白菜型油菜种质资源群体种子含油量和蛋白质含量的遗传变异及其关联性分析

， ， ， (.贵州大学油料作物研究所， 贵阳 55005；.杭州市萧山区农业科学技术研究所， 浙江 杭州 00； .杭州市萧山区种子管理站， 浙江 杭州 00)

白菜型油菜种质资源群体种子含油量和蛋白质含量的遗传变异及其关联性分析

田恩堂1，李鲁峰2，贾世燕3，林树春1
(1.贵州大学油料作物研究所， 贵阳 550025；2.杭州市萧山区农业科学技术研究所， 浙江 杭州 311200； 3.杭州市萧山区种子管理站， 浙江 杭州 311200)

检测了来自全国各地的84份白菜型油菜种质材料的含油量和蛋白质含量。在贵阳环境条件下，这些材料的含油量和蛋白质含量表现出丰富的变异，并被划分到3个群中。相关性分析显示，白菜型油菜种子的含油量和蛋白质含量呈显著负相关，同时还对这种负相关关系的应用和形成机制进行了探讨。

白菜型油菜； 含油量； 蛋白质含量

甘蓝型油菜(B.napus, AACC,2 n=38)，芥菜型油菜(B.juncea,AABB,2 n=36)和白菜型油菜(B.rapa,AA,2 n=20)是我国芸苔属的三大油料作物[1]。生育期短、可春播、可作蔬菜等特性是白菜型油菜重要特征。我国是白菜型油菜重要的起源中心，具有丰富的种质资源。加强白菜型油菜的理论研究和应用研究对于提高城乡蔬菜供应量和保障我国油料安全具有重要的意义。

白菜型油菜的重要用途是做油料作物，产油量的高低是油菜品种最重要的衡量指标。而油菜产油量决定于菜籽产量与含油量2个因素，经过多年的育种实践，我国油菜产量水平已经得到相当程度的提高, 因此提高油菜籽的含油量成为提高油菜生产效益的关键[2]。高含油量油菜也一直是我国和世界油菜育种的重要目标。油菜的含油量每提高1%，相当于产量提高2.3%～2.5%[3]。目前我国油料作物仅能提供植物油消费总量的40%左右，其余60%依赖进口，我国对国外的依存度越来越高，自给总量上严重不足[4]。因此研究油菜的含油量的特性，加强含油量对油菜育种的指导作用，对油菜生产具有重要意义。

油菜籽重要的用途是榨油，而剩余的残渣可制成饼粕作为动物饲料。而蛋白质含量则是饲料用饼粕品质高低的主要指标。高蛋白质含量的油菜种子是提升油菜附加值的重要途径，因此，选育高蛋白质含量油菜品系也是油菜育种的重要方向[5]。

在甘蓝型油菜中，含油量和蛋白质含量通常呈显著负相关[6]，但在白菜型油菜中，相关研究则较少。本研究选用来自全国各地的84份白菜型油菜种质资源，在贵阳环境条件下种植并测定了它们的含油量和蛋白质含量，并对含油量和蛋白质含量的相关性进行了分析，同时还对影响白菜型油菜含油量和蛋白质含量相关性的机制进行了探讨。

图1 白菜型油菜种质资源群体含油量(A)和蛋白质(B)含量的正态分布

1 材料和方法

1.1 实验材料

本研究选用的84份白菜型油菜种质资源来自全国各地，具有丰富的表型变异和品质性状变异。2014年10月份将84份白菜型油菜种质资源种植于贵州大学农场，每份材料播种2行，并于开花期随机选取3个单株套袋自交并收取自交种子。

1.2 实验方法

每份白菜型油菜取3 g饱满油菜种子，利用近红外方法测定种子的含油量和蛋白质含量，重复测定2次，并取其均值作为该材料最终分析用数据。蛋白质含量和含油量以百分比(%)表示。

