甘蓝型油菜种质群体芥酸和硫苷含量变异及相关性分析

(贵州大学农学院， 贵阳 550025)

甘蓝型油菜(Brassicanapus，AACC，2 n=38)具有丰产性好、适应性广、抗逆性强、抗病力强等优良性状，为我国最重要的栽培油菜类型，是食用植物油和蛋白质饲料的重要来源[1,2]。甘蓝型油菜种子在油用油菜中产油量最高，但菜籽油中存在含量较高的芥酸和硫苷。油用植物菜籽的高芥酸会降低菜籽油的品质，而菜籽的高硫苷则会显著降低油菜的饲用价值[3]。故油菜品种改良的重点是培育低芥酸、低硫苷的双低油菜品种，该类油菜品种对提高健康水平有重要意义[4,5]。目前，双低油菜的等位基因资源全部来自低芥酸材料Liho和低硫苷材料Bronwski，导致育种油菜资源相对匮乏，需要筛选大量具有更丰富变异的育种资源。

为响应国家农业产业结构调整的号召，油菜正在大力发展多功能化育种[7,8]。在菜籽油中，芥酸不易被人体消化利用，是有害物质；在工业上，芥酸衍生物是重要的工业原料。衍生物芥酸甲醋、芥酸醜胺及山嵛酸等可作为润滑剂、抗粘结剂和疏水剂等[9-11]。硫苷在菜饼中是有害物质，而其水解产物异硫氰酸盐可发挥独特作用，如对棉花黄萎病和红腐病等土传性真菌、植物寄生线虫和杂草等具有很强的抑制和杀灭作用[12]。因而研究高芥酸和高硫苷材料也可在此方面提升油菜的多功能化之路，为其应用打下坚实基础。总之，加强甘蓝型油菜育种材料的筛选和鉴定具有十分重要的意义。本研究以来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质资源作为试验材料，种植在贵阳环境条件下，通过对收获的油菜籽芥酸和硫苷测定和分析，以考察该群体在贵阳环境条件下的芥酸和硫苷含量变化，了解芥酸和硫苷之间的关系，掌握芥酸和硫苷性状的分布特点，为合理利用现有的甘蓝型油菜种质资源选育双低油菜品种提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为来自全国各地的363份甘蓝型油菜种质材料，该批材料表现出丰富的品质性状变异，特别是芥酸和硫苷含量。全部材料于2016年10月种植于贵州大学教学实习场，每份材料播种2行，在开花期每份材料随机选取3个单株套袋自交，收取成熟的自交种子用于芥酸和硫苷性状测定。

图1 芥酸及硫苷含量分布图

1.2 实验方法

每个单株自交种子去除杂质后，称取约3 g的饱满种子，采用近红外法测定材料的芥酸和硫苷含量[13]，每个单株测定2次重复，取均值后进行数据分析。

1.3 统计分析

利用SPSS 20.0，Excel软件对测定结果进行数据分析，分析内容包括描述性统计、相关性分析、Kolmogorov-Smirnov与Shapiro-Wilk正态性检验、相关关系分布图、正态分布图等。

2 结果与分析

2.1 群体性状总体变异

363份甘蓝型油菜种质资源群体的芥酸和硫苷含量在贵阳环境条件下表现出丰富的变异(图1和表1)。对2个性状分别进行Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk正态性检验，发现2个性状均呈偏正态分布(p=0)(图1和表1)。该地种质资源群体材料的芥酸含量均值为15.2%，标准差为17.3，变异范围为0～60.0%，变异系数为114.2%。检测发现其中有60份材料芥酸含量为0，所占比例为16.5%；材料早熟100天的芥酸含量最高，为60.0%；芥酸含量0～10%之间有219份材料，所占比例为60.3%；芥酸含量10%～20%之间有41份材料，所占比例为11.3%；芥酸含量20%～30%之间有18份材料，所占比例为5%；芥酸含量30%～40%之间有26份材料，所占比例为7.2%；芥酸含量40%～50%之间有40份材料，所占比例为11.0%；芥酸含量50%～60%之间有19份材料，所占比例为5.2%。

在贵阳环境条件下该种质资源群体材料的硫苷含量均值为48.3 μmol·g-1，标准差为39.3，变异范围为1.0～152.7 μmol·g-1，变异系数为81.3%。硫苷含量最低(1.0 μmol·g-1)的材料是林编13-53号和林编12-44号，硫苷含量最高的材料是4 E 014(152.7 μmol·g-1)；硫苷含量在0～50 μmol·g-1之间的材料有236份，所占比例为65%；硫苷含量在50～100 μmol·g-1之间的材料有68份，所占比例为18.7%；硫苷含量在100～150 μmol·g-1之间的材料有57份，所占比例为15.7%；硫苷含量>150 μmol·g-1只有2份，所占比例为0.6%，分别为GN 66-1(150.3 μmol·g-1)和4 E 014(152.7 μmol·g-1)。

