甘蓝型油菜种质群体油和蛋白质含量变异及相关性分析

万 薇， 余坤江， 叶波涛， Aimal Nawaz Khattak， 林树春， 田恩堂

(1.贵州大学农学院， 贵阳 550025； 2.贵州大学油料作物研究所， 贵阳 550025)

甘蓝型油菜(B.napus,AACC,2 n=38)，是我国三种油菜类型之一，也是籽粒产量最高的一类，主要种植在我国的长江中下游流域[1-2]。丰产性高、抗逆性强、抗病力好和适应性广是甘蓝型油菜的重要特征[3-4]。我国的甘蓝型油菜种质资源匮乏，加强甘蓝型油菜种质资源的引入及筛选，对推进基因资源的开发和充分利用，进一步保障油料作物的安全性及促进西南各省农业的快速发展具有十分重要的意义。油含量和蛋白质含量间的相关性在白菜型油菜和芥菜型油菜中均有相关报道。侯维海等[5]测定了36份来自西藏不同地区的白菜型油菜种子油含量及蛋白质含量，显示种子蛋白质含量和油含量之间表现出负相关关系(r=-0.835)。田恩堂等[6]检测了34份芥菜型油菜种质材料的油含量和蛋白质含量，得出二者之间呈显著负相关关系 (r=-0.612)。Mahmood等[7]建立了一个DH作图群体(印度芥菜型油菜)，同时对油含量和蛋白质含量进行了分析，也得到了两者间的负相关关系(r=-0.7)。目前，有关甘蓝型油菜品种中油含量和蛋白质含量相关性研究也已经广泛的在进行。唐章林等对208份甘蓝型油菜种质资源的相关品质性状进行方差分析，结果显示：其中蛋白质含量和油含量达到极显著差异[8]。许剑锋等采用甘蓝型油菜群体分别与双亲回交，从而建立了2个群体(BC1F11和BC1F12)，对油菜籽蛋白质含量和油含量进行遗传分析，结果表明：蛋白质含量和油含量之间呈现极显著的负相关关系(r=-0.221)[9]。前人广泛开展了对甘蓝型、芥菜型及白菜型三种油菜类型中油含量和蛋白质含量的遗传分析和研究，但是在贵州等西南山地农业地区的研究报道较少，缺乏适用于当地环境条件下栽培种植的优良甘蓝型油菜育种材料。本研究在贵阳环境条件下，对种植并测定的363份甘蓝型油菜种质材料的油含量和蛋白质含量进行分析，筛选出表现较为优良的育种材料，为甘蓝型油菜研究奠定基础和提供育种材料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质材料，这批材料具有丰富的油含量和蛋白质含量变异。2016年10月，播种在贵州大学教学实习场，每份材料种植2行。在材料开花期，每行随机选择3个植株进行套袋自交，在成熟后收取自交种子，备用。

图1 油含量(A)、蛋白质含量(B)和(油+蛋白质)含量(C)的正态分布

1.2 实验方法

采用近红外法测定材料的油含量和蛋白质含量。每份材料选取3 g左右的饱满种子，并重复测定2次，取平均值作为最终数据用于分析。

1.3 统计分析

利用SPSS 20.0软件进行统计分析及相关性分析，并作正态分布图及折线图等。

2 结果与分析

2.1 群体性状变异

本研究搜集了来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质材料，在贵州大学教学实习场种植，收获材料后，测定种子的油含量和蛋白质含量。单样本K-S检验得到，Z为0.569，p=0.902>0.05。结果表明：群体的油含量呈近似正态分布(图1、表1)，材料中油含量最高的是林编12-71(51.4%)，最低的是2 E 63-3(27.9%)，平均油含量为40.0%，变异系数为9.5%，标准差为3.8。油含量在25.0%～30.0%之间的材料只有3份，分别是2 E 63-3(27.9%)、林编12-100(28.2%)和4 E 014(29.6%)；油含量在30.0%～35.0%之间的材料共有28份，占所有材料的7.7%；油含量在35.0%～40.0%之间的材料共有151份，占所有材料的41.6%，此区间所占材料最多；油含量在40.0%～45.0%之间的材料共有142份，占所有材料的39.1%；油含量在45.0%～50.0%之间的材料共有38份，占所有材料的10.5%；而油含量超过50.0%的材料只有1份，为林编12-71，油含量为51.4%。

