不同海拔高度油用牡丹鳳丹籽粒品質(zhì)與氣象因子的相關(guān)性研究

丁熙檸，史 田，楊林菲，楊 輝，王凱軒，郭香鳳，史國(guó)安

(1.河南科技大學(xué) 洛陽(yáng)市牡丹生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/牡丹種質(zhì)創(chuàng)新與精深加工河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471023； 2.洛陽(yáng)市氣象局，河南 洛陽(yáng)471023；3.洛陽(yáng)市農(nóng)產(chǎn)品安全檢測(cè)中心，河南 洛陽(yáng) 471023)

牡丹(Paeoniasuffruticosa)是芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(Paeonia)植物，為中國(guó)特有的木本名貴植物資源，素有“花中之王”的美譽(yù)。牡丹在我國(guó)已經(jīng)有2 000多年的栽培歷史，經(jīng)歷了觀賞、藥用和綜合利用3個(gè)發(fā)展階段[1]，特別是近年來(lái)對(duì)牡丹籽油品質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)，有效地推動(dòng)了油用牡丹產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展[2]。油用牡丹是適應(yīng)范圍廣、產(chǎn)量高、油質(zhì)優(yōu)的栽培牡丹類型，已經(jīng)被國(guó)家納入新木本油料作物發(fā)展戰(zhàn)略，具有適合我國(guó)大面積推廣又不與糧爭(zhēng)地的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[3]，對(duì)改善國(guó)民食用油結(jié)構(gòu)和品質(zhì)、滿足人民對(duì)功能油脂的需求具有重要的戰(zhàn)略意義。前人對(duì)油用牡丹的育苗、引種、栽培技術(shù)、籽油制取、油脂品質(zhì)進(jìn)行了一些總結(jié)和研究[4-13]。但開展不同海拔高度油用牡丹籽油品質(zhì)與生態(tài)環(huán)境因子關(guān)系的研究甚少[14]，油用牡丹與種植地海拔高度之間依存關(guān)系的研究亟待加強(qiáng)。

洛陽(yáng)地處黃河中游、河南省的西部，屬于秦嶺伏牛山系東段北坡，習(xí)慣稱為豫西山地丘陵區(qū)過(guò)渡地帶[15]。洛陽(yáng)及其周邊地區(qū)是野生牡丹的重要發(fā)源地，是一個(gè)重要而特殊的牡丹栽植區(qū)[16]，海拔100～1 200 m 均有牡丹種植。該地區(qū)是我國(guó)油用牡丹的最適宜栽植地區(qū)，栽植的油用牡丹以鳳丹為主[1]。韓雪源等[17]測(cè)定了來(lái)自山東聊城、安徽銅陵、河南洛陽(yáng)和陜西彬縣等地的鳳丹籽油中主要脂肪酸含量，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的牡丹籽油之間存在較大差異，認(rèn)為牡丹籽油可能具有道地性。通常認(rèn)為隨著海拔高度的增加，光照強(qiáng)度增加，有利于提高果實(shí)的含油率[18]。以鳳丹牡丹為材料，研究洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔高度油用牡丹籽粒品質(zhì)與生態(tài)因子的相關(guān)性，分析環(huán)境因素對(duì)油用牡丹籽粒品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，以期探討洛陽(yáng)丘陵山區(qū)退耕還林時(shí)推廣油用牡丹種植的可行性，為油用牡丹栽培區(qū)劃和提高牡丹籽油質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地安排

試驗(yàn)樣地于2012年布置，按照洛陽(yáng)市不同海拔高度不同土壤類型進(jìn)行確定，分別是伊濱區(qū)東大郊村(編號(hào)1，下同)、伊濱區(qū)窯溝村(2)、偃師市保莊村(3)、偃師市常村(4)、孟津縣平樂(lè)村(5)、洛龍區(qū)呂廟村(6)、高新區(qū)土橋村(7)、河南科技大學(xué)周山校區(qū)(8)、新安縣西溝村(9)、嵩縣上川村(10)、嵩縣車村(11)、洛寧縣羅嶺村(12)、欒川縣白土村(13)。栽植3年生油用牡丹鳳丹種子實(shí)生苗，苗根莖0.8～1.2 cm，栽植基本密度37 500～45 000株/hm2，行距75 cm，株距30～36 cm，平原區(qū)按高密度栽植，山區(qū)按低密度栽植，田間管理同一般大田。2015年記錄各試驗(yàn)點(diǎn)牡丹開花期和牡丹莢果成熟期，果莢采收后經(jīng)過(guò)自然晾曬、脫粒、通風(fēng)干燥備用，用于相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 地理位置與氣象數(shù)據(jù)測(cè)定

