雜交技術(shù)在油菜籽ω-3 和ω-6均衡性方面的可行性探討

鄭 濤

（陜西糧農(nóng)油脂集團(tuán)有限公司/陜西楊凌來富油脂有限公司，楊凌 712100）

油菜在我國(guó)的栽培和加工利用歷史悠久[1]，白菜型油菜古稱蕓薹，芥菜型油菜則是從芥菜演化而來，最早的油菜籽榨油記載始于唐代的《本草拾遺》，而在后來的《圖經(jīng)本草》中才正式稱之為油菜。油菜系十字花科一年生或越年生草本植物，油菜籽為其長(zhǎng)角果的小顆粒球形種子，其種皮一般為黑、黃、褐紅等顏色，油菜莖為圓柱形、粗壯、多分枝，總狀花序，花瓣為黃色或淡黃色，4 片相交呈十字形，一般擁有雄蕊6 枚，4 長(zhǎng)2 短（通常稱為“四強(qiáng)雄蕊”），1 枚雌蕊。根據(jù)油菜的植物學(xué)形態(tài)特征和農(nóng)藝種植性狀，油菜可以分為三大類型：芥菜型油菜、白菜型油菜和甘藍(lán)型油菜，芥菜型油菜和白菜型油菜為我國(guó)原生品種，甘藍(lán)型油菜原產(chǎn)歐洲，20 世紀(jì)40 年代由日本和歐洲引入開始栽培。根據(jù)不同油菜種質(zhì)的差異可以分為：髙芥酸油菜籽和低芥酸油菜籽。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和居民消費(fèi)水平的不斷提高，人們對(duì)膳食脂肪酸攝取的研究不斷深入，越來越多的研究表明，日常健康合理的攝取食用油，應(yīng)確保ω-6 和ω-3 脂肪酸含量處于平衡狀態(tài)，保持一定的均衡比例。

1 我國(guó)油菜籽分布和菜籽油消費(fèi)概況

1.1 油菜種植時(shí)間與區(qū)域分布按照油菜播種季節(jié)劃分，我國(guó)油菜種植可以分為秋冬播種油菜和春播油菜。秋冬播種油菜一般在10-11 月份種植，于第2 年5-6 月份收獲，主要集中在2 個(gè)區(qū)域：一是傳統(tǒng)的長(zhǎng)江流域沿線，包括陜西南部、湖北、湖南、安徽、江西、江蘇、浙江等?。欢俏髂系貐^(qū)，包括四川、貴州、云南和重慶。春播油菜一般4-5 月份開始種植，當(dāng)年9-10 月份收獲，主要分布在內(nèi)蒙古、青海、山西、甘肅等西北地區(qū)。

1.2 我國(guó)菜籽油消費(fèi)狀況隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和居民消費(fèi)水平的不斷提高，對(duì)食用油的消費(fèi)需求量也持續(xù)攀升。2017-2018 年我國(guó)食用油的消費(fèi)量達(dá)3440 萬t（不含工業(yè)及其他消費(fèi)和出口量）[2]，而根據(jù)我國(guó)第三次農(nóng)業(yè)普查數(shù)據(jù)，2014-2018 年我國(guó)油菜籽的產(chǎn)量一直保持在1300 萬t 左右，結(jié)合同期進(jìn)口來自加拿大、澳大利亞、美國(guó)和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)等國(guó)的菜籽毛油和油菜籽，整體消費(fèi)量規(guī)模在國(guó)內(nèi)食用油品種中排第2 名，僅次于大豆油，可見油菜籽在國(guó)產(chǎn)油料的生產(chǎn)供給方面具有重要的戰(zhàn)略保障意義。

