葛朝紅，李夢喆，張洪偉，閔卓，蕾曉鵬，劉旭，李偉明

（河北省農(nóng)林科學院棉花研究所，河北 石家莊 050051）

文冠果（Xanthoceras sorbifolium Bunge, XSB）又稱文官果，崖木瓜，屬無患子科文冠果屬，為灌木或小喬木，耐寒、耐旱、耐瘠，是我國特有的、十大木本油料作物之一，具有較高的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值[1]。其種子含油量55%~70%[2]，不飽和脂肪酸含量大于90%，神經(jīng)酸含量2.5%左右，具有特殊的營養(yǎng)保健功能，可有效降脂降糖、降低血清總膽固醇及預防高血壓等心腦血管病[3,4]；神經(jīng)酸可修復大腦神經(jīng)細胞、促進神經(jīng)纖維再生且對于神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)紊亂等具有重要的預防和治療作用[5]。文冠果葉可用來開發(fā)功能性代茶產(chǎn)品，具有調(diào)節(jié)尿酸代謝的功效；老枝和莖干對風濕、痛風等疾病具有預防和治療作用[6]。除此之外，文冠果還可以作為生物柴油的原料、園林觀賞樹種以及可凈化空氣、保持水土的環(huán)境改良樹種等[1,7]。

目前文冠果的開發(fā)及利用仍處于初步階段，受多方面因素的制約[8]。以前文冠果僅被作為觀賞植物、綠化植物和木本油料作物來對待，它不孕率高、繁花少實，以種子繁殖為主、群體內(nèi)類型混雜，成林管理多數(shù)粗放、水肥嚴重滯后、樹木生長不良，以致品種資源及資源林日趨縮小、品種改良滯后、生產(chǎn)相對低效、產(chǎn)量相對較低，從而相關研究相對較少[1,7]。隨著人們生活水平日益提高、保健意識的不斷增強以及文冠果不同成分功能特性的不斷開發(fā)，為滿足國內(nèi)外食用油、保健品等需求的日益增加，開發(fā)諸如文冠果在內(nèi)的新經(jīng)濟作物勢在必行[1,9-11]。近年，與文冠果相關的文獻逐年增加，其中不乏關于文冠果資源調(diào)查[10,12]及含油量、脂肪酸等營養(yǎng)成分[13-15]的研究。由于文冠果資源產(chǎn)品的開發(fā)利用研究時間短、起步低，原料供應仍是制約其發(fā)展的瓶頸，我們?nèi)孕枰M一步豐富各種類型的文冠果資源。為此，本研究以46 份文冠果種質(zhì)資源為研究對象，通過測定其出仁率、果仁粗脂肪、蛋白質(zhì)含量、脂肪酸組成及其含量，并進行各組分間的相關性分析，篩選不同類型優(yōu)異種質(zhì)資源，為文冠果良種選育和應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與樣品處理

以引種于河北、山東、河南、遼寧和陜西等地的46份不同類型文冠果種質(zhì)資源為試驗材料（編號ZY1~ZY46），種植于河北省邯鄲市邱縣河北省農(nóng)林科學院棉花研究所文冠果試驗基地（115.17'E，36.82'N）?；貧v年平均無霜期207d，年均日照時數(shù)2539.2h，年均氣溫13 ℃，年均地表溫度15.9 ℃，年均降雨量524.6 mm；試驗地為沙壤土，土壤通透性好。各文冠果種質(zhì)資源于2021 年7 月果實成熟后，分別收獲果實30 個，經(jīng)曬干，去果皮、取出種子，種子烘干，去種皮后，取出種仁。測定種子質(zhì)量以及種仁質(zhì)量，取出的種仁同時用于粗脂肪、蛋白質(zhì)及脂肪酸組成和含量的測定。

