芥菜型油菜重組自交系群體種子油含量和蛋白質(zhì)含量的變異及其相關(guān)性分析

田恩堂　李魯峰　賈世燕　林樹春

摘要：【目的】對芥菜型油菜重組自交系群體種子的油含量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行檢測并分析二者間的相關(guān)性，篩選優(yōu)異育種資源，為芥菜型油菜育種提供研究基礎(chǔ)和應(yīng)用材料。【方法】利用近紅外方法測定139份芥菜型油菜重組自交系群體種子的油含量和蛋白質(zhì)含量，并分析兩者間的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】在貴陽的環(huán)境條件下，139份芥菜型油菜重組自交系群體種子的油含量和蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出明顯的變異，其變異范圍分別為33.1%～47.7%和22.0%～33.3%，并被劃分為三大群體。群體Ⅰ材料的油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為33.7%和32.8%，變異系數(shù)分別為2.3%和0.7%；群體Ⅱ材料的油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為41.2%和26.2%，變異系數(shù)分別為5.3%和6.6%；群體Ⅲ材料的油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為45.9%和23.6%，變異系數(shù)分別為2.7%和4.8%。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，芥菜型油菜種子的油含量和蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）?！窘Y(jié)論】芥菜型油菜重組自交系群體種子的油含量和蛋白質(zhì)含量變異豐富且存在顯著負(fù)相關(guān)。高油含量株系RIL020、高蛋白質(zhì)含量株系RIL038和高總含量（油+蛋白質(zhì)）株系RIL078是3份優(yōu)異的芥菜型油菜種質(zhì)資源，可用于芥菜型油菜的遺傳育種和基礎(chǔ)研究。

關(guān)鍵詞： 芥菜型油菜；油含量；蛋白質(zhì)含量；相關(guān)性分析

中圖分類號： S565.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）02-0211-05

Abstract：【Objective】Seed oil and protein content of recombinant inbred lines（RIL） of Brassica juncea were measured， their correlation was analyzed， and excellent germplasm materials were screened in order to provide research basis and materials for B. juncea breeding. 【Method】Seed oil content and protein content of 139 RIL samples were measured by near infrared spectrometer method， and their correlation was analyzed. 【Result】In the environment of Guiyang， the oil content and protein content of these materials showed great variation， variation range of oil content was 33.1%-47.7% and that of protein content was 22.0%-33.3%. The materials could be divided into three groups. In GroupⅠ， average oil content was 33.7% and coefficient of variation 2.3%， average protein content was 32.8% and coefficient of variation 0.7%. In Group Ⅱ， average oil content was 41.2% and coefficient of variation 5.3%， average protein content was 26.2% and coefficient of variation 6.6%. In Group Ⅲ， average oil content was 45.9% and coefficient of variation 2.7%， average protein content was 23.6% and coefficient of variation 4.8%. Oil content and protein content showed significantly negative correlation（P<0.01）. 【Conclusion】Seed oil content and protein content of B. juncea RIL show great variation and significant negative correlation. Three excellent B. juncea germplasms are detected： RIL020 with high oil content， RIL038 with high protein content and RIL078 with high sum（oil+protein） content. The three materials can be used for genetic breeding and fundamental research of B. juncea.