1.3 统计分析

实验获得的数据利用SPSS 20软件进行分析，包括描述性统计、相关性分析、正态分布图、二维图等。

2 结果与分析

2.1 群体性状变异

测定了来自全国各地的84份白菜型油菜种质资源群体在贵阳环境条件下的含油量和蛋白质含量。群体的含油量表现出明显的正态分布(图1)，材料的最高含油量为52.2%(白油1号)，最低含油量为35.7%(凯里白油菜)。群体的平均含油量为41.1%，标准差为2.7。含油量在35.0%～40.0%之间的材料有28份，占全部材料的33.3%；含油量在40.0%～45.0%之间的材料53份，占全部材料的63.1%，此区间是整个群体材料的主要集中区；含油量在45.0%～50.0%之间的材料仅有2份，分别是“贵定甜油菜”(45.5%)和“核桃纹”(45.2%)；而含油量超过50.0%的材料只有1份，为“白油1号”，含油量为52.2%。

群体的蛋白质含量也表现出明显的正态分布(图1)，材料的最高蛋白质含量为26.9%(关中油菜), 最低蛋白质含量为17.5%(武胜矮油菜)。群体的蛋白质含量的平均值为22.7%，标准差为2.2。蛋白质含量在17.0%～20.0%之间的材料有14份，占全部材料的16.7%；蛋白质含量在20.0%～23.0%之间的材料有29份，占全部材料的34.5%；蛋白质含量在23.0%～26.0%之间的有34份，占全部材料的40.5%；蛋白质含量大于26.0%的材料有7份，占全部材料的8.3%，分别为“03 caudle”(26.0%)、“3907”(26.2%)、“3908”(26.2%)、“凯里白油菜”(26.2%)、“黄油菜”(26.6%)、“浩油11号”(26.6%)和“关中油菜”(26.9%)。群体材料主要集中在20.0%～23.0%和23.0%～26.0% 2个区间。

2.2 相关性分析

分析每份白菜型油菜材料的含油量和蛋白质含量可以发现，二者表现出明显的反向特性，即高含油量的材料通常蛋白质含量低，而低含油量的材料通常蛋白质含量高。以白菜型油菜的蛋白质含量、含油量以及二者之和(蛋白质+含油量)做折线图，可以看出：随着含油量的不断增加(曲线上行)，蛋白质含量不断减少(曲线下行) (图2)。将每份材料的蛋白质含量和含油量进行了相加，而二者之和在材料间变化很小，几乎所有(83份)材料数值集中在59.2%到69.8%之间，唯一例外是“白油1号”，其二者之和高达72.9，二者之和的曲线总体表现平稳(图2)。通过含油量和蛋白质之间相关性分析，发现二者之间的pearson相关性系数为r=-0.545(p<0.01), 为显著性负相关。

2.3 聚类分析

以白菜型油菜群体材料的含油量和蛋白质含量为主要参考指标，对84份白菜型油菜材料进行了聚类分析(图3)。根据聚类结果，白菜型油菜种质资源可以被分成3个群体(图3)并对每个群中材料的含油量和蛋白质含量情况进行了分析(表1)。群Ⅰ含有63份材料，占全部材料的73.8%，是材料主要的集中区域，此群所含材料的含油量和蛋白质含量的平均值分别为40.1%和23.7%，变异系数分别为4.9%和6.9%；群Ⅱ含有20份材料，占全部材料的23.8%，此群所含材料的含油量和蛋白质含量的平均值分别为43.6%和19.8%，变异系数分别为2.7%和5.6%；群Ⅲ仅包含1份特殊材料：白油1号，其因较高的含油量被单独划分成一个群。总体说来，材料的含油量依次为群Ⅲ>群Ⅱ>群Ⅰ，而材料的蛋白质含量依次为群Ⅰ>群Ⅲ>群Ⅱ。群Ⅰ与群Ⅱ方差分析结果显示：群Ⅰ与群Ⅱ的含油量间存在极显著差异(F=56.1,p=0.0)，同时群Ⅰ与群Ⅱ的蛋白质间也存在极显著差异(F=101.7,p=0.0)。