表1 芥酸和硫苷含量的变异统计

2.2 相关性分析结果

芥酸和硫苷含量表现出明显的正向同增特性，随着芥酸含量的持续增加，硫苷含量也相应增加。既可同时获得双低性状的优良种质资源，也可获得高芥酸高硫苷的特殊专用的育种材料。对363份甘蓝型油菜群体的芥酸和硫苷含量相关性分析表明，Pearson相关性系数为r=0.673(p<0.01)，即芥酸与硫苷含量呈极显著正相关关系(图2)。

2.3 分类分析

以甘蓝型油菜种质群体材料的芥酸含量为划分指标，对363份甘蓝型油菜材料进行了分类分析(图3，表2)。可将甘蓝型油菜种质群体划分成3个种质资源群体，低芥酸(<3%)有109份，均值为0.7%，标准差为1.0，变异系数为140.2%。中芥酸(含量介于3%～50%之间)可再分为3个亚群体，含量在3%～20%之间有151份，均值为8.3%，标准差为4.0，变异系数为48.5%；含量在20%～35%之间有32份，均值为28.2%，标准差为4.4，变异系数为15.4%；含量在35%～50%之间有52份，均值为43.6%，标准差为4.1，变异系数为9.5%。高芥酸(>50%)有19份，均值为53.1%，标准差为2.4，变异系数为4.6%。

以甘蓝型油菜种质群体材料的硫苷含量为划分指标，对363份甘蓝型油菜材料进行了分类分析(图3，表2)。可将甘蓝型油菜种质群体划分成3个种质资源群体，低硫苷(<30 μmol·g-1)有178份，均值为17.7 μmol·g-1，标准差为6.2，变异系数为34.9%。中硫苷(含量介于20～120 μmol·g-1之间)再划分为3个亚群体，含量在30～60 μmol·g-1之间有69份，均值为40.2 μmol·g-1，标准差为8.1，变异系数为20.3%；含量在60～90 μmol·g-1之间有43份，均值为75.4 μmol·g-1，标准差为8.0，变异系数为10.6%；含量在90～120 μmol·g-1之间有48份，均值为104.8 μmol·g-1，标准差为8.2，变异系数为7.9%。高硫苷(>120 μmol·g-1)有25份，均值为133.7 μmol·g-1，标准差为10.6，变异系数为7.9%。

图2 芥酸及硫苷含量相关性图

表2 芥酸和硫苷含量的分类统计

通过2种划分指标重叠可得到低芥酸、低硫苷符合菜籽油食用育种目标的双低材料，有87份，均值为0.6%和16.0 μmol·g-1，标准差为0.9和6.0，变异系数为151.4%和37.5%；但得到的双高材料只有7份，分别是7 N 45-2、华油4号、湘农油1号、贵州黔选6、GN 43、Jet-Nerf、Nalio，均值为52.3%和138.0 μmol·g-1，标准差为1.8和11.1，变异系数为3.5%和8.1%。

图3 芥酸与硫苷含量分类图

3 结论与讨论

通过对从全国各地搜集的363份甘蓝型油菜籽芥酸和硫苷测定与分析，最终将此种质资源以芥酸和硫苷含量为指标各分为3类种质资源，其中，中芥酸和中硫苷再各分成3个资源群体。分析结果表明，这些材料的芥酸及硫苷含量均表现出丰富变异，芥酸含量变异系数最高(114.2%)，其次为硫苷(81.3%)。这2个品质性状变异系数非常大，主要原因是受育种史上双低化的影响导致。同时发现有60份材料芥酸含量为0，不少材料表现出优良的育种材料潜质，并鉴定和筛选出87份双低性状的优良基础材料，可用作选育低芥酸油菜品种的亲本；7份高芥酸和高硫苷的双高材料，可作为选育高芥酸或高硫苷特殊专用材料的亲本。

在甘蓝型油菜种质资源芥酸和硫苷品质性状间相关性研究中，刘后利等[14]、侯树敏等[15]的研究发现，芥酸含量与硫苷含量呈极显著正相关关系；李景奇[16]对全国各油菜主产区92个单位提供的187个国家区试新品种和对照品种进行品质性状分析，其中硫苷和芥酸含量极显著正相关关系。雷伟侠等[17]对95份来自不同国家和地区的甘蓝型油菜种质资源进行相关性分析，同样发现芥酸含量和硫苷含量均呈极显著正偏相关；王健胜等研究也表明，甘蓝型油菜的芥酸与硫苷含量间呈极显著正相关关系[18]。而在白菜型油菜种质资源研究中，田恩堂等对84份白菜型油菜群体芥酸和硫苷含量相关性分析同样表明，芥酸与硫苷含量呈极显著正相关[19]。本研究结论与上述研究结果一致。

本研究测定了所搜集种质资源的芥酸和硫苷含量，并进行了初步分析，可为合理利用现有的种质资源提供依据。在对芥酸和硫苷性状进行改良的过程中，遵循二者之间的关系，更容易快速选育出优良的双低油菜品种。该研究为甘蓝型油菜芥酸和硫苷双低及双高性状遗传调控机理研究提供具有丰富变异的材料，也为运用该批材料选育适宜贵州生态环境新品种打下基础。