Key words： Brassica juncea； oil content； protein content； correlation analysis

0 引言

【研究意義】甘藍(lán)型油菜（Brassica napus， AACC， 2n=38）、芥菜型油菜（B. juncea， AABB， 2n=36）和白菜型油菜（B. rapa， AA， 2n=20）是蕓苔屬的三大油料作物。我國是芥菜型油菜的重要起源地和分化中心，擁有豐富的芥菜型油菜種質(zhì)資源，主要分布于西北和西南地區(qū)（劉后利，1985）。芥菜型油菜具有獨(dú)特的耐貧瘠、耐旱、抗病蟲、黃籽等優(yōu)良品性，大力發(fā)展芥菜型油菜種植和研究對于增強(qiáng)抗性基因資源在甘藍(lán)型油菜和白菜型油菜中的應(yīng)用，促進(jìn)我國特別是貴州地區(qū)山地農(nóng)業(yè)的發(fā)展和保障我國油料安全具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】目前，有關(guān)甘藍(lán)型油菜蛋白質(zhì)和油含量間的相關(guān)性及其調(diào)控機(jī)理的研究已廣泛開展。梅德圣等（2009）測定了2個甘藍(lán)型油菜F2群體的油含量和蛋白質(zhì)含量，檢測結(jié)果顯示油含量和蛋白質(zhì)含量存在極顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為-0.68和-0.81），并對其進(jìn)行了QTL分析。馬珍珍等（2013）構(gòu)建了一個包含176個甘藍(lán)型油菜株系的F8重組自交系群體，并檢測到此群體在4個環(huán)境條件下的油含量和蛋白質(zhì)含量的平均值間存在極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.50）。許劍鋒等（2014）構(gòu)建了兩個分別包含177個和181個甘藍(lán)型油菜株系的BC1F1群體，并檢測到此兩個群體中油含量和蛋白質(zhì)含量的平均值間存在極顯著負(fù)相關(guān)（r=

-0.22）。有關(guān)芥菜型油菜中蛋白質(zhì)和油含量間的相關(guān)性及其調(diào)控機(jī)理研究處于起步階段。George等（2006）利用花藥培養(yǎng)技術(shù)獲得了芥菜型油菜的純系，發(fā)現(xiàn)大部分株系的油含量和蛋白質(zhì)含量在第4代和第5代間有變化。Gunasekera等（2006）利用互作分析研究了環(huán)境條件對芥菜型油菜種子油含量和蛋白質(zhì)含量的影響。Mahmood等（2006）利用印度本地的黃籽和黑籽型芥菜型油菜親本創(chuàng)建了一個DH作圖群體，并分析了群體不同株系的含油量和蛋白質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)二者間呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.7）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人已對甘藍(lán)型油菜中油含量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性進(jìn)行了研究，但關(guān)于芥菜型油菜的油含量和蛋白質(zhì)含量相關(guān)性的研究相對較少。另外，我國對芥菜型油菜的育種研究較少，適應(yīng)現(xiàn)代育種用的優(yōu)異育種材料較為匱乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在貴陽環(huán)境條件下，測定一個包含139個重組自交系株系的芥菜型油菜群體種子的油含量和蛋白質(zhì)含量，并進(jìn)行相關(guān)性分析，篩選優(yōu)異育種資源，為芥菜型油菜育種提供研究基礎(chǔ)和應(yīng)用材料。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

以高油含量（44.4±0.3）%、低蛋白質(zhì)含量（24.7± 0.2）%的芥菜型油菜材料BJ540為母本，以低油含量（35.6±0.4）%、高蛋白質(zhì)含量（32.0±0.2）%的芥菜型油菜材料BJ860為父本進(jìn)行雜交，其中139個F1株系進(jìn)一步套袋自交至F5，獲得包含139個F5株系的重組自交系群體材料，139個F5株系分別命名為NIL001～NIL139。

1. 2 試驗(yàn)方法

于2014年10月將139份芥菜型油菜種質(zhì)資源種植于貴州大學(xué)農(nóng)場試驗(yàn)地。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個株系播種3個重復(fù)，每份（重復(fù)）材料播種2行，每行保留10個單株，每個材料于開花期隨機(jī)選取3個單株套袋自交并收取自交種子。

每份芥菜型油菜取3.0 g飽滿種子，利用近紅外方法測定其種子的油含量和蛋白質(zhì)含量。每份材料重復(fù)測定2次，取其均值作為該材料最終分析用數(shù)據(jù)。蛋白質(zhì)含量和油含量以百分比（%）表示。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、正態(tài)分布圖、聚類圖和多重比較（LSD）等。

