油菜籽粒发育过程中脂肪酸累积模式及相关分析

刘 念， 范其新， 蒙大庆， 汤天泽， 李芝凡， 李迎春， 谢卓霖

(绵阳市农业科学研究院，四川 绵阳 621023)

油菜是中国重要的油料作物，也是中国主要食用油来源，它的重要性越来越被人们所重视［1-4］。中国油菜常年种植面积和总产都居世界第一位，总面积为世界油菜面积的23.4%，总产为世界油菜总产的22.6%［5］。中国油菜主要分为食用油菜和工业油菜，其籽粒脂肪酸主要成分为棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸等，其中食用油菜籽粒的主要营养成分是油酸与亚油酸［6］。人体自身无法合成亚油酸与亚麻酸，必须从外界摄入。亚油酸易被人体消化吸收，能够降低体内血清胆固醇和甘油三酯含量，具有软化血管、阻止血栓形成等作用。油酸具有减少血浆中低密度脂蛋白胆固醇含量，预防及治疗动脉硬化的作用，而且在纯化、储存和加热过程中不易氧化［7-8］。所以油菜育种的一个重要目标就是提高食用菜籽油中油酸的含量。长链脂肪酸芥酸在人体中碳链消化率低，并且实验证明它容易诱发冠心病、脂肪肝等疾病［9］。从营养价值来说，芥酸对人体和动物体十分不利。从工业用途来说，芥酸是重要的工业原料。芥酸及其衍生物广泛应用于化工行业，除用作溶剂和润滑剂外，还是香料、化妆品、油漆等化学用品的原料。另外高芥酸含量的菜籽油可以直接作为柴油机燃料，被称为二十一世纪的化工原料［9-11］。

在植物中，低于18碳(18C)的脂肪酸合成是在质体中进行的。在种子里，脂肪酸的合成是在未分化的质体中进行的。脂肪酸从头合成系统产生链长18C以下的饱和脂肪酸，如棕榈酸和硬脂酸;超长链脂肪酸合成系统合成链长18C以上的脂肪酸，如二十碳烯酸和芥酸;脂肪酸去饱和系统在去饱和的作用下产生不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸和亚麻酸。乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)基因(bccp等)、脂肪酸延长酶基因(fae1)和脂肪酸脱氢酶基因(fad2)分别是以上3个系统中调控脂肪酸合成的关键基因［12］。前人对油菜种子发育过程中脂肪酸合成代谢途径已有较多的研究，了解油菜籽粒发育过程中不同脂肪酸的累积模式及其相互关系对于定向调控油菜种子的脂肪酸组成具有十分重要的理论和实践意义。本试验利用近几年选育的双低和特高芥酸油菜品种，探索高、低芥酸品种中脂肪酸累积模式，并对各脂肪酸含量进行相关分析，为高、低芥酸油菜产量提高、品质改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

低芥酸油菜品种绵油88(种子芥酸含量0.58%，含油率39.08%)和高芥酸品种绵油309(种子芥酸含量55.15%，含油率42.86%)，由绵阳农业科学研究院选育与提供，于2011年9月播种在四川省绵阳农业科学研究院内。油菜开花期间在大田选择发育一致的植株，标记主花序和第一分枝花序上同一天开的花，开花10 d后每5 d取1次荚，开花后50 d最后1次取荚，共取9次。标记时间和日期，阳光下晒干，常温保存。

1.2 试验方法

参照国标(GB/T 17377-1998动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析)［13］，将油菜籽粉碎，每份样品取0.5 g左右，3次重复，放入10 ml的离心管中，加入石油醚-乙醚混合液2.0 ml，加盖过夜。再加入KOH-甲醇溶液1.5 ml，充分混匀，静置 2～3 h，加蒸馏水定容至10.0 ml。约0.5 h后吸取上清液(＞0.5 ml)移至2.0 ml样品瓶中，然后置于百位进样盘中，经自动进样器(Agilent Ge Injector)转入色谱柱，进行色谱分析。

气相色谱法测定油菜籽粒中脂肪酸的含量，仪器型号为Agilent7890-GC。分析条件:入口温度260℃，入口压强172 kPa，柱内平均流速42 cm/s，柱内流量1.5 ml/min，氢气流量40 ml/min，空气流量400 ml/min，氮气流量 25 ml/min，一次上样体积1.0μl，分流比100∶1。脂肪酸成分以标准品与样品中脂肪酸的相对保留时间来定性，面积归一化法进行定量［13-14］。

