文冠果經濟性狀的遺傳變異分析及油用型優株選擇

梁 強 王錦柯 苑福林 李守科 楊克強

(山東農業大學林學院1，泰安 271018)

(山東泰山森林生態系統國家定位研究站2，泰安 271018)

(山東沃奇農業開發有限公司3，濰坊 262100)

文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)為無患子科文冠果屬植物，單屬單種，是我國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，脂肪酸構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酸(C24 ∶1)來源，神經酸作為ω-9長鏈單不飽和脂肪酸，是周圍神經系統鞘磷脂的必需分子，可修復疏通受損大腦神經纖維并促進神經細胞再生[5-6]。我國歷史上就有食用文冠果的記載，清代《欽定四庫全書(救荒本草卷六)》記述“救饑采花煠熟，油鹽調食；或采葉煠熟，水浸淘去苦味，亦用油鹽調食；及摘實取子，煮熟食瓤”[7]。《榆林府志》也記載“其子熟取油”[8]。充分開發利用木本油料樹種，提供綠色健康的植物油脂，對于保障國家糧油安全具有重要的現實意義[9-10]。我國將文冠果列為優化木本油料產業發展布局的重要樹種，明確提出加快文冠果等木本油料樹種良種選育和產業化發展[11-14]。

評價種質資源的生物多樣性和遺傳特性是對資源合理化應用與良種選育的基礎[15]。對文冠果分布區種源間和種源內的變異已有文獻報道，牟洪香等[16]調查了14個分布區的葉片、果實和出仁率等15個表型性狀，認為分布區內的變異大于分布區間的變異，果實質量和單果種子質量變異系數最大，千粒重、出仁率、小葉數的變異系數較小。王藝林等[17]調查了5個種源文冠果11個表型性狀，發現表型性狀在種源間和種源內均存在極顯著差異。申展等[18]利用SSR分子標記技術研究了全國14個地區138份文冠果的遺傳多樣性，檢測出80個等位變異，平均多態性信息含量0.51，表明其種質之間存在大量的遺傳變異。敖妍[19]利用AFLP技術，研究優良林分文冠果群體遺傳多樣性發現，總遺傳變異中群體間變異6.61%，各群體內遺傳變異占93.39%。不同分布區(或種源)內的豐富變異，為文冠果無性系良種選育提供了遺傳學基礎。本研究對來自山東35個文冠果單株的18個農藝性狀進行了調查，測定了文冠果種仁脂肪酸和氨基酸的構成，對其進行遺傳多樣性分析和綜合評價，旨在研究文冠果表型遺傳變異特點，為文冠果無性系良種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以山東省濰坊市、東營市和臨沂市文冠果自然群體中生長健壯、無病蟲害的10年生文冠果實生單株為試材。其中濰坊29株，東營1株，臨沂5株，共35個單株。于2016—2018年連續進行了調查。

1.2 試驗方法

1.2.1 樹體調查

調查供試各單株的樹高(m)、胸徑(cm)、冠幅(m2)、新梢長(cm)等形態特征，各指標取3年的平均值。

1.2.2 果實性狀調查

每年于7月上旬果實成熟期，調查各單株結果數。每個單株隨機選取30個果實，測量每個果實的單果重(g)、果縱徑(mm)、果橫徑(mm)、種子粒數、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(%)。

根據每單株單果數、單果重和冠幅面積，計算每m2冠幅面積產果量(g·m-2)；根據每單株結果數、果實內種子數量、出仁率和冠幅面積，計算每單株的產仁量(g·m-2)；根據產仁量和種仁脂肪含量計算每單株產油量(g·m-2)。

1.2.3 脂肪和脂肪酸構成測定方法

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)測定脂肪含量[20]；采用歸一化法(GB5009.168—2016)測定脂肪酸組成[21]。每樣本重復3次。

1.2.4 蛋白質和氨基酸構成測定方法

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)測定蛋白質含量[22]；用氨基酸分析儀(GB 5009.124—2016)測定氨基酸組成[23]。每樣本重復3次。

1.3 數據處理及統計方法

1.3.1 遺傳多樣性分析

各性狀變異系數(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)和標準差(σ)。變異系數按照公式： CV(%)=σ/X×100計算。

遺傳多樣性指數(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，將各性狀劃分為10級，即從第1級[Xi<(x-2σ)]到第10級[Xi>(x+2σ)]。再以每一級的相對頻率(Pi)計算多樣性指數。多樣性指數公式為：H′=-PilnPi。

