芥菜型油菜重组自交系群体重要品质性状的遗传分析

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(贵州大学油料作物研究所， 贵阳 550025)

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芥菜型油菜重组自交系群体重要品质性状的遗传分析

田恩堂,刘坤,叶波涛,罗成莹,林树春

(贵州大学油料作物研究所， 贵阳 550025)

本研究调查了一个包含139个芥菜型油菜重组自交系群体的脂肪酸(硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸)和硫甙含量，相关性分析显示，芥酸与其它脂肪酸间均呈极显著负相关，而除芥酸外的其它脂肪酸间则呈极显著正相关。品质性状均表现出较高广义遗传力，其中芥酸和硫甙的遗传力超过90%，硬脂酸和亚油酸的遗传力在80%～90%之间，而亚油酸和亚麻酸的遗传力在70%～80%之间。主成分分析获得2个分别能解释64.9%和16.4%的变异因子，散点图将全部139个株系分成群Ⅰ、群Ⅱ和4个散落的株系，聚类分析对于此群体品质性状的遗传和特异材料的筛选有一定参考价值。

芥菜型油菜； 重组自交系； 脂肪酸； 硫甙； 遗传力

甘蓝型油菜(B.napus,AACC,2 n=38)，芥菜型油菜(B.juncea,AABB,2 n=36)和白菜型油菜(B.rapa,AA,2 n=20)是芸苔属的三大油料作物[1]。芥菜型油菜具有抗旱、耐贫瘠、抗病虫等优异特性，比较适合山地种植[2]。除了油用外，芥菜型油菜还是我国重要的蔬菜，也可作为调料用。

作为十字花科第二大油料作物，芥菜型油菜种子的脂肪酸和硫甙含量对人体重要的影响。根据脂肪酸中不饱和键的数目，可以分为饱和脂肪酸(如硬脂酸)、单不饱和脂肪酸(如油酸、芥酸)、多不饱和脂肪酸(如亚油酸、亚麻酸)三大类。其中，硬脂酸是有益饱和脂肪酸，长期食用可使体内胆固醇的含量得到降低[3]。顺式单不饱和脂肪酸(如油酸)有降血糖、调节血脂及降低胆固醇的作用[4]。油酸属于单不饱和脂肪酸，具有降低胆固醇、降血糖及降酯密度等作用[5]。而芥酸是高单不饱和脂肪酸，可能会引起胞膜的结构、胆固醇、维生素E性状的变化，属于有害脂肪酸[5-6]。此外，低芥酸资源比较匮乏，目前芥菜型油菜种子芥酸含量还不能满足国家的农业行业标准(芥酸含量≤5%)[7]。亚油酸和亚麻酸分别含有2个和3个不饱和键，为多不饱和脂肪酸，为有益脂肪酸，具有抗老化、降血压、抗血栓等功效，但如果含量过高会导致食用油氧化而缩短货架期[8]。

硫甙含量是油菜重要的育种指标(新育成品种的硫甙含量<30μmol/g)[9]，其高含量会妨碍动物对油菜种子饼粕的食用，是负营养调控因子。硫甙是芥菜型油菜的“调味剂”，一定硫甙含量的芥菜种子磨碎后可做成调料酱[10]。此外，硫甙及其水解产物还是参与植物的自我保护机制，是植物防御体系中的一个重要组成成分[11]。

本研究检测了一个包含139个F5株系的芥菜型油菜群体在贵阳环境条件下的主要脂肪酸含量和硫甙含量，并对不同脂肪酸含量和硫甙含量进行了遗传分析、相关性分析和聚类分析。

1 材料和方法

1.1 实验材料

本研究选用包含139个重组自交系的群体作为研究用材料。于2014年10月将这139个株系种植于贵州大学农场，每个株系播种3次重复,采用随机区组实验方法，每份/重复材料播种2行，每个材料于开花期随机选取3个单株套袋自交并收取自交种子。

