陸地棉種子營養(yǎng)品質(zhì)分析

阿力木江·克來木，蘇秀娟，瑪依拉·依不拉音，趙 強(qiáng)，鄧曉娟，木哈達(dá)斯·買買提依明

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆塔城市二工鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)站，新疆塔城 834000)

0 引 言

【研究意義】棉花是一種棉、油、蛋白等綜合利用的重要大田作物，棉籽中含有豐富的油脂、蛋白質(zhì)、維生素E、碳水化合物等[1-5]。以往主要針對(duì)皮棉產(chǎn)量及纖維品質(zhì)等性狀對(duì)棉花進(jìn)行遺傳改良，未重視對(duì)棉籽營養(yǎng)品質(zhì)的改良。有關(guān)棉籽營養(yǎng)品質(zhì)的研究很早就有報(bào)道，但大都是針對(duì)其作為飼料或食品資源而進(jìn)行的[6-7]，為了提高棉花的生產(chǎn)效率和綜合利用價(jià)值，棉籽油分和蛋白質(zhì)改良也是棉花育種的目標(biāo)。通過提高棉花種子的品質(zhì)能改善棉籽質(zhì)量或增加產(chǎn)量。棉花是集糧、棉、油、柴等物質(zhì)于一體的作物，開發(fā)利用好棉花副產(chǎn)品，對(duì)有效利用資源，這是為棉花品質(zhì)育種和棉花副產(chǎn)品綜合利用提供參考，對(duì)研究棉花籽粒營養(yǎng)品質(zhì)與棉花育種生產(chǎn)當(dāng)中，提高植棉效益意義重大。研究棉花品種對(duì)綜合提高棉花種子質(zhì)量，對(duì)于評(píng)價(jià)棉籽仁營養(yǎng)品質(zhì)與科學(xué)培育優(yōu)良品質(zhì)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】我國每年棉籽產(chǎn)量達(dá)900×104t以上，棉籽油產(chǎn)量占全國植物油總產(chǎn)的四1/4，是重要的食用油和工業(yè)用油原料[8]。棉籽餅?zāi)戤a(chǎn)量達(dá)400×104～500×104t，脫脂后的棉仁粉，蛋白質(zhì)含量可高達(dá)60%以上，含有人體必需的8種氨基酸，是豐富的蛋白質(zhì)資源[9]。研究只限于種子的含油率以及環(huán)境對(duì)含油成分的影響，而將種子高含油量進(jìn)行特定的目標(biāo)育種研究較少。目前棉花種子的油分與蛋白含量仍維持在50年前甚至100年前的水平[10-11]。我國對(duì)棉籽的研究均集中于營養(yǎng)品質(zhì)間的關(guān)系、營養(yǎng)品質(zhì)與纖維產(chǎn)量間的關(guān)系、棉花主栽品種棉籽營養(yǎng)品質(zhì)及播種品質(zhì)[12-16]和營養(yǎng)品質(zhì)的QTL定位[17]。20世紀(jì)80年代以來，美國等開展了提高棉籽含油量的育種工作[17-19]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)棉籽營養(yǎng)品質(zhì)對(duì)播種品質(zhì)的影響報(bào)道較少。評(píng)價(jià)不同陸地棉品種棉籽的營養(yǎng)品質(zhì)。【擬解決的關(guān)鍵問題】對(duì)14個(gè)陸地棉品種種子的籽指、含水量、粗脂肪和蛋白質(zhì)等種子質(zhì)量相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和分析，研究不同棉花品種的棉籽營養(yǎng)品質(zhì)，為品質(zhì)育種提供優(yōu)質(zhì)親本，為針對(duì)棉籽蛋白質(zhì)、含油量進(jìn)行特定目標(biāo)育種及棉花副產(chǎn)品綜合利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供，均為陸地棉品種。品種有新陸早25號(hào)、關(guān)農(nóng)1號(hào)、短節(jié)岱、新陸早42號(hào)、新陸早38號(hào)、吐79-94、XND1584、新陸早50號(hào)、塔什干1號(hào)、XND1586、新陸早35號(hào)、吐76-74、Y1164和KK1543。

