差异。

而且，在油茶果实发育后期，不同品种间果实发育规律不同（见图1），其中长林4号和长林40号果实重量增加显著，从9月22日至10月22日，果实重量分别增加了20.13%（由19.76 g增加到24.74 g）和11.65%（由17.07 g增加至19.32 g），单籽重则无显著变化；与长林4号和长林40号表现不同，长林53号果实重量在发育后期无显著变化，单籽重量却表现出显著增加趋势，提高了25.93%（由1.80 g增加至2.43 g）。

图1 油茶果实发育后期果实和种子重量变化Fig.1 Changes of fruit and seed weight at the later stage of C. oleifera fruit development

2.2 油茶果实发育后期种子油脂积累和脂肪酸组成分析

试验结果表明，供试品种长林4号、长林40号和长林53号的果实发育后期，种仁含油率显著提高，分别增加了56.87%（由16.77%提高至38.88%）、41.54%（由20.87%提高至35.70%）和31.61%（由23.63%提高至34.55%）。并且，随着果实的成熟，油脂脂肪酸组成也发生变化，其中不饱和脂肪酸的含量提高，饱和脂肪酸的含量下降（见表1），例如长林53号在9月22日时，种子油脂不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸和亚麻酸）的含量为81.9%，饱和脂肪酸（棕榈酸和硬脂酸）的含量为16.08%，至果实成熟（10月22日），种子油脂不饱和脂肪酸含量提高至89.69%，饱和脂肪酸含量则下降为9.42%。

表 1 油茶果实发育后期油脂积累和脂肪酸组成的变化Table 1 Changes of oil accumulation and fatty acid composition in seeds at later stage of C. oleifera fruit development

由表1可以看出，油茶种子油脂的不饱和脂肪酸成分以油酸（90%左右）为主，不饱和脂肪酸成分以棕榈酸（70%以上）为主。果实发育后期，种子油脂亚油酸和亚麻酸的含量则表现出下降趋势，可见，油酸含量的增加是不饱和脂肪酸含量增加的主导因素，而饱和脂肪酸含量下降主要表现为棕榈酸含量的下降。

2.3 油茶果实发育后期矿质元素含量分析

由表2可以看出，矿质元素在油茶果皮和种子中的含量及分布不同，氮和钾元素的含量最高，其次是磷元素和锰元素；且种子中氮、磷元素的含量高于果皮，锰元素的含量则低于果皮，未成熟果实种子中钾元素的含量高于果皮，随着果实的成熟，种子中钾元素含量下降，果皮中钾元素含量升高，成熟果实种子中钾元素的含量低于果皮。

表 2 油茶果实发育后期果皮和种子中矿质元素含量的变化Table 2 Changes of mineral elements contents in pericarp and seed at later stage of C. oleifera fruit development

在油茶果实发育后期，种子中氮、磷、钾和锰元素的含量显著降低，如与9月22日相比，10月22日采收的长林4号种子中氮元素的含量下降了5.75 g·kg-1（由 15.01 g·kg-1下降至 9.26 g·kg-1），磷元素的含量下降了 0.26 g·kg-1（由 1.88 g·kg-1下降至1.26 g·kg-1），钾元素的含量下降了5.69 g·kg-1（由 10.90 g·kg-1下降至 5.21 g·kg-1），锰元素的含量则下降了 0.08 g·kg-1（由 0.15 g·kg-1下降至 0.07 g·kg-1）；随着果实的成熟，果皮中仅钾元素的含量显著升高，氮、磷和锰元素的含量变化不明显，如长林4号、长林40号和长林53号果皮中钾元素的含量分别提高了 2.51 g·kg-1（由 6.32 g·kg-1增加至 8.83 g·kg-1）、2.32 g·kg-1（由 7.04 g·kg-1增加至 9.36 g·kg-1）和 3.20 g·kg-1（由 6.05 g·kg-1增加至9.25 g·kg-1）。

2.4 油茶种子矿质元素含量和油脂积累相关性

油茶果实发育后期，种子油脂的合成和积累与种子中矿质元素含量（包括氮、磷、钾和锰）成负相关关系，其中种仁含油率与种子中氮元素和钾元素含量相关度较高，相关系数分别达到了-0.943 3和-0.979 7，其中油脂组分不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量与种子中磷元素的含量表现出明显相关性，相关系数分别达到了-0.951 1和0.920 8，可见，种子中油脂的积累和氮、钾元素含量密切相关，而油脂组分中不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的含量与种子中磷元素的含量密切相关（见表3）。

表 3 油茶种子矿质元素含量与油脂积累的相关性分析Table 3 Correlation analysis of mineral elements contents and oil accumulation in seeds of C. oleifera

