元宝枫种子含油率与脂肪酸组分株间变异及单株选择

乔 谦 ，丰 震 ，任红剑 ，安 凯 ，杜晓茜 ，许 超 ，张 林 ，孙忠奎

（1.山东农业大学 林学院，山东 泰安 271018；2.泰安市泰山林业科学研究院，山东 泰安 271000；3.泰安时代园林科技开发有限公司，山东 泰安 2710000）

近年来，随着国家能源发展战略的调整与生物质能源林的发展，丰产能源林的培育成为了热潮，木本油料作物逐渐受到重视，元宝枫Acer truncatum作为国务院批准重点发展推广的木本油料树种发展势头迅猛，据统计，元宝枫人工种植面积已达4万hm2，且种植规模仍在扩大，发展前景十分看好。元宝枫作为经济树种开发利用得较晚，始于20世纪70年代初，王性炎教授研究发现其为一种优良的食用木本油料，种仁出油率高达48%，高于大豆、油菜籽等油料作物的出油率，由此揭开了对元宝枫经济价值的全面研究与开发[1]；此后，对于元宝枫籽油脂肪酸成分及药理特性逐步展开研究[2]。2011年，元宝枫籽油被国家卫生部批准作为新资源食品[3]，成为我国食用植物油大家庭之一，再次推动元宝枫籽油产业的发展，基于元宝枫籽油中特有的神经酸（NA）[4]，开发出元宝枫神经酸油、元宝枫神经酸软胶囊等一系列产品。

元宝枫被《中国物种红色名录》列为“近危种”是我国特有树种[2]，目前，国外对于元宝枫的研究较少，主要集中在元宝枫的抗性[5]以及叶内含物质的提取[6]方面，国内对于元宝枫的研究也多集中于叶形、叶色、树形等观赏特性和食用、药理、保健等方面[7]，对于元宝枫种子含油率及脂肪酸组分的变异研究较少，市场上也未出现关于油用元宝枫品种培育的相关信息，然而在牡丹Paeonia suffruticosa、山桐子Idesia polycarpa、文冠果Xanthoceras sorbifolia、油茶Camellia oleifera、山杏Armeniaca sibirica等[8-12]木本油料树种中已逐步展开高油、高特异组分品种的筛选。鉴于此，本研究以山东泰安地区的元宝枫种子为试材，对其含油率、脂肪酸组分株间变异进行调查，旨在为油用元宝枫的良种选育及开发利用奠定基础，提高元宝枫经济林效益，推动元宝枫油用产业的发展。

1 材料与方法

1.1 采 样

在山东省泰安市境内对元宝枫种质资源展开广泛踏查，按照其居群群体生长状况，挑选出5个自然居群进行采样，分别为泰山天外村居群、罗汉崖居群、天柱峰居群、傲徕峰居群、桃花峪居群，采样地点均为山脚低海拔区域，样地环境相似。由于采种年为元宝枫结实小年，故采用非常规小样本试验取样[13]，每个居群选择10株左右（间隔50 m以上）长势健壮、树龄15～20 a的元宝枫高结实量单株，共计51株，于11月初在单株南向树冠采集千粒以上的翅果作为试验材料，自然阴干。

1.2 测定方法

1.2.1 形态指标测定

选取完整的双翅果，使用直尺、量角器、游标卡尺、分析天平等仪器对元宝枫翅果以下10个表型性状进行测量：果长、翅长、果翅比、翅宽、张开角、连接角、着生痕长、果厚、果实千粒质量、种子千粒质量。测定方法参照张宝、徐廷志[14-15]的叙述。

1.2.2 种子含水率的测定

每个单株各取20 g左右种子，三次重复，采用低温烘干法[16]，按照GB/T 3543.6—1995标准进行测定，直至前后两次质量之差小于0.005 g。

1.2.3 种子含油率的测定

每个单株各取5 g左右种子，3次重复，选取已知含油率的5个样品（由索式提取测得）作为标定样品，按照国际标准方法ISO/CD10565：1995（E），委托中国农业科学院油料作物研究测试中心采用Mq20脉冲核磁共振仪（pulse NMR）测量种子含油率[17-18]。