1.2 測定方法

出仁率為種仁質(zhì)量與種子質(zhì)量的百分比；粗脂肪含量測定參照GB/T 14772-2008《食品中粗脂肪的測定》；蛋白質(zhì)含量測定參照GB 5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》；脂肪酸測定參照GB 5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均采用WPS Office v11.1.0.12651，IBM SPSS Statistics v23.0 等軟件。箱線圖繪制采用Microsoft Office v18.2210.1203.0 中的Excel 軟件；熱圖以及聚類分析圖的繪制采用TBtools v1.100。

2 結果與分析

2.1 不同文冠果種質(zhì)資源出仁率、粗脂肪及蛋白質(zhì)含量測定

通過對46 份不同文冠果種質(zhì)資源的營養(yǎng)成分分析（圖1），發(fā)現(xiàn)它們的出仁率、粗脂肪及蛋白質(zhì)含量在不同材料中均存在顯著差異。這些材料的出仁率均在42.46%~60.39%之間，均值52.66%，其中大于60%的4 份，分別是ZY17、ZY36、ZY37 及ZY2（最高）；小于45%的種質(zhì)資源有3 份，分別是ZY40、ZY23 和ZY5（最低）。46 份材料粗脂肪含量均在49.38%~68.98%之間，均值61.62%，其中大于67%的種質(zhì)資源3 份，分別是ZY22、ZY13 和ZY5（最高）；小于55%的種質(zhì)資源2 份，分別是ZY39 和ZY42（最低），其中ZY42 離散程度最大。這些種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)含量均在20.27%~37.88%，均值26.98%，其中大于35%的種質(zhì)資源2 份，分別是ZY39 及ZY42（最高），其中ZY42離散程度最大；小于21%的種質(zhì)資源3 份，分別是ZY14、ZY13 和ZY15（最低）。

圖1 文冠果種質(zhì)資源出仁率、蛋白質(zhì)及粗脂肪相對含量Fig.1 The relative content of kernel yield,crude fat,and protein in X.ermplasm

2.2 不同文冠果種質(zhì)資源飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸分析

通過對不同文冠果種質(zhì)資源飽和/不飽和脂肪酸含量的分析（圖2）發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸含量在不同品種間差異不顯著，其含量介于92.06%~94.20%之間，均值93.35%。而飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的含量均存在顯著差異，其中飽和脂肪酸含量介于5.80%~7.94%之間，均值6.65%，ZY2 離散程度最大；單不飽和脂肪酸含量介于46.16%~63.75%之間，均值50.75%，ZY45 離散程度最大；多不飽和脂肪酸含量介于29.79%~47.41%之間，均值42.60%，ZY45 離散程度最大。為篩選不飽和脂肪酸含量大于94%、飽和脂肪酸含量小于6%的文冠果材料，這5 個材料分別為ZY19、ZY17、ZY25、ZY44 和ZY36。

圖2 文冠果種質(zhì)資源飽和/不飽和脂肪酸相對含量Fig.2 The relative content of saturated and unsaturated fatty acids in X. germplasm

2.3 不同文冠果種質(zhì)資源油脂脂肪酸組成分析

為進一步明確文冠果種質(zhì)資源中的脂肪酸組成，通過GC-TOF/MS 分析方法檢測了46 份文冠果材料種仁油中的主要脂肪酸組成，見圖3。結果發(fā)現(xiàn)，這些種質(zhì)資源的種仁脂肪酸組成相對一致，主要包含8 種脂肪酸，其中飽和脂肪酸包括棕櫚酸（C16:0）和硬脂酸（C18:0），單不飽和脂肪酸包括油酸（C18:1）、花生烯酸（C20:1）、芥酸（C22:1）及神經(jīng)酸（C24:1），多不飽和脂肪酸包括亞油酸（C18:2）和亞麻酸（C18:3），它們的含量由高到低分別為亞油酸、油酸、芥酸、花生烯酸、棕櫚酸、神經(jīng)酸、硬脂酸及亞麻酸。含量最高的亞油酸及油酸占這8 種主要脂肪酸總含量的61.57%~68.39%，是文冠果油脂的最主要成分。另外，這8 種脂肪酸的含量在不同材料之間均差異顯著。

