甘藍型油菜籽粒油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量變異及相關(guān)性分析

姚 琳 孫 璇 咸拴獅 耿振剛 杜春芳

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，運城 044000)

菜籽油是我國主要食用植物油之一，隨著生活水平提高，人們對其營養(yǎng)和保健功能提出了更高要求，而菜籽油中脂肪酸的組成決定了其品質(zhì)[1]。菜籽油中主要脂肪酸組成有棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、芥酸(C22∶1)、亞油酸(C18∶2)、亞麻酸(C18∶3)、花生烯酸(C20∶1)等[2]。油酸(Oleic acid)屬單不飽和脂肪酸，在菜籽中含量較高(61%～78%)，對人體具有很好的營養(yǎng)保健功能，可減少膽固醇在血管壁上的沉積，降低心血管疾病發(fā)生[3,4]；亞油酸(Linoleic acid)和亞麻酸(Linolenic acid)屬多烯類不飽和脂肪酸，亞麻酸有 α-亞麻酸和 γ-亞麻酸2種類型，其中亞油酸和 α-亞麻酸是人體內(nèi)不能合成的必需脂肪酸(EFA)，需要從日常膳食中攝取，亞油酸具有降血壓、血脂、軟化心腦血管、促進微循環(huán)的作用，亞麻酸則對人體健康和智力水平起著決定性作用[5,6]。甘藍型油菜(B.napus,AACC, 2 n=38)起源于歐洲，是蕓薹和甘藍的種間雜交復(fù)合種，在我國，其種植面積約占油菜總種植面積的90%，具有豐產(chǎn)性高、抗逆性強、抗病性好、增產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性廣等顯著優(yōu)勢[7,8]。由于地域因素及起源歷史較短，甘藍型油菜在我國的遺傳背景較窄，基因資源的匱乏限制了雜種優(yōu)勢的有效利用，因此加強甘藍型油菜優(yōu)異種質(zhì)資源的引入及篩選，對提升我國油菜產(chǎn)業(yè)國際競爭力、保障油料作物安全具有十分重要的意義[9]。

目前，甘藍型油菜中油含量和蛋白質(zhì)含量間的相關(guān)性分析已有一些報道，而關(guān)于不飽和脂肪酸中有益脂肪酸含量與蛋白質(zhì)含量間的相關(guān)性分析少有報道。王麗萍等[10]對1 500份甘藍型油菜籽的品質(zhì)指標(biāo)進行相關(guān)性分析時，發(fā)現(xiàn)油酸含量與亞油酸含量呈極顯著正相關(guān)；蔡東芳等[11]利用SSR和AFLP標(biāo)記對192份甘藍型油菜菜籽中油酸、亞油酸、亞麻酸進行表型和遺傳相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)油酸與亞油酸呈極顯著正相關(guān)，油酸與亞麻酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，亞油酸與亞麻酸未檢測到關(guān)聯(lián)；趙衛(wèi)國等[12]對170份甘藍型油菜DH群體的品質(zhì)性狀進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)油酸、亞油酸、亞麻酸含量與蛋白質(zhì)含量均呈極顯著的正相關(guān)。雖然前人對甘藍型油菜品質(zhì)性狀間的遺傳分析和研究作出探索，但主要集中在油含量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性上及部分脂肪酸組成成分的相關(guān)性上。本研究旨在通過對山西南部地區(qū)運城環(huán)境條件下種植的312份甘藍型油菜種質(zhì)資源的油酸、亞油酸、亞麻酸含量與蛋白質(zhì)含量進行測定和分析，篩選出一些特異性的優(yōu)良材料及綜合品質(zhì)表現(xiàn)較好的材料，為甘藍型油菜提高品質(zhì)育種及更有效地配置強優(yōu)勢雜交組合提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試材料為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所食用油課題組保存和收集的甘藍型油菜種質(zhì)材料共312份。

1.2 實驗方法

供試材料于2018年9月24日播種于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所南花實驗農(nóng)場，開溝條播，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每份材料種植3行，每行15～20株，行距0.3 m，株距0.2 m，采用常規(guī)方式進行大田管理。次年在材料開花期，每個小區(qū)隨機選取5株進行套袋自交，待5月底籽粒成熟時收獲自交種，干燥后每份材料取3 g左右的飽滿種子，用FOSS 5000型近紅外光譜儀對籽粒的油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件對每份材料測定的3次重復(fù)值進行平均，取平均值作為用于分析的最終數(shù)值。使用SAS V8軟件對材料進行相關(guān)性分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀變異