用GPS確定試驗(yàn)樣點(diǎn)地理位置和海拔高度。2015年各點(diǎn)降雨量氣象資料由洛陽(yáng)市氣象局設(shè)立的氣象觀測(cè)站提供。年均溫、無(wú)霜期和日照時(shí)數(shù)為2011—2015年平均值。

1.3 牡丹籽粒性狀和理化指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 容重、百粒質(zhì)量和籽粒出仁率 牡丹籽粒自然風(fēng)干后，用容重計(jì)測(cè)量容重。隨機(jī)取自然風(fēng)干的牡丹籽粒各100粒，稱其質(zhì)量。手工脫殼后，再稱種仁質(zhì)量。每試驗(yàn)點(diǎn)牡丹籽粒樣品測(cè)量重復(fù)3次，樣品用百分之一電子天平稱量，分別統(tǒng)計(jì)籽粒百粒質(zhì)量和出仁率。

1.3.2 牡丹籽粒種仁營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量 將種仁粉碎后過(guò)篩(孔徑0.3 mm)，保存于-4 ℃冰箱中備用。采用索氏抽提法測(cè)定種仁粗脂肪含量，采用半微量凱氏定氮法測(cè)定種仁蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 牡丹籽粒種仁油脂肪酸組分與相對(duì)含量 參照戚軍超等[19]的方法，采用GC-MS測(cè)定種仁油脂肪酸組分與相對(duì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油用牡丹種植樣地基本概況

如表1所示，試驗(yàn)地海拔高度最低的是東大郊村(100 m)，最高為白土村(1 010 m)；東大郊村年均溫最高(16.1 ℃)，白土村最低(10.8 ℃)；年降雨量最多的是呂廟村(736.8 mm)，羅嶺村(647.7 mm)、車村(614.3 mm)、白土村(606.3 mm)次之，東大郊村(432.3 mm)和保莊村(432.3 mm)年降雨量最少。除樣地呂廟村外，其他樣地的年降雨量基本隨海拔高度的升高而增加；當(dāng)年無(wú)霜期最長(zhǎng)的為上川村和車村(231 d)，最短為白土村(197 d)，無(wú)霜期隨年均溫的增加而增加；低海拔的平樂(lè)村、呂廟村、土橋村和河南科技大學(xué)周山校區(qū)日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)(2 151.3 h)，羅嶺村日照時(shí)數(shù)最短(2 005.5 h)，總體上差異不大。試驗(yàn)地的土壤類型多為砂質(zhì)土或黏質(zhì)土，pH值呈堿性，丘陵山區(qū)試驗(yàn)地多為無(wú)灌溉條件。

表1 洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔油用牡丹試驗(yàn)樣地的地理環(huán)境條件Tab.1 The geographical and environmental conditions of oil tree peony test sites at different altitudes in Luoyang regions

2.2 不同海拔樣地油用牡丹籽粒性狀差異

由表2可知，海拔高度對(duì)鳳丹籽粒性狀影響的大小依次為百粒質(zhì)量、種仁蛋白質(zhì)含量、籽粒容重、種仁粗脂肪含量和出仁率。隨著海拔高度升高，灌漿期延長(zhǎng)，平原的保莊村和平樂(lè)村灌漿期最短，為110 d，高山的白土村最長(zhǎng)，為121 d。在有灌溉條件的低海拔試驗(yàn)地，東大郊村的牡丹籽粒百粒質(zhì)量和籽粒容重最大，分別為27.55 g和681.1 g/L，河南科技大學(xué)周山校區(qū)的牡丹籽粒容重最小(648.4 g/L)。在無(wú)灌溉條件下，中高海拔樣地的羅嶺村牡丹籽粒百粒質(zhì)量最大，為30.30 g，車村次之，為29.27 g，低海拔的土橋村牡丹籽粒百粒質(zhì)量最小，為19.39 g；西溝村牡丹籽粒容重最大，為690.6 g/L，車村最小，為572.4 g/L。各試驗(yàn)地間，牡丹籽粒種仁蛋白質(zhì)含量基本隨海拔的升高而降低，常村最高，為18.32%，上川村最低，為13.14%； 而不同樣地間， 牡丹籽粒的粗脂肪含量隨海拔的升高而增加，上川村最高，為38.19%，常村最低，為32.86%。不同樣地間牡丹籽粒出仁率差別不明顯，變異系數(shù)最低，為2.72%。在無(wú)灌溉條件下，隨著海拔高度升高，牡丹籽粒的百粒質(zhì)量呈增大趨勢(shì)，即海拔高度影響到牡丹籽粒的大小和飽滿度。說(shuō)明海拔高度差異主要影響鳳丹的籽粒百粒質(zhì)量。

表2 洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔試驗(yàn)樣地的油用牡丹籽粒性狀Tab.2 The grain characters of oil tree peony in different altitude test sites in Luoyang regions

注：-為數(shù)據(jù)缺失。

Note:“-” is missing data.

