鷹嘴豆脂肪酸組成及其遺傳多樣性分析

王 威，徐 麟，肖 菁，嚴(yán)勇亮，顏國(guó)榮，路子峰，張金波

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091;2.農(nóng)業(yè)部植物新品種測(cè)試(烏魯木齊)分中心，烏魯木齊 830091)

鷹嘴豆(CiceraritinumL.)屬豆科野豌豆族鷹嘴豆屬，起源于亞洲西部和近東地區(qū)，是全球種植面積較廣的第二大食用豆類(lèi)，全球有超過(guò)50個(gè)國(guó)家種植[1]，主要是印度、巴基斯坦、土耳其、澳大利亞等國(guó)，其中印度和巴基斯坦是世界上最重要的鷹嘴豆生產(chǎn)國(guó)[2]。在中國(guó)也有鷹嘴豆的種植，新疆木壘是中國(guó)鷹嘴豆種植面積最大地區(qū)。

鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)豐富[3]，在世界上享有“黃金豆”的美稱，鷹嘴豆蛋白在消化吸收、功效比值及生物利用價(jià)值遠(yuǎn)高于大豆及其他豆類(lèi)，在國(guó)外越來(lái)越多的消費(fèi)者將鷹嘴豆作為功能性食品。鷹嘴豆種子中富含氨基酸、維生素、粗纖維等[4]，還含有豐富的脂肪酸[5-6]，主要包括油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸等，其中亞油酸和亞麻酸是人體代謝不可或缺的必要的多不飽和脂肪酸。鷹嘴豆種子中脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，約占脂肪酸總質(zhì)量的80%以上。大量研究證實(shí)，不飽和脂肪酸，特別是多不飽和脂肪酸在提高機(jī)體免疫功能、降低血液膽固醇、降低血栓形成、減少心腦血管疾病發(fā)病率等[7-8]方面有積極作用，其生物學(xué)功能已成為國(guó)際關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

多不飽和脂肪酸是一類(lèi)重要的脂肪酸族營(yíng)養(yǎng)素，其中α-亞麻酸、亞油酸都是人體中必須的脂肪酸，且是人體自身不能合成，只能從食物中獲取的。多不飽和脂肪酸是廣泛參與細(xì)胞代謝和細(xì)胞膜脂的構(gòu)成，與人類(lèi)健康息息相關(guān)，在預(yù)防和治療心腦血管疾病、提高機(jī)體免疫功能、抵御癌癥、防止老年癡呆等[9-10]方面具有重要的作用，鷹嘴豆在保健功能方面的研究與利用越來(lái)越引起關(guān)注。鷹嘴豆中含有豐富的不飽和脂肪酸，尤其是多不飽和脂肪酸，但有關(guān)鷹嘴豆資源脂肪酸方面的研究罕見(jiàn)報(bào)道，本研究以《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南 鷹嘴豆》[11]中的46份鷹嘴豆標(biāo)準(zhǔn)品種為材料，探討分析種子中脂肪酸組成及分布規(guī)律，為鷹嘴豆品質(zhì)育種及資源的開(kāi)發(fā)與高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2017-2018年在農(nóng)業(yè)部植物新品種DUS測(cè)試(烏魯木齊)分中心進(jìn)行，供試材料為46份鷹嘴豆資源為《鷹嘴豆新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南》[11]中的標(biāo)準(zhǔn)品種(表1)，分Desi和Kabuli兩種類(lèi)型，其中Desi類(lèi)型15份，Kabuli類(lèi)型31份。4月底播種，7月中下旬收獲。試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)重復(fù)，成熟后收獲，自然晾干。

表1 供試鷹嘴豆材料及來(lái)源Table 1 Raw matertials and origin for chickpea accessions

供試材料由國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺(tái)(新疆子平臺(tái))提供，均為新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所2002年至2015年收集的資源，主要引自國(guó)際干旱中心(ICARDA)9份、中農(nóng)院品資所10份、甘肅定西旱農(nóng)中心12份、塔吉克斯坦5份、烏茲別克斯坦2份、新疆(阿克蘇、喀什、木壘)等地5份，來(lái)源不詳3份。