312份甘藍型油菜種質(zhì)資源在運城環(huán)境條件下的油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量變異豐富，均呈近似正態(tài)分布(見圖1和表1)。在這些群體材料中，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是N168-4(88.85%)，最低的是N 233-1(38.70%)，平均值為73.64%，變異系數(shù)為8.58%，標(biāo)準(zhǔn)差為6.31。其中，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于58%的材料有7份，占所有材料的2.24%；油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在58%～68%之間的材料共有28份，占所有材料的8.97%；油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在68%～78%之間的材料共有245份，占所有材料的78.53%，此區(qū)間所占材料最多；油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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%)油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過88%。

圖1 甘藍型油菜種質(zhì)資源群體的脂肪酸和蛋白質(zhì)含量的正態(tài)分布

對亞油酸而言，材料中含量最高的是N146-1(31.72%)，最低的是867-1(13.48%)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值為21.47%，變異系數(shù)為14.76%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.17。其中，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于17%的材料共有19份，占所有材料的6.09%；亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在17%～21%之間的材料共有117份，占所有材料的37.50%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在21%～25%之間的材料共有138份，占所有材料的44.23%，這兩個區(qū)間是整個群體材料的主要集中區(qū)；亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在25%～29%之間的材料共有31份，占所有材料的9.94%；亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于29%的材料共有7份，占所有材料的2.24%，分別為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%)。

對亞麻酸而言，材料中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是3130-3(15.29%)，最低的是N 534-1(6.03%)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值為10.71%，變異系數(shù)為14.09%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.51。其中，亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于8%的材料共有9份，占所有材料的2.88%；亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%～10%之間的材料共有92份，占所有材料的29.49%，亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～12%之間的材料共有153份，占所有材料的49.04%，這兩個區(qū)間是整個群體材料的主要集中區(qū)；亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12%～14%之間的材料共有50份，占所有材料的16.03%；亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于14%的材料共有8份，占所有材料的2.56%，分別為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%)。

對蛋白質(zhì)而言，材料中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是N 206-1(37.03%)，最低的是621-3(18.87%)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值為26.56%，變異系數(shù)為10.72%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.85。其中，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在18%～22%之間的材料共有12份，占所有材料的3.85%；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在22%～26%之間的材料共有125份，占所有材料的40.06%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在26%～30%之間的材料共有139份，占所有材料的44.55%，這兩個區(qū)間是整個群體材料的主要集中區(qū)；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%～34%之間的材料共有32份，占所有材料的10.26%；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于34%的材料共有4份，占所有材料的1.28%，分別為N 206-1(37.03%)、N 213-1(35.91%)、N 258-3(35.87%)、N 221-3(35.70%)。

表1甘藍型油菜群體籽粒油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)的含量變異

2.2 相關(guān)性分析

對油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量進行相關(guān)性分析結(jié)果表明，油酸與蛋白質(zhì)、亞油酸與蛋白質(zhì)間呈極顯著相關(guān)(表2)。油酸與蛋白質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明油酸含量較高的材料，其蛋白質(zhì)含量一般相對較低；亞油酸與蛋白質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，說明亞油酸含量較高的材料，其蛋白質(zhì)含量通常也較高；而亞麻酸與蛋白質(zhì)含量間無明顯的相關(guān)性。此外，研究還表明油酸與亞油酸含量間存在極顯著的負(fù)相關(guān)，其負(fù)相關(guān)程度弱于油酸與蛋白質(zhì)間。

表2 油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)

2.3 油菜種質(zhì)資源的聚類分析

對312份甘藍型油菜種質(zhì)資源的油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量進行聚類分析，聚類方法采用類平均法，在遺傳距離為2處將參試材料分為6個類群，分別標(biāo)記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。第Ⅰ類群包含218份材料，占所有材料的69.87%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.05%～80.92%，亞油酸的為16.01%～23.98%，亞麻酸的為8.19%～12.94%，蛋白質(zhì)的為22.07%～29.81%，該類群種質(zhì)資源中油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量較為居中；第Ⅱ類群包含17份材料，占所有材料的5.45%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.50%～88.85%，亞油酸的為13.48%～22.68%，亞麻酸的為7.13%～10.70%，蛋白質(zhì)的為18.87%～27.17%，該類群油酸含量最高，而亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量相對較低；第Ⅲ類群包含40份材料，占所有材料的12.82%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.66%～70.73%，亞油酸的為20.01%～28.80%，亞麻酸的為9.94%～14.87%，蛋白質(zhì)的為25.97%～33.20%，該類群亞麻酸含量最高，亞油酸和蛋白質(zhì)含量相對較高，油酸含量相對較低；第Ⅳ類群包含27份材料，占所有材料的8.65%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67.34%～73.69%，亞油酸的為24.07%～31.72%，亞麻酸的為6.99%～11.59%，蛋白質(zhì)的為27.79%～33.45%，該類群亞油酸含量最高，蛋白質(zhì)含量相對較高，油酸和亞麻酸含量相對較低；第Ⅴ類群包含8份材料，占所有材料的2.56%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45.98%～60.47%，亞油酸的為17.17%～23.93%，亞麻酸的為6.73%～11.51%，蛋白質(zhì)的為26.24%～30.31%，該類群亞油酸和蛋白質(zhì)含量較為居中，油酸和亞麻酸含量相對較低；第Ⅵ類群僅包含2份材料，占所有材料的0.65%，其油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.70%～38.85%，亞油酸的為24.46%～28.84%，亞麻酸的為9.83%～11.79%，蛋白質(zhì)的為32.57%～35.87%，該類群蛋白質(zhì)含量最高，亞油酸含量相對較高，亞麻酸含量居中，油酸含量最低。