1.3 数据分析

气相色谱分析结果以12种脂肪酸的绝对含量(mg/g)和相对含量(%)表示。依据12种脂肪酸的量计算脂肪酸总量(mg/g)。脂肪酸绝对含量计算公式为Ki=Ai×ms/(As×m)，其中Ai为第i种脂肪酸组分的峰面积，As为内标的峰面积，ms为内标物质量，m为样 品 干 质 量［15］。相 对 含 量(%)=Ai/∑Ai×100%。重复3次。采用Microsoft Office Excel 2003作图，利用SPSS软件进行数据的相关分析。

2 结果

2.1 油菜籽粒成熟过程中棕榈酸含量的变化

由图1可以看出，绵油88和绵油309在开花后第10 d就能检测到大量的棕榈酸，在第15 d其含量达到最大值，分别是19.178%和22.032%。说明棕榈酸在授粉后就大量累积，之后含量不断缓慢下降，在开花后第25 d到第50 d含量变化很小，绵油88和绵油309含量分别下降了1.369%和1.422%。在开花后10 d到15 d绵油88中的棕榈酸含量都是低于绵油309的，在第20 d后绵油88中棕榈酸的含量高于绵油309，这与油菜品种中脂肪酸的去饱和酶含量和活性有关。总起来看，这两个品种棕榈酸的累积模式基本一致。

图1 油菜籽粒发育过程中棕榈酸积累动态Fig.1 Dynamic change of the palm itic acid content during rapeseed development

2.2 油菜籽粒成熟过程中油酸含量的变化

开花后第10～25 d，绵油88的油酸含量就快速上升，从10.247%升到54.640%，然后进入一个缓慢上升的平台期;绵油309从开花第10～15 d油酸含量有所下降，之后快速上升到达峰值28.462%，然后又缓慢的下降至最低值13.796%(图2)。在开花后20 d内，高、低芥酸品种中的油酸含量差异不大，但是在开花25 d后含量差异明显，高芥酸品种油酸含量低，低芥酸品种油酸含量高。

图2 油菜籽粒发育过程中油酸酸积累动态Fig.2 Dynamic change of the oleic acid content during rapeseed development

2.3 油菜籽粒成熟过程中亚油酸含量的变化

从图3可以看出，绵油88和绵油309在开花后第10 d就能检测到大量的亚油酸。绵油88随着时间的推移，亚油酸含量不断下降，开花后第10～25 d快速下降，之后进入一个平台期;绵油309在第10～15 d亚油酸含量有少量累积，然后快速下降，第25 d后也是一个平台期。总体上看，在高、低芥酸品种中，亚油酸的累积模式基本一致。

图3 油菜籽粒发育过程中亚油酸积累动态Fig.3 Dynamic change of the linoleic acid content during rapeseed development

2.4 油菜籽粒成熟过程中亚麻酸含量的变化

绵油88在开花后第10 d就可以检测到大量的亚麻酸(含量25.317%)，之后进入一个快速下降期，在第25 d后，含量变化不大;绵油309在开花后第20 d前亚麻酸含量明显低于绵油88，绵油309的亚麻酸累积过程较绵油88平稳，含量在8.008%至12.975%之间(图4)。

图4 油菜籽粒发育过程中亚麻酸积累动态Fig.4 Dynamic change of the linolenic acid content during rapeseed development

2.5 油菜籽粒成熟过程中花生烯酸含量的变化

从图5可以看出在绵油88中，花生烯酸的合成明显受阻，含量很少。但是在高芥酸品种绵油309中从开花后第15 d开始含量就逐渐上升，在第25 d时到达峰值(9.619%)，之后进入平台期，在开花第40 d后含量又开始下降，成熟时的含量是5.377%，其合成规律可以基本概括为“升-平-降”。

2.6 油菜籽粒成熟过程中芥酸含量的变化

图5 油菜籽粒发育过程中花生烯酸积累动态Fig.5 Dynamic change of the eicosenoic acid content during rapeseed development

绵油88的芥酸含量很低(图6)，说明在低芥酸品种中，芥酸的合成途径是受阻的。在绵油309中从开花后第10 d开始就快速合成芥酸，其含量一直处于累积的过程，其中第15～30 d、第40～50 d这2个时期合成较快，可以推测在高芥酸品种油菜绵油309中芥酸有2个快速合成期，这与前人的研究结果［16］一致。

图6 油菜籽粒发育过程中芥酸积累动态Fig.6 Dynamic change of the erucic acid content during rapeseed development

