梁 強(qiáng) 王錦柯 苑福林 李守科 楊克強(qiáng)

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院1，泰安 271018)

(山東泰山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位研究站2，泰安 271018)

(山東沃奇農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司3，濰坊 262100)

文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)為無(wú)患子科文冠果屬植物，單屬單種，是我國(guó)北方特有的木本油料植物[1]。文冠果種仁富含脂肪和蛋白質(zhì)，脂肪酸構(gòu)成中不飽和脂肪酸含量在90%以上，且飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比值為0.16 ∶0.99 ∶1，非常接近食用油脂肪酸合理配比[2-4]。文冠果種仁是重要的植物源神經(jīng)酸(C24 ∶1)來(lái)源，神經(jīng)酸作為ω-9長(zhǎng)鏈單不飽和脂肪酸，是周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)鞘磷脂的必需分子，可修復(fù)疏通受損大腦神經(jīng)纖維并促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生[5-6]。我國(guó)歷史上就有食用文冠果的記載，清代《欽定四庫(kù)全書(shū)(救荒本草卷六)》記述“救饑采花煠熟，油鹽調(diào)食；或采葉煠熟，水浸淘去苦味，亦用油鹽調(diào)食；及摘實(shí)取子，煮熟食瓤”[7]?！队芰指尽芬灿涊d“其子熟取油”[8]。充分開(kāi)發(fā)利用木本油料樹(shù)種，提供綠色健康的植物油脂，對(duì)于保障國(guó)家糧油安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[9-10]。我國(guó)將文冠果列為優(yōu)化木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局的重要樹(shù)種，明確提出加快文冠果等木本油料樹(shù)種良種選育和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[11-14]。

評(píng)價(jià)種質(zhì)資源的生物多樣性和遺傳特性是對(duì)資源合理化應(yīng)用與良種選育的基礎(chǔ)[15]。對(duì)文冠果分布區(qū)種源間和種源內(nèi)的變異已有文獻(xiàn)報(bào)道，牟洪香等[16]調(diào)查了14個(gè)分布區(qū)的葉片、果實(shí)和出仁率等15個(gè)表型性狀，認(rèn)為分布區(qū)內(nèi)的變異大于分布區(qū)間的變異，果實(shí)質(zhì)量和單果種子質(zhì)量變異系數(shù)最大，千粒重、出仁率、小葉數(shù)的變異系數(shù)較小。王藝林等[17]調(diào)查了5個(gè)種源文冠果11個(gè)表型性狀，發(fā)現(xiàn)表型性狀在種源間和種源內(nèi)均存在極顯著差異。申展等[18]利用SSR分子標(biāo)記技術(shù)研究了全國(guó)14個(gè)地區(qū)138份文冠果的遺傳多樣性，檢測(cè)出80個(gè)等位變異，平均多態(tài)性信息含量0.51，表明其種質(zhì)之間存在大量的遺傳變異。敖妍[19]利用AFLP技術(shù)，研究?jī)?yōu)良林分文冠果群體遺傳多樣性發(fā)現(xiàn)，總遺傳變異中群體間變異6.61%，各群體內(nèi)遺傳變異占93.39%。不同分布區(qū)(或種源)內(nèi)的豐富變異，為文冠果無(wú)性系良種選育提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)。本研究對(duì)來(lái)自山東35個(gè)文冠果單株的18個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了調(diào)查，測(cè)定了文冠果種仁脂肪酸和氨基酸的構(gòu)成，對(duì)其進(jìn)行遺傳多樣性分析和綜合評(píng)價(jià)，旨在研究文冠果表型遺傳變異特點(diǎn)，為文冠果無(wú)性系良種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以山東省濰坊市、東營(yíng)市和臨沂市文冠果自然群體中生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害的10年生文冠果實(shí)生單株為試材。其中濰坊29株，東營(yíng)1株，臨沂5株，共35個(gè)單株。于2016—2018年連續(xù)進(jìn)行了調(diào)查。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樹(shù)體調(diào)查