2 結(jié)果與分析

2. 1 群體性狀變異

根據(jù)單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果（Z為0.698，P=0.714>0.05），芥菜型油菜重組自交系群體的油含量呈近似正態(tài)分布，群體的平均油含量為41.3%，變異范圍為33.1%（RIL078株系）～47.7%（RIL020株系），變異系數(shù)為6.0%（圖1、表1）。株系間油含量的變異較明顯，油含量在33.0%～39.0%的材料有24份，占全部材料的17.3%；油含量在39.0%～45.0%的材料有110份，占全部材料的79.1%；油含量大于45.0%的材料有5份，占全部材料的3.6%。

根據(jù)單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果（Z為0.796，P=0.551>0.05），芥菜型油菜重組自交系群體的蛋白質(zhì)含量也呈近似正態(tài)分布，群體的平均蛋白質(zhì)含量為26.2%，變異范圍為22.0%（RIL042株系）～33.3%（RIL038株系），變異系數(shù)為7.6%（圖1、表1）。株系間蛋白質(zhì)含量的變異較明顯，蛋白質(zhì)含量在22.0%～26.0%的材料有72份，占全部材料的51.8%；蛋白質(zhì)含量在26.0%～30.0%的材料有62份，占全部材料的44.6%；蛋白質(zhì)含量大于30.0%的材料有5份，占全部材料的3.6%（圖1）。

根據(jù)單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果（Z為0.52，P=0.95>0.05），芥菜型油菜重組自交系群體的油含量和蛋白質(zhì)含量的總和（Oil+Protein，簡稱OP含量）也呈近似正態(tài)分布，群體的OP含量平均值為67.5%，變異范圍為67.5%（RIL129株系）～71.7%（RIL078株系），變異系數(shù)為2.5%（圖1、表1）。株系間OP含量的變異較明顯，OP含量在62.0%～65.0%的材料有10份，占全部材料的7.2%；OP含量在65.0%～68.0%的材料有74份，占全部材料的53.2%；OP含量在68.0%～71.0%的材料有54份，占全部材料的38.8%；OP含量超過71.0%的僅有1份，為RIL078株系。OP含量高于70.0%的材料中，有5份材料的油含量和蛋白質(zhì)含量均表現(xiàn)較好，分別是：NIL017（油含量42.8%、蛋白質(zhì)含量28.0%）、NIL135（43.0%、27.3%）、NIL009（43.7%、26.6%）、NIL067（42.0%、 28.1%）和NIL061（43.3%、26.8%）。

2. 2 相關(guān)性分析結(jié)果

每份芥菜型油菜株系的油含量和蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出明顯的反向特性，即高油含量的材料蛋白質(zhì)含量通常較低，而低油含量的材料通常有較高的蛋白質(zhì)含量。以重組自交系的油含量、蛋白質(zhì)含量及兩者總和進(jìn)行折線圖分析，結(jié)果（圖2）顯示，隨著油含量的不斷增加（曲線上行），蛋白質(zhì)含量不斷減少（曲線下行）。對每份材料的OP含量進(jìn)行分析，所有材料在63.0%～

71.7%變化，趨勢線的斜率為0.0246，絕對值明顯小于油含量（0.0582）和蛋白質(zhì)含量（0.0336）的斜率，說明株系間OP含量的變化較小，更穩(wěn)定。通過對油含量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者間的相關(guān)性系數(shù)為r=-0.734（P<0.01），呈極顯著負(fù)相關(guān)。

