蓖麻種子含油量及脂肪酸成分與種子表型相關(guān)性分析

代夢(mèng)媛，崔長(zhǎng)勝，高 梅，李文昌*

(1. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所, 云南 昆明 650205;2.鄒平縣農(nóng)業(yè)局，山東 濱州 256200； 3. 云南昌闊農(nóng)業(yè)科技有限公司, 云南 昆明 650205)

【研究意義】蓖麻(RicinuscommunisL.)是一種重要的工業(yè)油料作物，蓖麻油可生產(chǎn)700多種工業(yè)產(chǎn)品，包括醫(yī)藥、低分子航空燃料、航空助燃劑、生物聚合物、生物柴油，世界蓖麻油需求量每年持續(xù)增長(zhǎng)3 %～5 %[1]。蓖麻籽作為蓖麻的主要產(chǎn)品，含油量高達(dá)37 %～60 %，明顯優(yōu)于其他油料作物[2-3]，蓖麻油是呈淡黃色、粘性、無(wú)揮發(fā)性、無(wú)味的非干性油，較其他植物油的保質(zhì)期長(zhǎng)[4]，蓖麻油酸性極強(qiáng)，可與酒精任意比例混合，替代石化燃料成為環(huán)境友好型的生物柴油[5]。蓖麻油中高達(dá)90 %的脂肪酸含量是蓖麻油酸(順式-12-羥基十八碳-9-烯酸)，蓖麻油酸獨(dú)特的高溫不燃燒、低溫不凝固、穩(wěn)定的理化性質(zhì)源于12碳位羥基化，可生產(chǎn)高品質(zhì)的工業(yè)材料[6-8]。蓖麻油產(chǎn)量品質(zhì)依賴于獨(dú)特的種子多樣性、地理起源氣候條件和提取方法[4]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】蓖麻種質(zhì)資源間存在豐富的形態(tài)特征多樣性，包括株高、分枝、莖色、蠟層、花序形狀和緊實(shí)度、花梗長(zhǎng)度、果皮和種子的形狀和大小等[1]。蓖麻種子有顯著的顏色、性狀和大小差異，Woodend最早描述蓖麻種子為白色、黑色、深棕色以及有無(wú)斑紋[9]，包春光等人報(bào)道蓖麻種子百粒重變幅為7 ～110 g，種子形狀多樣，可分為卵圓形、長(zhǎng)卵圓形、橢圓形和扁圓形等[10]。【本研究切入點(diǎn)】通過(guò)對(duì)35份供試蓖麻種子的5個(gè)表型性狀種子長(zhǎng)、種子寬、種子形狀、種皮顏色、種子百粒重與2個(gè)品質(zhì)性狀種子含油量、脂肪酸成分進(jìn)行變異性、相關(guān)性和聚類分析?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】探索蓖麻種子表型與蓖麻油產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)系，試圖找出通過(guò)種子表型評(píng)判種子品質(zhì)的目測(cè)鑒別法，為提高蓖麻產(chǎn)油率和高蓖麻油酸的品質(zhì)育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器和分析方法

實(shí)驗(yàn)蓖麻種子材料中30份為國(guó)內(nèi)外收集的野生種質(zhì)，5份為國(guó)內(nèi)選育的品種，詳細(xì)信息見表1。乙醚、正己烷、甲醇、氫氧化鉀等試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純，所用儀器包括：安捷倫7890B氣相色譜儀、索氏提取器、恒溫水浴鍋、蒸餾冷凝裝置、干燥烘箱、電子分析天平(精度0.1 mg)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics 19和DPS 9.05軟件。用SPSS軟件計(jì)算各蓖麻品系種子的統(tǒng)計(jì)性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，以衡量種子的變異程度。利用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性和聚類分析。

