甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體芥酸和硫苷含量變異及相關(guān)性分析

(貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽 550025)

甘藍(lán)型油菜(Brassicanapus，AACC，2 n=38)具有豐產(chǎn)性好、適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、抗病力強(qiáng)等優(yōu)良性狀，為我國最重要的栽培油菜類型，是食用植物油和蛋白質(zhì)飼料的重要來源[1,2]。甘藍(lán)型油菜種子在油用油菜中產(chǎn)油量最高，但菜籽油中存在含量較高的芥酸和硫苷。油用植物菜籽的高芥酸會降低菜籽油的品質(zhì)，而菜籽的高硫苷則會顯著降低油菜的飼用價(jià)值[3]。故油菜品種改良的重點(diǎn)是培育低芥酸、低硫苷的雙低油菜品種，該類油菜品種對提高健康水平有重要意義[4,5]。目前，雙低油菜的等位基因資源全部來自低芥酸材料Liho和低硫苷材料Bronwski，導(dǎo)致育種油菜資源相對匱乏，需要篩選大量具有更豐富變異的育種資源。

為響應(yīng)國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的號召，油菜正在大力發(fā)展多功能化育種[7,8]。在菜籽油中，芥酸不易被人體消化利用，是有害物質(zhì)；在工業(yè)上，芥酸衍生物是重要的工業(yè)原料。衍生物芥酸甲醋、芥酸醜胺及山崳酸等可作為潤滑劑、抗粘結(jié)劑和疏水劑等[9-11]。硫苷在菜餅中是有害物質(zhì)，而其水解產(chǎn)物異硫氰酸鹽可發(fā)揮獨(dú)特作用，如對棉花黃萎病和紅腐病等土傳性真菌、植物寄生線蟲和雜草等具有很強(qiáng)的抑制和殺滅作用[12]。因而研究高芥酸和高硫苷材料也可在此方面提升油菜的多功能化之路，為其應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?？傊訌?qiáng)甘藍(lán)型油菜育種材料的篩選和鑒定具有十分重要的意義。本研究以來自全國各地的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源作為試驗(yàn)材料，種植在貴陽環(huán)境條件下，通過對收獲的油菜籽芥酸和硫苷測定和分析，以考察該群體在貴陽環(huán)境條件下的芥酸和硫苷含量變化，了解芥酸和硫苷之間的關(guān)系，掌握芥酸和硫苷性狀的分布特點(diǎn)，為合理利用現(xiàn)有的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源選育雙低油菜品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試材料為來自全國各地的363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料，該批材料表現(xiàn)出豐富的品質(zhì)性狀變異，特別是芥酸和硫苷含量。全部材料于2016年10月種植于貴州大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)場，每份材料播種2行，在開花期每份材料隨機(jī)選取3個(gè)單株套袋自交，收取成熟的自交種子用于芥酸和硫苷性狀測定。

圖1 芥酸及硫苷含量分布圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每個(gè)單株自交種子去除雜質(zhì)后，稱取約3 g的飽滿種子，采用近紅外法測定材料的芥酸和硫苷含量[13]，每個(gè)單株測定2次重復(fù)，取均值后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 20.0，Excel軟件對測定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析內(nèi)容包括描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、Kolmogorov-Smirnov與Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)、相關(guān)關(guān)系分布圖、正態(tài)分布圖等。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀總體變異

363份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源群體的芥酸和硫苷含量在貴陽環(huán)境條件下表現(xiàn)出豐富的變異(圖1和表1)。對2個(gè)性狀分別進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)性狀均呈偏正態(tài)分布(p=0)(圖1和表1)。該地種質(zhì)資源群體材料的芥酸含量均值為15.2%，標(biāo)準(zhǔn)差為17.3，變異范圍為0～60.0%，變異系數(shù)為114.2%。檢測發(fā)現(xiàn)其中有60份材料芥酸含量為0，所占比例為16.5%；材料早熟100天的芥酸含量最高，為60.0%；芥酸含量0～10%之間有219份材料，所占比例為60.3%；芥酸含量10%～20%之間有41份材料，所占比例為11.3%；芥酸含量20%～30%之間有18份材料，所占比例為5%；芥酸含量30%～40%之間有26份材料，所占比例為7.2%；芥酸含量40%～50%之間有40份材料，所占比例為11.0%；芥酸含量50%～60%之間有19份材料，所占比例為5.2%。

在貴陽環(huán)境條件下該種質(zhì)資源群體材料的硫苷含量均值為48.3 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為39.3，變異范圍為1.0～152.7 μmol·g-1，變異系數(shù)為81.3%。硫苷含量最低(1.0 μmol·g-1)的材料是林編13-53號和林編12-44號，硫苷含量最高的材料是4 E 014(152.7 μmol·g-1)；硫苷含量在0～50 μmol·g-1之間的材料有236份，所占比例為65%；硫苷含量在50～100 μmol·g-1之間的材料有68份，所占比例為18.7%；硫苷含量在100～150 μmol·g-1之間的材料有57份，所占比例為15.7%；硫苷含量>150 μmol·g-1只有2份，所占比例為0.6%，分別為GN 66-1(150.3 μmol·g-1)和4 E 014(152.7 μmol·g-1)。

表1 芥酸和硫苷含量的變異統(tǒng)計(jì)

2.2 相關(guān)性分析結(jié)果

芥酸和硫苷含量表現(xiàn)出明顯的正向同增特性，隨著芥酸含量的持續(xù)增加，硫苷含量也相應(yīng)增加。既可同時(shí)獲得雙低性狀的優(yōu)良種質(zhì)資源，也可獲得高芥酸高硫苷的特殊專用的育種材料。對363份甘藍(lán)型油菜群體的芥酸和硫苷含量相關(guān)性分析表明，Pearson相關(guān)性系數(shù)為r=0.673(p<0.01)，即芥酸與硫苷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(圖2)。

