甘蓝型油菜的品质性状综合评价

2023-01-12常涛官梅官春云

湖南农业大学学报（自然科学版） 2022年6期

常涛，官梅*，官春云

甘蓝型油菜的品质性状综合评价

常涛1,2，官梅1,2*，官春云1,2

(1.湖南农业大学农学院湖南长沙 410128；2.国家油料改良中心湖南分中心，湖南长沙 410128)

采用变异系数、多样性指数对2018—2021年度360份甘蓝型油菜的10个品质性状进行多样性分析和性状差异分析；采用聚类分析、主成分分析、相关性分析和逐步回归分析对甘蓝型油菜的品质性状进行综合评价和鉴定指标筛选。结果表明：360份甘蓝型油菜种质的10个品质性状多样性指数为0.55～1.52，除硫苷含量、芥酸含量和花生烯酸含量外，其他性状的多样性指数均大于1.00；变异系数范围为9.79%～181.49%，含油量、蛋白质含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量多样性丰富；聚类分析把种质资源分为3个类群，第Ⅰ类群硫苷含量、芥酸含量平均值较低，而含油量、油酸含量较高，即整体满足“双低”的同时还兼顾高油酸和高含油量；第Ⅱ类群的硫苷含量、油酸含量较高，含油量较低；第Ⅲ类群含油量、油酸含量较低，但亚油酸含量、亚麻酸含量、芥酸含量整体高于前2个类群；主成分分析把10个性状归为4个主成分，累计贡献率为63.009%，表明4个主成分包含了品质性状的大部分信息；甘蓝型油菜品质性状的综合得分值均值为1.039；相关性分析表明，8个品质性状(硫苷含量、蛋白质含量、软脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量和芥酸含量)与值呈显著相关，可以作为种质资源性状评价指标；油酸含量与含油量呈显著正相关，与蛋白质含量呈显著负相关；含油量、油酸含量和蛋白质含量可作为选育高品质油菜的初步判断标准。

甘蓝型油菜；品质性状；多样性指数；综合评价

油菜(L.)是中国最主要的油料作物，是国产植物油的第一大油源[1]。随着油菜用途的多元化，油菜品质的改良也备受关注。油菜品质是多个指标共同作用的结果[2–3]。以往对油菜表型性状的多样性分析主要集中在对产量、抗逆等性状的研究[4–9]，但对油菜籽粒品质性状综合分析的研究较少，且多局限于单一年份的调查情况[10–13]。本研究中，选用了360份甘蓝型油菜种质群体，在湖南进行多年种植，通过考察其主要品质性状，并对这些性状进行相关性分析和主成分分析，对油菜的品质性状进行综合鉴定，探索油菜种质资源多样性的组成特性和品质性状间的关联性，旨在筛选出相对合理的表型评价指标，为油菜多元化应用和新品种选育提供参考。

1　材料与方法

1.1　材料

360份油菜材料由国家油料改良中心湖南分中心提供。

1.2　方法

试验于2018—2021年在湖南农业大学耘园基地进行。前茬作物为水稻。360份油菜材料随机区组排列，3次重复。小区面积15 m2。条播，每小区10行，行长5 m，行距0.3 m。成熟后每个小区随机选取长势基本一致的10株油菜测定品质性状，结果取平均值。测定性状包括含油量、硫苷含量、蛋白质含量、软脂酸含量、硬脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量、芥酸含量。参照GARCÍA–AYUSO等[14]的方法，采用索式抽提法测定含油量；参照WAN等[15]的方法，采用气相色谱法测定油酸含量、软脂酸含量、硬脂酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量、芥酸含量；参照TKACHUK[16]的方法，采用近红外分析法测定硫苷含量、蛋白质含量。

1.3　数据分析

采用Microsoft Excel 2003进行统计分析；采用SPSS 22.0进行聚类分析、相关性分析、主成分分析和绘图，计算各主成分及表型性状的综合得分值，结合逐步回归分析法筛选综合性状评价指标；参照文献[17–19]的方法进行隶属函数分析和遗传多样性分析，评价种质资源的稳定性。

2　结果与分析

2.1　遗传多样性分析

360份材料10个性状的遗传多样性分析结果见表1。从表1可以看出，不同材料之间的性状存在较大差异，油酸含量、含油量、亚油酸含量、硬脂酸含量、软脂酸含量、蛋白质含量、亚麻酸含量、硫苷含量、花生烯酸含量、芥酸含量的遗传多样性指数依次降低。除硫苷含量、花生烯酸含量、芥酸含量外，其他7个性状的遗传多样性指数均大于1.00，其中，油酸的遗传多样性指数最高，为1.52。

不同性状的变异系数差异较大，介于9.79%～181.49%，其中软脂酸、蛋白质含量变异系数较低，均低于15%，而花生烯酸、芥酸含量变异系数较高，这对油菜品质育种具有重要的参考价值。