2. 3 聚類分析結(jié)果

以芥菜型油菜群體株系材料的油含量和蛋白質(zhì)含量為主要參考指標(biāo)對139個株系進(jìn)行聚類分析，根據(jù)性狀綜合表現(xiàn)距離集中區(qū)域的遠(yuǎn)近，所有芥菜型油菜種質(zhì)資源可分為三大群體，含油量和蛋白質(zhì)含量在3個群間均存在顯著差異（P<0.05）（圖3）。群體Ⅰ含有2份材料，占全部材料的1.4%，油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為33.7%和32.8%，變異系數(shù)分別為2.3%和0.7%；群體Ⅱ含有132份材料，占全部材料的95.0%，油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為41.2%和26.2%，變異系數(shù)分別為5.3%和6.6%；群體Ⅲ含有5份材料，占全部材料的3.6%，油含量和蛋白質(zhì)含量平均值分別為45.9%和23.6%，變異系數(shù)分別為2.7%和4.8%（表2）?？傮w來說，材料的油含量表現(xiàn)為：群體Ⅲ>群體Ⅱ>群體Ⅰ，而蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為：群體Ⅰ>群體Ⅱ>群體Ⅲ。

3 討論

油含量和蛋白質(zhì)含量是油料作物的主要品質(zhì)性狀。在甘藍(lán)型油菜（梅德圣等，2009；馬珍珍等，2013；許劍鋒等，2014）、花生（姜慧芳和段乃雄，1992）和棉花棉仁（李曉娜，2006）等作物種子中，油含量和蛋白質(zhì)含量均呈負(fù)相關(guān)。在本研究中，芥菜型油菜重組自交系群體種子油含量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)分析結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了這種負(fù)相關(guān)關(guān)系。蛋白質(zhì)和油分的合成代謝具有共同的碳源，而植株本身有限的碳源總量與蛋白質(zhì)和油分對底物競爭可能是引起兩者之間負(fù)相關(guān)的主要原因（趙翠格等，2010）。國外最新研究結(jié)果（Meyer et al.，2012）顯示，在擬南芥中油分和蛋白質(zhì)的聚集均需要基因Cytosolic Pyrophosphatase的表達(dá)，而油含量基因突變的擬南芥單株蛋白質(zhì)含量明顯升高，此結(jié)果從分子水平上進(jìn)一步揭示了油含量和蛋白質(zhì)含量之間的相互關(guān)系，也為兩者負(fù)相關(guān)的機(jī)制研究提供了新思路。

特異性的育種材料是開展育種工作的前提和基礎(chǔ)。本研究從芥菜型油菜的重組自交系群體中獲得了大量的高油含量、高蛋白質(zhì)含量、油含量和蛋白質(zhì)含量均相對較高，以及油含量和蛋白質(zhì)含量總體較高的芥菜型油菜育種材料。高油含量的育種材料可提高油料作物的出油率和產(chǎn)油量；高蛋白質(zhì)含量的育種材料榨油后的殘?jiān)达炂芍械牡鞍踪|(zhì)含量高，其附加值也相應(yīng)較高；而油含量和蛋白質(zhì)含量均相對高的育種材料可作為油料和飼料兩用材料。

本研究對芥菜型油菜油含量和蛋白質(zhì)含量調(diào)控機(jī)理的研究尚未完善，有待今后利用QTL定位等手段進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

本研究揭示了139份芥菜型油菜重組自交系群體株系在貴陽的環(huán)境條件下油含量和蛋白質(zhì)含量的遺傳變異，并檢測到二者之間存在顯著負(fù)相關(guān)。發(fā)現(xiàn)3份優(yōu)異的芥菜型油菜種質(zhì)資源：高油含量株系RIL020、 高蛋白質(zhì)含量株系RIL038和高總含量（油+蛋白質(zhì)）株系RIL078，這3份材料可用于芥菜型油菜的遺傳育種及基礎(chǔ)研究。

參考文獻(xiàn)：

姜慧芳，段乃雄. 1992. 花生種質(zhì)資源的含油量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)分析[J]. 花生科技，（3）：13-14.

Jiang H F， Duan N X. 1992. Correlation analysis of oil content and protein content in peanut germplasm[J]. Peanut Technology，（3）：13-14.