1.3.2 主成分分析及綜合評價

參照郭寶林等[26]、趙爽等[27]和尹會會等[28]的方法，利用Excel 2007分析軟件完成對參試材料性狀的均值、方差的統計，SPSS19.0 軟件的相應模塊對文冠果性狀進行主成分分析及綜合評價。

1.3.3 氨基酸評分

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

2 結果與分析

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個性狀的變異系數(CV)在4.93%～93.07%之間，平均為29.20%，遺傳多樣性指數(H′)在1.461～2.06之間，平均為1.863，多樣性豐富(表1)。樹高、胸徑、冠幅、新梢長等樹體指標中，冠幅的CV最大，為93.07%，樹高的H′最大，為1.891。產果量、產仁量及產油量中，CV分別為58.99%、53.22%和53.01%，H′分別為1.748、1.874和1.864，各單株在產量指標的變異較大。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價

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

文冠果各性狀規格化特征向量如表3所示。第1主成分由單果重、果縱徑、果橫徑、單粒重、種仁重、種粒縱、種橫徑組成；第2主成分由樹高、胸徑、冠幅和新稍長組成；第3主成分由出仁率、產油量、產果量和產仁量組成；第4主成分由蛋白質組成；第5主成分由殼厚組成。文冠果綜合評價值指數=0.309 42y1+0.195 25y2+0.162 05y3+0.101 62y4+0.013 85y5。其中：由主成分函數表達式及綜合模型計算出參試單株的綜合評價指數值，并對其排序(表4)，選出8個優良株系：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方差百分率

表3 文冠果性狀相關矩陣的規格化特征向量

表4 文冠果優樹的綜合評價結果

續表4

2.3 文冠果種仁脂肪酸、氨基酸的構成

檢測了WF17、WF15、WF9等優株的種仁脂肪酸構成(表5)，結果發現文冠果油中含有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類脂肪酸的比例為0.20 ∶1.21 ∶1。

文冠果優株WF17、WF15、WF9種仁氨基酸構成檢測結果見表6。結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量分數為7.23%，占氨基酸總量的29.7%；非必需氨基酸平均質量分數為17.13%。必需氨基酸中亮氨酸的含量最高，平均質量分數為(1.77±0.13)%；其次是賴氨酸，平均質量分數為(1.10±0.06)%。非必需氨基酸中谷氨酸含量最高，平均質量分數為(6.02±0.50)%；其次是精氨酸，平均質量分數為(2.72±0.22)%。按照FAO/WHO/UNU模式計算氨基酸評分值，發現文冠果7種必需氨基酸的評分在24.44 ～ 53.95之間。

表5 文冠果種仁脂肪酸構成

表6 文冠果種仁氨基酸構成

3 討論與結論

Shannon-Wiener’s多樣性指數可揭示參試材料表型性狀的均勻度和豐富度，變異系數表示性狀值離散型特征[15, 30]。本研究參試單株的18個性狀的多樣性指數在1.461 ～ 2.06之間，平均為1.863，變異系數在8.22% ～ 93.07%之間，平均為30.8%，表現出豐富的多樣性，樹體性狀中，冠幅變異系數最高，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的良種提供了基礎。在經濟產量相關的性狀中，產油量、產果量和產仁量的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。說明文冠果產量性狀變異較大，具有豐富的多樣性，選擇高產優株可大幅度提高其經濟產量[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，平均質量分數為(29.03±3.20)%。文冠果脂肪酸構成中不飽和脂肪酸含量達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：單不飽和脂肪酸：多不飽和脂肪酸的比例為0.20 ∶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酸來源樹種，本研究供試材料脂肪酸構成中神經酸含量為(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酸的含量[35]。此外，供試材料脂肪酸構成中含有(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]，可參照這一標準開發安全健康的文冠果產品。

供試文冠果種仁中蛋白質平均質量分數為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]對內蒙古文冠果種仁氨基酸構成分析結果一致。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)。谷氨酸對紅細胞的生成，大腦神經活躍有顯著的促進作用，常用來治療記憶力減退和神經衰弱；精氨酸是人體一種條件性必需氨基酸，在組織損傷修復、維持大腦功能，預防心血管疾病、促進激素分泌、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評價可準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用[26-28]。本研究用主成分分析將供試材料的18個性狀劃分為5個主成分，分別反映了文冠果的果實和種子性狀特征、植株特征、產量特征、品質特征和殼厚，包含了全部指標的84.22%的信息。通過構建文冠果綜合評價指數，將參試材料進行排序，篩選出了WF17、WF15、WF9、LY5、WF18、WF4、WF16、WF10共8株豐產的油用文冠果單株。