3 讨论与结论

长林4号、长林40号的籽重在果实发育后期（9月22日至10月22日）无明显变化，种仁含油率分别增加了56.87%和41.54%，而长林53号在果实发育后期，种籽仍然继续发育，单籽重量增加，种仁含油率增加了31.61%。可见，不同无性系品种种实发育进程存在差异性，果实发育后期是油脂积累的关键时期[12-13]，与该段时期种子的发育生长无明显相关性。然而，油脂脂肪酸组分中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量呈显著负相关关系（见表3），相关系数达到了-0.996 1，说明随着果实的成熟，饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸进行了转化，不饱和脂肪酸中油酸含量增加显著，亚油酸和亚麻酸含量表现出下降趋势，饱和脂肪酸中棕榈酸含量下降（见表1），这也进一步表明，在油茶种实成熟过程中，棕榈酸逐渐转化为油酸[14]。

油茶种子中油脂的积累和氮、钾元素的含量的变化呈明显负相关关系。在微藻[4-5]上的研究认为，供氮水平的下降，能促进其油脂的积累，这可能与氮含量的下降形成氮胁迫，影响了蛋白合成，从而促进淀粉、糖分转化为脂类有关；而钾元素作为多种酶的活化因子，往往集中在植物最活跃的部位，促进糖分的转化和运输，本试验结果表明，在果实成熟后期，种子中钾元素含量下降，果皮中钾元素含量升高，可见，种子中的钾元素向果皮中发生了转运，这与在核桃上的研究结果相一致[7,15]。这可能是因为，果皮在油脂积累合成期是较为活跃的生理部位，钾元素含量的增加，促进了糖分的转化运输，使营养物质迅速转运至种子中，转化为油脂。

磷与作物体内脂肪代谢密切相关，是脂肪合成不可缺少的营养元素，种子的磷元素含量远远高于果皮，这表明，磷元素在参与油茶油脂合成过程中的重要性（见表2），在果实成熟后期，种子中磷元素含量下降，可能与油脂合成消耗了部分磷元素有关，这与在核桃上的研究结果相一致[16]；此外，如表3所示，磷元素含量种子油脂成分中不饱和脂肪酸含量呈明显负相关关系（相关系数为-0.951 1），与饱和脂肪酸含量呈正相关关系（相关系数为0.928 0），可见，磷元素影响了油茶油脂成分的组成。

与氮、磷、钾相比，油茶种子中油脂的积累与锰元素含量相关性相对较低，这可能与锰元素在种子的含量较低有关，有研究认为锰元素对藻类油脂积累会产生一定的调节作用[10]，这是由于锰离子参与了光合作用，影响了叶绿素的合成，但研究结果不一致；锰元素在油茶油脂积累过程中调节作用还需进一步探讨。

本研究仅是初步探讨了油茶发育后期油脂积累和矿质元素的相关性，为通过人工控制手段以提高油茶油脂含量以及改善脂肪酸成分提供了一条新的思路；然而，各种矿质元素作用于油脂积累的内在调节机制还需进一步研究。

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Correlation between mineral elements content and oil accumulation in fruits of Camellia oleifera

CAO Yong-qing, YAO Xiao-hua, REN Hua-dong, WANG Kai-liang
(Research Institute of Subtropical Forestry, CAF, Fuyang 311400, Zhejiang, China)

The Camellia oleifera varieties such as ‘Changlin 4’, ‘Changlin 40’ and ‘Changlin 53’ were used to study the correlation between mineral elements content and oil accumulation at the later stage of fruit development. The results show that the fruit development process was different among the different varieties; the oil content increased significantly at the later stage of fruit development and the significant negative correlation was found between unsaturated fatty acid and saturated fatty acid content in seeds; the contents of nitrogen and potassium were obviously negative correlated with the oil content in seeds and the correlation coeff i cients were -0.9433 and -0.9797, respectively; the phosphorus was closely related with the oil composition and the correlation coeff i cient was -0.9511 between unsaturated fatty acid content and phosphorus content in the seeds.

Camellia oleifera L.; oil accumulation; mineral elements; correlation

S794.4

A

1673-923X(2013)10-0038-04

2013-02-04

浙江省省院合作林业科技项目“江山林改科技支撑技术集成与示范”（2010SY01）

曹永庆（1981-），男，山东青州人，博士，助理研究员，主要从事经济林栽培研究；E-mail：caoyq1981@yahoo.cn

王开良（1971-），男，浙江东阳人，博士，副研究员，主要从事从事经济林育种方面的研究；

E-mail：wangkl163@163.com

[本文编校：文凤鸣]