甘蓝型油菜籽粒油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量变异及相关性分析

2021-06-03咸拴狮耿振刚杜春芳

中国粮油学报 2021年5期

姚琳孙璇咸拴狮耿振刚杜春芳

(山西农业大学棉花研究所，运城 044000)

菜籽油是我国主要食用植物油之一，随着生活水平提高，人们对其营养和保健功能提出了更高要求，而菜籽油中脂肪酸的组成决定了其品质[1]。菜籽油中主要脂肪酸组成有棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、芥酸(C22∶1)、亚油酸(C18∶2)、亚麻酸(C18∶3)、花生烯酸(C20∶1)等[2]。油酸(Oleic acid)属单不饱和脂肪酸，在菜籽中含量较高(61%～78%)，对人体具有很好的营养保健功能，可减少胆固醇在血管壁上的沉积，降低心血管疾病发生[3,4]；亚油酸(Linoleic acid)和亚麻酸(Linolenic acid)属多烯类不饱和脂肪酸，亚麻酸有 α-亚麻酸和 γ-亚麻酸2种类型，其中亚油酸和 α-亚麻酸是人体内不能合成的必需脂肪酸(EFA)，需要从日常膳食中摄取，亚油酸具有降血压、血脂、软化心脑血管、促进微循环的作用，亚麻酸则对人体健康和智力水平起着决定性作用[5,6]。甘蓝型油菜(B.napus,AACC, 2 n=38)起源于欧洲，是芸薹和甘蓝的种间杂交复合种，在我国，其种植面积约占油菜总种植面积的90%，具有丰产性高、抗逆性强、抗病性好、增产潜力大、适应性广等显著优势[7,8]。由于地域因素及起源历史较短，甘蓝型油菜在我国的遗传背景较窄，基因资源的匮乏限制了杂种优势的有效利用，因此加强甘蓝型油菜优异种质资源的引入及筛选，对提升我国油菜产业国际竞争力、保障油料作物安全具有十分重要的意义[9]。

目前，甘蓝型油菜中油含量和蛋白质含量间的相关性分析已有一些报道，而关于不饱和脂肪酸中有益脂肪酸含量与蛋白质含量间的相关性分析少有报道。王丽萍等[10]对1 500份甘蓝型油菜籽的品质指标进行相关性分析时，发现油酸含量与亚油酸含量呈极显著正相关；蔡东芳等[11]利用SSR和AFLP标记对192份甘蓝型油菜菜籽中油酸、亚油酸、亚麻酸进行表型和遗传相关分析，发现油酸与亚油酸呈极显著正相关，油酸与亚麻酸呈极显著负相关，亚油酸与亚麻酸未检测到关联；赵卫国等[12]对170份甘蓝型油菜DH群体的品质性状进行相关性分析，发现油酸、亚油酸、亚麻酸含量与蛋白质含量均呈极显著的正相关。虽然前人对甘蓝型油菜品质性状间的遗传分析和研究作出探索，但主要集中在油含量和蛋白质含量的相关性上及部分脂肪酸组成成分的相关性上。本研究旨在通过对山西南部地区运城环境条件下种植的312份甘蓝型油菜种质资源的油酸、亚油酸、亚麻酸含量与蛋白质含量进行测定和分析，筛选出一些特异性的优良材料及综合品质表现较好的材料，为甘蓝型油菜提高品质育种及更有效地配置强优势杂交组合提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为山西省农业科学院棉花研究所食用油课题组保存和收集的甘蓝型油菜种质材料共312份。

1.2 实验方法

供试材料于2018年9月24日播种于山西省农业科学院棉花研究所南花实验农场，开沟条播，采用完全随机区组设计，3次重复，每份材料种植3行，每行15～20株，行距0.3 m，株距0.2 m，采用常规方式进行大田管理。次年在材料开花期，每个小区随机选取5株进行套袋自交，待5月底籽粒成熟时收获自交种，干燥后每份材料取3 g左右的饱满种子，用FOSS 5000型近红外光谱仪对籽粒的油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量进行测定。

1.3 数据分析

采用Excel 2007软件对每份材料测定的3次重复值进行平均，取平均值作为用于分析的最终数值。使用SAS V8软件对材料进行相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 群体性状变异

