甘蓝型油菜种质群体十八碳脂肪酸含量变异及相关性分析

晏 伟，余坤江，万 薇，叶波涛，王天娅，Aimal Nawaz Khattak，田恩堂

(贵州大学油料作物研究所，贵阳 550025)

甘蓝型油菜(Brassicanapus，AACC，2 n=38)，是我国和世界范围内主要油菜类型，主要种植在我国的长江中下游区域[1,2]。油菜中含有丰富的脂肪酸，随着社会的不断发展，人们对油菜食用油质量要求不断提高。在中国，油菜是仅次于大豆的主要油料作物[3]，而甘蓝型油菜是主要的栽培类型，但中国油菜种质资源比较匮乏，所以应该积极引进和研究种质资源，从而达到改善油菜群体品质的目的[3]。油菜中脂肪酸主要包括棕榈酸(C 16∶0)、硬脂酸(C 18∶0)、油酸(C 18∶0)、亚油酸(C 18∶2)、亚麻酸(C 18∶3)、廿碳烯酸(C 20∶1)、芥酸(C 22∶1)等[4]。本研究主要关注甘蓝型油菜种质群体中含有18个碳原子的脂肪酸：硬脂酸(C 18∶0)、油酸(C 18∶0)、亚油酸(C 18∶2)和亚麻酸(C 18∶3)。硬脂酸对人体有害，需要培育低含量的油菜品系；油酸和亚油酸具有较好的营养和保健作用[5]，需要培育高油酸和高亚油酸含量的油菜品系；而亚麻酸(C 18∶3)是人体必需脂肪酸，但其不饱和程度高，易于氧化，可降低菜籽油的货架期[6,7]，需培育适宜含量的油菜品系。

油菜十八碳脂肪酸含量在国内外均有相关研究和报道。杨燕宇等[8]通过半粒法和单株法，进行脂肪酸含量的气相色谱分析，统计检测显示，这2种方法测定结果极显著相关，各种脂肪酸含量之间大部分也呈显著相关，其中油酸含量与亚油酸含量之间相关性最高(r<-0.922)，油酸含量相关性最高(r=0.881)。叶桑等[9]通过对甘蓝型油菜在2016—2017年和2017—2018年2种不同环境下种植，通过分析得出，在2个环境下油酸与亚油酸含量表现为极显著正相关(p<0.01)，亚油酸与亚麻酸含量呈极显著正相关(p<0.01)。赵卫国等[10]在甘蓝型油菜DH群体主要品质分析中提到油酸含量与亚油酸含量的相关性最高(r=0.900)。同样，在其他类别的油菜也有相关的研究，田恩堂等[11]对芥菜型油菜脂肪酸含量的相关性分析中得出结论，亚麻酸和硬脂酸表现出极显著的正相关关系(r=0.500)，亚麻酸和亚油酸呈显著负相关关系(r=-0.360)。前人对不同类型油菜脂肪酸含量的分析和研究，已有相关报道，但是对于贵州及西南地区油菜品质相关研究较少。贵州处于喀斯特地貌以及气候条件不定的地区，缺乏优良的甘蓝型油菜种质资源。本研究在贵阳的气候条件下，种植并考察了363份甘蓝型油菜的十八碳脂肪酸含量，以期筛选在贵阳环境条件下优异基础材料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究选用来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质为材料，这批材料具有丰富的脂肪酸含量的变异。2017年7月在贵州大学农学院教学实验场种植，每份材料种植2行。在开花期，每行随机选择3株材料进行套袋自交，并收获脱粒。

1.2 实验方法

采用近红外(Near Infrared，NIR)方法测定材料的十八碳脂肪酸含量，包括：硬脂酸(C 18∶0)、油酸(C 18∶0)、亚油酸(C 18∶2)和亚麻酸(C 18∶3)。每份材料选取2个单株进行检测，每个单株称取3 g饱满油菜籽粒，重复测定2次，取平均值后用于本研究的相关数据分析。

1.3 统计分析

利用Microsoft Excel 2003软件和SPSS 20.0软件进行基本数据、相关性、Shapiro-Wilk测验、正态分布图等分析。

2 结果与分析

2.1 群体性状变异

对363份甘蓝型油菜种质材料的十八碳脂肪酸(硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸)含量进行测定和分析。对硬脂酸含量进行Shapiro-Wilk检测，获得p=0.00<0.05，不符合正态分布(图1，表1)。365份材料中硬脂酸含量最高的是Z 08(林编号12-42)(2.9%)，最低的是六60(林编13-47)号(0)和4000(0)，平均硬脂酸含量为1.9%，变异系数为26.3%，标准差为0.5。硬脂酸含量为0的材料有2份，分别是六60(林编13-47号)(0)和4000(0)，占总数的0.6%；硬脂酸含量在0～1.0%之间的材料有8份，占总数的2.2%；硬脂酸含量在1.0%～2.0%之间的材料有165份，占总数的45.5%；硬脂酸含量在2.0%～2.7%之间的材料有188份，占总数的51.8%，此区间材料占比例最大；硬脂酸含量大于2.8%的共有3份材料，分别是Matador(2.8%)、沪油15号(2.9%)、Z 08(林编12-42)(2.9%)。