1.2.4 元宝枫油的GC分析

取元宝枫种仁粉，采用石油醚（沸程60～90℃）浸泡法提取出元宝枫籽油[19]，取0.2 g油样甲基化（碱催化）处理后获得上清液进行GC测试，测试条件参照刘祥义[20]等人所述，结果采用峰面积归一法计算。

1.3 统计分析方法

对于元宝枫群体间与群体内种子含油率和脂肪酸成分变异分析采用巢式设计方差分析，参照王娅丽[21]等人所述；表型分化系数计算公式为：Vst= (σ2t/s) (σ2t/s+σ2s)，式中：σ2t/s为群体间的方差分量，σ2s为群体内的方差分量。其余统计运算按照SPSS18.0统计分析软件包进行。

2 结果与分析

2.1 元宝枫群体间群体内种子含油率和主要脂肪酸组分分析

对5个居群种子含油率和主要脂肪酸组分进行巢式方差分析（表1）可知，除芥酸外，其余指标群体间均有极显著差异，其中种子含油率差异度最大；所有指标在群体内均有极显著差异，以油酸差异度最大，不饱和脂肪酸差异度最小。对元宝枫来说，即使具有相似生境，居群内居群间仍然具有极显著的差异，说明元宝枫遗传稳定性差，存在丰富的变异。

为进一步定量分析元宝枫种子含油率和主要脂肪酸差异来源，对各指标进行了表型分化分析（表2），群体内的平均方差分量比为78.74%，群体间为14.85%，且各指标均表现为群体内大于群体间，群体间表型分化系数在8.21%～26.40%之间，平均为15.59%，群体内平均表型分化系数为84.41%；说明供试元宝枫种子含油率和主要脂肪酸成分群体间变异远小于群体内变异，变异来源以群体内为主。

表 1 元宝枫群体间群体内含油率与主要脂肪酸组分方差分析†Table 1 Varience analysis of contents of seed oil and fatty acid compositions among populations and within populations in A.truncatum

表 2 元宝枫含油率与主要脂肪酸组分的表型分化系数Table 2 Variance component and differentiation coefficients of contents of seed oil and fatty acid compositions among and within populations in A.truncatum

2.2 元宝枫种子含油率株间变异分析

元宝枫种子含油率测定结果见表3，可知元宝枫种子含油率株间差异极显著，相对极差达77.12%，具有较高的筛选价值；供试种子平均含油率为32.32%，其中含油率最低的12号单株仅为18.19%，最高的32号单株达到43.12%，增幅为137%，单株间种子含油率变异系数为16.28%，变化不稳定。

本次试验供试单株种子含油率集中在30%到40%之间，约占2/3，含油率大于40%的较少，仅出现26号、32号两株。就含油率单一因素来说，含油率在40%以上的可称之为高油分单株。

2.3 元宝枫主要脂肪酸成分株间变异分析

通过GC检测分析元宝枫籽油主要含有14种脂肪酸，其中以棕榈酸、油酸、亚油酸、花生一烯酸、芥酸、神经酸含量较多，约占95%，具体检测结果见表3。由表3可知6种脂肪酸和不饱和脂肪酸单株间含量均达到极显著差异，表明元宝枫籽油脂肪酸组分株间变异丰富；脂肪酸含量高低依次为亚油酸（36.39%）、油酸（26.02%）、芥酸（13.09%）、花生一烯酸（7.97%）、神经酸（6.04%）、棕榈酸（5.16%），其中功能性脂肪酸—神经酸（NA）的最大含量达6.88%，最低为4.3%,变异系数为10.30%；元宝枫籽油不饱和脂肪酸含量高，平均含量达92.12%，且变异系数仅为0.82%，稳定性较好，可见元宝枫油具有较高的食用价值，可作为食用油资源开发利用。

根据脂肪酸组分株间变异可以筛选出高特异成分单株作为优良单株进行良种繁育，本课题组根据神经酸含量株间变异初步筛选出两株含量高于6.8%的单株，株号为16号、40号。