2.7 油菜籽粒发育过程中主要脂肪酸含量间相关性分析

表1列出了绵油88和绵油309种子发育过程各种主要脂肪酸百分含量之间的相关系数。高、低芥酸品种中棕榈酸含量与油酸含量呈负相关，这可能与棕榈酸是油酸合成的前体有关。棕榈酸含量与花生烯酸含量、芥酸含量呈负相关，与亚麻酸含量呈显著正相关。棕榈酸含量与亚油酸含量在高、低芥酸品种中相关性相反，在高芥酸品种中呈显著正相关，在低芥酸品种中呈显著负相关。油酸含量与亚油酸含量和亚麻酸含量呈负相关，与花生烯酸含量和芥酸含量呈正相关。在高芥酸品种中，油酸含量与亚油酸、亚麻酸含量相关性较低，相关系数分别是-0.356、-0.127;与花生烯酸含量的相关性较高，为0.549，可能在高芥酸品种中脂肪酸延长酶基因(fae1)的活性较高，脂肪酸主要向碳链延长方向转化。在低芥酸品种中，油酸含量与亚油酸、亚麻酸含量的相关系数高，分别是-0.997＊＊和-0.912＊＊(P＜0.01)，与花生烯酸含量的相关性低。

2.8 高、低芥酸油菜脂肪酸合成过程中油酸含量/亚油酸含量比值、油酸含量/花生烯酸含量比值分析

2个品种脂肪酸合成过程中油酸含量/亚油酸含量比值、油酸含量/花生烯酸含量比值随时间的变化分别见表2和表3。油酸含量/亚油酸含量比值绵油88明显高于绵油309，相关系数是0.815＊＊(P＜0.01)，达到极显著水平;亚油酸含量/花生烯酸含量比值中绵油88也明显高于绵油309，相关系数是-0.765＊＊(P＜0.05)，达到显著水平。

表1 油菜籽粒发育过程中主要脂肪酸含量间的相关系数Table 1 Correlation coefficients between main fatty acids contents during rapeseed development

表2 油菜脂肪酸合成过程中油酸含量/亚油酸含量比值的变化Table 2 The change of oleic acid/linoleic acid ratio during systhesis of fatty acid of rapeseed

表3 油菜脂肪酸合成过程中油酸含量/花生烯酸含量比值的变化Table 3 The change of oleic acid/eicosenoic acid ratio during systhesis of fatty acid of rapeseed

3 讨论

脂肪酸组成是决定食用油品质的重要因素，油菜中脂肪酸主要成分是棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸等，在不同的油菜品种中各种脂肪酸的相对比例不同。高、低芥酸油菜品种在脂肪酸积累过程中，棕榈酸、亚油酸、亚麻酸积累模式基本一致，油酸、花生烯酸、芥酸的累积方式上差异较大。在高芥酸品种中，油酸与亚油酸、亚麻酸相关性较低，与花生烯酸的相关性较高。在低芥酸品种中，油酸与亚油酸、亚麻酸的相关性较高，与花生烯酸的相关性较低。可能在低芥酸品种中fad2(脂肪酸脱氢酶2)的活性较高，脂肪酸在脱氢酶的作用下完成去饱和作用［17］。这也在一定程度上说明油酸处于脂肪酸延长系统和去饱和系统的交叉点［18］。

本研究分析了油酸含量/亚油酸含量比值、油酸含量/花生烯酸含量比值，高低芥酸品种相关系数都达到极显著水平，这说明芥酸合成量在高、低芥酸品种间相对稳定，并对油酸向亚油酸、油酸向花生烯酸转化量的影响较小。油酸处于2条路径的交叉点，分别向亚油酸和花生烯酸转化，高、低芥酸品种中由于脂肪酸延长和去饱和的酶活性和底物不一样，造成了油菜品种中芥酸合成的差异。这也说明了培育高、低芥酸油菜的可能性。

前人研究结果表明，脂肪酸的合成受各种酶的调控，种子脂肪酸累积过程中主要受fae1、fad2的影响。不同的脂肪酸在不同时期含量不同，其规律主要表现为酶活性与底物特异性。在绵油88中，授粉前20 d，油酸增加，亚油酸、亚麻酸减少，说明此时控

制油酸向亚油酸转化的fad2活性很小，授粉后第20～25 d棕榈酸、亚油酸、亚麻酸含量下降，油酸、花生烯酸含量增加，说明这个阶段fae1的活性比fad2的活性高，主要是向脂肪酸碳链延长的方向转化。在绵油309中，授粉后前15 d以亚油酸合成量增加和油酸合成量下降为主，说明此时控制油酸向亚油酸转化的fad2活性很大，并且亚油酸的合成底物是油酸;授粉后第15～20 d，油酸含量开始增加，同时棕榈酸含量开始下降，说明此时控制棕榈酸向油酸转化的酶活性较高，并且油酸的积累来自棕榈酸;授粉后第15～25 d花生烯酸含量增加，亚油酸与棕桐酸含量下降，说明油酸转化花生烯酸的fae1活跃，同时花生烯酸的底物可能来自棕榈酸;授粉后第 40～50 d芥酸含量增加，伴随花生烯酸、亚麻酸、亚油酸和油酸含量下降，推测可能此时芥酸的来源是油酸。

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