生態(tài)環(huán)境因子對不同基因型向日葵材料主要品質(zhì)性狀的影響

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所,貴陽 550006)

向日葵(HelianthusannuusL.)屬于菊科向日葵屬植物，是世界上四大油料作物之一，也是我國重要的油料作物，種植面積僅低于大豆、油菜和花生[1]。向日葵籽仁中含有許多種蛋白質(zhì)，如球蛋白，油脂體蛋白等[2]，向日葵蛋白質(zhì)含8種必需氨基酸，除賴氨酸外其它7種必需氨基酸含量均比世界衛(wèi)生組織(WHO)與聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)標(biāo)準(zhǔn)高，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的平衡性好，因此，向日葵是人類蛋白質(zhì)的一大來源。向日葵籽油富含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量高達(dá)60%以上[3-4]，是人體必需的不飽和脂肪酸，具有降血壓、降血脂、防止動脈硬化等功效[5]。向日葵籽還是天然維生素E重要來源，維生素E是脂溶性維生素，包含了生育酚以及生育三烯酚，向日葵的維生素E中含有96.4%α-生育酚[6-7]。維生素 E 與生殖、心血管病以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)代謝有密切關(guān)系，它可以作為輔助藥物用于治療冠心病、動脈硬化、腦軟化等疾病[8]。另外，葵花籽油還可用于工業(yè)原料，如化妝品、藥物、清潔劑、潤滑劑、表面活性劑或者用于化合物合成等。

同時(shí)，向日葵具有耐鹽堿、耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。但向日葵對變化的環(huán)境有一定的敏感性，不同的環(huán)境對向日葵的主要品質(zhì)的影響也存在差異。王燕飛等[9]對4個(gè)不同生態(tài)環(huán)境的油用向日葵的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了研究，表明同一向日葵品種在不同的生態(tài)環(huán)境下，蛋白質(zhì)含量的平均變異差高達(dá)5.49%。Fayya等(2004)研究了向日葵油及脂肪酸在不同環(huán)境條件下的含量，結(jié)果表明：春向日葵的油脂和油酸含量比秋向日葵的高，而亞油酸的含量春向日葵的比秋向日葵的低。目前對大豆、甘薯、油茶、花生等主要作物的品質(zhì)與不同生態(tài)環(huán)境關(guān)系研究較多[10-13]，但未發(fā)現(xiàn)貴州不同生態(tài)區(qū)域食用向日葵品質(zhì)差異的研究。本研究通過8個(gè)食用向日葵材料在貴州6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行種植，研究食用向日葵蛋白質(zhì)、含油量(粗脂肪)、維生素含量以及脂肪酸組成等主要品質(zhì)特性在不同生態(tài)區(qū)域的變異，為篩選向日葵某一品質(zhì)性狀提供理論依據(jù)，為貴州地區(qū)優(yōu)質(zhì)食用向日葵產(chǎn)業(yè)的區(qū)域化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

向日葵種子為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所的試驗(yàn)材料(如表1)， 于2018年4月中旬分別在貴州的貴陽、安順、興義、六盤水、黔西縣及遵義播州區(qū)6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行播種，采用統(tǒng)一的種植技術(shù)規(guī)程進(jìn)行種植，于2018年9月分別收獲種子。種子自然風(fēng)干，除去雜質(zhì)和癟殼后，選取籽粒飽滿的種子剝殼后，用近紅外儀進(jìn)行分析。

表1 向日葵材料名稱及來源

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

向日葵材料按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行種植，每個(gè)材料在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)重復(fù)3次。種子成熟后，從每個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行取樣，樣品干燥后，進(jìn)行品質(zhì)分析。品質(zhì)分析用近紅外儀進(jìn)行。品質(zhì)分析所測得的數(shù)據(jù)通過DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，向日葵材料與環(huán)境及其互作的方差分析采用隨機(jī)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)向日葵主要品質(zhì)變異

貴州6個(gè)不同生態(tài)區(qū)域的8個(gè)向日葵材料主要品質(zhì)性狀、生態(tài)區(qū)域以及材料與生態(tài)區(qū)域互作差異均達(dá)到顯著水平(如表2)。從F值的大小可以看出，維生素E表現(xiàn)為環(huán)境效應(yīng)大于材料和材料與環(huán)境互作效應(yīng)，而含油量(粗脂肪)、粗蛋白、油酸和亞油酸均表現(xiàn)為材料效應(yīng)大于環(huán)境和材料與環(huán)境互作效應(yīng)，表明維生素E含量受環(huán)境影響大，而含油量、粗蛋白、油酸和亞油酸含量受材料的影響較大。

2.2 6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)間向日葵材料主要品質(zhì)性狀的差異

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向日葵籽粒同一品質(zhì)性狀在不同基因型、不同生態(tài)條件下(不同試驗(yàn)點(diǎn))均存在極顯著差異(表2)；在不同的生態(tài)條件下，不同基因型向日葵材料的主要品質(zhì)性狀的變幅范圍很廣(表3)，其中遵義點(diǎn)油酸的變幅最大，變幅范圍為49.77～59.14，維生素E在貴陽點(diǎn)的變幅最小，變幅范圍為24.23～29.92，變幅最大值與最小值均相差約2倍。在6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，含油量的變異系數(shù)在六盤水最大，興義最小，分別為9.48%和4.58%，粗蛋白在除六盤水外的所有點(diǎn)中，變異系數(shù)均最小，最小值為3.63%。

