科爾沁沙地元寶楓古樹種仁脂肪酸含量特征

閆 婷,魯 敏,孟顯悅,烏日恒,師鵬飛,海 龍,楊宏偉

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010; 2. 沙地生物資源保護(hù)與培育國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

元寶楓(Acertruncatum),屬槭樹科槭屬植物,為我國獨(dú)有的木本油料樹種,自然分布范圍廣,具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、適生能力強(qiáng)等特性。相關(guān)研究表明,元寶楓種仁脂肪酸含量高達(dá) 48.00%,不飽和脂肪酸含量達(dá) 92.00%,亞油酸和亞麻酸的含量高達(dá) 53.00%,更珍貴的是元寶楓籽油中含有約 5.80% 的神經(jīng)酸,因此,元寶楓是一種集生態(tài)、觀賞和經(jīng)濟(jì)效益為一體的優(yōu)良的木本油料植物。

目前,元寶楓作為木本油料樹種已逐漸被研究人員及資源開發(fā)利用部門關(guān)注和重視。吳裕[1]以陜西引種到云南昆明栽培的元寶楓為材料,初步篩選葉用品種5個(gè)、果用品種5個(gè)。劉培[2]對(duì)陜西杏林鎮(zhèn)種植的元寶楓初步篩選出優(yōu)良單株3株。朱小敏[3]從山西野生元寶楓資源中初選出生長表現(xiàn)優(yōu)良的優(yōu)樹50 株。喬謙等[4]從泰安野生元寶楓資源中篩選出高含油率優(yōu)良單株2株,高神經(jīng)酸含量優(yōu)良單株2株。此外,相關(guān)研究表明[5-8],元寶楓受種群分化及環(huán)境因素的共同作用,不同種群間及種群內(nèi)的果實(shí)、葉色、種仁、種仁油脂及成分含量、其它器官的有效成分含量等方面存在著廣泛的變異。王琨等[9]認(rèn)為培育穩(wěn)產(chǎn)高含油的元寶楓優(yōu)質(zhì)種源和研發(fā)元寶楓神經(jīng)酸等具有高附加值的產(chǎn)品是元寶楓未來的研究方向。為此,本研究依托內(nèi)蒙古科爾沁沙地集中分布的天然元寶楓資源,在前期工作的基礎(chǔ)上,分析探討元寶楓古樹種仁脂肪酸含量及其組成特征,為促進(jìn)元寶楓資源樹種的遺傳改良、種質(zhì)資源高效利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

在內(nèi)蒙古科爾沁沙地分布著大面積、生長旺盛的天然元寶楓資源,集中分布在科爾沁沙地北緣的興安盟科爾沁右翼中旗代欽塔拉自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱“代欽塔拉”)、沙地南端的通遼市科爾沁左翼后旗烏旦塔拉自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱“烏旦塔拉”),以及沙地西段赤峰市翁牛特旗的松樹山自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱“松樹山”)。調(diào)查樣地自然概況見表1。

表1 調(diào)查樣地自然概況Tab.1 Natural survey of sample plots

2 研究方法

2.1 樣品采集

2022年10月,在3個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)共選擇百年以上的天然元寶楓古樹97株,為避免所收集樣本間具有較近親緣關(guān)系,每棵古樹樣本距離大于50 m。其中,選取代欽塔拉古樹41株、烏旦塔拉古樹12株、松樹山古樹44株。在選定的單株古樹采集帶翅果的種子,帶回室內(nèi)自然風(fēng)干,人工將果翅剝離并去種皮,每個(gè)單株古樹選擇3份重復(fù)的種仁各20 g進(jìn)行脂肪酸及其組成含量的測(cè)定。

2.2 脂肪酸含量及成分測(cè)定方法

采用GB 5009.168—2016第一法(索氏抽提法)進(jìn)行種仁中脂肪酸含量測(cè)定,采用第三法(堿水解提取法)測(cè)定脂肪酸組成成分,并計(jì)算其比例含量。每個(gè)測(cè)定樣品3次重復(fù),其總平均值作為分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

使用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,不同處理間的比較利用SPSS 23.0進(jìn)行方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地點(diǎn)天然元寶楓種仁脂肪酸含量變化

盡管元寶楓種仁具有相對(duì)穩(wěn)定的高含油特征,但不同地區(qū)種源間脂肪酸含量還是有明顯的差異。由圖1看出,在科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi),元寶楓古樹種仁脂肪酸含量存在明顯差異。其中,代欽塔拉、松樹山的元寶楓古樹種仁脂肪酸含量分別為 47.77% 和 47.18%,明顯高于烏旦塔拉元寶楓種仁脂肪酸含量(42.86%)。