圖3 不同文冠果種質(zhì)資源脂肪酸相對含量Fig.3 The relative content of different fatty acids in X.germplasm

這些文冠果種質(zhì)資源中亞油酸相對含量介于29.17%~46.92%，均值42.06%，其中含量大于45.00%的種質(zhì)資源5 份，分別為ZY15、ZY37、ZY17、ZY23 和ZY42（最高）；含量小于38%的種質(zhì)資源3 份，分別為ZY45（最低）、ZY19 和ZY3，其中ZY45 和ZY19 離散程度較大。油酸相對含量介于16.17%~32.40%，均值22.51%，其中含量大于30%的種質(zhì)資源2 份，分別為ZY19 和ZY45（最高），其中ZY45 離散程度最大；含量小于18%的種質(zhì)資源3 份，分別為ZY42（最低）、ZY17 和ZY39。芥酸相對含量介于15.64%~20.42%，均值18.38%，其中含量大于20%種質(zhì)資源6 份，分別為ZY42、ZY29、ZY3、ZY45、ZY25 和ZY39（最高）；含量小于16%的種質(zhì)資源2 份，分別為ZY15（最低）和ZY38?；ㄉ┧嵯鄬拷橛?.88%~7.59%，均值6.76%，其中大于7.50%的種質(zhì)資源2 份，分別為ZY1和ZY45（最高）；含量小于6.20%的種質(zhì)資源4 個，分別為ZY42（最低）、ZY46、ZY33 和ZY39。棕櫚酸相對含量介于3.91%~5.73%，均值4.76%，其中含量大于5.50%的種質(zhì)資源2 份，分別為ZY13 和ZY2（最高），其中ZY2 離散程度最大；含量小于4.20%的種質(zhì)資源3 份，分別為ZY19（最低）、ZY44 和ZY36。神經(jīng)酸相對含量介于1.89%~4.14%，均值3.10%，其中含量大于4%的種質(zhì)資源3 份，分別為ZY42、ZY17 和ZY39（最高）；含量小于2.50%的種質(zhì)資源4 份，分別為ZY38（最低）、ZY15、ZY31 和ZY14。硬脂酸相對含量介于1.40%~2.33%，均值1.89%，其中含量大于2.30%的種質(zhì)資源3 份，分別為ZY3、ZY6 和ZY5（ZY5 和ZY6含量最高）；含量小于1.50%的種質(zhì)資源2 份，分別為ZY42（最低）和ZY17。亞麻酸相對含量介于0.18%~1.26%，均值0.53%，其中含量大于1%的種質(zhì)資源僅有ZY19，然而，ZY15 和ZY36 的離散程度亦較大；含量小于等于0.40%的種質(zhì)資源有2 份，分別為ZY40（最低）和ZY27，其中ZY40 離散程度最大。