对油酸含量进行Shapiro-Wilk检测，获得p=0.00<0.05，不符合正态分布(图1，表1)。365份材料中油酸含量最高的是全B 02-1(85.4%)，最低的是GN 43(0.9%)，平均油酸含量为48.3%，变异系数为34.3%，标准差为16.6。油酸含量在0～20.0%之间的材料有35份，占总数的9.6%；油酸含量在20.0%～40.0%之间的材料有59份，占总数的16.3%；油酸含量在40.0%～60.0%之间的材料有169份，占总数的46.6%，此区间材料占比例最大；油酸含量在60.0%～80.0%之间的材料有99份，占总数的27.3%；油酸含量在80.0%～100.0%之间的材料有1份，材料名称是全B 02-1(85.4%)；油酸含量大于72.0%的共有6份材料，分别是沪油15号(72.6%)、无名(林编12-45号) (72.8%)、IB(林编13-43号)(73.1%)、全A 04-1(73.1%)、标②(林编12-70号)(74.1%)、全B 02-1(85.4%)。

表1 硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸含量的变异统计

对亚油酸含量进行Shapiro-Wilk检测，获得p=0.00<0.05，不符合正态分布(图1，表1)。365份材料中亚油酸含量最高的是印AB(林编13-53)(31.6%)，最低的是六60(林编13-47)(2.9%)，平均亚油酸含量为21.8%，变异系数为16.1%，标准差为3.5。亚油酸含量低于10%的材料有1份，材料名称是六60(林编13-47)(2.9%)；亚油酸含量在10.0%～20.0%之间的材料有99份，占总数的27.3%；亚油酸含量在20.0%～30.0%之间的材料有262份，占总数的72.2%，此区间材料占比例最大；亚油酸含量在30.0%～40.0%之间的材料有1份，材料名称是印AB(林编13-53)(31.6%)；亚油酸含量大于28.0%的共有8份材料，分别是IB(林编12-230号)(28.0%)、浙油50(28.3%)、无名(林编12-45号)(28.3%)、IAB(林编12-228号)(28.5%)、印AB(林编13-62号)(29.0%)、IB(林编13-43号)(29.1%)、全B 07-1(29.5%)、印AB(林编13-53号)(31.6%)。

对亚麻酸含量进行Shapiro-Wilk检测，获得p=0.00<0.05，不符合正态分布(图1，表1)。365份材料中亚油酸含量最高的是六60(林编13-47)(22.0%)，最低的是yh(林编12-64)(8.5%)，平均亚麻酸含量为12.8%，变异系数为11.7%，标准差为1.5。亚麻酸含量在5.0%～10%之间的材料有8份，占总数的2.2%，分别为：无名(林编12-45号) (9.94%)，(801 B×C 7)×标2(林编12-89号) (9.72%)，六60(林编12-55) (9.66%)，铁杆青(9.41%)，YP 1(9.41%)，云油早(林编13-40号) (9.32%)，无名AC 21(8.69%)，yh(林编12-64号) (8.51%)；亚麻酸含量在10.0%～15.0%之间的材料有335份，占总数的92.3%，此区间材料占比例最大；亚麻酸含量在15.0%～20.0%之间的材料有19份，占总数的5.2%；亚麻酸含量在20.0%～25.0%之间的材料有1份，材料名称是六60(林编13-47)(22.0%)；亚麻酸含量大于16.0%的共有6份材料，分别是7 N 68-3(16.9%)、GN 43(18.4%)、IB(林编13-43号)(16.1%)、六60(林编13-47号)(22.0%)、印AB(林编13-61号)(16.3%)、印AB(林编13-62号)(17.2%)。

图1 硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸含量的频率分布图

2.2 相关性分析结果

对种植的363份甘蓝型油菜中硬脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量和亚麻酸含量进行相关性分析。结果(表2)显示：硬脂酸与油酸(r=0.66)、亚油酸(r=0.39)呈极显著正相关关系；油酸与亚油酸呈极显著正相关关系(r=0.51)；亚油酸与亚麻酸呈极显著正相关关系(r=0.30)。