圖1 不同地點(diǎn)元寶楓古樹種仁脂肪酸含量特點(diǎn)Fig.1 Fatty acid content of Acer truncatum ancient tree kernel in different sites

從脂肪酸種類及其各組成含量變化看(表2),在科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi),神經(jīng)酸(二十四碳烯酸)含量存在明顯差異,而其他成分含量則無顯著差異。其中,代欽塔拉的元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量最低,為 4.77%,烏旦塔拉、松樹山的元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量分別為 5.56% 和 5.27%。此外,元寶楓古樹種仁脂肪酸組成中均包括5種飽和脂肪酸(即棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、二十二碳酸、二十四碳酸)和9種不飽和脂肪酸(即棕櫚烯酸、油酸、亞油酸、γ-亞麻酸、α-亞麻酸、順-11-二十碳烯酸、11,14-二十碳二烯酸、13-二十二碳酸、二十四碳烯酸),其含量沒有顯著差異。另外,由表2可知,代欽塔拉的元寶楓古樹種仁飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量分別為 8.16% 和 91.84%,烏旦塔拉分別為 7.79% 和 92.21%,松樹山分別為 8.32% 和 91.68%。由此表明,在科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)百年以上樹齡的元寶楓古樹種仁不飽和脂肪酸含量均在 90.00% 以上。

表2 不同地點(diǎn)元寶楓古樹種仁脂肪酸各組分含量特點(diǎn)Tab.2 Content of each component in fatty acid of Acer truncatum ancient tree kernel in different sites

3.2 天然元寶楓種仁脂肪酸含量的群體分布特征

元寶楓種仁脂肪酸含量除遺傳因素影響外,和其生長地環(huán)境條件及種仁發(fā)育狀況有一定關(guān)系。從表3可以看出,科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)中,元寶楓古樹單株種仁脂肪酸含量具有明顯的區(qū)域分布特征。其中,松樹山種仁脂肪酸含量大于 50.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 9.09%;種仁脂肪酸含量為 45.00%～50.00% 的株數(shù)最多,占采集總株數(shù)的 65.91%;種仁脂肪酸含量為 40.00%～45.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 25.00%。代欽塔拉元寶楓種仁脂肪酸含量大于 50.00% 的單株占比高達(dá) 24.39%,種仁脂肪酸含量在 45.00%～50.00% 的單株占采集總株數(shù)的 58.54%,種仁脂肪酸含量在 40.00%～45.00% 的單株只占采集總株數(shù)的 14.63%。烏旦塔拉幾乎不存在種仁脂肪酸含量大于 50.00% 的單株,而種仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)只有 25.00%,種仁脂肪酸 40.00%～45.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 58.33%,種仁脂肪酸含量低于 40.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 16.67%。研究表明,元寶楓種仁含油量大多在 35.00%～45.00% 之間[8,10-12],本研究區(qū)元寶楓古樹高脂肪酸含量的特點(diǎn)較為突出,因此,結(jié)合本項(xiàng)研究中元寶楓種群意義上的實(shí)際情況,我們將科爾沁沙地元寶楓群落進(jìn)行高含油種群劃分。根據(jù)種仁脂肪酸含量在 45.00% 以上單株占采集總株數(shù)的比例大于 58.00%,或者 45.00% 以下單株占采集總株數(shù)的比例大于 58.00%,可以將科爾沁地區(qū)的元寶楓古樹自然分布種群劃分為種仁脂肪酸含量極高種群和種仁脂肪酸含量較高種群。其中,代欽塔拉和松樹山的元寶楓古樹為種仁脂肪酸含量極高種群,烏旦塔拉元寶楓古樹劃分為種仁脂肪酸含量較高種群,上述研究可為選育高含油種質(zhì)資源提供豐富的實(shí)物材料。

表3 元寶楓古樹種仁脂肪酸含量株數(shù)分布特征Tab.3 Distributing feature of tree number of fatty acid content in Acer truncatum ancient tree kernel

