芥菜型油菜重組自交系群體重要品質(zhì)性狀的遺傳分析

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(貴州大學(xué)油料作物研究所， 貴陽 550025)

·研究報告·

芥菜型油菜重組自交系群體重要品質(zhì)性狀的遺傳分析

田恩堂,劉坤,葉波濤,羅成瑩,林樹春

(貴州大學(xué)油料作物研究所， 貴陽 550025)

本研究調(diào)查了一個包含139個芥菜型油菜重組自交系群體的脂肪酸(硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、芥酸)和硫甙含量，相關(guān)性分析顯示，芥酸與其它脂肪酸間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，而除芥酸外的其它脂肪酸間則呈極顯著正相關(guān)。品質(zhì)性狀均表現(xiàn)出較高廣義遺傳力，其中芥酸和硫甙的遺傳力超過90%，硬脂酸和亞油酸的遺傳力在80%～90%之間，而亞油酸和亞麻酸的遺傳力在70%～80%之間。主成分分析獲得2個分別能解釋64.9%和16.4%的變異因子，散點圖將全部139個株系分成群Ⅰ、群Ⅱ和4個散落的株系，聚類分析對于此群體品質(zhì)性狀的遺傳和特異材料的篩選有一定參考價值。

芥菜型油菜； 重組自交系； 脂肪酸； 硫甙； 遺傳力

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)是蕓苔屬的三大油料作物[1]。芥菜型油菜具有抗旱、耐貧瘠、抗病蟲等優(yōu)異特性，比較適合山地種植[2]。除了油用外，芥菜型油菜還是我國重要的蔬菜，也可作為調(diào)料用。

作為十字花科第二大油料作物，芥菜型油菜種子的脂肪酸和硫甙含量對人體重要的影響。根據(jù)脂肪酸中不飽和鍵的數(shù)目，可以分為飽和脂肪酸(如硬脂酸)、單不飽和脂肪酸(如油酸、芥酸)、多不飽和脂肪酸(如亞油酸、亞麻酸)三大類。其中，硬脂酸是有益飽和脂肪酸，長期食用可使體內(nèi)膽固醇的含量得到降低[3]。順式單不飽和脂肪酸(如油酸)有降血糖、調(diào)節(jié)血脂及降低膽固醇的作用[4]。油酸屬于單不飽和脂肪酸，具有降低膽固醇、降血糖及降酯密度等作用[5]。而芥酸是高單不飽和脂肪酸，可能會引起胞膜的結(jié)構(gòu)、膽固醇、維生素E性狀的變化，屬于有害脂肪酸[5-6]。此外，低芥酸資源比較匱乏，目前芥菜型油菜種子芥酸含量還不能滿足國家的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(芥酸含量≤5%)[7]。亞油酸和亞麻酸分別含有2個和3個不飽和鍵，為多不飽和脂肪酸，為有益脂肪酸，具有抗老化、降血壓、抗血栓等功效，但如果含量過高會導(dǎo)致食用油氧化而縮短貨架期[8]。

硫甙含量是油菜重要的育種指標(biāo)(新育成品種的硫甙含量<30μmol/g)[9]，其高含量會妨礙動物對油菜種子餅粕的食用，是負(fù)營養(yǎng)調(diào)控因子。硫甙是芥菜型油菜的“調(diào)味劑”，一定硫甙含量的芥菜種子磨碎后可做成調(diào)料醬[10]。此外，硫甙及其水解產(chǎn)物還是參與植物的自我保護(hù)機制，是植物防御體系中的一個重要組成成分[11]。

本研究檢測了一個包含139個F5株系的芥菜型油菜群體在貴陽環(huán)境條件下的主要脂肪酸含量和硫甙含量，并對不同脂肪酸含量和硫甙含量進(jìn)行了遺傳分析、相關(guān)性分析和聚類分析。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

本研究選用包含139個重組自交系的群體作為研究用材料。于2014年10月將這139個株系種植于貴州大學(xué)農(nóng)場，每個株系播種3次重復(fù),采用隨機區(qū)組實驗方法，每份/重復(fù)材料播種2行，每個材料于開花期隨機選取3個單株套袋自交并收取自交種子。