312份甘蓝型油菜种质资源在运城环境条件下的油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量变异丰富，均呈近似正态分布(见图1和表1)。在这些群体材料中，油酸质量分数最高的是N168-4(88.85%)，最低的是N 233-1(38.70%)，平均值为73.64%，变异系数为8.58%，标准差为6.31。其中，油酸质量分数低于58%的材料有7份，占所有材料的2.24%；油酸质量分数在58%～68%之间的材料共有28份，占所有材料的8.97%；油酸质量分数在68%～78%之间的材料共有245份，占所有材料的78.53%，此区间所占材料最多；油酸质量分数高于78%的材料共有32份，占所有材料的10.26%，而N 168-4(88.85%)、580-4(88.61%)、N 156-3(88.46%)油酸质量分数均超过88%。

图1 甘蓝型油菜种质资源群体的脂肪酸和蛋白质含量的正态分布

对亚油酸而言，材料中含量最高的是N146-1(31.72%)，最低的是867-1(13.48%)，质量分数均值为21.47%，变异系数为14.76%，标准差为3.17。其中，亚油酸质量分数低于17%的材料共有19份，占所有材料的6.09%；亚油酸质量分数在17%～21%之间的材料共有117份，占所有材料的37.50%，亚油酸质量分数在21%～25%之间的材料共有138份，占所有材料的44.23%，这两个区间是整个群体材料的主要集中区；亚油酸质量分数在25%～29%之间的材料共有31份，占所有材料的9.94%；亚油酸质量分数高于29%的材料共有7份，占所有材料的2.24%，分别为N146-1(31.72%)、922-4(31.66%)、N 213-1(31.59%)、N 440-2(30.69%)、N 248-1(30.02%)、N 548-1(29.67%)、776-3(29.08%)。

对亚麻酸而言，材料中质量分数最高的是3130-3(15.29%)，最低的是N 534-1(6.03%)，质量分数均值为10.71%，变异系数为14.09%，标准差为1.51。其中，亚麻酸质量分数低于8%的材料共有9份，占所有材料的2.88%；亚麻酸质量分数在8%～10%之间的材料共有92份，占所有材料的29.49%，亚麻酸质量分数在10%～12%之间的材料共有153份，占所有材料的49.04%，这两个区间是整个群体材料的主要集中区；亚麻酸质量分数在12%～14%之间的材料共有50份，占所有材料的16.03%；亚麻酸质量分数高于14%的材料共有8份，占所有材料的2.56%，分别为3130-3(15.29%)、692-4(15.07%)、3150-3(14.87%)、572-2(14.66%)、362-4(14.59%)、N147-2(14.18%)、N134-1(14.07%)、728-2(14.04%)。

对蛋白质而言，材料中质量分数最高的是N 206-1(37.03%)，最低的是621-3(18.87%)，质量分数均值为26.56%，变异系数为10.72%，标准差为2.85。其中，蛋白质质量分数在18%～22%之间的材料共有12份，占所有材料的3.85%；蛋白质质量分数在22%～26%之间的材料共有125份，占所有材料的40.06%，蛋白质质量分数在26%～30%之间的材料共有139份，占所有材料的44.55%，这两个区间是整个群体材料的主要集中区；蛋白质质量分数在30%～34%之间的材料共有32份，占所有材料的10.26%；蛋白质质量分数高于34%的材料共有4份，占所有材料的1.28%，分别为N 206-1(37.03%)、N 213-1(35.91%)、N 258-3(35.87%)、N 221-3(35.70%)。

表1甘蓝型油菜群体籽粒油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质的含量变异

2.2 相关性分析

对油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量进行相关性分析结果表明，油酸与蛋白质、亚油酸与蛋白质间呈极显著相关(表2)。油酸与蛋白质呈极显著负相关，说明油酸含量较高的材料，其蛋白质含量一般相对较低；亚油酸与蛋白质呈极显著正相关，说明亚油酸含量较高的材料，其蛋白质含量通常也较高；而亚麻酸与蛋白质含量间无明显的相关性。此外，研究还表明油酸与亚油酸含量间存在极显著的负相关，其负相关程度弱于油酸与蛋白质间。