1.2 脂肪酸測(cè)定

鷹嘴豆種子脂肪酸含量測(cè)定由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)測(cè)試中心(烏魯木齊)按照GB/T17377-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，主要測(cè)定油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、花生酸等脂肪酸在鷹嘴豆種子粗脂肪中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同品種間性狀的差異用變異系數(shù)表示，遺傳多樣性指數(shù)的計(jì)算采用Shannon-Weaver信息指數(shù)表示，計(jì)算公式：H′=-∑PiLnPi，其中Pi為某一性狀第i個(gè)級(jí)別出現(xiàn)的概率。用DPS軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，遺傳距離采用歐氏距離，類(lèi)平均法(UPGMA)進(jìn)行聚類(lèi)分析，并進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脂肪酸組成分析

46份鷹嘴豆資源種子中粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)占種子干質(zhì)量的3.8%～5.2%左右，其中‘撒瑪爾汗-2’種子中粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高5.2%。測(cè)定鷹嘴豆干種子中8類(lèi)脂肪酸占總脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，不同品種中棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸占總脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異不顯著，油酸、亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大(表2)，脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)遺傳多樣性豐富，油酸和亞油酸遺傳多樣性指數(shù)高。飽和脂肪酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 14.19%，變異范圍11.49%～33.36%，其中鷹嘴豆品種‘2009-82’中飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)33.36%，其他品種飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.49%～ 19.03%之間，品種間差異不顯著。

表2 46份鷹嘴豆種子中各類(lèi)脂肪酸占總脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析Table 2 Contents analysis of fatty acies for 46 accessions of chickpea

不飽和脂肪酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.05%，變幅為65.1%～88.51%。單不飽和脂肪酸油酸的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.66%，變化范圍為 17.08%～45.0%，品種間差異顯著，其中‘引K137’油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)45.0%。多不飽和脂肪酸包括亞油酸、亞麻酸等，其中亞油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 51.15%，變化范圍為40.27%～63.17%，遺傳多樣性指數(shù)H′為1.894 8，‘2009-132’亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)63.17%；亞麻酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.25%，變化范圍為1.51%～3.73%，諾胡提亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.73%。

2.2 不同類(lèi)型鷹嘴豆脂肪酸組成分析

鷹嘴豆一般主要分為Desi和Kabuli兩種類(lèi)型，Desi類(lèi)型花為紫色，籽粒相對(duì)小、種皮厚褶皺且顏色深，Kabuli類(lèi)型花為白或奶白色，大粒，種皮薄且種子表面光滑。對(duì)兩種類(lèi)型鷹嘴豆干種子中各類(lèi)脂肪酸占總脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析(表3)，研究結(jié)果表明，Kabuli型鷹嘴豆種子中飽和脂肪酸(棕櫚酸、硬脂酸)、多不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于Desi型鷹嘴豆，單不飽和脂肪酸(油酸)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于Desi型鷹嘴豆。Kabuli型鷹嘴豆油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.77%，變幅為17.08%～45%；而Desi型鷹嘴豆油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.35%，變幅為 26.45%～ 39.95%，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均水平高于Kabuli型鷹嘴豆。Kabuli型鷹嘴豆亞油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 51.89%，變幅為40.27%～ 63.17%，而Desi型鷹嘴豆亞油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.82%，變幅為44.68%～58.52%。Kabuli型鷹嘴豆亞麻酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.38%，變幅為 1.51%～ 3.73%，而Desi型鷹嘴豆種子中亞麻酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.04%，變幅為1.72%～ 3.00%。

表3 兩種類(lèi)型鷹嘴豆脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析Table 3 Contents analysis of fatty acids for two distinct types

2.3 聚類(lèi)分析

為明確46份不同來(lái)源、不同類(lèi)型的鷹嘴豆材料之間的遺傳距離，利用DPS7.05數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件，46份材料種子粗脂肪中油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為32.66%、亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為51.15%，亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.25%，棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為10.92%、硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.11%，其中‘2009-82’的油酸 (17.08%)、亞油酸 (45.42%)、棕櫚酸(20.19%)、硬脂酸(12.51%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與平均水平存在極顯著差異，因此‘2009-82’在聚類(lèi)過(guò)程中單獨(dú)一類(lèi)。