2.4 元宝枫各指标间相关性分析

2.4.1 元宝枫种实形态性状与生理指标间的相关性分析

对元宝枫19个指标之间相关性进行分析（表4）可知，果长与翅长呈极显著正相关，供试种子平均果长与翅长分别为1.345 5和 1.510 0，平均果翅比为0.866 5，与《中国植物志》对元宝枫果翅的描述相吻合；果厚仅与果实千粒重和种子千粒重具有极显著正相关性，相关系数分别为0.404、0.621，与其它指标间相关性不显著；种子含水率与果长、翅长、翅宽、果实千粒重呈显著正相关，相关系数分别为0.283、0.316、0.325、0.345，表明种子的含水率与果实的外形之间有较大的关系，且果实外形越大含水率越高。种子含油率仅与含油率呈极显著负相关，相关系数高达-0.842，与其它指标间没有显著相关关系；主要脂肪酸组分仅棕榈酸和翅宽有显著正相关，相关系数为0.396，与其它形态指标间无相关关系；这说明形态指标和生理指标间关联性较小，在所选形态指标中，不能用来进行高油、高特异成分优良单株的初选。

表 3 元宝枫种子含油率及主要脂肪酸组分含量的测定结果†Table 3 Determination result of contents of seed oil and fatty acid compositions in A.truncatum

表 4 元宝枫各指标间相关性分析Table 4 Correlations coefficients matrix among all indexs in A. truncatum

2.4.2 元宝枫含油率和主要脂肪酸成分间的相关性分析

对于元宝枫籽油，60%的不饱和脂肪酸成分为棕榈酸，经相关性分析（表4），元宝枫种子含油率和棕榈酸呈极显著负相关，相关系数为-0.755，与不饱和脂肪酸呈极显著正相关，相关系数为0.590，与花生一烯酸呈显著正相关，相关系数为0.412，与其它脂肪酸组分相关性不显著，相关性分析表明随着含油率的不断升高，不饱和脂肪酸的增量高于饱和脂肪酸，意味着种子含油率越高其食用价值越高；各脂肪酸组分，棕榈酸和花生一烯酸、不饱和脂肪酸呈极显著负相关，相关系数分别为-0.540、-0.911；油酸与亚油酸、芥酸、神经酸均具有极显著负相关性，相关系数分别为-0.683、-0.666、-0.703，这可能与碳链的不断延长有关；花生一烯酸与不饱和脂肪酸呈极显著正相关，相关系数为0.585；神经酸和芥酸呈极显著正相关，相关系数为0.892，可能源于芥酸向神经酸的转化具有固定的比例；其余组分间相关性不显著。

续表 4Continuation of table 4

3 讨论与结论

3.1 讨 论

林木遗传育种以遗传学为原理，对基因资源进行选择[22]，需要育种材料具有一定筛选的物质基础，并选择出变异，才能实现良种选育与繁育的第一步。

（1）居群内居群间差异

前人研究认为元宝枫在叶形、叶色、翅果形态、树形、观赏特性等表型性状方面具有丰富的变异，具有筛选优良性状的基础，通过本研究证实元宝枫不仅表型性状差异度大，其种子含油率与脂肪酸组分间也具有丰富变异，而且居群间和居群内差异均达到极显著差异水平（除芥酸群体间不显著），遗传稳定性差，其中84.41%的变异来源于群体内，此结果与李伟[23]对中国南方皂荚Gleditsia sinensis遗传变异分析和王娅丽[24]对祁连山青海云杉Picea crassifolia种实性状变异分析结果相似，但与柴春山、敖妍[7，25]等对文冠果不同居群种子含油量差异分析有所不同，体现出不同物种由于其生物学特性以及对于环境的变化适应性不同，在外部形态表现与内在生理状态均发生了不同程度的变化。就元宝枫来说，在一定区域内进行油用良种选育材料选取以个体为主。