1.2 實驗方法

每份芥菜型油菜取3 g飽滿的種子，利用近紅外方法測定其種子的脂肪酸含量(%)和硫甙含量(μmol/g)。每份材料重復(fù)測定2次，并取其均值作為該材料最終分析用數(shù)據(jù)。廣義遺傳力的計算公式為：HB2=VG/(VG+VP)×100%。

1.3 統(tǒng)計分析

實驗獲得的數(shù)據(jù)利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析，包括描述性統(tǒng)計、正態(tài)分布圖、相關(guān)性分析、遺傳力分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀變異

重組自交系群體的母本材料BJ 540的硬脂酸含量為3.4%，油酸含量為60.9%，亞油酸含量為35.8%，亞麻酸含量為14.6%，芥酸含量為56.8%，硫甙含量為97.0μmol/g；父本材料BJ 860的硬脂酸含量為2.5%，油酸含量為36.4%，亞油酸含量為29.1%，亞麻酸含量為19.2%，芥酸含量為73.54%，硫甙含量為244.0μmol/g (表1)。而兩親本材料雜交產(chǎn)生的F5重組自交系材料在貴陽環(huán)境條件下表現(xiàn)出豐富的表型變異(表1)，其中硬脂酸的變異范圍為1.9%～3.8%，均值為2.9%，變異系數(shù)為10.7%；油酸的變異范圍為27.5%～62.5%，均值為48.8%，變異系數(shù)為21.7%；亞油酸的變異范圍為21.4%～41.1%，均值為33.3%，變異系數(shù)為13.4%；亞麻酸的變異范圍為11.9%～26.1%，均值為63.2%，變異系數(shù)為14.5%；硫甙的變異范圍為51.4～250.9μmol/g，均值為151.2μmol/g，變異系數(shù)為33.1%。

表1 芥菜型油菜F5重組自交系群體株系及其親本脂肪酸含量和硫甙含量的變異

性狀 親本(均值，%) F5群體 BJ540BJ860范圍(%)均值±標(biāo)準(zhǔn)差(%)變異系數(shù)(%)硬脂酸3．42．51．9～3．82．9±0．410．7油酸60．936．427．5～62．548．8±10．621．7亞油酸35．829．121．4～41．133．3±4．513．4亞麻酸14．619．211．9～26．117．7±2．413．5芥酸56．873．5455．1～81．763．2±9．214．5硫甙97．01244．051．4～250．9151．2±50．033．1

2.2 相關(guān)性分析

對芥菜型油菜群體的硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、芥酸和硫甙含量間的相關(guān)性進(jìn)行了分析(表2)。其中，硬脂酸與全部脂肪酸性狀之間均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：0.862(與油酸)、0.773(與亞油酸)、0.388(與亞麻酸)、-0.800(與芥酸)，而與硫甙間無顯著相關(guān)性(r=0.136,p=0.109);油酸與全部脂肪酸性狀之間均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：0.862(與硬脂酸)、0.852(與亞油酸)、0.527(與亞麻酸)、-0.961(與芥酸)，而與硫甙間無顯著相關(guān)性(r=0.106,p=0.214);亞油酸與全部脂肪酸性狀之間均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：0.773(與硬脂酸)、0.852(與油酸)、0.446(與亞麻酸)、-0.858(與芥酸)，而與硫甙間無顯著相關(guān)性(r=0.116,p=0.174);亞麻酸與全部脂肪酸性狀之間均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：0.388(與硬脂酸)、0.527(與油酸)、0.446(與亞油酸)、-0.547(與芥酸)，而與硫甙間無顯著相關(guān)性(r=0.067,p=0.431);芥酸與全部脂肪酸性狀之間均呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：-0.800(與硬脂酸)、-0.961(與油酸)、-0.858(與亞油酸)、-0.547(與亞麻酸)，而與硫甙間無顯著相關(guān)性(r=-0.080,p=0.352);硫甙與全部脂肪酸性狀之間均無顯著相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為：0.136(與硬脂酸，p=0.109)、0.106(與油酸,p=0.214)、0.116(與亞油酸,p=0.174)、0.067(與亞麻酸,p=0.431)，-0.080(與芥酸,p=0.352)。