2.4 基于出仁率、油脂中脂肪、蛋白質(zhì)及各脂肪酸成分的不同種質(zhì)資源的聚類分析

為進一步評價46 份文冠果種質(zhì)資源，基于出仁率、油脂中脂肪、蛋白質(zhì)及不同脂肪酸含量對這些種質(zhì)資源進行了聚類分析，結果將這些資源分為了7 類（圖4）。Group I 和Group II 相對于其他種質(zhì)資源有較大的變異性（較多的性狀表現(xiàn)為極值），其中Group I 種質(zhì)資源表現(xiàn)為最高濃度水平的不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸及其成員油酸、花生烯酸、以及多不飽和脂肪酸亞麻酸，它們同時包含最低濃度水平的多不飽和脂肪酸及其成員亞油酸，以及飽和脂肪酸及其成員棕櫚酸；Group II 種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)、芥酸和神經(jīng)酸含量最高，而出仁率、粗脂肪、硬脂酸、油酸、亞麻酸和花生烯酸含量最低。Group III、Group VI 和Group VII 種質(zhì)資源變異性次之，其中Group III 粗脂肪及硬脂酸含量最高，蛋白質(zhì)含量最低；Group VI 多不飽和脂肪酸及其成員亞油酸含量最高，而單不飽和脂肪酸含量最低；Group VII出仁率、飽和脂肪酸及其成員棕櫚酸含量最高，而不飽和脂肪酸、芥酸和神經(jīng)酸含量最低。Group IV 和Group V 種質(zhì)資源變異性較低，各營養(yǎng)成分均未表現(xiàn)極值。綜上所述，Group I 和Group II 種質(zhì)資源包含較多的優(yōu)點及明顯的缺點，可用作資源品種改良的基礎種質(zhì)資源及雜交親本。

圖4 不同文冠果種質(zhì)資源出仁率、蛋白質(zhì)、粗脂肪及各脂肪成分聚類分析Fig.4 The heap map and clustering of kernel yield,protein,crude fat and fat components in different X. germplasm

2.5 不同種質(zhì)資源出仁率、油脂中脂肪、蛋白質(zhì)及各脂肪酸成分的相關性分析

為進一步明確文冠果仁中各營養(yǎng)成分之間的關系，對46 份文冠果出仁率、種仁脂肪、蛋白質(zhì)及各脂肪酸成分含量進行了相關性分析，見圖5。結果發(fā)現(xiàn)，這些文冠果材料出仁率與粗脂肪（r=0.369，P=0.012）含量呈顯著正相關，與蛋白質(zhì)（r = 0.376，P = 0.010）和神經(jīng)酸（r = 0.368，P = 0.012）含量呈顯著負相關，與芥酸（r = 0.406，P = 0.005）含量達極顯著負相關；蛋白質(zhì)含量還與芥酸（r=0.420，P=0.004）、神經(jīng)酸（r=0.556，P＜0.001）含量達極顯著正相關，與粗脂肪（r= 0.902，P ＜0.001）、油酸（r= 0.438，P=0.002）和花生烯酸（r = 0.384，P = 0.008）含量達極顯著負相關。粗脂肪含量除與出仁率呈顯著正相關、與蛋白質(zhì)含量達極顯著負相關外，還與單不飽和脂肪酸（r=0.326，P = 0.027）含量呈顯著正相關，與神經(jīng)酸（r = 0.567，P＜0.001）含量達極顯著負相關；此外，粗脂肪含量還與硬脂酸（r = 0.452，P = 0.002）、油酸（r = 0.504，P ＜0.001）及花生烯酸（r = 0.492，P ＜0.001）含量達極顯著正相關，與亞油酸（r= 0.375，P=0.010）、芥酸（r=0.366，P=0.012）和多不飽和脂肪酸（r= 0.372，P=0.011）含量呈顯著負相關。

圖5 不同文冠果種質(zhì)資源出仁率、蛋白質(zhì)、粗脂肪及各脂肪成分的相關性分析Fig.5 Heap map display of correlation analysis of kernel yield,protein,crude fat and fat components in different X. germplasm

