核桃雜交后代群體及優(yōu)選單株種仁中粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的遺傳特性

安海山，孟亞楠，楊克強(qiáng)，1b，①，侯立群

核桃（Juglans regia L.）又名胡桃，其果仁營養(yǎng)豐富，富含多種植物蛋白質(zhì)、脂肪酸（尤其是不飽和脂肪酸）、碳水化合物以及多種維生素和人體必需的礦質(zhì)元素，具有很高的食用價(jià)值和保健價(jià)值［1-2］，是國際公認(rèn)的傳統(tǒng)堅(jiān)果食品。2004年美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)將核桃作為健康食品，并將核桃稱為“21世紀(jì)的超級食品”［3-4］。

目前，關(guān)于核桃的營養(yǎng)成分已有大量研究報(bào)道，有關(guān)核桃果實(shí)營養(yǎng)性狀遺傳特性對核桃品質(zhì)和栽培的重要性也有一定的研究報(bào)道。Sharma等對核桃果仁中的蛋白質(zhì)和脂肪含量進(jìn)行了研究，并對Himachal Pradesh地區(qū)16個(gè)種源核桃的脂肪和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了遺傳多樣性分析［5-7］；郝艷賓等［8］對5個(gè)早實(shí)核桃品種及實(shí)生核桃堅(jiān)果中的蛋白質(zhì)和脂肪酸組成進(jìn)行了比較；吳開志等［9］對4個(gè)核桃類群種仁的粗脂肪和氨基酸含量的遺傳多樣性進(jìn)行了研究。然而，目前關(guān)于核桃蛋白質(zhì)和脂肪含量遺傳特性的研究多集中于不同種及品種間，有關(guān)同一品種雜交后代不同個(gè)體間營養(yǎng)成分的遺傳變異研究鮮見報(bào)道。

作者對核桃品種‘元林’和‘青林’及其雜交后代實(shí)生單株種仁的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量及其遺傳參數(shù)進(jìn)行了測定和分析，通過綜合評價(jià)篩選出蛋白質(zhì)和脂肪含量較高的優(yōu)良單株，并對這些優(yōu)良單株的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量及脂肪酸組成和相對含量進(jìn)行了比較，旨在為營養(yǎng)型核桃的育種提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

于2002年以核桃早實(shí)品種‘元林’為母本、晚實(shí)速生品種‘青林’為父本進(jìn)行人工雜交，當(dāng)年秋季獲得F1雜交種子，并于2003年春季播種；2005年3月將94株雜交苗標(biāo)記后定植于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)站，同時(shí)采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法栽植親本‘元林’和‘青林’2年生嫁接苗各3株，共計(jì)100株。

1.2 方法

1.2.1 粗蛋白質(zhì)及粗脂肪含量測定 2008年9月3日收獲上述100株6年生實(shí)生苗的果實(shí)，每株隨機(jī)選取5～10個(gè)果實(shí)進(jìn)行粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量測定。

稱取核桃種仁2～5 g，采用索氏提取法［10-11］測定粗脂肪含量；稱取核桃種仁（粉碎干樣）約0.2 g，采用半微量凱氏定氮法［12］測定粗蛋白質(zhì)含量。均重復(fù)測定3次，并計(jì)算和分析各遺傳參數(shù)。

1.2.2 脂肪酸組成及含量測定 經(jīng)綜合評價(jià)篩選出高脂肪的油用優(yōu)系和高蛋白的仁用優(yōu)系共15個(gè)優(yōu)良單株用于脂肪酸組成和含量的測定和分析。

核桃種仁粉碎后取5.0 g，加入100 mL乙醚，用AS7240A1型超聲波提取器（天津奧特賽恩斯儀器有限公司）提取1～2 min，過濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，脫水后得到核桃仁油，重復(fù)提取3次；核桃仁油經(jīng)甲酯化后取上清液，用島津GC-14C氣相色譜儀進(jìn)行分析。色譜條件為：CBP1-N12-010毛細(xì)管柱（30 m×0.250 mm×0.25μm）；起始溫度170℃保溫2 min后，以5℃·min-1速率升溫至240℃并保持16min；汽化室和檢測室溫度均為270℃；載氣為高純氮?dú)?，總流?0 mL·min-1；分流比100∶1，進(jìn)樣量0.4μL。

1.3 數(shù)據(jù)處理

參照文獻(xiàn)［13-14］的公式計(jì)算遺傳方差（σ2g）、環(huán)境方差（σ2e）、表型方差（σ2p）、遺傳力（H2）、相對遺傳增益（ΔG′）、環(huán)境變異系數(shù)（CVe）、遺傳變異系數(shù)（CVg）和表型變異系數(shù)（CVp）；各成分含量的變異系數(shù)計(jì)算公式為CV=（σ/μ）×100％，式中，σ為含量的方差，μ為含量的平均值。

