甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體油和蛋白質(zhì)含量變異及相關(guān)性分析

萬(wàn) 薇， 余坤江， 葉波濤， Aimal Nawaz Khattak， 林樹春， 田恩堂

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽(yáng) 550025； 2.貴州大學(xué)油料作物研究所， 貴陽(yáng) 550025)

甘藍(lán)型油菜(B.napus,AACC,2 n=38)，是我國(guó)三種油菜類型之一，也是籽粒產(chǎn)量最高的一類，主要種植在我國(guó)的長(zhǎng)江中下游流域[1-2]。豐產(chǎn)性高、抗逆性強(qiáng)、抗病力好和適應(yīng)性廣是甘藍(lán)型油菜的重要特征[3-4]。我國(guó)的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源匱乏，加強(qiáng)甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源的引入及篩選，對(duì)推進(jìn)基因資源的開發(fā)和充分利用，進(jìn)一步保障油料作物的安全性及促進(jìn)西南各省農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展具有十分重要的意義。油含量和蛋白質(zhì)含量間的相關(guān)性在白菜型油菜和芥菜型油菜中均有相關(guān)報(bào)道。侯維海等[5]測(cè)定了36份來(lái)自西藏不同地區(qū)的白菜型油菜種子油含量及蛋白質(zhì)含量，顯示種子蛋白質(zhì)含量和油含量之間表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.835)。田恩堂等[6]檢測(cè)了34份芥菜型油菜種質(zhì)材料的油含量和蛋白質(zhì)含量，得出二者之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r=-0.612)。Mahmood等[7]建立了一個(gè)DH作圖群體(印度芥菜型油菜)，同時(shí)對(duì)油含量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了分析，也得到了兩者間的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.7)。目前，有關(guān)甘藍(lán)型油菜品種中油含量和蛋白質(zhì)含量相關(guān)性研究也已經(jīng)廣泛的在進(jìn)行。唐章林等對(duì)208份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源的相關(guān)品質(zhì)性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示：其中蛋白質(zhì)含量和油含量達(dá)到極顯著差異[8]。許劍鋒等采用甘藍(lán)型油菜群體分別與雙親回交，從而建立了2個(gè)群體(BC1F11和BC1F12)，對(duì)油菜籽蛋白質(zhì)含量和油含量進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明：蛋白質(zhì)含量和油含量之間呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.221)[9]。前人廣泛開展了對(duì)甘藍(lán)型、芥菜型及白菜型三種油菜類型中油含量和蛋白質(zhì)含量的遺傳分析和研究，但是在貴州等西南山地農(nóng)業(yè)地區(qū)的研究報(bào)道較少，缺乏適用于當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下栽培種植的優(yōu)良甘藍(lán)型油菜育種材料。本研究在貴陽(yáng)環(huán)境條件下，對(duì)種植并測(cè)定的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料的油含量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行分析，篩選出表現(xiàn)較為優(yōu)良的育種材料，為甘藍(lán)型油菜研究奠定基礎(chǔ)和提供育種材料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為來(lái)自全國(guó)各地的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料，這批材料具有豐富的油含量和蛋白質(zhì)含量變異。2016年10月，播種在貴州大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)場(chǎng)，每份材料種植2行。在材料開花期，每行隨機(jī)選擇3個(gè)植株進(jìn)行套袋自交，在成熟后收取自交種子，備用。

圖1 油含量(A)、蛋白質(zhì)含量(B)和(油+蛋白質(zhì))含量(C)的正態(tài)分布

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用近紅外法測(cè)定材料的油含量和蛋白質(zhì)含量。每份材料選取3 g左右的飽滿種子，并重復(fù)測(cè)定2次，取平均值作為最終數(shù)據(jù)用于分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)性分析，并作正態(tài)分布圖及折線圖等。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀變異

本研究搜集了來(lái)自全國(guó)各地的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料，在貴州大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)場(chǎng)種植，收獲材料后，測(cè)定種子的油含量和蛋白質(zhì)含量。單樣本K-S檢驗(yàn)得到，Z為0.569，p=0.902>0.05。結(jié)果表明：群體的油含量呈近似正態(tài)分布(圖1、表1)，材料中油含量最高的是林編12-71(51.4%)，最低的是2 E 63-3(27.9%)，平均油含量為40.0%，變異系數(shù)為9.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.8。油含量在25.0%～30.0%之間的材料只有3份，分別是2 E 63-3(27.9%)、林編12-100(28.2%)和4 E 014(29.6%)；油含量在30.0%～35.0%之間的材料共有28份，占所有材料的7.7%；油含量在35.0%～40.0%之間的材料共有151份，占所有材料的41.6%，此區(qū)間所占材料最多；油含量在40.0%～45.0%之間的材料共有142份，占所有材料的39.1%；油含量在45.0%～50.0%之間的材料共有38份，占所有材料的10.5%；而油含量超過(guò)50.0%的材料只有1份，為林編12-71，油含量為51.4%。