1.2 实验方法

每份芥菜型油菜取3 g饱满的种子，利用近红外方法测定其种子的脂肪酸含量(%)和硫甙含量(μmol/g)。每份材料重复测定2次，并取其均值作为该材料最终分析用数据。广义遗传力的计算公式为：HB2=VG/(VG+VP)×100%。

1.3 统计分析

实验获得的数据利用SPSS 20.0软件进行分析，包括描述性统计、正态分布图、相关性分析、遗传力分析等。

2 结果与分析

2.1 群体性状变异

重组自交系群体的母本材料BJ 540的硬脂酸含量为3.4%，油酸含量为60.9%，亚油酸含量为35.8%，亚麻酸含量为14.6%，芥酸含量为56.8%，硫甙含量为97.0μmol/g；父本材料BJ 860的硬脂酸含量为2.5%，油酸含量为36.4%，亚油酸含量为29.1%，亚麻酸含量为19.2%，芥酸含量为73.54%，硫甙含量为244.0μmol/g (表1)。而两亲本材料杂交产生的F5重组自交系材料在贵阳环境条件下表现出丰富的表型变异(表1)，其中硬脂酸的变异范围为1.9%～3.8%，均值为2.9%，变异系数为10.7%；油酸的变异范围为27.5%～62.5%，均值为48.8%，变异系数为21.7%；亚油酸的变异范围为21.4%～41.1%，均值为33.3%，变异系数为13.4%；亚麻酸的变异范围为11.9%～26.1%，均值为63.2%，变异系数为14.5%；硫甙的变异范围为51.4～250.9μmol/g，均值为151.2μmol/g，变异系数为33.1%。

表1 芥菜型油菜F5重组自交系群体株系及其亲本脂肪酸含量和硫甙含量的变异

性状 亲本(均值，%) F5群体 BJ540BJ860范围(%)均值±标准差(%)变异系数(%)硬脂酸3．42．51．9～3．82．9±0．410．7油酸60．936．427．5～62．548．8±10．621．7亚油酸35．829．121．4～41．133．3±4．513．4亚麻酸14．619．211．9～26．117．7±2．413．5芥酸56．873．5455．1～81．763．2±9．214．5硫甙97．01244．051．4～250．9151．2±50．033．1

2.2 相关性分析

对芥菜型油菜群体的硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸和硫甙含量间的相关性进行了分析(表2)。其中，硬脂酸与全部脂肪酸性状之间均呈现极显著的相关关系，其相关系数分别为：0.862(与油酸)、0.773(与亚油酸)、0.388(与亚麻酸)、-0.800(与芥酸)，而与硫甙间无显著相关性(r=0.136,p=0.109);油酸与全部脂肪酸性状之间均呈现极显著的相关关系，其相关系数分别为：0.862(与硬脂酸)、0.852(与亚油酸)、0.527(与亚麻酸)、-0.961(与芥酸)，而与硫甙间无显著相关性(r=0.106,p=0.214);亚油酸与全部脂肪酸性状之间均呈现极显著的相关关系，其相关系数分别为：0.773(与硬脂酸)、0.852(与油酸)、0.446(与亚麻酸)、-0.858(与芥酸)，而与硫甙间无显著相关性(r=0.116,p=0.174);亚麻酸与全部脂肪酸性状之间均呈现极显著的相关关系，其相关系数分别为：0.388(与硬脂酸)、0.527(与油酸)、0.446(与亚油酸)、-0.547(与芥酸)，而与硫甙间无显著相关性(r=0.067,p=0.431);芥酸与全部脂肪酸性状之间均呈现极显著的负相关关系，其相关系数分别为：-0.800(与硬脂酸)、-0.961(与油酸)、-0.858(与亚油酸)、-0.547(与亚麻酸)，而与硫甙间无显著相关性(r=-0.080,p=0.352);硫甙与全部脂肪酸性状之间均无显著相关关系，其相关系数分别为：0.136(与硬脂酸，p=0.109)、0.106(与油酸,p=0.214)、0.116(与亚油酸,p=0.174)、0.067(与亚麻酸,p=0.431)，-0.080(与芥酸,p=0.352)。