表2 不同基因型向日葵材料在不同生態(tài)環(huán)境下主要品質(zhì)性狀方差分析(F值)

注：“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)，“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

由于向日葵的品質(zhì)性狀在不同的環(huán)境條件下變異顯著，進(jìn)一步對不同基因型向日葵材料進(jìn)行了分析(表4)，其中含油量(粗脂肪)最高的是材料147，達(dá)45.97±2.93，最低的是材料532，為38.76±2.96；粗蛋白質(zhì)含量最高的是材料466，達(dá)39±1.40，最低的是材料532，為27.43±1.12；油酸含量最高的是材料466，達(dá)54.09±4.45，最低的是材料532，為45.83±3.37；亞油酸含量最高的是材料532，達(dá)42.74±3.87，最低的是35.06±6.47；維生素E含量最高的是材料532，達(dá)29.61±0.90，最低的是材料330，為24.99±1.16。材料343的油酸和亞油酸的標(biāo)準(zhǔn)差最大分別為6.20和6.47，而維生素E標(biāo)準(zhǔn)差最小，為0.6。8個(gè)實(shí)驗(yàn)材料變異最大的為材料343的亞油酸，變異系數(shù)為18.45%。

表3 不同生態(tài)環(huán)境下向日葵主要品質(zhì)性狀的差異分析

表4 不同向日葵材料主要品質(zhì)性狀的差異分析

3 討 論

3.1 基因型和環(huán)境因素對作物品質(zhì)性狀的影響研究在向日葵報(bào)道較少

遺傳和環(huán)境兩個(gè)因素影響農(nóng)作物品質(zhì)，研究農(nóng)作物的基因型與環(huán)境的相互作用對選育適應(yīng)性廣且品質(zhì)性狀優(yōu)良的品種具有重要意義[14]。在不同生態(tài)環(huán)境對甘薯主要品質(zhì)性狀的影響研究中，表明生態(tài)點(diǎn)、年份、基因型等因素對甘薯總胡蘿卜素、淀粉、蛋白質(zhì)等主要品質(zhì)性狀的影響均達(dá)到顯著水平[15]。張?zhí)降葘F州南部山區(qū)向日葵地方品種酯酶同工酶進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同地方品種酯酶變異十分豐富[16]。而對向日葵品質(zhì)的研究，主要集中在同一環(huán)境不同材料品質(zhì)差異或激素處理后向日葵品質(zhì)差異上[17]，有關(guān)向日葵品質(zhì)性狀和環(huán)境互作的研究還比較少。

3.2 開展向日葵品質(zhì)性狀的研究具有重要意義

研究不同基因型的向日葵材料在不同生態(tài)環(huán)境下的主要品質(zhì)性狀，可以篩選適應(yīng)性好且品質(zhì)性狀優(yōu)良的向日葵材料。本研究通過對貴州6個(gè)地區(qū)的8個(gè)食用向日葵主要品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)維生素E含量的環(huán)境效應(yīng)大于基因型效應(yīng)以及基因型×環(huán)境互作效應(yīng)，說明向日葵籽粒維生素E的含量受環(huán)境影響大，向日葵高維生素E含量的材料的選育過程要考慮環(huán)境因素。同時(shí)，對貴州6個(gè)地區(qū)的8個(gè)向日葵主要品質(zhì)性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)含油量(粗脂肪)、粗蛋白、油酸和亞油酸均表現(xiàn)為基因型效應(yīng)大于環(huán)境和品種×環(huán)境互作效應(yīng)，對不同基因型向日葵材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)同種基因型材料在不同的生態(tài)區(qū)域，向日葵籽仁的品質(zhì)性狀變異較大，材料532的粗脂肪在不同點(diǎn)的變異系數(shù)最大為7.65%，材料343的油酸和亞由酸在不同生態(tài)點(diǎn)變異系數(shù)分別高達(dá)11.53%和19.45%，材料197的蛋白質(zhì)和維生素E在不同生態(tài)點(diǎn)的的變異系數(shù)最高分別達(dá)7.39%和7.02%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：不同基因型向日葵在不同生長環(huán)境下的蛋白質(zhì)含量平均變異系數(shù)為5.32%，高于同一環(huán)境下不同基因型向日葵蛋白質(zhì)的變異，這與王燕飛[9]、白寶璋[18]的研究結(jié)果一致。研究還發(fā)現(xiàn)，8個(gè)實(shí)驗(yàn)材料油酸和亞油酸的平均變異高于6個(gè)點(diǎn)的平均變異，說明油酸和亞油酸的變異受材料的影響要大于環(huán)境的影響，該研究結(jié)果為貴州地區(qū)不同區(qū)域篩選向日葵蛋白、油酸和亞油酸提供了一定的理論依據(jù)。