采用Excel2007和SAS9.0軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 親本及雜交后代群體粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的變異及其遺傳參數(shù)分析

2.1.1 粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的變異分析 供試核桃品種‘元林’和‘青林’及其雜交后代群體種仁的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量及其變異系數(shù)見表1。核桃品種‘元林’和‘青林’及其雜交后代群體種仁中粗蛋白質(zhì)含量的均值分別為17.61％、19.28％和19.70％，對應(yīng)的變異系數(shù)分別為4.25％、7.99％和18.75％。比較而言，雜交后代群體的粗蛋白質(zhì)含量略高于雙親，但其變異系數(shù)則明顯高于雙親，表明雜交后代群體中各單株的粗蛋白質(zhì)含量發(fā)生了較大變異。

核桃品種‘元林’和‘青林’及其雜交后代群體種仁中粗脂肪含量的均值分別為61.03％、59.28％和57.61％，對應(yīng)的變異系數(shù)分別為10.54％、4.93％和9.56％。比較而言，雜交后代群體的粗脂肪含量略低于雙親，極差較大（47.38％～67.71％），變異系數(shù)介于雙親之間但與母本接近。

表1 核桃品種‘元林’和‘青林’及其雜交后代群體種仁中粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量及變異系數(shù)的比較1）Table1 Comparison of contents and variation coefficients of crude protein and crude fat in kernel of cultivars‘Yuanlin’and‘Qinglin’ of Juglans regia L.and their hybrid progeny group1）

2.1.2 粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的遺傳參數(shù)分析 供試核桃品種‘元林’和‘青林’的94個(gè)雜交后代單株種仁粗蛋白質(zhì)及粗脂肪含量的遺傳參數(shù)見表2。方差分析結(jié)果表明：不同雜交后代單株間的種仁粗蛋白質(zhì)含量存在極顯著差異（P≤0.01），其遺傳力（H2）和相對遺傳增益（ΔG′）分別為0.93和33.12％；不同雜交后代單株間的種仁粗脂肪含量則存在顯著差異（P≤0.05），其H2和ΔG′分別為0.92和19.06％。分析結(jié)果說明：在這些雜交后代單株中進(jìn)行優(yōu)良單株篩選可獲得粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量較高的遺傳增益。

雜交后代群體種仁粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的各遺傳參數(shù)存在較大差異，其中，粗脂肪含量的遺傳方差和表型方差大于粗蛋白質(zhì)含量；粗蛋白質(zhì)含量的環(huán)境方差、遺傳力、相對遺傳增益、環(huán)境變異系數(shù)、遺傳變異系數(shù)和表型變異系數(shù)均大于粗脂肪含量。

2.2 優(yōu)選單株粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量及脂肪酸組成和含量分析

2.2.1 粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量分析 經(jīng)綜合分析后篩選出的15個(gè)優(yōu)選單株分別為3-19、1-3、4-2、5-11、5-19、1-9、1-6、5-16、5-4、3-14、4-12、4-17、4-23、6-7和1-11，其種仁的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量見表3。15個(gè)優(yōu)選單株種仁的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量分別為15.78％～25.22％和50.41％～64.69％，平均值分別為19.86％和59.83％，粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量高于平均含量的優(yōu)選單株分別有7株和10株。

表2 核桃品種‘元林’和‘青林’雜交后代群體種仁中粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的遺傳參數(shù)1）Table2 Genetic parameters of crude protein and crude fat contents in kernel of hybrid progeny group of cultivars‘Yuanlin’and‘Qinglin’ of Juglans regia L.1）

表3 核桃品種‘元林’和‘青林’雜交后代15個(gè)優(yōu)選單株種仁粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的比較1）Table3 Com parison of crude protein and crude fat contents in kernel of 15 superior individuals selected from hybrid progenies of cultivars‘Yuanlin’and‘Qinglin’ of Juglans regia L.1）

單株6-7的粗蛋白質(zhì)含量最高（25.22％），與均值的差值達(dá)5.36％，極顯著高于其他單株（單株5-19除外）。單株5-19、5-11、1-3、3-19、4-2和5-16的粗蛋白質(zhì)含量分別達(dá)24.67％、21.54％、21.39％、20.84％、20.64％和20.46％，均高于均值，與均值的差值分別達(dá)4.81％、1.68％、1.53％、0.98％、0.78％和0.60％。單株4-23、3-14、4-17、5-4、1-11、1-6、1-9和4-12的粗蛋白質(zhì)含量為15.78％～19.65％，均低于均值；其中，單株4-23的粗蛋白質(zhì)含量最低，僅15.78％；單株4-17、4-23和3-14的粗蛋白質(zhì)含量極顯著低于其他單株。