進一步對不同類型脂肪酸的相關性分析發(fā)現(xiàn)，飽和脂肪酸含量與棕櫚酸（r = 0.877，P ＜0.001）、硬脂酸（r = 0.573，P ＜0.001）含量達極顯著正相關，與神經(jīng)酸（r = 0.360，P = 0.014）含量呈顯著負相關，與不飽和脂肪酸（r = 1.000，P ＜0.001）、亞麻酸（r =0.459，P = 0.001）含量達極顯著負相關；不飽和脂肪酸含量和棕櫚酸（r= 0.876，P ＜0.001）、硬脂酸（r=0.573，P ＜0.001）含量達極顯著負相關。此外，不飽和脂肪酸含量還與神經(jīng)酸（r=0.363，P=0.013）含量呈顯著正相關，與亞麻酸（r=0.460，P=0.001）含量達極顯著正相關；單不飽和脂肪酸含量與多不飽和脂肪酸（r= 0.989，P＜0.001）含量達極顯著負相關關系，單不飽和脂肪酸含量還與亞油酸（r= 0.991，P ＜0.001）含量達極顯著負相關，多不飽和脂肪酸含量與油酸（r=0.861，P＜0.001）、花生烯酸（r= 0.731，P＜0.001）含量達極顯著負相關；此外，單不飽和脂肪酸含量與油酸（r = 0.854，P ＜0.001）、花生烯酸（r = 0.690，P ＜0.001）含量達極顯著正相關，與棕櫚酸（r= 0.314，P=0.034）含量呈顯著負相關，多不飽和脂肪酸含量與亞油酸（r=0.999，P ＜0.001）含量達極顯著正相關。

對不同脂肪酸含量間相關性進一步分析發(fā)現(xiàn)，油酸含量與其他脂肪酸含量間相關性差異較大，其中，與亞麻酸（r=0.351，P=0.017）含量呈顯著正相關，與花生烯酸（r = 0.555，P ＜0.001）含量達極顯著正相關，與亞油酸（r= 0.870，P＜0.001）、神經(jīng)酸（r= 0.582，P＜0.001）含量達極顯著負相關；其次，棕櫚酸含量與芥酸（r = 0.300，P = 0.043）、神經(jīng)酸（r = 0.310，P =0.036）含量呈顯著負相關，與亞麻酸（r= 0.573，P ＜0.001）含量呈極顯著負相關；花生烯酸含量還與硬脂酸（r=0.296，P=0.046）含量呈顯著正相關，與亞油酸（r= 0.719，P＜0.001）含量達極顯著負相關；神經(jīng)酸含量還與芥酸（r=0.848，P ＜0.001）含量達極顯著正相關。

3 討論

植物油脂主要以甘油三酯的形式存在于一種特殊的細胞器結構——油體，其表面包裹一層磷脂單分子膜，膜上鑲嵌多種膜蛋白[16]，這些蛋白的存在與油體的性質(zhì)密切相關，如種子油貯藏中油體的形態(tài)及大小維持、油體的合成及降解等[17]。文冠果種仁富含油脂及包括油體蛋白在內(nèi)的蛋白質(zhì)，本研究中46 份文冠果種仁粗脂肪含量平均61.62%，蛋白質(zhì)含量26.98%，和前人研究結果相似（種仁含油率58.91%，蛋白含量25.75%[18]）；粗脂肪含量顯著高于平均值的ZY22、ZY13和ZY5，以及蛋白質(zhì)含量顯著高于平均值的ZY39 及ZY42，分別可以作為高脂肪及高蛋白的種質(zhì)資源加以利用。同時，聚類分析表明Group I 和Group II 種質(zhì)資源可以用作資源品種改良的基礎種質(zhì)及雜交親本。另外，文冠果出仁率與粗脂肪含量呈顯著正相關，與蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關，粗脂肪含量與蛋白質(zhì)達極顯著負相關，說明薄種皮的文冠果可以積累更多的粗脂肪及較少的蛋白質(zhì)，為高油文冠果新品種初步篩選提供選育基礎。芥酸、神經(jīng)酸含量與出仁率、粗脂肪含量呈顯著或達極顯著負相關，與蛋白質(zhì)含量達極顯著正相關，亞油酸含量與粗脂肪含量呈顯著負相關，說明薄種皮文冠果不利于更多地積累芥酸、神經(jīng)酸與亞油酸；油酸、花生烯酸含量與粗脂肪含量達極顯著正相關，與蛋白質(zhì)含量達極顯著負相關，說明薄種皮文冠果更傾向于積累油酸及花生烯酸。