2.3 不同海拔樣地油用牡丹籽粒的種仁脂肪酸組分與相對(duì)含量差異

由表3可知，洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔試驗(yàn)樣地油用牡丹籽粒種仁油脂中共檢測(cè)出10種脂肪酸組分，脂肪酸相對(duì)含量大于1%的依次為亞麻酸、亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸。其中飽和脂肪酸相對(duì)含量較低，不飽和脂肪酸相對(duì)含量超過(guò)91%。不同試驗(yàn)樣地之間，硬脂酸、亞油酸和油酸的變異系數(shù)最大，依次為6.27%、5.69%和5.35%；亞麻酸和棕櫚酸的變異系數(shù)最小，為2.66%。而不同試驗(yàn)樣地之間，單不飽和脂肪酸的變異系數(shù)最高，為5.35%，多不飽和脂肪酸的變異系數(shù)最低，為2.10%。結(jié)果說(shuō)明，牡丹種仁中含量最高的亞麻酸和多不飽和脂肪酸受海拔高度等環(huán)境因子的影響是有限的。

表3 洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔試驗(yàn)樣地油用牡丹籽粒的種仁脂肪酸組分與相對(duì)含量Tab.3 Fatty acid composition and relative content in seed kernels of oil tree peony planted at different altitudes in Luoyang regions %

注：ND表示未檢出該組分。

Note:ND indicates that the component has not been detected.

2.4 油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境因子與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

2.4.1 生長(zhǎng)環(huán)境因子與籽粒性狀的相關(guān)性 由表4可知，海拔高度等環(huán)境因子與油用牡丹籽粒品質(zhì)性狀有顯著的相關(guān)性。試驗(yàn)樣地海拔高度與年均溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與灌漿期呈極顯著正相關(guān)；年均溫與無(wú)霜期呈顯著正相關(guān)，與灌漿期呈顯著負(fù)相關(guān)。不同樣地海拔高度與灌漿期和牡丹籽粒的粗脂肪含量呈極顯著、顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.957和0.675；海拔高度與籽粒種仁蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.583)；籽粒種仁蛋白質(zhì)含量與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.815)；牡丹籽粒的百粒質(zhì)量與出仁率呈顯著正相關(guān)(0.651)。說(shuō)明洛陽(yáng)地區(qū)范圍內(nèi)隨著試驗(yàn)樣地海拔的升高有利于牡丹籽粒積累較多的油脂。

2.4.2 生長(zhǎng)環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)性 如表5所示，通過(guò)對(duì)各油用牡丹試驗(yàn)樣地的油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境因子與脂肪酸組分間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，海拔高度與牡丹種仁油脂中的棕櫚酸和飽和脂肪酸相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)(0.568和0.556)；環(huán)境因子降雨量、年均溫和無(wú)霜期與脂肪酸組分之間沒有顯著的相關(guān)性。各脂肪酸組分間，棕櫚酸與硬脂酸和飽和脂肪酸相對(duì)含量呈極顯著的正相關(guān)(0.822和0.966)；硬脂酸與油酸、飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈顯著的正相關(guān)(0.590、0.910和0.644)，與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈顯著的負(fù)相關(guān)(-0.607)；油酸與單不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)(0.998)，與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)(-0.906)；亞油酸與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量之間呈顯著的正相關(guān)(0.659)；單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量之間呈極顯著的負(fù)相關(guān)。結(jié)果說(shuō)明，在洛陽(yáng)地區(qū)海拔高度等環(huán)境因子對(duì)牡丹種仁中不飽和脂肪酸組分與相對(duì)含量沒有顯著影響。

表4 油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境因子與籽粒性狀的相關(guān)系數(shù)Tab.4 The correlation coefficients between growth environmental factors and grain characteristics of oil tree peony

注：*和**分別表示相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平,下同。

Note:* and ** show that correlation is significant at the 0.05 and 0.01 level,respectively.The same below.