表2 油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量的相关系数

2.3 油菜种质资源的聚类分析

对312份甘蓝型油菜种质资源的油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量进行聚类分析，聚类方法采用类平均法，在遗传距离为2处将参试材料分为6个类群，分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。第Ⅰ类群包含218份材料，占所有材料的69.87%，其油酸质量分数为71.05%～80.92%，亚油酸的为16.01%～23.98%，亚麻酸的为8.19%～12.94%，蛋白质的为22.07%～29.81%，该类群种质资源中油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量较为居中；第Ⅱ类群包含17份材料，占所有材料的5.45%，其油酸质量分数为82.50%～88.85%，亚油酸的为13.48%～22.68%，亚麻酸的为7.13%～10.70%，蛋白质的为18.87%～27.17%，该类群油酸含量最高，而亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量相对较低；第Ⅲ类群包含40份材料，占所有材料的12.82%，其油酸质量分数为59.66%～70.73%，亚油酸的为20.01%～28.80%，亚麻酸的为9.94%～14.87%，蛋白质的为25.97%～33.20%，该类群亚麻酸含量最高，亚油酸和蛋白质含量相对较高，油酸含量相对较低；第Ⅳ类群包含27份材料，占所有材料的8.65%，其油酸质量分数为67.34%～73.69%，亚油酸的为24.07%～31.72%，亚麻酸的为6.99%～11.59%，蛋白质的为27.79%～33.45%，该类群亚油酸含量最高，蛋白质含量相对较高，油酸和亚麻酸含量相对较低；第Ⅴ类群包含8份材料，占所有材料的2.56%，其油酸质量分数为45.98%～60.47%，亚油酸的为17.17%～23.93%，亚麻酸的为6.73%～11.51%，蛋白质的为26.24%～30.31%，该类群亚油酸和蛋白质含量较为居中，油酸和亚麻酸含量相对较低；第Ⅵ类群仅包含2份材料，占所有材料的0.65%，其油酸质量分数为38.70%～38.85%，亚油酸的为24.46%～28.84%，亚麻酸的为9.83%～11.79%，蛋白质的为32.57%～35.87%，该类群蛋白质含量最高，亚油酸含量相对较高，亚麻酸含量居中，油酸含量最低。

以类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ为整体观察甘蓝型油菜中油酸、亚油酸和蛋白质含量的变化(表3)，油酸含量表现为：类群Ⅵ<类群Ⅲ<类群Ⅰ<类群Ⅱ，亚油酸含量表现为：类群Ⅱ<类群Ⅰ<类群Ⅲ<类群Ⅵ，蛋白质含量表现为：类群Ⅱ<类群Ⅰ<类群Ⅲ<类群Ⅵ。

表3 油菜种质各类群油酸、亚油酸和蛋白质含量

3 讨论

不饱和脂肪酸中有益脂肪酸和蛋白质含量是油料作物品质育种中的重要性状，综合分析已有油菜种质资源的品质性状，有利于亲本选配，提高品质育种效率。本研究表明，312份甘蓝型油菜种质资源的油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质含量变异较为丰富，具有较好的利用前景。相关性研究分析表明油酸含量与亚油酸及蛋白质含量呈极显著负相关，亚麻酸含量与油酸、亚油酸及蛋白质含量无显著相关性，与前人的研究结果不完全一致[10-12]；亚油酸含量与蛋白质含量呈极显著正相关，与前人的研究结果一致[12]。王威等[13]在鹰嘴豆脂肪酸组成及遗传多样性分析中发现，鹰嘴豆种子脂肪中油酸含量与亚油酸、亚麻酸含量呈极显著负相关；李丽等[14]在高油酸花生遗传改良研究中提到，提高花生油酸含量、降低亚油酸含量是花生品质改良的重点，而油酸脱氢酶(Δ12脂肪酸脱氢酶，FAD2)是调控花生油酸、亚油酸含量和油亚比(O/L)的关键酶，当FAD2基因突变后会影响Δ12去饱和酶的活性，导致亚油酸合成受阻、含量降低和油酸含量增加。本研究得出甘蓝型油菜中油酸含量与亚油酸含量呈极显著负相关，可能与FAD2基因的遗传调控有关，此外还可能受到温度等环境条件的影响[15，16]。

本研究通过系统聚类，把312份材料按4个品质性状初步划分成6大类，综合品质较好的材料集中在第I类群，第Ⅱ类群适于选育高油酸亲本，第Ⅲ类群适于选育高亚麻酸亲本，第Ⅳ、Ⅵ类群适于选育高亚油酸、高蛋白亲本。根据不同类群材料的品质特性，利用特异种质资源创制出育种新材料，是提高育种效率的有效途径。在以各类群为整体观察油菜籽粒中油酸、亚油酸和蛋白质的含量变化时，剔除了类群Ⅳ和Ⅴ，这两个类群3个品质性状的变化规律与其他类群有偏离，不过由于样本数量较少(共35份，占总样本数量的11.21%)，所以忽略小样本特征，由大样本主导。本研究对甘蓝型油菜中油酸、亚油酸、亚麻酸和蛋白质的合成代谢途径及它们之间的调控机制研究的并不完善，在今后的研究中仍需进一步探索，从而更深入的分析它们之间的关系。