調(diào)查供試各單株的樹(shù)高(m)、胸徑(cm)、冠幅(m2)、新梢長(zhǎng)(cm)等形態(tài)特征，各指標(biāo)取3年的平均值。

1.2.2 果實(shí)性狀調(diào)查

每年于7月上旬果實(shí)成熟期，調(diào)查各單株結(jié)果數(shù)。每個(gè)單株隨機(jī)選取30個(gè)果實(shí)，測(cè)量每個(gè)果實(shí)的單果重(g)、果縱徑(mm)、果橫徑(mm)、種子粒數(shù)、單粒重(g)、種仁重(g)、種子縱徑(mm)、種子橫徑(mm)、殼厚(mm)、仁重(g)和出仁率(%)。

根據(jù)每單株單果數(shù)、單果重和冠幅面積，計(jì)算每m2冠幅面積產(chǎn)果量(g·m-2)；根據(jù)每單株結(jié)果數(shù)、果實(shí)內(nèi)種子數(shù)量、出仁率和冠幅面積，計(jì)算每單株的產(chǎn)仁量(g·m-2)；根據(jù)產(chǎn)仁量和種仁脂肪含量計(jì)算每單株產(chǎn)油量(g·m-2)。

1.2.3 脂肪和脂肪酸構(gòu)成測(cè)定方法

以各單株2017年收獲的種子為試材，采用索氏提取法(GB 5009.6—2016)測(cè)定脂肪含量[20]；采用歸一化法(GB5009.168—2016)測(cè)定脂肪酸組成[21]。每樣本重復(fù)3次。

1.2.4 蛋白質(zhì)和氨基酸構(gòu)成測(cè)定方法

以各單株2017年收獲的種子為試材，采用半微量式凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)測(cè)定蛋白質(zhì)含量[22]；用氨基酸分析儀(GB 5009.124—2016)測(cè)定氨基酸組成[23]。每樣本重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

1.3.1 遺傳多樣性分析

各性狀變異系數(shù)(Coefficient of variation，CV)估算：參照江錫兵等[24]的方法，先估算各性狀的平均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)差(σ)。變異系數(shù)按照公式： CV(%)=σ/X×100計(jì)算。

遺傳多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener index，H′)：參照郭麗芬等[25]的方法，以各性狀的每0.5σ為一級(jí)，將各性狀劃分為10級(jí)，即從第1級(jí)[Xi<(x-2σ)]到第10級(jí)[Xi>(x+2σ)]。再以每一級(jí)的相對(duì)頻率(Pi)計(jì)算多樣性指數(shù)。多樣性指數(shù)公式為：H′=-PilnPi。

1.3.2 主成分分析及綜合評(píng)價(jià)

參照郭寶林等[26]、趙爽等[27]和尹會(huì)會(huì)等[28]的方法，利用Excel 2007分析軟件完成對(duì)參試材料性狀的均值、方差的統(tǒng)計(jì)，SPSS19.0 軟件的相應(yīng)模塊對(duì)文冠果性狀進(jìn)行主成分分析及綜合評(píng)價(jià)。

1.3.3 氨基酸評(píng)分

參照FAO/WHO/UNU(2007)建議的成年人氨基酸需求模式計(jì)算氨基酸評(píng)分[29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 文冠果表型性狀遺傳多樣性分析

供試文冠果單株的18個(gè)性狀的變異系數(shù)(CV)在4.93%～93.07%之間，平均為29.20%，遺傳多樣性指數(shù)(H′)在1.461～2.06之間，平均為1.863，多樣性豐富(表1)。樹(shù)高、胸徑、冠幅、新梢長(zhǎng)等樹(shù)體指標(biāo)中，冠幅的CV最大，為93.07%，樹(shù)高的H′最大，為1.891。產(chǎn)果量、產(chǎn)仁量及產(chǎn)油量中，CV分別為58.99%、53.22%和53.01%，H′分別為1.748、1.874和1.864，各單株在產(chǎn)量指標(biāo)的變異較大。單果重、果縱徑、果橫徑、單粒重、種仁重、殼厚、種子縱徑、種子橫徑等果實(shí)和種子性狀中，單果重的CV最大，為29.72%，果縱徑的H′最大，為2.06。脂肪的CV為4.93%，H′為1.935，蛋白質(zhì)的CV為9.63%，H′為1.863。

