白菜型油菜種質(zhì)資源群體種子含油量和蛋白質(zhì)含量的遺傳變異及其關(guān)聯(lián)性分析

， ， ， (.貴州大學(xué)油料作物研究所， 貴陽 55005；.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所， 浙江 杭州 00； .杭州市蕭山區(qū)種子管理站， 浙江 杭州 00)

白菜型油菜種質(zhì)資源群體種子含油量和蛋白質(zhì)含量的遺傳變異及其關(guān)聯(lián)性分析

田恩堂1，李魯峰2，賈世燕3，林樹春1
(1.貴州大學(xué)油料作物研究所， 貴陽 550025；2.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所， 浙江 杭州 311200； 3.杭州市蕭山區(qū)種子管理站， 浙江 杭州 311200)

檢測了來自全國各地的84份白菜型油菜種質(zhì)材料的含油量和蛋白質(zhì)含量。在貴陽環(huán)境條件下，這些材料的含油量和蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出豐富的變異，并被劃分到3個(gè)群中。相關(guān)性分析顯示，白菜型油菜種子的含油量和蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，同時(shí)還對這種負(fù)相關(guān)關(guān)系的應(yīng)用和形成機(jī)制進(jìn)行了探討。

白菜型油菜； 含油量； 蛋白質(zhì)含量

甘藍(lán)型油菜(B.napus, AACC,2 n=38)，芥菜型油菜(B.juncea,AABB,2 n=36)和白菜型油菜(B.rapa,AA,2 n=20)是我國蕓苔屬的三大油料作物[1]。生育期短、可春播、可作蔬菜等特性是白菜型油菜重要特征。我國是白菜型油菜重要的起源中心，具有豐富的種質(zhì)資源。加強(qiáng)白菜型油菜的理論研究和應(yīng)用研究對于提高城鄉(xiāng)蔬菜供應(yīng)量和保障我國油料安全具有重要的意義。

白菜型油菜的重要用途是做油料作物，產(chǎn)油量的高低是油菜品種最重要的衡量指標(biāo)。而油菜產(chǎn)油量決定于菜籽產(chǎn)量與含油量2個(gè)因素，經(jīng)過多年的育種實(shí)踐，我國油菜產(chǎn)量水平已經(jīng)得到相當(dāng)程度的提高, 因此提高油菜籽的含油量成為提高油菜生產(chǎn)效益的關(guān)鍵[2]。高含油量油菜也一直是我國和世界油菜育種的重要目標(biāo)。油菜的含油量每提高1%，相當(dāng)于產(chǎn)量提高2.3%～2.5%[3]。目前我國油料作物僅能提供植物油消費(fèi)總量的40%左右，其余60%依賴進(jìn)口，我國對國外的依存度越來越高，自給總量上嚴(yán)重不足[4]。因此研究油菜的含油量的特性，加強(qiáng)含油量對油菜育種的指導(dǎo)作用，對油菜生產(chǎn)具有重要意義。

油菜籽重要的用途是榨油，而剩余的殘?jiān)芍瞥娠炂勺鳛閯?dòng)物飼料。而蛋白質(zhì)含量則是飼料用餅粕品質(zhì)高低的主要指標(biāo)。高蛋白質(zhì)含量的油菜種子是提升油菜附加值的重要途徑，因此，選育高蛋白質(zhì)含量油菜品系也是油菜育種的重要方向[5]。

在甘藍(lán)型油菜中，含油量和蛋白質(zhì)含量通常呈顯著負(fù)相關(guān)[6]，但在白菜型油菜中，相關(guān)研究則較少。本研究選用來自全國各地的84份白菜型油菜種質(zhì)資源，在貴陽環(huán)境條件下種植并測定了它們的含油量和蛋白質(zhì)含量，并對含油量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性進(jìn)行了分析，同時(shí)還對影響白菜型油菜含油量和蛋白質(zhì)含量相關(guān)性的機(jī)制進(jìn)行了探討。