1.2 種子表型描述

蓖麻種子表型參照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南-蓖麻》(NY/T2568-2014)對(duì)種子形狀和種皮顏色進(jìn)行描述。種子形狀用代碼1～5進(jìn)行編號(hào)，依次是窄卵形、卵圓形、橢圓形、扁圓形、近方形；種皮顏色用代碼1～5進(jìn)行編號(hào)，依次是白色、灰色、黃色、紅色、褐色。

1.3 種子含油量檢測(cè)

將脫脂濾紙裁剪成7 cm × 7 cm大小，疊成一邊不封口的紙包，將濾紙包放在干燥箱中105 ℃干燥4 h時(shí)，取出放在干燥器中40 min至室溫后準(zhǔn)確稱量(記為a)；將磨成粉末的蓖麻籽樣品(約2 g)放入紙袋中，105 ℃干燥4 h，取出放在干燥器中40 min至室溫后準(zhǔn)確稱量(記為b)；將樣品放入索氏提取器內(nèi)，加入乙醚浸提24 h，用定性濾紙檢測(cè)浸提液是否有殘留油脂，若有繼續(xù)浸提，直到浸提液不含油脂，取出樣品放于通風(fēng)櫥至乙醚全部揮發(fā)，然后105 ℃干燥4 h，取出放在干燥器中40 min至室溫后準(zhǔn)確稱量(記為c)。

圖1 35個(gè)蓖麻種子表型Fig.1 Phenotype of 35 castor bean seeds

含油量計(jì)算公式：

(1)

每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)，取平均值。

1.4 種子脂肪酸檢測(cè)

蓖麻種子脂肪酸檢測(cè)方法參考李鳳娟[11]，蓖麻籽粉碎后，取1 g于試管中加入正己烷-乙醚溶劑(體積比4∶1)混勻后浸提過(guò)夜，離心取上清液1 mL，加入與上清液等體積的4 mol/L KOH-甲醇溶液，甲酯化反應(yīng)30 min后，加入2 mL蒸餾水，充分震蕩搖勻靜置到溶液分成兩層，1500 r/min離心2 min取上層相用于氣相色譜分析。

氣相色譜分析設(shè)定條件：毛細(xì)管柱(Agilent 19091N-213:2 HP-INNOW ax)，進(jìn)樣口溫度280 ℃，柱溫起始溫度120 ℃(保持5 min)，以5 ℃/min升溫速度升至240 ℃；檢測(cè)器溫度280 ℃，進(jìn)樣量1 μl，載氣氮?dú)饬髁?0 mL/min，分流比為100∶1。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓖麻種子表型、含油量及脂肪酸的變異性分析

通過(guò)直觀觀察35個(gè)樣品的種子表型，如圖1所示，在種子大小、形狀、種皮顏色方面皆有顯著的差異，結(jié)合表1對(duì)應(yīng)采集地點(diǎn)分析表型差異發(fā)現(xiàn)，同一區(qū)域內(nèi)，表型差異較大，區(qū)域間差異不明顯。

蓖麻樣品種子表型性狀觀察和測(cè)定結(jié)果見表1。種子形狀有窄卵形、卵圓形、橢圓形、扁圓形、近方形5種類型，以卵圓形居多，近方形最少；種皮顏色有白色、灰色、黃色、紅色、褐色5種類型，褐色居多，白色最少；種子長(zhǎng)、寬和百粒重的變異系數(shù)分別為23.19 %、29.46 %、61.73 %(表3)，3個(gè)統(tǒng)計(jì)量變異均較大，說(shuō)明種子大小相關(guān)的遺傳多樣性豐富。

供試蓖麻種子含油量和脂肪酸測(cè)定結(jié)果見表2。平均含油量為50.59 %，5個(gè)選育出的品種含油量均高于平均值，最高含油量55.48 %是采集自肯尼亞的樣品編號(hào)28(蓖麻油酸含量88.39 %)；平均蓖麻油酸含量為87.5 %，最高含量89.08 %，采自貴州花溪，最低含量85.69 %，采自肯尼亞樣品編號(hào)29(含油量54.91 %)，汾蓖10號(hào)的蓖麻油酸含量為86.77 %。含油量和蓖麻油酸含量的變異系數(shù)均較小(表3)，分別為7.45 %、1.06 %，差距小，變異不明顯，硬脂酸、二十碳酸、二十碳一烯酸的變異系數(shù)分別為16.16 %、17.45 %、21.18 %，，差距明顯，遺傳多樣性豐富。