表5 油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Tab.5 The correlation coefficients between growth environmental factors and oil quality of oil tree peony

續(xù)表5 油用牡丹生長(zhǎng)環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Tab.5(Continued) The correlation coefficients between growth environmental factors and oil quality of oil tree peony

3 結(jié)論與討論

油料作物在種植區(qū)劃選擇中，主要考察經(jīng)緯度、海拔高度、積溫、降雨量等環(huán)境因素，其中，海拔高度往往作為影響植物生長(zhǎng)較重要的環(huán)境因子。不同栽培地區(qū)海拔高度常導(dǎo)致相應(yīng)地區(qū)的日照、晝夜溫差、有效積溫及降雨量等生態(tài)條件發(fā)生變化，從而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育與主要內(nèi)含物含量的變化[20]。

百粒質(zhì)量是油用牡丹產(chǎn)量性狀的主要構(gòu)成因素之一，也是油用牡丹主要的品質(zhì)指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，在有灌溉條件或著沒有灌溉條件下，油用牡丹鳳丹籽粒的百粒質(zhì)量均隨著海拔的升高呈增大趨勢(shì)。同時(shí)，牡丹種子百粒質(zhì)量與出仁率呈顯著正相關(guān)，即牡丹籽的飽滿度影響到出仁率。

種子儲(chǔ)脂主要是由營(yíng)養(yǎng)器官中合成的丙酮酸鹽和能量轉(zhuǎn)運(yùn)到生殖器官形成的[21]。種子油脂含量不僅受光合效率、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及脂類代謝酶的控制，而且受到溫度、光照、水分等環(huán)境因素的影響[22]。本研究表明，海拔高度與籽粒粗脂肪含量的關(guān)系呈顯著正相關(guān)，即隨著海拔的升高，油用牡丹籽粒的粗脂肪含量也隨之升高。這與DARWISH[23]的海拔高度的增加、光照強(qiáng)度的增加有利于果實(shí)含油量的積累是一致的。而降雨量、年均溫和無(wú)霜期與單一年份的牡丹籽粒粗脂肪含量的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，這尚需多年多點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

植物籽粒中脂肪酸的組分與相對(duì)含量主要與脂肪酸延長(zhǎng)及脫飽和酶活性相關(guān)，是脂肪酸物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化的結(jié)果[21]。本研究表明，海拔高度與牡丹種仁中棕櫚酸和飽和脂肪酸相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)；降雨量、年均溫、無(wú)霜期與棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸相對(duì)含量沒有相關(guān)性。各脂肪酸組分間，棕櫚酸與硬脂酸及飽和脂肪酸相對(duì)含量之間呈極顯著正相關(guān)；硬脂酸與飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸相對(duì)含量之間亦呈顯著正相關(guān)，而與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈顯著的負(fù)相關(guān)；油酸與單不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與多不飽和脂肪酸相對(duì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。與韓雪源等[17]對(duì)鳳丹籽主要脂肪酸含量的相關(guān)性分析結(jié)論基本一致。沈奇等[22]指出，不同品系紫蘇α-亞麻酸含量與經(jīng)度、緯度和積溫及均溫均呈負(fù)相關(guān)，與海拔、日照時(shí)間和降雨量呈正相關(guān)；棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸與各環(huán)境因子的相關(guān)性則相反。孟祥勛等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔高度下大豆籽粒棕櫚酸和油酸與海拔高度呈負(fù)相關(guān)，亞油酸和亞麻酸與海拔高度呈正相關(guān)，硬脂酸與海拔高度無(wú)顯著相關(guān)性。蔡順順[25]指出不同品種(系)紫蘇的含油量和脂肪酸受環(huán)境因素和自身遺傳因素的雙重影響。由此可見，環(huán)境因子對(duì)不同作物籽粒油脂脂肪酸組分的影響是不同的，可能與不同作物的遺傳背景或?qū)Νh(huán)境因子響應(yīng)機(jī)制不同有關(guān)。在洛陽(yáng)地區(qū)試驗(yàn)條件下，環(huán)境因子對(duì)牡丹種仁中亞麻酸和多不飽和脂肪酸含量的影響是有限的，其分子生理機(jī)制有待深入探討。

綜上所述，洛陽(yáng)地區(qū)不同海拔環(huán)境因子對(duì)油用牡丹鳳丹籽粒百粒質(zhì)量、粗脂肪和蛋白質(zhì)含量有明顯影響。而亞麻酸等多不飽和脂肪酸含量是遺傳相對(duì)穩(wěn)定的質(zhì)量性狀，主要受到鳳丹牡丹基因型的控制，環(huán)境因素的影響不明顯。該研究為洛陽(yáng)丘陵山區(qū)及臨近地區(qū)實(shí)施退耕還林政策時(shí)推廣種植油用牡丹提供了技術(shù)支持，并為油用牡丹鳳丹栽培區(qū)劃和牡丹籽油品質(zhì)提升提供了理論依據(jù)。