李曉娜. 2006. 半野生棉棉仁含油量和蛋白質(zhì)含量的關(guān)聯(lián)分析初探[D]. 安陽：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院.

Li X N. 2006. Primary research on association analysis of cottonseed kernel oil and protein contents in G. hirsutum linnaeusraces[D]. Anyang：Chinese Academy of Agricultural Sciences.

劉后利. 1985. 油菜的遺傳和育種[M]. 上海：上?？萍汲霭嫔?

Liu H L. 1985. Inheritance and Breeding of Rapeseed[M]. Shanghai： Shanghai Scientific & Technical Publishers.

馬珍珍，李加納，Benjamin WITTKOP，Martin FRAUEN，閻星穎，劉列釗，肖陽. 2013. 甘藍(lán)型油菜籽粒含油量、蛋白質(zhì)、纖維素及半纖維素含量QTL分析[J]. 作物學(xué)報(bào)，39（7）： 1214-1222.

Ma Z Z， Li J N， Benjamin W，Martin F，Yan X Y， Liu L Z， Xiao Y. 2013. QTL mapping for oil， protein， cellulose， and hemicellulose contents in seeds of Brassica napus L.[J]. Acta Agronomica Sinica， 39（7）：1214-1222.

梅德圣，張垚， 李云昌， 胡瓊， 李英德， 徐育松. 2009. 油菜油分、蛋白質(zhì)和硫苷含量相關(guān)性分析及QTL定位[J]. 植物學(xué)報(bào)， 44（5）：536-545.

Mei D S， Zhang Y， Li Y C， Hu Q， Li Y D， Xu Y S. 2009. Identification of quantitative trait loci for oil， protein and glucosinolate content in Brassica napus[J]. Chinese Bulletin of Botany，44（5）：536-545.

許劍鋒，龍艷，吳建國，趙志剛， 徐海明， 溫娟， 孟金陵， 石春海. 2014. 油菜籽含油量和蛋白質(zhì)含量的種子胚與母體植株QTL定位[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 47（8）：1471-1480.

Xu J F， Long Y， Wu J G， Zhao Z G， Xu H M， Wen J， Meng J L， Shi C H. 2014. QTL mapping based on embryo and maternal genetic systems for oil and protein contents in rapeseed（Brassica napus L.）[J]. Scientia Agricultura Sinica， 47（8）：1471-1480.

趙翠格，劉頔，李鳳蘭，郭惠紅. 2010. 植物種子油脂的生物合成及代謝基礎(chǔ)研究進(jìn)展[J]. 種子， 29（4）：56-62.

Zhao C G， Liu D， Li F L， Guo H H. 2010. Advances in research on seed oil biosynthesis and basal metabolism[J]. Seed， 29（4）：56-62.

George L，Abraham V，Suryavanshi D R，Sipahimalani A T，Srinivasan V T. 2006. Yield， oil content and fatty acid composition evaluated in androgenetic plants in Brassica juncea[J]. Plant Breeding， 98（1）：72-74.

Gunasekera C P， Martin L D， Siddique K H M， Walton G H. 2006. Genotype by environment interactions of Indian mustard（Brassica juncea L.） and canola（Brassica napus L.） in mediterranean-type environments： II. Oil and protein concentrations in seed[J]. European Journal of Agronomy， 25（1）：13-21.

Mahmood T， Rahman M H， Stringam G R， Yeh F， Good A G. 2006. Identification of quantitative trait loci（QTL） for oil and protein contents and their relationships with other seed quality traits in Brassica juncea[J]. Theoretical and Applied Genetics， 113（7）：1211-1220.

Meyer K， Stecca K L， Ewell-Hicks K， Allen M A，Everard J D. 2012. Oil and protein accumulation in developing seeds isinfluenced by the expression of a cytosolic pyrophosphatase in arabidopsis[J]. Plant Physiology， 159（3）：1221-1234.

（責(zé)任編輯 麻小燕）