圖1 白菜型油菜種質(zhì)資源群體含油量(A)和蛋白質(zhì)(B)含量的正態(tài)分布

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究選用的84份白菜型油菜種質(zhì)資源來自全國各地，具有豐富的表型變異和品質(zhì)性狀變異。2014年10月份將84份白菜型油菜種質(zhì)資源種植于貴州大學(xué)農(nóng)場，每份材料播種2行，并于開花期隨機(jī)選取3個(gè)單株套袋自交并收取自交種子。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每份白菜型油菜取3 g飽滿油菜種子，利用近紅外方法測定種子的含油量和蛋白質(zhì)含量，重復(fù)測定2次，并取其均值作為該材料最終分析用數(shù)據(jù)。蛋白質(zhì)含量和含油量以百分比(%)表示。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)利用SPSS 20軟件進(jìn)行分析，包括描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、正態(tài)分布圖、二維圖等。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀變異

測定了來自全國各地的84份白菜型油菜種質(zhì)資源群體在貴陽環(huán)境條件下的含油量和蛋白質(zhì)含量。群體的含油量表現(xiàn)出明顯的正態(tài)分布(圖1)，材料的最高含油量為52.2%(白油1號)，最低含油量為35.7%(凱里白油菜)。群體的平均含油量為41.1%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.7。含油量在35.0%～40.0%之間的材料有28份，占全部材料的33.3%；含油量在40.0%～45.0%之間的材料53份，占全部材料的63.1%，此區(qū)間是整個(gè)群體材料的主要集中區(qū)；含油量在45.0%～50.0%之間的材料僅有2份，分別是“貴定甜油菜”(45.5%)和“核桃紋”(45.2%)；而含油量超過50.0%的材料只有1份，為“白油1號”，含油量為52.2%。

群體的蛋白質(zhì)含量也表現(xiàn)出明顯的正態(tài)分布(圖1)，材料的最高蛋白質(zhì)含量為26.9%(關(guān)中油菜), 最低蛋白質(zhì)含量為17.5%(武勝矮油菜)。群體的蛋白質(zhì)含量的平均值為22.7%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.2。蛋白質(zhì)含量在17.0%～20.0%之間的材料有14份，占全部材料的16.7%；蛋白質(zhì)含量在20.0%～23.0%之間的材料有29份，占全部材料的34.5%；蛋白質(zhì)含量在23.0%～26.0%之間的有34份，占全部材料的40.5%；蛋白質(zhì)含量大于26.0%的材料有7份，占全部材料的8.3%，分別為“03 caudle”(26.0%)、“3907”(26.2%)、“3908”(26.2%)、“凱里白油菜”(26.2%)、“黃油菜”(26.6%)、“浩油11號”(26.6%)和“關(guān)中油菜”(26.9%)。群體材料主要集中在20.0%～23.0%和23.0%～26.0% 2個(gè)區(qū)間。

2.2 相關(guān)性分析

分析每份白菜型油菜材料的含油量和蛋白質(zhì)含量可以發(fā)現(xiàn)，二者表現(xiàn)出明顯的反向特性，即高含油量的材料通常蛋白質(zhì)含量低，而低含油量的材料通常蛋白質(zhì)含量高。以白菜型油菜的蛋白質(zhì)含量、含油量以及二者之和(蛋白質(zhì)+含油量)做折線圖，可以看出：隨著含油量的不斷增加(曲線上行)，蛋白質(zhì)含量不斷減少(曲線下行) (圖2)。將每份材料的蛋白質(zhì)含量和含油量進(jìn)行了相加，而二者之和在材料間變化很小，幾乎所有(83份)材料數(shù)值集中在59.2%到69.8%之間，唯一例外是“白油1號”，其二者之和高達(dá)72.9，二者之和的曲線總體表現(xiàn)平穩(wěn)(圖2)。通過含油量和蛋白質(zhì)之間相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)二者之間的pearson相關(guān)性系數(shù)為r=-0.545(p<0.01), 為顯著性負(fù)相關(guān)。