1.2 方 法

1.2.1 籽指測(cè)定

從充分混合的種子中隨機(jī)數(shù)取4份種子各100粒，分別在天平上稱重，精確至 0.01 g。

1.2.2 含水量測(cè)定

采用高溫烘干法，取種4～5 g，130℃的恒溫烘箱2 h處理，三個(gè)重復(fù)。計(jì)算公式如下。

種子含水量(%)= [(烘前試樣重-烘后試樣重)/烘前試樣重]×100%。

兩份試樣測(cè)定結(jié)果差距不得超過0.4%，否則重測(cè)。

1.2.3 蛋白質(zhì)含量測(cè)定

采用考馬斯亮藍(lán)法，計(jì)算公式如下。

蛋白質(zhì)含量(mg/g)=(C×Vt)/(1 000×Vs×Wf)。

其中：C：蛋白質(zhì)提取液的濃度(μg/mL)；Vt：提取液總體積mL；Vs：測(cè)定時(shí)加樣量mL；Wf：樣品鮮重g。

1.2.4 粗脂肪含量測(cè)定

稱樣2～4 g，105℃溫度30 min處理，趁熱研磨，于干燥器內(nèi)冷卻至室溫。

計(jì)算粗脂肪含量：

粗脂肪含量(%)= [粗脂肪重量/試樣重量(1-水分百分率)]×1 000%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析和聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同陸地棉品種籽指差異

研究表明，所用品種籽指之間存在極顯著差異，變幅較小，7.78%～10.23%，含量集中在30.00%～49.00%。其中籽指最高的是新陸早35號(hào)，高達(dá)10.23 g，籽指最低的是Y1164，只有7.78 g。14個(gè)品種可以聚類成3大類，其中高籽指類的品種有XND1586和新陸早35號(hào)。圖1，圖2

圖1 不同陸地棉種子籽指含量變化

Fig.1Changesofseedcontentsindifferentuplandcottonvarieties

圖2 不同陸地棉籽指含量聚類
Fig.2 Cluster analysis of seed contents in different upland cotton varieties

2.2 不同陸地棉品種的水分含量差異

研究表明，棉花不同品種水分含量差異極顯著，變幅較小，5.01%～6.34%，含量集中在5.33%～6.00%。XND1584和Y1164的含水量最高，新陸早38號(hào)含水量最低，Y1164、XND1584、76-94、塔什干1號(hào)、關(guān)農(nóng)1號(hào)、新陸早35號(hào)等品種含水量之間有差異。試驗(yàn)14個(gè)品種可以聚類成3大類，其中低水量類的品種有短節(jié)岱，XND1586和新陸早38號(hào)。圖3，圖4

圖3 不同陸地棉種子含水量變化
Fig.3 Changes of water content in different upland cotton varieties

圖4 不同陸地棉種子含水量聚類
Fig.4 Cluster analysis of water contents in different upland cotton varieties

2.3 不同陸地棉品種種子蛋白質(zhì)含量差異

研究表明，棉花品種間蛋白質(zhì)含量存在極顯著差異，變幅較大，3.84～22.59 mg/g，含量集中在18.00～23.00 mg/g。短節(jié)岱種子的蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)22.59 mg/g，塔什干1號(hào)的種子蛋白質(zhì)含量最低，只有3.84 mg/g。試驗(yàn)14個(gè)品種可以聚類成3大類，其中高蛋白質(zhì)類的品種有短節(jié)岱、新陸早25號(hào)、Y1164、新陸早42號(hào)、新陸早50號(hào)和KK1543。圖5，圖6

圖5 不同陸地棉種子蛋白質(zhì)含量變化
Fig.5 Changes of protein contents in different upland cotton varieties

圖6 不同品種種子蛋白質(zhì)含量聚類
Fig.6 Cluster analysis of protein content in different upland cotton varieties

2.4 不同陸地棉品種的脂肪含量差異

研究表明，各品種脂肪含量之間存在極顯著性差異，變幅較大，26.41%～51.35%，含量集中在30.00%～49.00%。關(guān)農(nóng)1號(hào)和短節(jié)岱種子的粗脂肪含量顯著最高，達(dá)51.35%和50.99%；XND1586的種子粗脂肪含量極顯著最低，只有26．41%，其他材料間差異不顯著。試驗(yàn)14個(gè)品種可以聚類成3大類，其中高脂肪類的品種有關(guān)農(nóng)1號(hào)，短節(jié)岱和新陸早38號(hào)。圖7，圖8