表4 芥菜型油菜F5重組自交系群體聚類群Ⅰ和群Ⅱ脂肪酸含量和硫甙含量統(tǒng)計

品質(zhì)性狀 群Ⅰ 群Ⅱ 范圍(%)均值±標(biāo)準(zhǔn)差(%)變異系數(shù)(%)范圍(%)均值±標(biāo)準(zhǔn)差(%)變異系數(shù)(%)硬脂酸2．79～3．793．17±0．226．942．19～3．112．61±0．166．13油酸52．44～62．5357．61±2．233．8732．1～43．1737．49±2．66．94亞油酸31．54～41．0636．71±2．125．7726．89～34．2629．25±1．444．92亞麻酸15．04～26．0518．94±1．9810．4512．64～21．1716．19±1．599．82芥酸55．15～58．1855．54±0．540．9770．59～78．6873．69±2．223．01硫甙51．41～245．792155．67±45．1729．0252．97～250．94146．39±56．7638．77

表2 脂肪酸含量和硫甙含量間Pearson相關(guān)性分析

硬脂酸油酸亞油酸亞麻酸芥酸油酸0．862??亞油酸0．773??0．852??亞麻酸0．388??0．527??0．446??芥酸-0．800??-0．961??-0．858??-0．547??硫甙0．1360．1060．1160．067-0．080

注：“**”表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.3 遺傳力分析

品質(zhì)性狀的環(huán)境方差通常較小，不同重復(fù)間差異小，基因型方差相對較大，因而它們往往比農(nóng)藝性狀有更高的遺傳力。本研究對芥菜型油菜重組自交系群體的硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、芥酸和硫甙含量的遺傳力進(jìn)行了分析，它們均表現(xiàn)出較高的廣義遺傳力(表3)。所有調(diào)查性狀中，芥酸和硫甙的廣義遺傳力均超過90%，分別為91.09%、94.32%。硬脂酸和亞油酸的廣義遺傳力在80%～90%之間，分別為80.11%和89.54%。亞油酸和亞麻酸的廣義遺傳力低于80%，分別為77.89%和74.16%。

表3 芥菜型油菜F5重組自交系群體脂肪酸和硫甙的遺傳力分析

性狀基因型方差(VG)環(huán)境方差(VE)表型方差(VP)廣義遺傳力(HB2)(%)硬脂酸0．100．020．1380．11油酸95．866．18107．0589．54亞油酸14．803．5619．0077．89亞麻酸4．041．255．4574．16芥酸72．583．2379．6891．09硫甙2229．3011．002363．6094．32

2.4 聚類分析

對F5群體進(jìn)行了主成分分析，并提取前2個主成分因子做成散點圖(圖1)。其中主成分因子1(PCA 1)能解釋64.9%的表型變異，而主成分因子2能解釋16.4%的表型變異，二者一起總共能解釋81.3%的表型變異。根據(jù)散點圖中不同株系的聚集程度可以將這些材料分為3部分：群Ⅰ(80個株系)、群Ⅱ(55個株系)和4個散落的株系(22、23、40和48) (圖1)。此外，還對群Ⅰ和群Ⅱ的均值、變異范圍和變異系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(表4)。其中，硬脂酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為3.17%和2.61%，2個群在2.79%～3.11%的范圍內(nèi)有重疊；油酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為57.61%和37.49%，2個群株系的變異范圍分別為：52.44%～62.53%和32.1%～43.17%，2個范圍無重疊；亞油酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為36.71%和29.25%，2個群在31.54%～34.26%的范圍內(nèi)有重疊；亞麻酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為18.94%和16.19%，2個群在15.04%～21.17%的范圍內(nèi)有重疊；芥酸含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為55.54%和73.69%，2個群株系的變異范圍分別為：5.15%～58.18%和70.59%～78.68%，2個范圍無重疊；硫甙含量在群Ⅰ和群Ⅱ中相關(guān)株系的均值分別為155.67μmol/g和146.39μmol/g，2個群在52.97～245.79μmol/g的范圍內(nèi)有重疊。