1.3 我國(guó)油菜籽品種概況根據(jù)油菜籽脂肪酸結(jié)構(gòu)中芥酸含量的高低，我國(guó)油菜籽分為普通油菜籽（即髙芥酸油菜籽）和低芥酸油菜籽，GB/T 1536—2004《菜籽油》中規(guī)定低芥酸菜籽油中C22∶1≤3.0%。在《中國(guó)油菜品種資源目錄》（續(xù)編三）中，收錄了油菜品種資源1200 份[3]，其中我國(guó)油菜品種1018 份，引進(jìn)國(guó)外油菜品種182 份。隨著20 世紀(jì)80 年代陜西省李殿榮研究員培育的世界上第一個(gè)甘藍(lán)型油菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育三系雜交油菜品種秦油二號(hào)的問世，雜交油菜籽品種研究不斷推陳出新，使我國(guó)一躍成為了世界雜交油菜大國(guó)。

2 雜交技術(shù)的通用方法和研究方向

2.1 油菜雜交技術(shù)的通用方法雜交育種過程一般需要經(jīng)過5 個(gè)主要的步驟階段，即親本選擇、父本套袋、母本去雄、授粉及雜交種的篩分離、選擇和培育。通過篩選各個(gè)親本油菜組合雜交育種收獲的種子，選擇出最優(yōu)目標(biāo)雜交種子，成為第1 代油菜雜交種，為確保雜交種性能的穩(wěn)定，一般需要進(jìn)行4～5 代的雜交培育。

2.2 目前雜交育種的研究方向隨著雜交油菜技術(shù)和油菜籽品種不斷推陳出新，育種專家們將主要的研究方向集中在了如何提高油菜籽含油量、畝產(chǎn)量、顆粒度，降低芥酸含量、菜粕硫苷含量，成熟期短、防病蟲害、抗倒伏、宜機(jī)械化收割等方面。近些年研究培育推出的高油酸油菜籽和高亞麻酸油菜籽品種，讓油菜籽在膳食脂肪酸營(yíng)養(yǎng)方面的研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但截至目前，仍然沒有一款油菜籽將脂肪酸組成的合理優(yōu)化，尤其是脂肪酸中ω-3 和ω-6 的均衡性比例作為育種技術(shù)的研究方向。

3 ω-3 和ω-6 脂肪酸

3.1 ω-3 和ω-6 脂肪酸的構(gòu)成ω-3 和ω-6 都屬于多不飽和脂肪酸（PUFA），是人體自身不能合成，必須依靠食物提供的必須脂肪酸。ω-3 脂肪酸組成包括：順-9，12，15-十八碳三烯酸（C18∶3n3c）、順-11，14，17-二十碳三烯酸（C20∶3n3c）、順-5，8，11，14，17-二十碳五烯酸（C20∶5n3c）、順-4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸（C22∶6n3c）。ω-6 脂肪酸組成包括：順-9，12-十八碳二烯酸（C18∶2n6c）、順-6，9，12-十八碳三烯酸（C18∶3n6c）、順-11，14-二十碳二烯酸（C20∶2n6c）、順-8，11，14-二十碳三烯酸（C20∶3n6c）、順-5，8，11，14-二十碳四烯酸（C20∶4n6c）、順-13，16-二十二碳二烯酸（C22∶2n6c）。

3.2 ω-3 和ω-6 均衡比例的研究研究發(fā)現(xiàn)，ω-3 是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的重要前體，而ω-6 是花生四烯酸（AA）的前體，它們具有多種生物學(xué)作用的活性，不但參與機(jī)體生理功能的調(diào)節(jié)，還參與一些病理過程和疾病的發(fā)生發(fā)展。對(duì)人體健康而言，雖然兩者都是必須脂肪酸，但各自又有其獨(dú)特的作用，當(dāng)ω-3 和ω-6脂肪酸的攝入比例較為平衡時(shí)[4]，則兩種物質(zhì)能夠共同促進(jìn)健康，對(duì)心血管疾病和脂肪代謝則是兩系互補(bǔ)，共同調(diào)節(jié)。而當(dāng)ω-3 與ω-6 比例水平失衡時(shí)，則可能會(huì)抑制免疫系統(tǒng)，促使體重增加并引發(fā)炎癥，還可能會(huì)導(dǎo)致高血壓和血管功能不良，對(duì)心血管功能有負(fù)面影響，增加心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，可見ω-3 和ω-6 攝入比例不容忽視。隨著人們對(duì)膳食脂肪酸攝取的不斷深入研究，越來越多的研究表明，日常健康合理的食用油攝取，確保ω-3 與ω-6的均衡比例，對(duì)人體健康具有重大意義。有醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為，在中國(guó)以大量攝入淀粉和一般植物脂肪為代表的東方膳食體系中，人體中ω-3 和ω-6 最適宜的比例為1∶4～6。另外，也有一些有關(guān)國(guó)際組織和國(guó)家對(duì)脂肪膳食指南提出了不同的推薦值[5]（表1）。