2.2 文冠果表型性狀的主成分分析及綜合評(píng)價(jià)

將參試單株的18個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，依據(jù)特征值大于1提取了5個(gè)主成分(表2)，特征值分別為5.57、3.515、2.917、1.829和1.329，方差貢獻(xiàn)率分別為30.942%、19.525%、16.205%、10.162%和7.385%，累積方差貢獻(xiàn)率為84.22%，包含了全部指標(biāo)的大部分信息。

文冠果各性狀規(guī)格化特征向量如表3所示。第1主成分由單果重、果縱徑、果橫徑、單粒重、種仁重、種?？v、種橫徑組成；第2主成分由樹(shù)高、胸徑、冠幅和新稍長(zhǎng)組成；第3主成分由出仁率、產(chǎn)油量、產(chǎn)果量和產(chǎn)仁量組成；第4主成分由蛋白質(zhì)組成；第5主成分由殼厚組成。文冠果綜合評(píng)價(jià)值指數(shù)=0.309 42y1+0.195 25y2+0.162 05y3+0.101 62y4+0.013 85y5。其中：由主成分函數(shù)表達(dá)式及綜合模型計(jì)算出參試單株的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值，并對(duì)其排序(表4)，選出8個(gè)優(yōu)良株系：WF17、WF15、WF9、LY5、WF18、WF4、WF16、WF10。

表2 文冠果性狀主成分的方差百分率和累計(jì)方差百分率

表3 文冠果性狀相關(guān)矩陣的規(guī)格化特征向量

表4 文冠果優(yōu)樹(shù)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

續(xù)表4

2.3 文冠果種仁脂肪酸、氨基酸的構(gòu)成

檢測(cè)了WF17、WF15、WF9等優(yōu)株的種仁脂肪酸構(gòu)成(表5)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)文冠果油中含有11種脂肪酸，主要是亞油酸(41.13±1.70)%、油酸(29.03±3.20)%、芥酸(9.94±0.66)%、花生一烯酸(7.30±0.18)%、棕櫚酸(4.76±0.15)%、神經(jīng)酸(3.99±0.38)%、硬脂酸(2.11±0.26)%、山崳酸(0.67±0.08)%、木焦油酸(0.42±0.08)%、α-亞麻酸(0.36±0.06)%和花生酸(0.25±0.03)%。這些脂肪酸中，飽和脂肪酸含量占8.21%，單不飽和脂肪酸含量占50.26%，多不飽和脂肪酸含量占41.5%，3類(lèi)脂肪酸的比例為0.20 ∶1.21 ∶1。

文冠果優(yōu)株WF17、WF15、WF9種仁氨基酸構(gòu)成檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果顯示文冠果種仁含有17種氨基酸，其中7種必需氨基酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.23%，占氨基酸總量的29.7%；非必需氨基酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.13%。必需氨基酸中亮氨酸的含量最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.77±0.13)%；其次是賴(lài)氨酸，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.10±0.06)%。非必需氨基酸中谷氨酸含量最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(6.02±0.50)%；其次是精氨酸，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(2.72±0.22)%。按照FAO/WHO/UNU模式計(jì)算氨基酸評(píng)分值，發(fā)現(xiàn)文冠果7種必需氨基酸的評(píng)分在24.44 ～ 53.95之間。