以類群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ為整體觀察甘藍型油菜中油酸、亞油酸和蛋白質(zhì)含量的變化(表3)，油酸含量表現(xiàn)為：類群Ⅵ<類群Ⅲ<類群Ⅰ<類群Ⅱ，亞油酸含量表現(xiàn)為：類群Ⅱ<類群Ⅰ<類群Ⅲ<類群Ⅵ，蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為：類群Ⅱ<類群Ⅰ<類群Ⅲ<類群Ⅵ。

表3 油菜種質(zhì)各類群油酸、亞油酸和蛋白質(zhì)含量

3 討論

不飽和脂肪酸中有益脂肪酸和蛋白質(zhì)含量是油料作物品質(zhì)育種中的重要性狀，綜合分析已有油菜種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀，有利于親本選配，提高品質(zhì)育種效率。本研究表明，312份甘藍型油菜種質(zhì)資源的油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量變異較為豐富，具有較好的利用前景。相關(guān)性研究分析表明油酸含量與亞油酸及蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，亞麻酸含量與油酸、亞油酸及蛋白質(zhì)含量無顯著相關(guān)性，與前人的研究結(jié)果不完全一致[10-12]；亞油酸含量與蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，與前人的研究結(jié)果一致[12]。王威等[13]在鷹嘴豆脂肪酸組成及遺傳多樣性分析中發(fā)現(xiàn)，鷹嘴豆種子脂肪中油酸含量與亞油酸、亞麻酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；李麗等[14]在高油酸花生遺傳改良研究中提到，提高花生油酸含量、降低亞油酸含量是花生品質(zhì)改良的重點，而油酸脫氫酶(Δ12脂肪酸脫氫酶，F(xiàn)AD2)是調(diào)控花生油酸、亞油酸含量和油亞比(O/L)的關(guān)鍵酶，當(dāng)FAD2基因突變后會影響Δ12去飽和酶的活性，導(dǎo)致亞油酸合成受阻、含量降低和油酸含量增加。本研究得出甘藍型油菜中油酸含量與亞油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，可能與FAD2基因的遺傳調(diào)控有關(guān)，此外還可能受到溫度等環(huán)境條件的影響[15，16]。

本研究通過系統(tǒng)聚類，把312份材料按4個品質(zhì)性狀初步劃分成6大類，綜合品質(zhì)較好的材料集中在第I類群，第Ⅱ類群適于選育高油酸親本，第Ⅲ類群適于選育高亞麻酸親本，第Ⅳ、Ⅵ類群適于選育高亞油酸、高蛋白親本。根據(jù)不同類群材料的品質(zhì)特性，利用特異種質(zhì)資源創(chuàng)制出育種新材料，是提高育種效率的有效途徑。在以各類群為整體觀察油菜籽粒中油酸、亞油酸和蛋白質(zhì)的含量變化時，剔除了類群Ⅳ和Ⅴ，這兩個類群3個品質(zhì)性狀的變化規(guī)律與其他類群有偏離，不過由于樣本數(shù)量較少(共35份，占總樣本數(shù)量的11.21%)，所以忽略小樣本特征，由大樣本主導(dǎo)。本研究對甘藍型油菜中油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)的合成代謝途徑及它們之間的調(diào)控機制研究的并不完善，在今后的研究中仍需進一步探索，從而更深入的分析它們之間的關(guān)系。

4 結(jié)論

通過測定312份甘藍型油菜種質(zhì)群體材料的油酸、亞油酸、亞麻酸和蛋白質(zhì)含量，得到了蛋白質(zhì)含量與油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與亞油酸含量呈極顯著正相關(guān)，與亞麻酸含量無顯著相關(guān)性。

高油酸材料N 168-4、580-4和N 156-3，高亞油酸和高蛋白材料N 213-1、N 248-1、N146-1和N 258-3，高亞麻酸材料3130-3、692-4和3150-3，可作為不同的育種材料用于甘藍型油菜的品質(zhì)改良。