和前人研究結果相似[9,10,15]，本研究發(fā)現(xiàn)的8 種主要文冠果脂肪酸，其含量由高到低分別為亞油酸、油酸、芥酸、花生烯酸、棕櫚酸、神經(jīng)酸、硬脂酸及亞麻酸，其中亞油酸在人體內(nèi)無法合成，是公認的人體必需脂肪酸，可在人體內(nèi)進一步衍化為具不同功能的多不飽和脂肪酸[19]，這些脂肪酸（包括單不飽和脂肪酸）有多種生理功能，如降低血糖血脂、降低血壓、防止血栓形成、抗癌和免疫調(diào)節(jié)等[19,20]。神經(jīng)酸是神經(jīng)細胞生物膜的重要組成成分，是大腦發(fā)育及維持正常功能所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，在預防退行性腦病、改善記憶、促進大腦發(fā)育，以及預防、治療脫髓鞘類疾病等多方面有重要的健康保健及防病治病功能[20]。鑒于此，我們篩選了高神經(jīng)酸（含量大于4%）的文冠果種質(zhì)資源ZY17、ZY42和ZY39，以及神經(jīng)酸、不飽和脂肪酸含量均較高（神經(jīng)酸大于3.5%、不飽和脂肪酸大于93.7%）的種質(zhì)資源ZY39、ZY44、ZY25 和ZY17，為選育適用于生產(chǎn)醫(yī)療保健及日常食用油的文冠果新品種奠定基礎。

植物中脂肪酸的合成是一個十分復雜的過程。首先，在質(zhì)體內(nèi)，由KASIII 和KASI（KAS，-ketoacyl-ACP synthase，-酮酯酰ACP 合酶）在內(nèi)的酶系催化乙酰CoA 和丙二酰ACP 合成棕櫚酰ACP（C16: 0-ACP）[21,22]，棕櫚酰ACP 被KASII 進一步延長合成硬脂酰ACP（C18:0-ACP）[23]，硬脂酰ACP 可被9-硬脂?；ワ柡兔福⊿tearoyl-ACP desaturase,SAD）去飽和而合成油酰ACP（C18:1-ACP）[24]，這些脂酰ACP 可被不同的脂酰ACP硫酯酶（Fatty acyl-ACP thioesterase,FAT）水解合成相應的脂肪酸[25]，并轉(zhuǎn)運到質(zhì)體之外。油酸是脂肪酸合成過程中的一個重要分支點，它既可在包含不同3-酮酯酰CoA 合酶（3-ketoacyl-CoA synthase, KCS）的復合體催化下，合成碳鏈更長的脂肪酸如芥酸、神經(jīng)酸等[26,27]，也可在其它脂肪酸去飽和酶（Fatty acid desaturation,FAD）參與下，合成亞油酸、亞麻酸[28,29]。本研究發(fā)現(xiàn)，亞油酸含量和花生烯酸含量呈極顯著負相關，說明亞油酸和花生烯酸可能存在底物競爭關系。神經(jīng)酸是文冠果油神經(jīng)保健的主要有效成分，芥酸和神經(jīng)酸含量呈極顯著正相關，培育高神經(jīng)酸低芥酸的新品種需要打破它們的連鎖關系。

綜上所述，根據(jù)8 種脂肪酸含量的相關性分析，本研究發(fā)現(xiàn)亞油酸、芥酸和神經(jīng)酸含量變化趨勢基本一致；棕櫚酸、硬脂酸、油酸和花生烯酸含量變化趨勢基本一致，它們與文冠果的出仁率、蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量變化趨勢亦有極密切的關系。因此，后期可以通過調(diào)控或改造不同的脂肪酸合成基因以及脫飽和基因，提高或降低相應脂肪酸及其前體的濃度，進而提高神經(jīng)酸、亞油酸乃至亞麻酸的濃度，從而拓寬選育、改良高神經(jīng)酸和高亞油酸文冠果品種的可能途徑。