表1 35個(gè)供試蓖麻種子表型性狀Table 1 The phenotypic traits of 35 castor bean germlasm resources seed

續(xù)表1 Continued table 1

編號(hào)Code采集地點(diǎn)/品系Location/strain種子形狀Seed shape 種皮顏色Coat color描述Description代碼Code描述Description代碼Code種子長(zhǎng)(mm)Seed length種子寬(mm)Seed width百粒重(g)Hundred-grain weight19蒙自橢圓形3褐色511.74 7.72 22.03 20屏邊平里卵圓形2褐色510.28 6.06 12.40 21彌勒水礁卵圓形2灰色212.00 8.00 25.81 22德宏畹町橢圓形3褐色511.44 7.64 19.42 23貴州花江溪扁圓形4褐色516.22 10.36 52.76 24貴州夜郎洞卵圓形2黃色311.26 7.28 14.38 25緬甸-3卵圓形2褐色514.24 10.96 56.23 26緬甸-4扁圓形4黃色317.76 14.64 101.02 27泰國(guó)扁圓形4黃色310.90 7.04 23.34 28肯尼亞-1卵圓形2褐色519.92 12.74 120.29 29肯尼亞-2橢圓形3紅色420.76 13.14 92.72 30肯尼亞-3卵圓形2紅色49.14 5.68 10.59 31A007卵圓形2灰色215.04 8.74 44.44 32淄蓖5號(hào)窄卵形1紅色416.94 10.34 66.13 33汾蓖10號(hào)橢圓形3黃色313.66 8.70 34.80 34通蓖5號(hào)卵圓形2褐色513.24 7.52 33.46 35稼祥1號(hào)卵圓形2褐色517.20 11.00 71.89

表2 35個(gè)蓖麻樣品種子含油量和脂肪酸測(cè)定結(jié)果Table 2 The detection result of oil content and fatty acid from 35 castor bean germlasm resources seed

續(xù)表2 Continued table 2

編號(hào)Code含油量(%)Oil content棕櫚酸(%)Palmtic acid硬脂酸(%)Stearic acid油酸(%)Oleic acid亞油酸(%)Linoleic acid二十碳酸(%)Eicosanoic acid二十碳一烯酸(%)Eicosaenoic acid蓖麻油酸(%)Ricinoleic acid1951.831.23 1.02 5.46 4.70 1.06 0.47 85.70 2045.811.23 0.84 3.54 6.11 1.05 0.38 86.86 2150.91.19 0.98 4.88 4.71 0.54 0.31 87.26 2251.581.07 0.98 4.51 4.55 0.66 0.37 87.85 2348.911.00 0.95 3.53 4.51 0.67 0.27 89.08 2441.331.31 1.03 4.53 5.34 1.06 0.35 86.17 2551.61.01 0.85 4.48 4.64 0.74 0.33 87.94 2653.360.90 0.68 3.90 4.63 0.67 0.39 88.82 27491.19 1.44 5.78 4.80 0.58 0.47 85.75 2855.480.94 1.20 4.46 3.85 0.63 0.36 88.39 2954.911.10 1.26 6.07 4.37 0.66 0.55 85.69 3045.941.16 0.99 4.30 5.41 0.76 0.44 86.94 3152.810.90 0.91 4.09 4.33 0.59 0.33 88.85 3253.880.92 0.96 4.22 4.20 0.71 0.42 88.48 3350.951.18 1.14 4.65 5.13 0.64 0.35 86.77 3451.621.00 1.06 4.36 4.66 0.77 0.31 87.72 3552.610.98 0.95 4.65 4.53 0.68 0.28 87.93