图2 白菜型油菜种质资源群体含油量、蛋白质含量及二者之和的折线图

图3 白菜型油菜种质资源基于含油量和蛋白质含量的聚类图

表1 白菜型油菜种质资源分群及其蛋白质和含油量统计

群性状材料份数均值标准差变异系数群Ⅰ蛋白质6323．71．66．9%含油量40．12．04．9%群Ⅱ蛋白质2019．81．15．6%含油量43．61．22．7%群Ⅲ蛋白质120．7——含油量52．2——

3 结论与讨论

本研究对从全国各地搜集的84份白菜型油菜种质资源的种子含油量和蛋白质含量进行了检测。结果显示，这些材料的含油量及蛋白质含量表现出广泛的遗传变异，部分材料表现出优良的育种材料潜质，可以用在未来白菜型油菜育种工作中。本研究结果显示，白菜型油菜的含油量和蛋白质含量表现出显著的负相关特性，这对于未来白菜型油菜的育种工作具有重要的指导意义。此外，将这些白菜型油菜分成3个群体，群体间的蛋白质含量和含油量差异明显，可以为白菜型油菜的育种工作提供重要的指导作用。

许多研究显示，甘蓝型油菜的种子含油量和蛋白质含量存在显著的负相关[7]，而本研究结果则揭示了二者在白菜型油菜中也存在这种显著的负相关关系。这种负相关关系可能是因为油脂和蛋白质的合成都需要消耗较高能量的原因，而油菜单株本身生成的能量毕竟有限，如果蛋白质合成多了，则意味着用于合成油脂的能量就相对降低了，反之亦然。此外，油脂和蛋白质的合成都需要碳源骨架，而油菜本身的碳源总量毕竟有限，而对碳源的竞争也是引起二者负相关的重要因素。国外最新研究结果[8]显示：在拟南芥中，油份和蛋白质的聚集与基因CytosolicPyrophosphatase的表达有关系，含油量基因突变单株的蛋白质含量明显升高。此结果从分子水平上进一步证实了含油量和蛋白质含量之间的关系，也为引起二者间负相关的机制的研究提供了一种新思路。

[1]何余堂,涂金星,傅廷栋,等.中国白菜型油菜种质资源的遗传多样性研究[J].作物学报,2002,28(5):697-703.

[2]李运昌,胡琼,梅德圣,等.选育高含油量双低油菜品种的理论与实践[J].中国油料作物学报,2006,28(1):92-96.

[3]王汉中.我国油菜产业国际竞争力提升的科技对策[J].中国农业科技导报,2004,6(1):18-21.

[4]王汉中.我国油菜产业发展的历史回顾与展望[J].中国油料作物学报,2010,32(2):300-302.

[5]王丰,邱厥.甘蓝型油菜蛋白质含量的遗传与其它几个性状相关的研究[J].中国农业科学,1990,23(6):42-47.

[6]许剑锋,龙艳,吴建国,等.油菜籽含油量和蛋白质含量的种子胚与母体植株QTL定位[J].中国农业科学,2014,47(8):1 471-1 480.

[7]梅德圣,张垚,李云昌,等.油菜油分、蛋白质和硫苷含量相关性分析及QTL定位[J].植物学报,2009(5):536-545.

[8]Meyer K,Stecca KL,Ewell-Hicks K,et al.Oil and protein accumulation in developing seeds isinfluenced by the expression of a cytosolicpyrophosphatase in arabidopsis[J].Plant physiology,2012,159:1 221-1 234.

The Variation of Oil Content and Protein Content of the Germplasm ofBrassicarapaand Their Correlation Analysis

TIANEntang1,LILufeng2,JIAShiyan3,LINShuchun1

2016-03-24

国家自然科学基金(编号：31560422)；贵州省科学技术基金(编号：黔科合J字[2015]2052号)；国家教育部留学回国人员科研启动金(编号：教外司留[2015]1098号)；贵州大学博士人才引进基金(编号：贵大人基合字[2014]14号)；贵州省作物学省级重点学科建设计划(编号：黔学位合字ZDXK[2014]8号)。

田恩堂(1979—)，男，副教授，主要从事油菜分子育种工作；E-mail:erictian121@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.09.072

S 565.4

A

1001-4705(2016)09-0072-03