本研究對(duì)45份鷹嘴豆材料的5個(gè)脂肪酸，在歐氏距離4.66處把45份供試材料分為2大類(lèi)(圖1，表4)。第Ⅰ類(lèi)群有13份材料，其中11份為Kabuli類(lèi)型，2份為Desi類(lèi)型，油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.01%，變幅為19.27%～30.43%；亞油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.87%，變幅為 53.58%～63.17%；亞麻酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.11%，變幅為2.67%～3.73%；棕櫚酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 11.21%，變幅為10.24%～ 13.4%；硬脂酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.29%，變幅為1.10%～1.55%，2009-132、則丁尼諾胡提、ZIO諾提、新品系4527等材料亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)60%以上，可作為鷹嘴豆品質(zhì)育種的親本。

第Ⅱ類(lèi)群有32份材料，油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.30%，變幅為29.3%～45.0%；亞油酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.13%，變幅為40.27%～55.16%；亞麻酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.89%，變幅為1.51%～ 2.28%；棕櫚酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.54%，變幅為9.55%～11.26%；硬脂酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.23%，變幅為1.30%～ 6.84%。

2.4 相關(guān)性分析

對(duì)鷹嘴豆種子粗脂肪中的5種脂肪酸進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)表明，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞油酸、亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(r= -0.960 7**，-0.866 1**)，鷹嘴豆干種子中油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，亞油酸、亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)越低；亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)(r= 0.884 9**)，亞油酸和亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體變化的趨勢(shì)基本相同。硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞油酸、亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)；棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與亞油酸、亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈著正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

前人研究表明，鷹嘴豆種子中碳水化合物、膳食纖維、粗脂肪占種子干質(zhì)量的80%以上，其中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)占2.7%～6.48%[12-13]。不同類(lèi)型鷹嘴豆種子中，粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有很大差異，Wood等[14]研究Desi和Kabuli兩種類(lèi)型干種子中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.90%～7.42%、 3.40%～8.83%，Kabuli類(lèi)型中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于Desi類(lèi)型，與本研究結(jié)果一致。

鷹嘴豆相對(duì)于大豆、花生等油用作物來(lái)說(shuō)，種子中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低(3.8%～10%)[5，15]，但卻是優(yōu)質(zhì)脂肪酸的一個(gè)有效來(lái)源，尤其是多不飽和脂肪酸。不同鷹嘴豆品種種子中脂肪酸種類(lèi)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差異，不同鷹嘴豆類(lèi)型之間種子中脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有明顯差異。在46份鷹嘴豆標(biāo)準(zhǔn)品種中，飽和脂肪酸主要包括肉豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、花生酸，其中棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，平均為10.93%，肉豆蔻酸在44%的鷹嘴豆材料中檢測(cè)不到，棕櫚油酸在 26.7%的材料中檢測(cè)不到。鷹嘴豆種子中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，平均占總脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.0%左右，主要包括油酸、亞油酸、亞麻酸，其中油酸、亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 32.66%、51.15%，與Jukanti等[1]的研究結(jié)果 (32.6%、51.2%)基本一致，遠(yuǎn)高于其他豆類(lèi)。楊亞琴等[16]對(duì)鷹嘴豆、豌豆、蠶豆、綠豆、赤豆、黑豆和黃豆7種食用豆種子脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的研究結(jié)果顯示，鷹嘴豆中總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) 86.55%，與本研究結(jié)果一致，綠豆和赤豆種子中不飽和脂肪酸占總脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，分別為61.82%、69.28%，豌豆中為 84.66%，蠶豆中為82.25%，黑豆中為84.47%，黃豆中為84.01%。本研究中‘引K137’‘撒馬爾汗-1’‘引K139’等材料，種子中油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%以上，‘則丁尼諾胡提’‘ZIO諾提’‘新品系4527’等材料種子中亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)60%以上，既可以作為食用鷹嘴豆品種的首選，也可以作為品質(zhì)育種的親本材料。

圖1 45份鷹嘴豆資源聚類(lèi)圖Fig.1 Dendrogam of 45 chickpea germplasm resources

表4 45份鷹嘴豆資源各類(lèi)群特征分析Table 4 Analysis of 2 groups for 45 chickpea germplasm resources

表5 鷹嘴豆5種脂肪酸相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of 5 faccty acids in chickpeas

注：左下角是相關(guān)系數(shù)r，右上角是P值；“**”表示極顯著相關(guān)(P<0.01)，“*”顯著相關(guān)(P<0.05)。

Note:Lower triangle isr，upper triangle isp;“**” highly significant correlation(P<0.01)，“*” significant correlation(P<0.05).