单样本K-S检验得到，Z为0.852，p=0.462>0.05。结果表明：群体的蛋白质含量呈现出近似正态分布(图1、表1)，材料中最高的蛋白质含量和最低的蛋白质含量分别为34.1%(林编13-62)和20.8%(全C 06-1自由)。群体的蛋白质含量的均值为27.5%，变异系数为8.4%，标准差为2.3。蛋白质含量在20.0%～24.0%之间的材料有27份，占所有材料的7.4%；蛋白质含量在24.0%～28.0%之间的材料有183份，占所有材料的50.4%，此区间所占材料最多；蛋白质含量在28.0%～32.0%之间的材料有145份，占所有材料的39.9%，此区间是整个群体材料的第二集中区；蛋白质含量大于32.0%的材料有8份，占所有材料的2.2%，分别为林编13-62(34.1%)、4 E 006(34.0%)、林编12-95(33.0%)、CJ-1(32.7%)、Vao 124(32.3%)、林编13-61(32.3%)、宁RS-1(32.2%)、灨油2(32.1%)。

根据单样本K-S检验结果得到，Z为0.504，p=0.962>0.05。结果表明：群体油含量和蛋白质含量的总含量同样也呈近似正态分布(图1、表1)，材料的最高总含量为林编12-230(75.1%)，最低总含量是2 E 63-3(57.8%)。群体的总含量的均值为67.6%，变异系数为4.3%，标准差为2.9。总含量低于60%的材料有3份，分别为2 E 63-3(57.8%)、2 E 63-9(59.4%)和林编12-100(59.9%)；总含量在60.0%～65.0%之间的材料有59份，占所有材料的16.3%；总含量在65.0%～70.0%之间的材料有231份，占所有材料的63.6%，此区间所占材料最多；总含量在70.0%～75.0%之间的材料有69份，占所有材料的19%；总含量高于75%的材料是林编12-230(75.1%)。总含量高于72%的材料，其中共有8份油含量与蛋白质含量都表现良好，分别为林编12-230(油含量46.9%、蛋白质含量28.2%)、林编12-71(油含量51.4%、蛋白质含量23.1%)、林编13-43(油含量48.7%、蛋白质含量25.1%)、林编13-41(油含量47.5%、蛋白质含量26.0%)、绵新油68(油含量46.1%、蛋白质含量27.4%)、林编12-63(油含量44.4%、蛋白质含量28.6%)、林编12-68(油含量44.7%、蛋白质含量28.1%)、林编13-56(油含量45.0%、蛋白质含量27.5%)。

表1 油含量、蛋白质含量和(油+蛋白质)含量的变异情况

指标变异范围平均值 变异系数标准差油含量/%27.9～51.440.09.53.8蛋白质含量/%20.8～34.127.58.42.3(油+蛋白质)含量/%57.8～75.167.64.32.9

2.2 相关性分析结果

通过对363份甘蓝型油菜种子的油含量和蛋白质含量及二者总含量的折线图分析(图2)可知：随着甘蓝型油菜种子油含量的不断增大(曲线呈上行趋势)，蛋白质含量不断减小(曲线呈下行趋势)，即油的含量较高的材料，其蛋白质含量一般较低，反之亦然。绝大多数材料油含量和蛋白质含量的总含量在63.3%～72.5%范围内变化，总含量的斜率(k=0.021 6)绝对值小于油含量的斜率(k=0.035 4)，大于蛋白质含量的斜率(k=0.013 8)。结果说明，相比而言，材料间蛋白质含量的浮动最小，表现更加稳定。对油含量和蛋白质含量的相关性分析，可以得到二者之间的pearson相关性系数r= -0.65(p<0.01)，呈现极显著负相关关系。