表3 蓖麻種子表型性狀和品質(zhì)性狀的變異特點(diǎn)Table 3 Variation features of phenotypic traits and qualitative traits from castor bean seed

2.2 蓖麻籽種子表型、含油量及脂肪酸的相關(guān)性分析

對(duì)35個(gè)蓖麻樣品種子表型、含油量及脂肪酸的相關(guān)性分析(表4)表明，種子百粒重與種子長(zhǎng)、種子寬、含油量呈極顯著正相關(guān)，與棕櫚酸、亞油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與二十碳酸呈顯著負(fù)相關(guān)；種子長(zhǎng)與種子寬極顯著正相關(guān)，與含油量呈顯著正相關(guān)，與棕櫚酸和亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與二十碳酸顯著負(fù)相關(guān)；種子寬與含油量呈顯著正相關(guān)，與棕櫚酸和亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與硬脂酸呈顯著負(fù)相關(guān)；含油量與棕櫚酸、亞油酸、二十碳酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與油酸呈極顯著正相關(guān)；蓖麻油酸與種子百粒重、長(zhǎng)、寬、含油量正相關(guān)但不顯著，與其他脂肪酸(棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、二十碳一烯酸)含量呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)；種子形狀與種子百粒重、種子寬呈極顯著正相關(guān)，即種子越趨于圓形，百粒越重，與蓖麻油酸不相關(guān)；種子顏色與種子百粒重、長(zhǎng)、寬、含油量、蓖麻油酸含量不相關(guān)。

表4 種子表型與種子含油量、脂肪酸成分的相關(guān)性分析Table 4 The correlation analysis of seed phenotypic traits, oil content and fatty acid content

圖2 種子表型與含油量、脂肪酸含量聚類分析Fig.2 The tree diagram of cluster analysis of seed phenotypic traits, oil content and fatty acid content

2.3 聚類分析

對(duì)供試蓖麻種子的百粒重、種子長(zhǎng)、種子寬、種子形狀、種子顏色、含油量和蓖麻油酸7個(gè)性狀進(jìn)行聚類分析，根據(jù)同一類群內(nèi)蓖麻品系類間距離接近且綜合性狀值差異較小的原則，在聚類水平D2=7.58時(shí)35個(gè)供試蓖麻可以劃分為4大類群(圖2)，如表5所示，按種子百粒重、種子長(zhǎng)、種子寬比較種子大小，依次為第四類群>第三類群>第一類群>第二類群，比較含油量：依次為第四類群>第三類群>第二類群>第一類群，比較蓖麻油酸含量：依次為第四類群>第三類群>第二類群>第一類群。其中所有種皮褐色的樣品均歸為第一類群(除一個(gè)為紅色外)，根據(jù)含油量和蓖麻油酸含量該類群可分為3個(gè)小支系，第一小支系含油量最低，第三小支系蓖麻油酸含量最低，第二小支系兩者居中。第二類群種子形狀為卵圓或橢圓，種皮顏色為灰色或黃色。第三類群的種子形狀為扁圓形或近方形皆趨于圓形，且對(duì)應(yīng)的百粒重?cái)?shù)值較大。第四類群的百粒重、含油量和蓖麻油酸含量均最高，皆系品種選育中優(yōu)良性狀，3個(gè)選育出的品種A007、淄蓖5號(hào)、稼祥1號(hào)都屬于該類群。

3 討 論

農(nóng)藝性狀因具有直觀、易于掌握以及生產(chǎn)直接相關(guān)等特點(diǎn)，而被農(nóng)業(yè)工作者廣為研究和應(yīng)用，種子是植物可利用價(jià)值體現(xiàn)的重要組成部分，同時(shí)也承載了植物的遺傳信息，種子相關(guān)農(nóng)藝性狀研究是種子品質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵[12]。