表1 有關(guān)國(guó)際組織和一些國(guó)家脂肪膳食指南推薦值（以總能量計(jì)）

另外，根據(jù)劉蘭等[6]的研究觀點(diǎn)，推薦了成人脂肪酸攝入量的建議（表2）。

表2 WHO/FAO 新觀點(diǎn)中成人脂肪酸推薦膳食攝入量

4 對(duì)油菜籽中ω-3 和ω-6 比例進(jìn)行優(yōu)化的前提和現(xiàn)狀

4.1 油菜籽中ω-3 和ω-6 比例進(jìn)行優(yōu)化的前提目前各大宗食用油料由于各自特征特性的差異影響，其脂肪酸組成中ω-3 與ω-6 的比例存在著很大的差異，如橄欖油、葵花籽油、玉米油、棉籽油、芝麻油、花生油和棕櫚油中幾乎不含有ω-3 脂肪酸，而亞麻籽油中ω-3 和ω-6 的比例約1∶0.28、大豆油中ω-3 和ω-6 的比例約1∶7.7，都存在很大的不均衡性。而菜籽油中脂肪酸組成結(jié)構(gòu)相對(duì)合理，據(jù)GB/T 1536—2004《菜籽油》規(guī)定，菜籽油亞油酸含量為11%～30%，亞麻酸含量為5%～14%，存在覆蓋ω-3∶ω-6 均衡比例1∶4～6 的可能區(qū)間，同時(shí)油菜籽又具備可以通過雜交技術(shù)對(duì)其品種進(jìn)行改良的先天優(yōu)勢(shì)條件，而其他油料作物不具備此技術(shù)條件和手段（當(dāng)然，其他作物有可以采用生物基因技術(shù)實(shí)施改造的可能性）。同時(shí)，結(jié)合消費(fèi)者受地域和長(zhǎng)期飲食消費(fèi)傳統(tǒng)習(xí)慣的影響和喜好，相當(dāng)一部分消費(fèi)者長(zhǎng)期食用菜籽油產(chǎn)品，所以，可通過雜交技術(shù)對(duì)油菜籽脂肪酸組成進(jìn)行優(yōu)化研究，使其ω-3∶ω-6 保持在一定的均衡比例，為菜籽油在營(yíng)養(yǎng)健康的創(chuàng)新發(fā)展突顯出極大的必要性。

4.2 不同區(qū)域油菜籽中ω-3 與ω-6 比例的現(xiàn)狀通過收集來自不同區(qū)域的油菜籽，并對(duì)其進(jìn)行脂肪酸組分的檢測(cè)（表3），發(fā)現(xiàn)其ω-3∶ω-6 比例基本保持在1∶2[7]左右，依然存在不均衡的現(xiàn)象。

表3 不同區(qū)域油菜籽中ω-3 與ω-6 的比例

5 通過雜交技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的可行性分析和探討

5.1 油脂形成相關(guān)機(jī)制的研究在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”計(jì)劃課題任務(wù)書中，對(duì)油菜籽中油脂形成的分子生物學(xué)機(jī)制及其代謝調(diào)控進(jìn)行了相關(guān)研究，其中有對(duì)油菜籽中油脂形成關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因的研究、油菜籽中油脂合成的調(diào)控基因（主要是轉(zhuǎn)錄因子）的研究，以及與油脂合成相關(guān)的microRNA 的研究，在此不進(jìn)行轉(zhuǎn)述，詳見國(guó)家科技報(bào)告服務(wù)系統(tǒng)《油菜籽油脂形成的分子生物學(xué)機(jī)制及其代謝調(diào)控研究報(bào)告》[8]。