2.3 聚類分析

以白菜型油菜群體材料的含油量和蛋白質(zhì)含量為主要參考指標(biāo)，對84份白菜型油菜材料進(jìn)行了聚類分析(圖3)。根據(jù)聚類結(jié)果，白菜型油菜種質(zhì)資源可以被分成3個(gè)群體(圖3)并對每個(gè)群中材料的含油量和蛋白質(zhì)含量情況進(jìn)行了分析(表1)。群Ⅰ含有63份材料，占全部材料的73.8%，是材料主要的集中區(qū)域，此群所含材料的含油量和蛋白質(zhì)含量的平均值分別為40.1%和23.7%，變異系數(shù)分別為4.9%和6.9%；群Ⅱ含有20份材料，占全部材料的23.8%，此群所含材料的含油量和蛋白質(zhì)含量的平均值分別為43.6%和19.8%，變異系數(shù)分別為2.7%和5.6%；群Ⅲ僅包含1份特殊材料：白油1號，其因較高的含油量被單獨(dú)劃分成一個(gè)群。總體說來，材料的含油量依次為群Ⅲ>群Ⅱ>群Ⅰ，而材料的蛋白質(zhì)含量依次為群Ⅰ>群Ⅲ>群Ⅱ。群Ⅰ與群Ⅱ方差分析結(jié)果顯示：群Ⅰ與群Ⅱ的含油量間存在極顯著差異(F=56.1,p=0.0)，同時(shí)群Ⅰ與群Ⅱ的蛋白質(zhì)間也存在極顯著差異(F=101.7,p=0.0)。

圖2 白菜型油菜種質(zhì)資源群體含油量、蛋白質(zhì)含量及二者之和的折線圖

圖3 白菜型油菜種質(zhì)資源基于含油量和蛋白質(zhì)含量的聚類圖

表1 白菜型油菜種質(zhì)資源分群及其蛋白質(zhì)和含油量統(tǒng)計(jì)

群性狀材料份數(shù)均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)群Ⅰ蛋白質(zhì)6323．71．66．9%含油量40．12．04．9%群Ⅱ蛋白質(zhì)2019．81．15．6%含油量43．61．22．7%群Ⅲ蛋白質(zhì)120．7——含油量52．2——

3 結(jié)論與討論

本研究對從全國各地搜集的84份白菜型油菜種質(zhì)資源的種子含油量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了檢測。結(jié)果顯示，這些材料的含油量及蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出廣泛的遺傳變異，部分材料表現(xiàn)出優(yōu)良的育種材料潛質(zhì)，可以用在未來白菜型油菜育種工作中。本研究結(jié)果顯示，白菜型油菜的含油量和蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)特性，這對于未來白菜型油菜的育種工作具有重要的指導(dǎo)意義。此外，將這些白菜型油菜分成3個(gè)群體，群體間的蛋白質(zhì)含量和含油量差異明顯，可以為白菜型油菜的育種工作提供重要的指導(dǎo)作用。

許多研究顯示，甘藍(lán)型油菜的種子含油量和蛋白質(zhì)含量存在顯著的負(fù)相關(guān)[7]，而本研究結(jié)果則揭示了二者在白菜型油菜中也存在這種顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這種負(fù)相關(guān)關(guān)系可能是因?yàn)橛椭偷鞍踪|(zhì)的合成都需要消耗較高能量的原因，而油菜單株本身生成的能量畢竟有限，如果蛋白質(zhì)合成多了，則意味著用于合成油脂的能量就相對降低了，反之亦然。此外，油脂和蛋白質(zhì)的合成都需要碳源骨架，而油菜本身的碳源總量畢竟有限，而對碳源的競爭也是引起二者負(fù)相關(guān)的重要因素。國外最新研究結(jié)果[8]顯示：在擬南芥中，油份和蛋白質(zhì)的聚集與基因CytosolicPyrophosphatase的表達(dá)有關(guān)系，含油量基因突變單株的蛋白質(zhì)含量明顯升高。此結(jié)果從分子水平上進(jìn)一步證實(shí)了含油量和蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系，也為引起二者間負(fù)相關(guān)的機(jī)制的研究提供了一種新思路。

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The Variation of Oil Content and Protein Content of the Germplasm ofBrassicarapaand Their Correlation Analysis

TIANEntang1,LILufeng2,JIAShiyan3,LINShuchun1

2016-03-24

國家自然科學(xué)基金(編號：31560422)；貴州省科學(xué)技術(shù)基金(編號：黔科合J字[2015]2052號)；國家教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)金(編號：教外司留[2015]1098號)；貴州大學(xué)博士人才引進(jìn)基金(編號：貴大人基合字[2014]14號)；貴州省作物學(xué)省級重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)計(jì)劃(編號：黔學(xué)位合字ZDXK[2014]8號)。

田恩堂(1979—)，男，副教授，主要從事油菜分子育種工作；E-mail:erictian121@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.09.072

S 565.4

A

1001-4705(2016)09-0072-03