图2 油含量、蛋白质含量和(油+蛋白质)含量的折线图

2.3 聚类分析结果

以油含量和蛋白质含量为主要参考指标，对363份甘蓝型油菜材料进行聚类。结果(图3、表2)表明，363份甘蓝型油菜种质资源大体可分成3个类群。群Ⅰ中只有9份材料，占所有材料的2.5%，油含量和蛋白质含量的平均值分别为30.3%和31.6%，变异系数是5.3%与4.4%，标准差为1.6和1.4；群Ⅱ中共有314份材料，占所有材料的86.5%，所占比率最多，油含量和蛋白质含量的平均值分别是39.6%和27.9%，变异系数分别为7.6%与6.5%，标准差为3.0和1.8；群Ⅲ中共有40份材料，占所有材料的11.0%，油含量和蛋白质含量的平均值分别为45.9%和23.8%，变异系数是4.4%与5.9%，标准差为2.0和1.4。如图3所示，甘蓝型油菜材料中的油含量表现为：群体Ⅰ(30.0%)<群体Ⅱ(39.6%)<群体Ⅲ(45.9%)，而蛋白质含量表现为：群体Ⅲ(23.8%)<群体Ⅱ(27.9%)<群体I(31.6%)

图3 聚类分析结果

表2 甘蓝型油菜种质资源分群及其油含量和蛋白质含量统计

群体性状材料份数(比率/%)平均值/%变异系数/%标准差 Ⅰ油含量蛋白质含量9(2.5)30.331.65.34.41.61.4 Ⅱ油含量蛋白质含量314(86.5)39.627.97.66.53.01.8 Ⅲ油含量蛋白质含量40(11.0)45.923.84.45.92.01.4

3 讨 论

油和蛋白质的含量是与油菜等油料作物品质有关的重要性状[10]，对油菜材料遗传多样性的研究分析、挖掘其优良基因和种质资源的利用具有十分重要的意义[11-12]。在陆地棉棉仁[13]、白菜型油菜[14]、芥菜型油菜[15]和花生[16]等作物中，种子油的含量及蛋白质的含量均表现负相关关系。在贵阳环境条件下种植来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质资源，本研究检测到了油含量和蛋白质含量丰富的遗传变异。检测结果表明：材料中的油含量和蛋白质含量都表现出了明显的遗传变异，其中一些材料还表现出良好的育种潜质，可以在将来甘蓝型油菜的育种工作中加以利用。前人的研究[8-9,17]得到，甘蓝型油菜的油含量和蛋白质含量表现出了显著的负相关关系，本研究进一步验证了这种负相关关系，这对于未来甘蓝型油菜的育种工作具有十分重要的意义。油含量和蛋白质含量之间的负相关的关系可能与二者的生物合成有关[18]，油菜植株所生成的能量有限，蛋白质合成过多，则用于合成油脂的能量就会相对应的减少；反之，如果油脂合成多了，则用于合成蛋白质的能量也就相对应的降低[6,14]。

本研究从甘蓝型油菜种质群体材料中获得了大量的高油含量、高蛋白质含量以及(油+蛋白质)含量均相对较高的甘蓝型油菜育种材料。油含量较高的材料可以提高油料作物的产油量及出油率；蛋白质含量较高的材料，饼粕中的蛋白质含量也较高，而(油+蛋白质)含量总量均相对较高的材料具有两方面的优势，不仅可以作饲料，同时也能作为油料利用。本研究中，对于甘蓝型油菜油含量和蛋白质含量之间的调控机理的研究并不完善，有待日后利用更多的生物技术进行更深入的探讨研究。

4 结 论

本研究测定了363份甘蓝型油菜种质群体材料的油含量和蛋白质含量，得到了两者之间呈现显著负相关关系。同时，还发现了较优异的甘蓝型油菜种质资源：高油含量材料林编12-71(51.4%)和浙油50(49.9%)、高蛋白质含量材料林编13-62(34.1%)和4 E 006(34.0%)及高总含量(油+蛋白质含量)材料林编12-230(75.1%)和AC 21(74.8%)，这些材料可用于甘蓝型油菜的遗传育种和基础研究。