單樣本K-S檢驗(yàn)得到，Z為0.852，p=0.462>0.05。結(jié)果表明：群體的蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)出近似正態(tài)分布(圖1、表1)，材料中最高的蛋白質(zhì)含量和最低的蛋白質(zhì)含量分別為34.1%(林編13-62)和20.8%(全C 06-1自由)。群體的蛋白質(zhì)含量的均值為27.5%，變異系數(shù)為8.4%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.3。蛋白質(zhì)含量在20.0%～24.0%之間的材料有27份，占所有材料的7.4%；蛋白質(zhì)含量在24.0%～28.0%之間的材料有183份，占所有材料的50.4%，此區(qū)間所占材料最多；蛋白質(zhì)含量在28.0%～32.0%之間的材料有145份，占所有材料的39.9%，此區(qū)間是整個(gè)群體材料的第二集中區(qū)；蛋白質(zhì)含量大于32.0%的材料有8份，占所有材料的2.2%，分別為林編13-62(34.1%)、4 E 006(34.0%)、林編12-95(33.0%)、CJ-1(32.7%)、Vao 124(32.3%)、林編13-61(32.3%)、寧RS-1(32.2%)、灨油2(32.1%)。

根據(jù)單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果得到，Z為0.504，p=0.962>0.05。結(jié)果表明：群體油含量和蛋白質(zhì)含量的總含量同樣也呈近似正態(tài)分布(圖1、表1)，材料的最高總含量為林編12-230(75.1%)，最低總含量是2 E 63-3(57.8%)。群體的總含量的均值為67.6%，變異系數(shù)為4.3%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.9?？偤康陀?0%的材料有3份，分別為2 E 63-3(57.8%)、2 E 63-9(59.4%)和林編12-100(59.9%)；總含量在60.0%～65.0%之間的材料有59份，占所有材料的16.3%；總含量在65.0%～70.0%之間的材料有231份，占所有材料的63.6%，此區(qū)間所占材料最多；總含量在70.0%～75.0%之間的材料有69份，占所有材料的19%；總含量高于75%的材料是林編12-230(75.1%)。總含量高于72%的材料，其中共有8份油含量與蛋白質(zhì)含量都表現(xiàn)良好，分別為林編12-230(油含量46.9%、蛋白質(zhì)含量28.2%)、林編12-71(油含量51.4%、蛋白質(zhì)含量23.1%)、林編13-43(油含量48.7%、蛋白質(zhì)含量25.1%)、林編13-41(油含量47.5%、蛋白質(zhì)含量26.0%)、綿新油68(油含量46.1%、蛋白質(zhì)含量27.4%)、林編12-63(油含量44.4%、蛋白質(zhì)含量28.6%)、林編12-68(油含量44.7%、蛋白質(zhì)含量28.1%)、林編13-56(油含量45.0%、蛋白質(zhì)含量27.5%)。

表1 油含量、蛋白質(zhì)含量和(油+蛋白質(zhì))含量的變異情況

指標(biāo)變異范圍平均值 變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差油含量/%27.9～51.440.09.53.8蛋白質(zhì)含量/%20.8～34.127.58.42.3(油+蛋白質(zhì))含量/%57.8～75.167.64.32.9

2.2 相關(guān)性分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)363份甘藍(lán)型油菜種子的油含量和蛋白質(zhì)含量及二者總含量的折線圖分析(圖2)可知：隨著甘藍(lán)型油菜種子油含量的不斷增大(曲線呈上行趨勢(shì))，蛋白質(zhì)含量不斷減小(曲線呈下行趨勢(shì))，即油的含量較高的材料，其蛋白質(zhì)含量一般較低，反之亦然。絕大多數(shù)材料油含量和蛋白質(zhì)含量的總含量在63.3%～72.5%范圍內(nèi)變化，總含量的斜率(k=0.021 6)絕對(duì)值小于油含量的斜率(k=0.035 4)，大于蛋白質(zhì)含量的斜率(k=0.013 8)。結(jié)果說(shuō)明，相比而言，材料間蛋白質(zhì)含量的浮動(dòng)最小，表現(xiàn)更加穩(wěn)定。對(duì)油含量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性分析，可以得到二者之間的pearson相關(guān)性系數(shù)r= -0.65(p<0.01)，呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖2 油含量、蛋白質(zhì)含量和(油+蛋白質(zhì))含量的折線圖