3.3 天然元寶楓種仁脂肪酸含量單株變異特征

對(duì)科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)的元寶楓古樹單株種仁脂肪酸含量變化幅度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表4)。結(jié)果表明,代欽塔拉分布的元寶楓古樹資源,除種仁脂肪酸含量在 45.00%～50.00% 范圍外,其他種仁脂肪酸含量范圍的單株間變異較小(標(biāo)準(zhǔn)差值小于1);而在松樹山分布的元寶楓種仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 范圍的單株間變異較小;在烏旦塔拉分布的古樹資源種仁脂肪酸含量小于 40.00% 的單株間變異較小。說明,在代欽塔拉更容易選育出種仁脂肪酸含量大于 50.00% 的優(yōu)良單株,在松樹山更容易選育出種仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 范圍的優(yōu)良單株。此結(jié)論進(jìn)一步說明,代欽塔拉和松樹山分布的元寶楓古樹資源,可以作為選育高含油單株的優(yōu)良種群。

表4 元寶楓古樹單株間種仁脂肪酸含量變化特征Tab.4 Changing feature of fatty acid content of Acer truncatum individual ancient tree kernel

4 討論

古樹是經(jīng)歷人文歷史和自然環(huán)境變遷保留下來的優(yōu)良自然資源。在科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)都分布有大量的元寶楓古樹資源。因此,研究元寶楓古樹種仁脂肪酸特征,對(duì)篩選高油種群、保護(hù)古樹、并挖掘其優(yōu)良的種質(zhì)資源進(jìn)行品種改良具有現(xiàn)實(shí)意義。本研究結(jié)果表明,在科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)元寶楓古樹單株種仁脂肪酸、神經(jīng)酸含量均具有明顯的區(qū)域分布特征,其中,代欽塔拉、松樹山元寶楓古樹種仁脂肪酸含量分別為 47.77% 和 47.18%,明顯高于烏旦塔拉保護(hù)區(qū)(42.86%);烏旦塔拉、松樹山的元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量分別為 5.56% 和 5.27%,而代欽塔拉保護(hù)區(qū)元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量最低,為 4.77%。究其原因,可能與海拔有關(guān)。喬謙[5]認(rèn)為,種仁脂肪酸含量存在隨地理緯度、海拔升高而升高的趨勢(shì)。而本研究結(jié)論顯示,代欽塔拉、松樹山的海拔均高于烏旦塔拉,種仁脂肪酸的變化特點(diǎn)符合喬謙的研究結(jié)論。此外,眾多學(xué)者對(duì)元寶楓種仁含油量進(jìn)行了測(cè)定,大多在 35.00%～45.00% 之間[8,10-12],僅魏伊楚等[13]測(cè)定代欽塔拉自然保護(hù)區(qū)元寶楓種仁含油量較高,為 48.55%,這也與本研究的結(jié)果較為一致。綜合來看,本研究區(qū)元寶楓古樹高脂肪酸含量的特點(diǎn)較為突出,可為選育元寶楓高含油優(yōu)質(zhì)種源地,并對(duì)促進(jìn)元寶楓資源樹種的遺傳改良和種質(zhì)資源高效利用提供重要參考依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)科爾沁沙地元寶楓古樹種仁脂肪酸和神經(jīng)酸含量存在明顯差異,其它油脂成分含量則無明顯差異。代欽塔拉、松樹山分布的元寶楓古樹種仁平均脂肪酸含量分別為 47.77% 和 47.18%,明顯高于烏旦塔拉(42.86%)。神經(jīng)酸含量方面,代欽塔拉的元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量最低,為 4.77%,烏旦塔拉和松樹山的元寶楓古樹種仁神經(jīng)酸含量分別為 5.56% 和 5.27%。這表明海拔直接影響著元寶楓古樹種仁脂肪酸和神經(jīng)酸含量。

(2)科爾沁沙地3個(gè)自然保護(hù)區(qū)元寶楓古樹單株種仁脂肪酸含量具有明顯的區(qū)域分布特征。松樹山元寶楓古樹單株種仁脂肪酸在 45.00%～50.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 65.91%,種仁脂肪酸在 40.00%～45.00% 的株數(shù)占采集總株數(shù)的 25.00%,代欽塔拉對(duì)應(yīng)上述指標(biāo)分別為 58.54% 和 14.63%,烏旦塔拉分別為 25.00% 和 58.33%。根據(jù)種仁脂肪酸含量在 45.00% 以上單株占采集總株數(shù)的比例大于 58.00%,或者 45.00% 以下單株占采集總株數(shù)的比例大于 58.00% 的占比關(guān)系,劃分元寶楓群體的高含油程度,可以將代欽塔拉、松樹山保護(hù)區(qū)的元寶楓古樹劃分為種仁脂肪酸含量極高種群,把烏旦塔拉自然保護(hù)區(qū)的元寶楓古樹劃分為種仁脂肪酸含量較高種群。