表5 文冠果種仁脂肪酸構(gòu)成

表6 文冠果種仁氨基酸構(gòu)成

3 討論與結(jié)論

Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)可揭示參試材料表型性狀的均勻度和豐富度，變異系數(shù)表示性狀值離散型特征[15, 30]。本研究參試單株的18個(gè)性狀的多樣性指數(shù)在1.461 ～ 2.06之間，平均為1.863，變異系數(shù)在8.22% ～ 93.07%之間，平均為30.8%，表現(xiàn)出豐富的多樣性，樹(shù)體性狀中，冠幅變異系數(shù)最高，為93.07%，其次是胸徑，為49.84%(表1)。冠幅是重要的栽培性狀，冠幅變異的多樣性為選擇不同栽培目標(biāo)的良種提供了基礎(chǔ)。在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量相關(guān)的性狀中，產(chǎn)油量、產(chǎn)果量和產(chǎn)仁量的CV分別為58.99%、53.22%和53.01%，H′分別為1.748、1.874和1.864；單果重、單粒重、單仁重的CV分別為29.72%、27.78%和25.14%，H′分別為1.972、1.798和1.878。說(shuō)明文冠果產(chǎn)量性狀變異較大，具有豐富的多樣性，選擇高產(chǎn)優(yōu)株可大幅度提高其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[31-33]。

本研究供試材料種仁平均脂肪含量為58.69%，CV為4.93%，H′為1.935。文冠果脂肪酸構(gòu)成中有11種脂肪酸，亞油酸是主要組分，含量為(41.13±1.70)%；其次是油酸，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(29.03±3.20)%。文冠果脂肪酸構(gòu)成中不飽和脂肪酸含量達(dá)91.76%，高于橄欖油(86.2%)，大豆油(84.4%)，花生油(83.1%)等食用油中的不飽和脂肪酸含量，其飽和脂肪酸：?jiǎn)尾伙柡椭舅幔憾嗖伙柡椭舅岬谋壤秊?.20 ∶1.21 ∶1，接近食用油脂肪酸合理配比0.34 ∶1.12 ∶1的比例[4, 34]。文冠果是重要的植物源神經(jīng)酸來(lái)源樹(shù)種，本研究供試材料脂肪酸構(gòu)成中神經(jīng)酸含量為(3.99±0.38)%，高于遼寧(2.85%)、甘肅(2.64%)和陜西(2.99%)的文冠果種仁中神經(jīng)酸的含量[35]。此外，供試材料脂肪酸構(gòu)成中含有(9.94±0.66)%的芥酸。歐洲食品安全管理局(European Food Safety Authority，EFSA)2016年頒布了人體對(duì)芥酸的每日耐受量(Tolerable Daily Intake，TDI)為7 mg/kg體重[36]，可參照這一標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)安全健康的文冠果產(chǎn)品。

供試文冠果種仁中蛋白質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.00%，CV為9.63%，H′為1.863(表1)。供試材料種仁中有17種氨基酸，其中人體必需氨基酸7種，其AAS值在24.44 ～ 53.95之間(表6)，這與范雪層等[2]對(duì)內(nèi)蒙古文冠果種仁氨基酸構(gòu)成分析結(jié)果一致。非必需氨基酸中，谷氨酸、精氨酸含量最高，分別為6.02%和2.72%(表6)。谷氨酸對(duì)紅細(xì)胞的生成，大腦神經(jīng)活躍有顯著的促進(jìn)作用，常用來(lái)治療記憶力減退和神經(jīng)衰弱；精氨酸是人體一種條件性必需氨基酸，在組織損傷修復(fù)、維持大腦功能，預(yù)防心血管疾病、促進(jìn)激素分泌、改善免疫功能等方面均有重要作用[37-39]。

主成分分析綜合指數(shù)評(píng)價(jià)可準(zhǔn)確的反映出各性狀的綜合表型，已在杏、核桃、棉花等作物的良種選擇中廣泛應(yīng)用[26-28]。本研究用主成分分析將供試材料的18個(gè)性狀劃分為5個(gè)主成分，分別反映了文冠果的果實(shí)和種子性狀特征、植株特征、產(chǎn)量特征、品質(zhì)特征和殼厚，包含了全部指標(biāo)的84.22%的信息。通過(guò)構(gòu)建文冠果綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，將參試材料進(jìn)行排序，篩選出了WF17、WF15、WF9、LY5、WF18、WF4、WF16、WF10共8株豐產(chǎn)的油用文冠果單株。