2.3 聚類分析結(jié)果

以油含量和蛋白質(zhì)含量為主要參考指標(biāo)，對(duì)363份甘藍(lán)型油菜材料進(jìn)行聚類。結(jié)果(圖3、表2)表明，363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源大體可分成3個(gè)類群。群Ⅰ中只有9份材料，占所有材料的2.5%，油含量和蛋白質(zhì)含量的平均值分別為30.3%和31.6%，變異系數(shù)是5.3%與4.4%，標(biāo)準(zhǔn)差為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，油含量和蛋白質(zhì)含量的平均值分別是39.6%和27.9%，變異系數(shù)分別為7.6%與6.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.0和1.8；群Ⅲ中共有40份材料，占所有材料的11.0%，油含量和蛋白質(zhì)含量的平均值分別為45.9%和23.8%，變異系數(shù)是4.4%與5.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.0和1.4。如圖3所示，甘藍(lán)型油菜材料中的油含量表現(xiàn)為：群體Ⅰ(30.0%)<群體Ⅱ(39.6%)<群體Ⅲ(45.9%)，而蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為：群體Ⅲ(23.8%)<群體Ⅱ(27.9%)<群體I(31.6%)

圖3 聚類分析結(jié)果

表2 甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源分群及其油含量和蛋白質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)

群體性狀材料份數(shù)(比率/%)平均值/%變異系數(shù)/%標(biāo)準(zhǔn)差 Ⅰ油含量蛋白質(zhì)含量9(2.5)30.331.65.34.41.61.4 Ⅱ油含量蛋白質(zhì)含量314(86.5)39.627.97.66.53.01.8 Ⅲ油含量蛋白質(zhì)含量40(11.0)45.923.84.45.92.01.4

3 討 論

油和蛋白質(zhì)的含量是與油菜等油料作物品質(zhì)有關(guān)的重要性狀[10]，對(duì)油菜材料遺傳多樣性的研究分析、挖掘其優(yōu)良基因和種質(zhì)資源的利用具有十分重要的意義[11-12]。在陸地棉棉仁[13]、白菜型油菜[14]、芥菜型油菜[15]和花生[16]等作物中，種子油的含量及蛋白質(zhì)的含量均表現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。在貴陽(yáng)環(huán)境條件下種植來(lái)自全國(guó)各地的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源，本研究檢測(cè)到了油含量和蛋白質(zhì)含量豐富的遺傳變異。檢測(cè)結(jié)果表明：材料中的油含量和蛋白質(zhì)含量都表現(xiàn)出了明顯的遺傳變異，其中一些材料還表現(xiàn)出良好的育種潛質(zhì)，可以在將來(lái)甘藍(lán)型油菜的育種工作中加以利用。前人的研究[8-9,17]得到，甘藍(lán)型油菜的油含量和蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出了顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，本研究進(jìn)一步驗(yàn)證了這種負(fù)相關(guān)關(guān)系，這對(duì)于未來(lái)甘藍(lán)型油菜的育種工作具有十分重要的意義。油含量和蛋白質(zhì)含量之間的負(fù)相關(guān)的關(guān)系可能與二者的生物合成有關(guān)[18]，油菜植株所生成的能量有限，蛋白質(zhì)合成過(guò)多，則用于合成油脂的能量就會(huì)相對(duì)應(yīng)的減少；反之，如果油脂合成多了，則用于合成蛋白質(zhì)的能量也就相對(duì)應(yīng)的降低[6,14]。

本研究從甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體材料中獲得了大量的高油含量、高蛋白質(zhì)含量以及(油+蛋白質(zhì))含量均相對(duì)較高的甘藍(lán)型油菜育種材料。油含量較高的材料可以提高油料作物的產(chǎn)油量及出油率；蛋白質(zhì)含量較高的材料，餅粕中的蛋白質(zhì)含量也較高，而(油+蛋白質(zhì))含量總量均相對(duì)較高的材料具有兩方面的優(yōu)勢(shì)，不僅可以作飼料，同時(shí)也能作為油料利用。本研究中，對(duì)于甘藍(lán)型油菜油含量和蛋白質(zhì)含量之間的調(diào)控機(jī)理的研究并不完善，有待日后利用更多的生物技術(shù)進(jìn)行更深入的探討研究。

4 結(jié) 論

本研究測(cè)定了363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體材料的油含量和蛋白質(zhì)含量，得到了兩者之間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了較優(yōu)異的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源：高油含量材料林編12-71(51.4%)和浙油50(49.9%)、高蛋白質(zhì)含量材料林編13-62(34.1%)和4 E 006(34.0%)及高總含量(油+蛋白質(zhì)含量)材料林編12-230(75.1%)和AC 21(74.8%)，這些材料可用于甘藍(lán)型油菜的遺傳育種和基礎(chǔ)研究。