表1　360份油菜资源10个性状的变化

2.2　性状年度变化

2018—2021年360份甘蓝型油菜的品质性状见表2。连续3年，芥酸含量变异系数均高于100%；硫苷含量、硬脂酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量的变异系数也较高；含油量、蛋白质含量、软脂酸含量、油酸含量的变异系数较低。软脂酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量年度间变化大；含油量、硫苷含量、蛋白质含量、油酸含量、芥酸含量年度间变化较小，说明环境对表型性状有一定的影响。

表2　2018—2021年供试油菜主要品质性状年度间的差异

生育时期油酸含量/%亚油酸含量/%亚麻酸含量/%花生烯酸含量/%芥酸含量/% 均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数 2018–09—2019–0575.48±10.0413.3113.89±6.0243.365.28±2.1039.682.67±2.94110.061.61±2.91180.38 2019–09—2020–0571.72±10.4214.5418.55±3.3418.008.05±2.3929.694.08±4.01 98.431.62±2.74165.83 2020–09—2021–0570.41±12.2117.3417.64±3.5219.986.19±1.7728.690.84±0.48 57.901.69±3.24191.67

2.3　性状相关性分析

10个性状的相关性分析结果(表3)显示，各性状间存在不同程度的相关性：含油量与油酸含量呈显著正相关，与蛋白质含量、亚油酸含量、亚麻酸含量呈显著负相关；硫苷含量与亚麻酸含量呈显著正相关，与蛋白质含量呈显著负相关；蛋白质含量与油酸含量呈显著负相关；软脂酸含量与亚麻酸含量呈显著正相关，与硬脂酸含量、油酸含量呈显著负相关，与亚油酸含量呈极显著正相关；硬脂酸含量与亚油酸含量呈显著负相关；油酸含量与亚油酸含量呈极显著负相关；亚油酸含量与亚麻酸含量呈极显著正相关。

表3　10个性状的相关系数

“*”“**”分别示相关性显著(＜0.05)和极显著(＜0.01)。

2.4　性状主成分与聚类分析

对360份甘蓝型油菜材料的10个性状进行主成分分析，结果见表4。第Ⅰ主成分贡献率为27.029%，第Ⅱ主成分贡献率为14.212%，第Ⅲ主成分贡献率为11.186%，第Ⅳ主成分贡献率为10.582%，4个主成分的特征值均大于1，且累计贡献率达63.009%；因此，可将原来的10项指标转化为4个新的独立的综合指标，以进一步评价种质资源的表型性状。

表4　360份油菜资源性状10个性状的主成分分析结果

基于360份材料的10个性状的聚类分析结果，在欧式距离9.82处将油菜划分为3个类群，对各个类群进行统计分析，结果见表5。3个类群油菜资源的蛋白质含量、软脂酸含量、硬脂酸含量差异较小。第Ⅰ类群硫苷含量、芥酸含量平均值较低，而含油量、油酸含量较高，即整体满足“双低”的同时兼顾高油酸和高含油量；第Ⅱ类群的硫苷含量、油酸含量较高，含油量较低；第Ⅲ类群含油量、油酸含量较低，但亚油酸含量、亚麻酸含量、芥酸含量整体高于前2个类群。

表5　不同类群油菜资源10个性状的比较

类群油酸含量/%亚油酸含量/%亚麻酸含量/%花生烯酸含量/%芥酸含量/% 均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数均值±标准差变异系数 Ⅰ78.62±7.52 9.5814.62±5.6838.885.50±2.2340.642.39±2.88120.681.13±2.13188.93 Ⅱ78.31±7.9710.2015.98±3.1519.736.41±2.1032.801.27±1.90149.811.35±2.62193.82 Ⅲ59.05±6.8511.5119.74±3.2214.777.42±2.3327.932.23±3.20122.022.64±3.94153.07

2.5　综合评价

对10个品质性状值的4个主成分得分进行归一化处理，计算各主成分的权重系数，分别为0.429、0.226、0.178和0.168，最后求得每份种质材料的综合得分值，进而对360份油菜种质资源进行综合评价，综合值为1.039。值与各性状的相关性分析结果见表6。从表6可知，除了含油量和硬脂酸含量外，其他8个性状均与值呈显著相关。值与亚油酸含量、亚麻酸含量呈极显著正相关，与硫苷含量、花生烯酸含量、芥酸含量呈显著正相关，与油酸含量呈极显著负相关，与蛋白质含量呈显著负相关。将显著相关的性状与值构建回归方程，得最优回归方程。