（2）种子含油率和脂肪酸组分株间变异

供试种子含油率和主要脂肪酸组分差异极显著，株间变异丰富具有筛选优良油用单株的物质基础；平均含油率为32.32%，最低为18.19%，最高为43.12%，增幅达137%，变异系数为16.28%，可见筛选高油元宝枫单株进行良种繁育对于提高元宝枫油用价值意义重大，可显著提高元宝枫经济林的效益；本次试验所测平均脂肪酸含量高低依次为亚油酸（36.39%）、油酸（26.02%）、芥酸（13.09%）、花生一烯酸（7.97%）、神经酸（6.04%）、棕榈酸（5.16%），这与刘祥义等[26]对云南元宝枫籽油脂肪酸测试稍有不同，所测芥酸基本相同，亚油酸、花生一烯酸稍低，棕榈酸、油酸、神经酸稍高，其中神经酸含量比其所述5.52%的含量高0.52%，可见泰安地区元宝枫神经酸含量较高，具有选育价值。总体来说元宝枫籽油营养价值高，可作为良好的食用油资源开发与利用。在株间变异的基础上初步筛选出高油单株26号、32号，高神经酸单株16号、40号，基于采样地点的局限性，难以达到最优性状，需进一步扩大筛选范围。

（3）性状相关性分析

性状相关性表明元宝枫种子含油率和主要脂肪酸组分与形态指标间无显著相关性，证明在所选形态指标中不能对油用优良单株进行间接选择；元宝枫种子含油率和脂肪酸组组分间相关性表明种子含油率和棕榈酸呈极显著负相关，与不饱和脂肪酸呈极显著正相关，这或许预示着培育高含油率品种会相应提高元宝枫籽油的食用价值；脂肪酸组分间具有不同的相关性，油酸与亚油酸、芥酸、神经酸均呈极显著负相关性，邬贤梦[27]在油菜Brassica campestris脂肪酸品质改良研究中认为油酸是多不和脂肪酸合成的前体，其转化有两个方向，一是去饱和生成亚油酸，二是碳链延长依次生成花生一烯酸、芥酸、神经酸，元宝枫籽油脂肪酸成分间的转化关系是否具有这种关系，还有待于研究验证；神经酸和芥酸表现极显著正相关性，可能源于芥酸向神经酸的转化具有固定的比例，具体原因有待验证，对于元宝枫高神经酸、低芥酸特异种质资源筛选具有重要意义。

（4）油用单株的选择

油用元宝枫的选育不仅要考虑单一指标性状，还需考虑整体产量，张朋[28]通过对元宝枫的长期观察认为元宝枫存在花性年际变化、果实产量存在大小年变化，表明在油用元宝枫的选育过程中还需对采种母树单株花性年际变化、单株果实产量年际变化等指标进行统计调查，综合考量各指标筛选优良单株；张党权等[29]采用基因克隆技术寻找出油茶油脂生物合成的关键基因，温强等[30]采用ISSR分子标记技术对高产油茶无性系进行鉴定，可见分子技术已成为林木遗传育种工作共不可缺少的一部分，在油用元宝枫选育工作中也应借助分子技术，探索其分子机理，需找关键基因，分析人工改造的可能性；同时对入选单株进行无性繁殖形成无性系，通过无性系对比试验，研究含油率和单一脂肪酸成分的遗传力与遗传增益，选育高油和高神经酸含量的优良无性系。

3.2 结 论

本研究通过对泰安地区5个居群的元宝枫种子含油率与脂肪酸组分进行测试，结果表明，元宝枫在居群间、居群内均具有丰富的变异，遗传稳定性差，差异来源较多出现在居群内，株间差异极显著，具有筛选高油、高特异组分的物质基础，为油用元宝枫良种选育提供了理论基础；同时通过相关性分析表明在优良油用单株的选择过程中不能通过外部形态指标进行初选，要以仪器测试结果为基础，结合产果量等指标综合选择。试验表明通过优树选育可明显提高元宝枫种子的出油率与籽油品质，有利于提高元宝枫经济林效益，推动元宝枫油用产业的发展。

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