表2 十八碳脂肪酸间Pearson相关性

2.3 主成分分析

以363份甘蓝型油菜群体种质材料的硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸含量为指标进行主成分分析。在获得的4个主成分因子中，第一主成分(PCA 1)解释了51.84%的变异，其中硬脂酸、油酸和亚油酸的贡献超过0.77；第二主成分(PCA 2)解释了28.12%的变异, 其中亚麻酸贡献最高，为0.92；第三主成分(PCA 3)解释了12.17%的变异，第四主成分(PCA 4)解释了7.88%的变异。PCA 1与PCA 2共解释了79.95%的表型变异。以PCA 1与PCA 2分别为X轴、Y轴绘制散点图(图2)，大部分材料集中在一起(红色圈中，356份，98.07%)，7份材料散布在外围，分别是：4 E 014(图中编号25)，7 N 68-3(图中编号36)，GN 43(图中编号73) ，IB(林编13-43号)(图中编号311)，六60(林编13-47号)(图中编号316)，印AB(林编13-62号)(图中编号331)，无名AC 21(图中编号342)。

图2 以PCA 1和PCA 2分为Y轴和X轴散点图

表3 十八碳脂肪酸主成分分析信息

2.4 分类分析

对4种十八碳脂肪酸进行归类，以“有益”脂肪酸“油酸+亚油酸”及“有害”脂肪酸“硬脂酸+亚麻酸”作为整体进行研究。“油酸+亚油酸”与“硬脂酸+亚麻酸”之间呈极显著正相关关系，相关系数为r=0.323。“油酸+亚油酸”变异范围为13.92%～103.75%，均值为70.14%，变异系数为26.51%。“硬脂酸+亚麻酸”变异范围为10.02%～22.00%，均值为14.68%，变异系数为10.64%。以“硬脂酸+亚麻酸”为Y轴，“油酸+亚油酸”为X轴绘制散点图，大部分材料(94.21%)集中在中间区域，只有21份材料散布在外围区域(图3)。有益脂肪酸最低的材料为：yh(林编12-64号) (编号：232，10.03%)和WMAC 21 (编号：342，10.02%)。有益脂肪酸超过100的材料有：WM(林编12-45号)(编号：209，101.08%)，IB(林编13-43号)( 编号：311，102.11%)，全B 02-1(编号：349，103.75%)(图3)。

图3 分类分析结果图

3 结论与讨论

作为全球主要油料作物，甘蓝型油菜在产量[12]、抗倒伏性[13]、根长[14]等生产性状上比其它类型油菜更有优势。甘蓝型油菜品质性状主要由遗传因素决定，也可受温度、海拔和光照等因素的影响[15-18]。而十八碳脂肪酸是油菜重要的品质性状[3]，对甘蓝型油菜具有重要意义。

Jadhav等[19]研究表明，硬脂酸(C 18∶0)为饱和脂肪酸，可由SAD基因合成油酸(C 18∶0)、C 18∶0可由FAD2基因合成亚油酸(C 18∶2)，C 18∶2可由FAD3基因合成亚麻酸(C 18∶3)。本研究结果也证实了这4种十八碳脂肪酸之间的相关性：硬脂酸与油酸、亚油酸呈极显著正相关关系；硬脂酸与亚麻酸呈负相关关系；油酸与亚油酸呈极显著正相关。本研究的十八碳脂肪酸之间的相关关系与前人的研究结果相一致[8-11]。另外，本研究还对十八碳脂肪酸进行了分类分析，分为“有益”脂肪酸“油酸+亚油酸”及“有害”脂肪酸“硬脂酸+亚麻酸”，且发现二者之间呈极显著正相关关系。

本研究还通过主成分分析及分类分析，筛选出部分特异的育种材料。硬脂酸含量最低的3份材料为：六60(林编13-47号)(0)，4000(0)，GN 43(0.06%)；油酸含量最高的3份材料为：全B 02-1(85.39%)，全A 04-1(73.09%)，标②(林编12-70号)(74.07%)；亚油酸含量最高的3份材料为：印AB(林编13-53号)(31.63%)，全B 07-1(29.54)， IB(林编13-43号)(29.06%)；亚麻酸含量最低的3份材料为：yh(林编12-64号)(8.51%), 无名AC 21(8.69)%, 云油早(林编13-40号)(9.32%)；有益脂肪酸含量最高的3份材料为：全B 02-1(103.75%),IB(林编13-43号)(102.11%)，无名(林编12-45号(101.08%)；有害脂肪酸含量最低的3份材料为：无名AC 21(10.02%)，yh(林编12-64号)(10.03%)，YP 1(10.56%)。该研究可为贵阳环境条件下甘蓝型油菜十八碳脂肪酸育种提供材料，也可为该性状的基础研究提供材料。