圖7 不同陸地棉種子粗脂肪含量變化
Fig.7 Changes of crude fat content in different upland cotton varieties

圖8 不同陸地棉種子粗脂肪含量聚類
Fig.8 Cluster analysis of crude fat contents in different upland cotton varieties

2.5 綜合聚類

研究表明，綜合四個(gè)指標(biāo)聚類，把試驗(yàn)的14個(gè)材料分為4大類。第一大類：蛋白質(zhì)含量高材料，有新陸早25號(hào)、Y1164、新陸早42號(hào)、新陸早50號(hào)和KK1543。第二大類：脂肪含量高材料，有關(guān)農(nóng)1號(hào)、新陸早38號(hào)和新陸早35號(hào)屬于脂肪含量較高材料。第三大類：高蛋白、高脂肪材料，只有短節(jié)岱。結(jié)合籽指數(shù)據(jù)得短節(jié)岱屬于粒小、品質(zhì)高材料。第四大類：品質(zhì)一般，除以上其他材料。圖9

圖9 綜合聚類
Fig.9 Integrated clustering diagram

3 討 論

測(cè)定不同棉花品種種子的粗脂肪、蛋白質(zhì)、含水量和籽指等種子質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)，這些指標(biāo)是評(píng)價(jià)棉花種子質(zhì)量的前提依據(jù)[20-21]。主要對(duì)棉花不同品種種子的籽指、含水量、粗脂肪、蛋白質(zhì)等種子質(zhì)量有關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，不同棉花品種種子質(zhì)量的各指標(biāo)有一定的差異，有些品種種子品種好，有些品種品質(zhì)好，還有些品種的營養(yǎng)品質(zhì)好。營養(yǎng)品質(zhì)好，這些品種適合壓油和加工飼料，有些品種的產(chǎn)量很好，適合農(nóng)業(yè)推廣種植。品種的營養(yǎng)品質(zhì)或種子品質(zhì)的高或者低，與遺傳特性有關(guān)。棉籽營養(yǎng)品質(zhì)的檢測(cè)成本較高。在現(xiàn)有條件下，棉籽營養(yǎng)品質(zhì)的檢測(cè)是破壞性的，用于檢測(cè)的種子就不能再用于繁殖，對(duì)于營養(yǎng)品質(zhì)的選擇只能在高世代完成。建立一套適于品質(zhì)育種、可快速準(zhǔn)確地分析品質(zhì)的檢測(cè)方法，是開展棉籽營養(yǎng)品質(zhì)改良的重要前提。應(yīng)加強(qiáng)棉籽營養(yǎng)品質(zhì)性狀的研究,發(fā)掘有利用價(jià)值的等位基因，將分子標(biāo)記輔助選擇用于育種實(shí)踐，以培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的新品種，值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

4.1 在所測(cè)的14個(gè)陸地棉品種中，籽指、種子含水量、蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量存在明顯差異，籽指最大為10.23 g，最小為7.78 g；含水量最高為6.34%，最低為5.01%；蛋白質(zhì)含量最高為22.59 mg/g，最低為3.84 mg/g；粗脂肪含量最高為51.35%，最低為26.41%。

4.2 高油分棉花品種為關(guān)農(nóng)1號(hào)、新陸早38號(hào)和新陸早35號(hào)，高蛋白質(zhì)棉花品種為新陸早25號(hào)、Y1164、新陸早42號(hào)、新陸早50號(hào)和KK1543，高油高蛋白棉花品質(zhì)為短節(jié)岱。

4.3 棉籽是棉花生產(chǎn)中的重要副產(chǎn)品,脂肪酸及蛋白質(zhì)是其貯藏的主要營養(yǎng)物質(zhì)。陸地棉棉籽主要粗脂肪及蛋白質(zhì)含量變異較大，可以通過籽指、含水量、蛋白質(zhì)含量、粗脂肪含量進(jìn)行估測(cè)。

參考文獻(xiàn)(References)

[1] 張海芝. 加深棉花產(chǎn)品綜合開發(fā)利用推動(dòng)棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[C]//. 中國農(nóng)學(xué)會(huì).循環(huán)農(nóng)業(yè)與新農(nóng)村建設(shè)——2006年中國農(nóng)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.中國農(nóng)學(xué)會(huì),2006:2.