=0.4392–1.0323+0.7294–0.6636+0.8667+1.1558+1.259+0.46410。

式中：2、3、4、6、7、8、9、10分别代表硫苷含量、蛋白质含量、软脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量和芥酸含量。方程相关系数和决定系数2分别为0.98和0.96，表明8个自变量可决定值总变异的96%。由回归方程可知8个性状对表型多样性综合值影响显著，可以作为油菜的综合评价指标。

表6　10个品质性状与表型综合得分的相关系数

“*”“**”分别示相关性显著(＜0.05)和极显著(＜0.01)。

3　结论与讨论

甘蓝型油菜育种材料经历了自然和人工的选择，保持了较高的遗传多样性。育种材料的研究多集中于对产量相关性状的研究，导致具有品质潜力的材料无法被充分利用[20–21]。近年来，随着油菜育种导向的改变，油菜育种的目标也逐渐向优质、多用途转变，重新评价和利用育种资源成为拓展油菜育种遗传基础和充分利用油菜的重要途径[22]。本研究中，选用的360份甘蓝型油菜材料包含了“高油酸”“高含油”“高蛋白”等多种类别的表现型，发现除硫苷含量、花生烯酸含量、芥酸含量外，其他性状的多样性指数均大于1.00，这些结果与前人[4,6]对油菜核心种质表型多样性的研究结果基本一致，说明油菜育种材料的表型遗传变异较为丰富。而硫苷含量、花生烯酸含量、芥酸含量多样性较低的原因可能是受“双低”油菜育种导向的影响，育种材料除部分特殊材料外，整体向低硫苷含量、低芥酸含量的方向发展。

本研究中，利用表型性状综合得分值对甘蓝型油菜进行评价，该方法已在水稻[23]、油菜[24]、棉花[25]、谷子[17]、花生[26]等作物的综合评价中得到应用。综合评价结果显示，值为1.039。除含油量和硬脂酸含量外，值与其他性状的相关性均达到显著水平，说明值可作为评价油菜的综合指标。硬脂酸含量与值相关性不显著的原因可能是因为样本间数值差异较小所致。本研究中，含油量与值相关性不高，但含油量与大多数品质性状显著相关，可作为日后探究油菜产量与品质关联的突破口，为高产、高品质油菜新品种选育提供参考依据。相关性分析结果表明，8个品质性状(硫苷含量、蛋白质含量、软脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量和芥酸含量)与值呈显著相关，可以作为种质资源性状评价指标；油酸含量与含油量呈显著正相关，与蛋白质含量呈显著负相关。含油量、油酸含量和蛋白质含量可作为选育高品质油菜的初步判断标准，应用到今后的遥感建模等相关研究。

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Comprehensive evaluation of quality traits in

CHANG Tao1,2，GUAN Mei1,2*，GUAN Chunyun1,2

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2.National Oil Crops Improvement Center in Hunan, Changsha, Hunan 410128, China)

In this study, we analysed the diversity characteristics and distribution laws of 10 quality traits of 360from 2018 to 2021 to evaluate the quality traits ofresources. Variation coefficients, Shannon- weaver information index cluster analysis, principal component analysis, correlation and regression analysis were comprehensively used to evaluate the relationship of characteristics and select important characteristics. The diversity index of quality traits of 360germplasm ranged from 0.55 to 1.52. They were all greater than 1.00 except for contents of glucosinolate, erucic acid and arachidonic acid. And the coefficient of variation ranges from 9.79% to 181.49%. The diversities of oil, protein, oleic acid, linoleic acid and linolenic acid contents were rich. Cluster analysis divided the germplasm resources into three groups: the first group had lower average values of glucosinolate and erucic acid contents, but higher oil and oleic acid contents, that was, it met the “double low” as a whole, and then considered both high oleic acid and high oil content. The second group had higher glucosinolate and oleic acid contents and lower oil content. The third group had lower oil and oleic acid contents, but the contents of linoleic acid, linolenic acid and erucic acid were higher than the first two groups. Principal component analysis classified 10 traits into four principal components, and the cumulative contribution rate was 63.009%, indicating that the four principal components contained most of the information of quality traits. The averagevalue of the comprehensive score of quality traits inwas 1.039. The correlation analysis showed that 8 quality traits(contents of glucosinolate, protein, palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid and erucic acid) were significantly correlated withvalue, which indicated that the eight quality traits could be selected as evaluation indexes of germplasm resources. Oleic acid content was significantly positively correlated with oil content and negatively correlated with protein content, which indicated oil content, oleic acid and protein could be used as the preliminary judgment criteria for breeding new high-quality rape varieties.

; quality traits; diversity index; comprehensive evaluation

S565.402

1007-1032(2022)06-0638-05

常涛，官梅，官春云．甘蓝型油菜的品质性状综合评价[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2022，48(6)：638–642．

CHANG T，GUAN M，GUAN C Y．Comprehensive evaluation of quality traits in[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2022，48(6)：638–642．

http://xb.hunau.edu.cn