表4 芥菜型油菜F5重组自交系群体聚类群Ⅰ和群Ⅱ脂肪酸含量和硫甙含量统计

品质性状 群Ⅰ 群Ⅱ 范围(%)均值±标准差(%)变异系数(%)范围(%)均值±标准差(%)变异系数(%)硬脂酸2．79～3．793．17±0．226．942．19～3．112．61±0．166．13油酸52．44～62．5357．61±2．233．8732．1～43．1737．49±2．66．94亚油酸31．54～41．0636．71±2．125．7726．89～34．2629．25±1．444．92亚麻酸15．04～26．0518．94±1．9810．4512．64～21．1716．19±1．599．82芥酸55．15～58．1855．54±0．540．9770．59～78．6873．69±2．223．01硫甙51．41～245．792155．67±45．1729．0252．97～250．94146．39±56．7638．77

表2 脂肪酸含量和硫甙含量间Pearson相关性分析

硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸芥酸油酸0．862∗∗亚油酸0．773∗∗0．852∗∗亚麻酸0．388∗∗0．527∗∗0．446∗∗芥酸-0．800∗∗-0．961∗∗-0．858∗∗-0．547∗∗硫甙0．1360．1060．1160．067-0．080

注：“**”表示在 0.01 水平(双侧)上显著相关。

2.3 遗传力分析

品质性状的环境方差通常较小，不同重复间差异小，基因型方差相对较大，因而它们往往比农艺性状有更高的遗传力。本研究对芥菜型油菜重组自交系群体的硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸和硫甙含量的遗传力进行了分析，它们均表现出较高的广义遗传力(表3)。所有调查性状中，芥酸和硫甙的广义遗传力均超过90%，分别为91.09%、94.32%。硬脂酸和亚油酸的广义遗传力在80%～90%之间，分别为80.11%和89.54%。亚油酸和亚麻酸的广义遗传力低于80%，分别为77.89%和74.16%。

表3 芥菜型油菜F5重组自交系群体脂肪酸和硫甙的遗传力分析

性状基因型方差(VG)环境方差(VE)表型方差(VP)广义遗传力(HB2)(%)硬脂酸0．100．020．1380．11油酸95．866．18107．0589．54亚油酸14．803．5619．0077．89亚麻酸4．041．255．4574．16芥酸72．583．2379．6891．09硫甙2229．3011．002363．6094．32

2.4 聚类分析

对F5群体进行了主成分分析，并提取前2个主成分因子做成散点图(图1)。其中主成分因子1(PCA 1)能解释64.9%的表型变异，而主成分因子2能解释16.4%的表型变异，二者一起总共能解释81.3%的表型变异。根据散点图中不同株系的聚集程度可以将这些材料分为3部分：群Ⅰ(80个株系)、群Ⅱ(55个株系)和4个散落的株系(22、23、40和48) (图1)。此外，还对群Ⅰ和群Ⅱ的均值、变异范围和变异系数进行了统计(表4)。其中，硬脂酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为3.17%和2.61%，2个群在2.79%～3.11%的范围内有重叠；油酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为57.61%和37.49%，2个群株系的变异范围分别为：52.44%～62.53%和32.1%～43.17%，2个范围无重叠；亚油酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为36.71%和29.25%，2个群在31.54%～34.26%的范围内有重叠；亚麻酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为18.94%和16.19%，2个群在15.04%～21.17%的范围内有重叠；芥酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为55.54%和73.69%，2个群株系的变异范围分别为：5.15%～58.18%和70.59%～78.68%，2个范围无重叠；硫甙含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相关株系的均值分别为155.67μmol/g和146.39μmol/g，2个群在52.97～245.79μmol/g的范围内有重叠。