2.3 分類分析

以甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體材料的芥酸含量為劃分指標(biāo)，對363份甘藍(lán)型油菜材料進(jìn)行了分類分析(圖3，表2)。可將甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體劃分成3個(gè)種質(zhì)資源群體，低芥酸(<3%)有109份，均值為0.7%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.0，變異系數(shù)為140.2%。中芥酸(含量介于3%～50%之間)可再分為3個(gè)亞群體，含量在3%～20%之間有151份，均值為8.3%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.0，變異系數(shù)為48.5%；含量在20%～35%之間有32份，均值為28.2%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.4，變異系數(shù)為15.4%；含量在35%～50%之間有52份，均值為43.6%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.1，變異系數(shù)為9.5%。高芥酸(>50%)有19份，均值為53.1%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.4，變異系數(shù)為4.6%。

以甘藍(lán)型油菜種質(zhì)群體材料的硫苷含量為劃分指標(biāo)，對363份甘藍(lán)型油菜材料進(jìn)行了分類分析(圖3，表2)?？蓪⒏仕{(lán)型油菜種質(zhì)群體劃分成3個(gè)種質(zhì)資源群體，低硫苷(<30 μmol·g-1)有178份，均值為17.7 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為6.2，變異系數(shù)為34.9%。中硫苷(含量介于20～120 μmol·g-1之間)再劃分為3個(gè)亞群體，含量在30～60 μmol·g-1之間有69份，均值為40.2 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為8.1，變異系數(shù)為20.3%；含量在60～90 μmol·g-1之間有43份，均值為75.4 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為8.0，變異系數(shù)為10.6%；含量在90～120 μmol·g-1之間有48份，均值為104.8 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為8.2，變異系數(shù)為7.9%。高硫苷(>120 μmol·g-1)有25份，均值為133.7 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為10.6，變異系數(shù)為7.9%。

圖2 芥酸及硫苷含量相關(guān)性圖

表2 芥酸和硫苷含量的分類統(tǒng)計(jì)

通過2種劃分指標(biāo)重疊可得到低芥酸、低硫苷符合菜籽油食用育種目標(biāo)的雙低材料，有87份，均值為0.6%和16.0 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為0.9和6.0，變異系數(shù)為151.4%和37.5%；但得到的雙高材料只有7份，分別是7 N 45-2、華油4號、湘農(nóng)油1號、貴州黔選6、GN 43、Jet-Nerf、Nalio，均值為52.3%和138.0 μmol·g-1，標(biāo)準(zhǔn)差為1.8和11.1，變異系數(shù)為3.5%和8.1%。

圖3 芥酸與硫苷含量分類圖

3 結(jié)論與討論

通過對從全國各地搜集的363份甘藍(lán)型油菜籽芥酸和硫苷測定與分析，最終將此種質(zhì)資源以芥酸和硫苷含量為指標(biāo)各分為3類種質(zhì)資源，其中，中芥酸和中硫苷再各分成3個(gè)資源群體。分析結(jié)果表明，這些材料的芥酸及硫苷含量均表現(xiàn)出豐富變異，芥酸含量變異系數(shù)最高(114.2%)，其次為硫苷(81.3%)。這2個(gè)品質(zhì)性狀變異系數(shù)非常大，主要原因是受育種史上雙低化的影響導(dǎo)致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有60份材料芥酸含量為0，不少材料表現(xiàn)出優(yōu)良的育種材料潛質(zhì)，并鑒定和篩選出87份雙低性狀的優(yōu)良基礎(chǔ)材料，可用作選育低芥酸油菜品種的親本；7份高芥酸和高硫苷的雙高材料，可作為選育高芥酸或高硫苷特殊專用材料的親本。

在甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源芥酸和硫苷品質(zhì)性狀間相關(guān)性研究中，劉后利等[14]、侯樹敏等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，芥酸含量與硫苷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；李景奇[16]對全國各油菜主產(chǎn)區(qū)92個(gè)單位提供的187個(gè)國家區(qū)試新品種和對照品種進(jìn)行品質(zhì)性狀分析，其中硫苷和芥酸含量極顯著正相關(guān)關(guān)系。雷偉俠等[17]對95份來自不同國家和地區(qū)的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源進(jìn)行相關(guān)性分析，同樣發(fā)現(xiàn)芥酸含量和硫苷含量均呈極顯著正偏相關(guān)；王健勝等研究也表明，甘藍(lán)型油菜的芥酸與硫苷含量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[18]。而在白菜型油菜種質(zhì)資源研究中，田恩堂等對84份白菜型油菜群體芥酸和硫苷含量相關(guān)性分析同樣表明，芥酸與硫苷含量呈極顯著正相關(guān)[19]。本研究結(jié)論與上述研究結(jié)果一致。

本研究測定了所搜集種質(zhì)資源的芥酸和硫苷含量，并進(jìn)行了初步分析，可為合理利用現(xiàn)有的種質(zhì)資源提供依據(jù)。在對芥酸和硫苷性狀進(jìn)行改良的過程中，遵循二者之間的關(guān)系，更容易快速選育出優(yōu)良的雙低油菜品種。該研究為甘藍(lán)型油菜芥酸和硫苷雙低及雙高性狀遺傳調(diào)控機(jī)理研究提供具有豐富變異的材料，也為運(yùn)用該批材料選育適宜貴州生態(tài)環(huán)境新品種打下基礎(chǔ)。