單株5-19的粗脂肪含量最高（64.69％），與均值的差值達(dá)4.86％；單株3-19、5-4、3-14、1-3、6-7、1-11、4-12、1-6和5-16的粗脂肪含量也較高，分別為63.87％、63.82％、63.75％、62.29％、62.11％、61.29％、60.95％、60.92％和60.53％，并且均高于均值，與均值的差值分別達(dá)4.04％、3.99％、3.92％、2.46％、2.28％、1.46％、1.12％、1.09％和0.70％；與其他單株粗脂肪含量差異達(dá)極顯著水平。單株4-2、5-11、1-9、4-23和4-17的粗脂肪含量均低于均值，為50.41％～58.16％；其中，單株4-2的粗脂肪含量最低，僅50.41％。

2.2.2 脂肪酸組成及含量分析 脂肪酸含量是評價(jià)核桃營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。核桃品種‘元林’和‘青林’雜交后代15個(gè)優(yōu)選單株種仁油的脂肪酸組成及相對含量見表4。從種仁油中共檢測出7種脂肪酸，包括3種飽和脂肪酸〔棕櫚酸（C16∶0）、硬脂酸（C18∶0）和花生酸（C20∶0）〕和4種不飽和脂肪酸〔油酸（C18∶1）、亞油酸（C18∶2）、α-亞麻酸（C18∶3）和順-11-二十碳烯酸（C20∶1）〕；按相對含量由高到低排序?yàn)閬営退?、油酸、?亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸、順-11-二十碳烯酸、花生酸；除亞油酸外，相對含量的變異系數(shù)均在20％以上。總體而言，種仁中油酸、亞油酸和α-亞麻酸等不飽和脂肪酸的相對含量較高，均在10％以上；尤其是亞油酸，相對含量高達(dá)61.57％；不飽和脂肪酸的總相對含量達(dá)87.48％。

表4 核桃品種‘元林’和‘青林’雜交后代15個(gè)優(yōu)選單株種仁油中脂肪酸成分的相對含量及變異系數(shù)Table4 Relative content and variation coefficient of fatty acid components in kernel oil of 15 superior individuals selected from hybrid progenies of cultivars‘Yuanlin’and‘Qinglin’ of Juglans regia L.

3 結(jié) 論

核桃是富含多種營養(yǎng)成分的優(yōu)良干果食品，其種仁的主要營養(yǎng)成分是脂肪和蛋白質(zhì)。核桃品種‘元林’與‘青林’雜交后代單株種仁的粗脂肪含量最高可達(dá)67.71％，最低為47.38％；粗蛋白質(zhì)含量最高達(dá)23.97％，最低為15.34％，這一研究結(jié)果與趙安玖等［15］的研究結(jié)果基本相符。與其他油料作物［16-18］相比，核桃的蛋白質(zhì)和脂肪含量均較高，說明核桃是富含蛋白質(zhì)的油料樹種，具有較高的食用和營養(yǎng)價(jià)值，可作為天然保健食品的首選。

核桃種仁的含油量較高，脂肪酸含量達(dá)97％以上，其中不飽和脂肪酸含量超過90％［19］，主要由棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸（α-亞麻酸）組成［20-21］。其中，亞麻酸（ω-3脂肪酸）和亞油酸（ω-6脂肪酸）為人體的必需脂肪酸，均有重要的生物活性，對維持人體健康、調(diào)節(jié)生理機(jī)能有重要作用［22-23］，這2種脂肪酸含量保持4∶1～10∶1的比例才有利于人體健康。核桃雜交后代15個(gè)優(yōu)選單株種仁中這2種脂肪酸相對含量的比例約6∶1，比例較佳。

脂肪酸組成決定了油脂的品質(zhì)，必需脂肪酸對人體健康具有非常重要的作用，因此，人們越來越重視對核桃油脂成分的分析［24］。核桃品種‘元林’與‘青林’雜交后代15個(gè)優(yōu)良單株種仁油由棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸、花生酸及順-11-二十碳烯酸組成，按相對含量由高到低排序?yàn)閬営退?、油酸、?亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸、順-11-二十碳烯酸、花生酸，與王曉燕等［25］的研究結(jié)果基本趨同。

與核桃品種‘元林’和‘青林’相比，其雜交后代群體種仁中的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量均產(chǎn)生了一定的變異，其中粗蛋白質(zhì)含量存在極顯著差異（P≤0.01），粗脂肪含量存在顯著差異（P≤0.05）；粗蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)較大且呈現(xiàn)超親現(xiàn)象，而粗脂肪含量的變異系數(shù)介于雙親之間。說明在核桃雜交后代中進(jìn)行優(yōu)選單株篩選可獲得粗蛋白質(zhì)及粗脂肪含量都較高的遺傳增益，有利于核桃營養(yǎng)品質(zhì)的改良。然而，有關(guān)核桃種仁中蛋白質(zhì)及脂肪遺傳變異的具體調(diào)控機(jī)制及核桃優(yōu)選單株的評價(jià)，尚待進(jìn)一步研究，這也是高營養(yǎng)型核桃育種研究的重要方面之一。

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