ZHANG Hai-zhi. (2006). Deepening the comprehensive development and utilization of cotton products to promote the development of the cotton industry [C]//. Chinese Agronomy Society. Cycling Agriculture and New Rural Construction-Proceedings of the Academic Annual Meeting of the Chinese Agricultural Society in 2006.ProceedingofChineseAgronomySociety: 2. (in Chinese)

[2] 徐鵬,張香桂,沈新蓮.棉子營養(yǎng)品質(zhì)性狀的研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,25(5):1 173-1 177.

XU Peng, ZHANG Xiang-gui, SHEN Xin-lian. (2009). Advances in Research on Nutritional Quality Traits of Cotton [J].JiangsuAgriculturalSciences, 25(5):1,173-1,177. (in Chinese)

[3] 陳姣，陳金湘，江曲,等.棉花不同基因型品種棉仁含油量及其與纖維品質(zhì)性狀的關(guān)系[J]. 作物研究，2014,28(1):27-31.

CHEN Jiao, CHEN Jin-xiang, JIANG Qu, et al. (2014). Cotton seed oil content in different cotton genotypes and its relationship with fiber quality traits [J].CropResearch, 28(1): 27-31. (in Chinese)

[4] 孫善康,陳建華,項(xiàng)時(shí)康,等.棉花種子營養(yǎng)品質(zhì)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1987,20(5):12-16.

SUN Shan-kang, CHEN Jian-hua, XIANG Shi-kang, et al. (1987). Study on Nutritional Quality of Cotton Seeds [J].ScientiaAgriculturaSinica, 20(5): 12-16. (in Chinese)

[5] 李志強(qiáng),唐金泉,顧東.棉籽的營養(yǎng)價(jià)值與加工利用[J].中國畜牧雜志,2005,41(2):47-48.

LI Zhi-qiang, TANG Jin-quan, GU Dong. (2005). Nutritional Value and Processing Utilization of Cotton Seeds [J].ChineseJournalofAnimalScience, 41(2):47-48. (in Chinese)

[6] Pandey, S. N., Thejappa, N. (1975). Study on the relationship between oil, protein, and gossypol in cottonseed kernels [J].JournaloftheAmericanOilChemistsSociety, 52(52):312-315. (in Chinese)

[7] 王延琴,楊偉華,許紅霞,等.不同生態(tài)區(qū)及收獲期對(duì)棉子播種品質(zhì)的影響[J].棉花學(xué)報(bào),2003,15(1):42-46.

WANG Yan-qin, YANG Wei-hua, XU Hong-xia, et al. (2003). Effects of different ecological areas and harvesting periods on cottonseed sowing quality [J].CottonScience, 15(1):42-46. (in Chinese)

[8] 楊偉華, 項(xiàng)時(shí)康. 棉子蛋白綜合利用回顧與展望[J]. 中國棉花, 2000, 27(3):2-4.

YANG Wei-hua, XIANG Shi-kang. (2000). Review and Prospect of Comprehensive Utilization of Cotton Protein [J].ChinaCotton, 27(3):2-4. (in Chinese)

[9] 陳旭升,狄佳春,劉劍光,等.棉花無腺體性狀的遺傳及低酚棉產(chǎn)業(yè)化前景[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2003,15(1):43-47.

CHEN Xu-sheng, DI Jia-chun, LIU Jian-guang, et al. (2003). Inheritance of cotton glandless traits and prospects for industrialization of low phenolic cotton [J].ActaAgriculturaeJiangxi, 15(1):43-47. (in Chinese)

[10] Turner, J. H. , Jr, R. H. H. , & Jr, W. S. . (1976). Influence of environment on seed quality of four cotton cultivars.CropScience, 16(3): 407-409.