另外，還觀測到4份材料散落在2個群之間，這4份材料的編號分別是22，23，40，48。其中材料22，硬脂酸含量為2.00%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量為27.45%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亞油酸含量為22.27%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞油酸含量；亞麻酸含量為11.94%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞麻酸含量；芥酸含量為69.46%，處于群Ⅰ和群Ⅱ材料芥酸含量的中間范圍。材料23，硬脂酸含量為2.08%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量為31.73%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亞油酸含量為21.44%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞油酸含量；亞麻酸含量為12.04%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞麻酸含量。材料40，油酸含量為30.07%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亞油酸含量為24.68%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞油酸含量；芥酸含量為81.75%，均高于群Ⅰ和群Ⅱ材料的芥酸含量。材料48，硬脂酸含量為1.91%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的硬脂酸含量；油酸含量為29.07%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的油酸含量；亞油酸含量為23.22%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞油酸含量；亞麻酸含量為12.04%，均低于群Ⅰ和群Ⅱ材料的亞麻酸含量。

圖1 芥菜型油菜F5重組自交系群體脂肪酸和硫甙的主成分分析

3 結(jié)論與討論

油菜有自己特定的品質(zhì)性狀育種目標(biāo)，其中芥酸和硫甙要達(dá)到“雙低”標(biāo)準(zhǔn)，油酸含量要高，亞麻酸和亞油酸含量要適中[12]。本研究進(jìn)一步證實：芥菜型油菜的品質(zhì)性狀具有較高的遺傳力且不同品質(zhì)性狀間具有顯著的相關(guān)關(guān)系。獲得的不同脂肪酸間的顯著相關(guān)關(guān)系在芥菜型油菜中研究較少，而在甘藍(lán)型油菜中被廣泛研究，例如朱宗河等[13]在165個F2代材料中檢測到芥酸和油酸間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.510)；侯樹敏[14]在20份區(qū)試材料中也檢測到芥酸含量和油酸含量間的極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.977)；著名油菜育種學(xué)家劉后利在《作物遺傳育種》[15]一書中也對芥酸含量和油酸含量間的相關(guān)性研究進(jìn)行了總結(jié)，近一半研究顯示二者間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)論均與本研究獲得的結(jié)論一致。

加強對種質(zhì)資源群體和雜交后代群體的遺傳和變異研究，對于指導(dǎo)相關(guān)作物的遺傳育種具有重要意義。對84份白菜型油菜種質(zhì)資源的芥酸、油酸和總硫甙含量進(jìn)行了相關(guān)性和聚類分析，并獲得了5份優(yōu)異的白菜型油菜的育種材料[16]。本研究用同樣的方法對芥菜型油菜雜交后代群體進(jìn)行了遺傳分析，獲得了不同品質(zhì)性狀的遺傳特性和相關(guān)特性，同時通過聚類分析，獲得了材料的分群及變異材料的信息。這些信息對于將來的芥菜型油菜的育種工作有一定的參考價值。

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The Genetic Analysis of theB.junceaRIL Population for Important Quality Traits

TIANEntang,LIUKun,YEBotao,LUOChenying,LINShuchun

(Oil Crops Research Institute of Guizhou University,Agricultural Colloge of Guizhou University, Guiyang 550025,China)

The fatty acids and glucosinolate content of one 139 RIL(recombinant inbred lines) lines were analyzed, the correlation among different fatty acids was analyzed,showed significantly negative correlation between fatty acids and other fatty acids and significantly positive correlation among different fatty acids expect for erucic acid.All of the quality traits showed high heritability,that’s 94.32% for glucosinolate,91.09% for erucic acid,89.54% for oleic acid,80.11% for stearic acid,77.89% for linoleic acid,74.16% for linolenic acid.The PCA (Principal Component Analysis) analysis provided two factors,which explained 64.9% and 16.4% phenotypic variation.The scatted chart was made with the two factors,which divided the 139 lines into groupⅠ,groupⅡ and four scatted lines, the results would be useful for the research of genetics and screening of special materials of those quality traits.

Brassicajuncea; recombinant inbred lines; fatty acids; glucosinolate; heritability

2017-02-19

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

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

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.08.001

S 565.4

A

1001-4705(2017)08-0001-05