另外，还观测到4份材料散落在2个群之间，这4份材料的编号分别是22，23，40，48。其中材料22，硬脂酸含量为2.00%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量为27.45%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亚油酸含量为22.27%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚油酸含量；亚麻酸含量为11.94%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚麻酸含量；芥酸含量为69.46%，处于群Ⅰ和群Ⅱ材料芥酸含量的中间范围。材料23，硬脂酸含量为2.08%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量为31.73%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亚油酸含量为21.44%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚油酸含量；亚麻酸含量为12.04%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚麻酸含量。材料40，油酸含量为30.07%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亚油酸含量为24.68%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚油酸含量；芥酸含量为81.75%，均高于群Ⅰ和群Ⅱ材料的芥酸含量。材料48，硬脂酸含量为1.91%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量为29.07%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亚油酸含量为23.22%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚油酸含量；亚麻酸含量为12.04%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亚麻酸含量。

图1 芥菜型油菜F5重组自交系群体脂肪酸和硫甙的主成分分析

3 结论与讨论

油菜有自己特定的品质性状育种目标，其中芥酸和硫甙要达到“双低”标准，油酸含量要高，亚麻酸和亚油酸含量要适中[12]。本研究进一步证实：芥菜型油菜的品质性状具有较高的遗传力且不同品质性状间具有显著的相关关系。获得的不同脂肪酸间的显著相关关系在芥菜型油菜中研究较少，而在甘蓝型油菜中被广泛研究，例如朱宗河等[13]在165个F2代材料中检测到芥酸和油酸间存在极显著的负相关关系(r=-0.510)；侯树敏[14]在20份区试材料中也检测到芥酸含量和油酸含量间的极显著负相关关系(r=-0.977)；著名油菜育种学家刘后利在《作物遗传育种》[15]一书中也对芥酸含量和油酸含量间的相关性研究进行了总结，近一半研究显示二者间呈现极显著负相关关系。这些结论均与本研究获得的结论一致。

加强对种质资源群体和杂交后代群体的遗传和变异研究，对于指导相关作物的遗传育种具有重要意义。对84份白菜型油菜种质资源的芥酸、油酸和总硫甙含量进行了相关性和聚类分析，并获得了5份优异的白菜型油菜的育种材料[16]。本研究用同样的方法对芥菜型油菜杂交后代群体进行了遗传分析，获得了不同品质性状的遗传特性和相关特性，同时通过聚类分析，获得了材料的分群及变异材料的信息。这些信息对于将来的芥菜型油菜的育种工作有一定的参考价值。

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The Genetic Analysis of theB.junceaRIL Population for Important Quality Traits

TIANEntang,LIUKun,YEBotao,LUOChenying,LINShuchun

(Oil Crops Research Institute of Guizhou University,Agricultural Colloge of Guizhou University, Guiyang 550025,China)

The fatty acids and glucosinolate content of one 139 RIL(recombinant inbred lines) lines were analyzed, the correlation among different fatty acids was analyzed,showed significantly negative correlation between fatty acids and other fatty acids and significantly positive correlation among different fatty acids expect for erucic acid.All of the quality traits showed high heritability,that’s 94.32% for glucosinolate,91.09% for erucic acid,89.54% for oleic acid,80.11% for stearic acid,77.89% for linoleic acid,74.16% for linolenic acid.The PCA (Principal Component Analysis) analysis provided two factors,which explained 64.9% and 16.4% phenotypic variation.The scatted chart was made with the two factors,which divided the 139 lines into groupⅠ,groupⅡ and four scatted lines, the results would be useful for the research of genetics and screening of special materials of those quality traits.

Brassicajuncea; recombinant inbred lines; fatty acids; glucosinolate; heritability

2017-02-19

国家自然科学基金(31560422)；贵州省科学技术基金(黔科合J字[2015]2052号)；国家教育部留学回国人员科研启动基金(教外司留[2015]1098号)；贵州大学博士人才引进基金(贵大人基合字[2014]14号)；贵州省作物学省级重点学科建设计划(黔学位合字ZDXK[2014]8号)。

田恩堂(1979—)，男，山东潍坊人；副教授，主要从事油菜分子育种工作；E-mail:erictian121@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.08.001

S 565.4

A

1001-4705(2017)08-0001-05