研究者依據(jù)蓖麻的農(nóng)藝性狀將蓖麻分為4個(gè)亞種，其中血紅色蓖麻，種子粒大，暗紅色；中國(guó)東北蓖麻，種子中等大小，灰褐色；桑給巴爾蓖麻，種子大，扁平近方形，紅色、乳白色或褐色；波斯蓖麻，種子有大有小，褐灰色或暗褐色[13]。供試的35份蓖麻種子表型都可以歸屬到4個(gè)亞種，說(shuō)明供試選材的廣泛性和代表性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域采集的蓖麻種子其表型(包括種子形狀、種皮顏色、種子大小)有相似點(diǎn)，而同一區(qū)域采集的蓖麻種子表型也存在較大差異，種子表型在區(qū)域間差異不明顯，說(shuō)明同一亞種的蓖麻適應(yīng)種植區(qū)域廣泛，不同亞種的蓖麻也能適應(yīng)多個(gè)種植區(qū)域，這對(duì)蓖麻引種適應(yīng)具有重要的意義。

表5 4個(gè)類群種子性狀平均值Table 5 The means of seed traits among 4 groups

通過(guò)遺傳多樣性分析表明，種子大小相關(guān)的性狀，包括種子長(zhǎng)、種子寬和百粒重的變異系數(shù)較大，而種子品質(zhì)相關(guān)的性狀，包括種子含油量和蓖麻油酸含量的變異系數(shù)較小，遺傳多樣性反映出生物體內(nèi)基因的多樣性，所以相比于種子品質(zhì)性狀相關(guān)的改良育種，種子籽粒大小選育更容易。利用聚類分析將供試35個(gè)材料分為4個(gè)類群，其中第四類群具有含油量高、和蓖麻油酸含量高及種粒大的特征能滿足蓖麻品質(zhì)育種要求，可作為品種選育親本材料。

本研究結(jié)果表明蓖麻種子表型性狀中，種子大小包括種子長(zhǎng)、寬、百粒重與種子含油量極顯著正相關(guān)，與李靖霞結(jié)果相似[14]，且種子形狀越趨于圓形百粒重和含油量值越大，所以高含油量品質(zhì)育種優(yōu)選種子大的蓖麻品種。蓖麻油酸含量與種子百粒重、長(zhǎng)、寬、含油量無(wú)顯著正相關(guān)，與其他脂肪酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，提高蓖麻油酸含量的途徑就是降低其他脂肪酸含量，雖然種子表型(包括種子形狀和種皮顏色)不能作為判斷蓖麻油酸含量高低的直接標(biāo)準(zhǔn)，但從相關(guān)性分析結(jié)果來(lái)看，種子大、種皮顏色淺的種子其蓖麻油酸含量相對(duì)較高。

比較2個(gè)肯尼亞蓖麻品系，含油量相近，而蓖麻油酸含量差異大，可能蓖麻油酸含量受基因型調(diào)控更明顯。比較5個(gè)選育品種的種子含油量均高于50.95 %，而汾蓖10號(hào)的蓖麻油酸含量為86.77 %，低于平均值87.5 %，文章認(rèn)為在品種選育中蓖麻油酸含量并沒(méi)有成為一個(gè)重要性狀指標(biāo)，今后蓖麻育種應(yīng)當(dāng)重視高脂肪酸含量和高蓖麻油酸含量的品種。

4 結(jié) 論

蓖麻籽加工產(chǎn)業(yè)對(duì)蓖麻品質(zhì)評(píng)價(jià)主要是種子百粒重、含油量和蓖麻油酸含量3個(gè)指標(biāo)，在蓖麻品質(zhì)育種中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)選育3個(gè)指標(biāo)值較高的品系，根據(jù)本研究結(jié)果可從種子表型直觀判斷種子品質(zhì)，種子籽粒大、種皮顏色淺的蓖麻種子品質(zhì)優(yōu)良，可用作育種親本，另外，文章推測(cè)蓖麻油酸含量可能受基因調(diào)控更明顯，可進(jìn)一步從分子遺傳育種探索其調(diào)控機(jī)制。