[11] 劉明,范君華,由寶昌,等.新疆海島棉棉籽營養(yǎng)品質(zhì)研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1995,4(4):37-40.

LIU Ming, FAN Jun-hua, YOU Bao-chang, et al. (1995). Study on the nutritional quality of cottonseed from cotton in Xinjiang coast [J].ActaAgriculturaeBoreali-OccidentalisSinica, 4(4):37-40. (in Chinese)

[12] 郭婷婷,徐鵬,張香桂,等.陸地棉棉籽營養(yǎng)品質(zhì)性狀與主要農(nóng)藝性狀、纖維品質(zhì)性狀的相關(guān)分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(3):79-81.

GUO Ting-ting, XU Peng, ZHANG Xiang-gui, et al. (2012). Correlation analysis of nutrient quality traits, main agronomic traits and fiber quality traits in upland cotton seeds [J].JiangsuAgriculturalSciences, 40(3):79-81. (in Chinese)

[13] 周有耀.棉子營養(yǎng)品質(zhì)與纖維品質(zhì)的關(guān)系[J].中國棉花,1993,20(2):13-14.

ZHOU You-yao. (1993). The Relationship between Nutritional Quality and Fiber Quality of Cotton Seeds [J].ChinaCotton, 20(2):13-14. (in Chinese)

[14] 王國建,朱軍,臧榮春,等.陸地棉種子品質(zhì)性狀與棉花產(chǎn)量性狀的遺傳相關(guān)性分析[J].棉花學(xué)報(bào),1996,8(6):295-300.

WANG Guo-jian, ZHU Jun,ZHANG Rong-chun, et al. (1996). Genetic correlation analysis of seed quality traits and cotton yield traits in upland cotton [J].CottonScience, 8(6):295-300. (in Chinese)

[15] Ahmad, S., Anwar, F., Hussain, A., Hussain, A.L., Ashraf, A. & Awan, A. R. (2007). Does Soil Salinity Affect Yield and Composition of Cottonseed Oil.JournaloftheAmericanOilChemists'Society, 84(9): 845-851.

[16] 王延琴,魏守軍,周大云,等.中國棉花主栽品種棉子營養(yǎng)品質(zhì)及播種品質(zhì)研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2017,33(7):33-40.

WANG Yan-qin, WEI Shou-jun, ZHOU Da-yun, et al. (2017). Study on Nutrient Quality and Sowing Quality of Main Cotton Varieties in China [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin, 33(7):33-40. (in Chinese)

[17] 何林池,徐鵬,郭婷婷,等.陸地棉棉籽油分和蛋白質(zhì)含量 QTL 的定位[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,30(6):1 248-1 252.

HE Lin-chi, XU Peng, GUO Ting-ting, et al. (2014).Location of cottonseed oil and protein content QTL in upland cotton [J].JiangsuAgriculturalSciences, 30(6):1,248-1,252. (in Chinese)

[18] Kashalkar P D, Weginwar D G, Dani R G. (1988). Variability of oil and lint trait and effects of harvest in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)[J].IndianJournalofAgriculturalScience, 58(7):554-555.

[19] Shaver, T. N. , & Dilday, R. H. . (1982). Measurement of and correlations among selected seed quality factors for 36 texas race stocks of cotton.CropScience, 22(4): 779-781.

[20] 王安平,呂云峰,張軍民,等, 我國棉粕和棉籽蛋白營養(yǎng)成分和棉酚含量調(diào)研[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2009, 25(增刊):301-304.

WANG An-ping, Lü Yun-feng, ZHANG Jun-min, et al. (2009). Study of Nutritional Composition and Gossypol Content of Cottonseed Meal and Cottonseed Protein in China [J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica, 25(Suppl. 1): 301-304. (in Chinese)

[21] 宋俊喬,孫培均,張霞,等.棉仁高油分材料篩選及其脂肪酸發(fā)育分析[J].棉花學(xué)報(bào),2010,22(4):291-296.

SONG Jun-qiao, SUN Pei-jun, ZHANG Xia, et al. (2010).Screening of high oil content materials and analysis of fatty acid development in cottonseeds [J].CottonScience, 22(4):291-296. (in Chinese)