5.2 雜交優(yōu)化時(shí)親本選擇的可行性前面介紹了目前國(guó)內(nèi)不同區(qū)域的油菜籽中ω-3 與ω-6 比例基本保持在1∶2 左右，但GB/T 1536—2004《菜籽油》中脂肪酸組成結(jié)構(gòu)，主要脂肪酸亞油酸含量為11%～30%，亞麻酸含量為5%～14%，也就意味著國(guó)內(nèi)存在高亞油酸親本（含ω-6）、低亞麻酸親本（含ω-3）的油菜籽種質(zhì)資源，也更意味著油菜籽中ω-6 和ω-3 比例存在0.8～6 的可能區(qū)間。在陜西北部定邊地區(qū)，科研人員找到一個(gè)當(dāng)?shù)卦狞S芥油菜籽，這是一個(gè)古老的油菜籽品種，其脂肪酸組成結(jié)構(gòu)中亞油酸含量高達(dá)28%，具備雜交種親本選擇高ω-6 的特征需求，如果選取雜26#甘藍(lán)型油菜籽（其亞麻酸含量為6.4%左右）作為低ω-3 的雜交種親本進(jìn)行組合，輔助以相應(yīng)的干擾和誘變技術(shù)手段，就可以具備對(duì)油菜籽中ω-3 與ω-6 比例進(jìn)行均衡優(yōu)化雜交培育的可能。這樣的樣本組合也可以選擇很多，目前育種專家們開發(fā)的高油酸油菜籽，其亞麻酸含量已降低至3%～4%左右，擁有廣泛的雜交種親本低ω-3 的特征。

5.3 國(guó)外油菜籽脂肪酸改良的案例傅壽仲[9]研究報(bào)道，M57 和IXLIN 基因資源的創(chuàng)造，使油菜籽中亞油酸和亞麻酸進(jìn)行雜交改良成為了現(xiàn)實(shí)。加拿大阿爾貝它大學(xué)和曼尼托巴大學(xué)等機(jī)構(gòu)先后通過利用M57 和M11 突變體基因資源，采取重復(fù)誘變、雜交轉(zhuǎn)育等技術(shù)手段，培育出新品系油菜籽，其亞油酸含量為28.0%～43.2%，亞麻酸含量為3.5%～5.0%，其比值達(dá)5.6～10.5∶1。澳大利亞育種專家利用IXLIN培育的IXLIN-（2-3765）系，其亞油酸含量已達(dá)34.1%，亞麻酸含量為3.4%，比值達(dá)到了10.0∶1。加拿大1987 年培育推出的具有高亞油酸和低亞麻酸特性的雜交種油菜籽Stellar，其亞油酸含量達(dá)28.9%，亞麻酸含量為3.3%，比值達(dá)到了8.7∶1。這些成功的經(jīng)驗(yàn)，都為后續(xù)利用雜交技術(shù)開啟油菜籽脂肪酸均衡比例的育種研究提供了技術(shù)參考和借鑒。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，受地域和傳統(tǒng)飲食習(xí)慣的影響，菜籽油仍將成為食用油消費(fèi)的主要油種。為了更加健康合理地?cái)z取膳食脂肪酸，通過上述的可行性分析，完全具備條件利用雜交技術(shù)，開展對(duì)目前油菜籽中ω-3 與ω-6 的比例進(jìn)行均衡優(yōu)化育種的研究，使其比例保持在營(yíng)養(yǎng)均衡的范圍，進(jìn)而培育出具有均衡比例的全新油菜籽品系及菜籽油產(chǎn)品，為菜籽油營(yíng)養(yǎng)健康的創(chuàng)新發(fā)展開辟新的方向和領(lǐng)域。