不同环境下胡麻脂肪酸含量的遗传分析

赵 利，赵 玮，李闻娟，王利民，党 照

(甘肃省农业科学院作物研究所,甘肃 兰州 730070)

胡麻(LinumusitatissimumL.)是我国西北和华北地区重要的特色油料作物。近年来，随着人民健康意识的增强和胡麻油营养成分的发掘，胡麻油的保健作用越来越受到重视。胡麻油中脂肪酸含量高达99.91%[1]，主要包括棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸5种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量接近90%，具有降低低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯，调节心脏功能，改善血液微循环，提高脑细胞的活性，增强记忆力和人体防御系统的功能等作用[2]，其功能是其它脂肪酸所无法取代的[3]。最重要的是，胡麻油中的α-亚麻酸含量高达57%[4]，是植物中α-亚麻酸的最大来源，有“植物中的深海鱼油”的美称。脂肪酸营养保健功能和特种脂肪酸开发利用已经成为国际研究的热点，因此了解胡麻脂肪酸含量的遗传规律，已成为胡麻品质育种的重要前提和基础。

盖钧镒等[5-9]建立的数量性状的主基因+多基因混合遗传模型常作为植物数量性状遗传的通用模型。该方法已在甘蓝型油菜[10-11]、大麦[12]、花生[13-19]、大豆[20-24]、向日葵[25]、棉花[26-27]、甜瓜[28]、白菜[29]、甘蓝[30]等作物的遗传研究中得到了广泛的应用。而通过数量性状的主基因+多基因混合模型来研究胡麻脂肪酸含量的遗传规律少见报道。因此，本研究拟以DYM×STS构建的重组自交系群体为材料，在甘肃定西(E1)、宁夏固原(E2)和河北张家口(E3)3个环境下种植，采用气象色谱仪测定胡麻脂肪酸含量，运用数量性状的主基因+多基因混合遗传模型分析方法，以确定胡麻脂肪酸含量的最适遗传模型，为胡麻品质育种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

胡麻(LinumusitatissimumL.)亲本DYM、STS及其衍生的233个重组自交系(RIL)种子由甘肃省农业科学院作物研究所胡麻课题组提供。2014年春季在甘肃定西(104°12′E，35°17′N)、宁夏固原(105°48′E，35°21′N)和河北张家口(114°10′E，40°57′N)种植试验材料，完全随机区组设计，2次重复，RIL家系每系1行，行长2 m，行距20 cm，栽培管理同大田。成熟后按家系收获，自然晾晒、风干后测定脂肪酸含量。

1.2 脂肪酸含量测定

脂肪酸含量测定采用安捷伦气相色谱仪(7820A)测定。色谱条件：采用FID检测器，ATFFAP色谱柱(30 m×320 mm×0.33 μm)，进样口温度：250℃；分流比：60∶1；柱流速2 mL·min-1，恒流模式；FID温度：300℃，H2流速：40 mL·min-1；空气流速400 mL·min-1；尾吹气(N2)流速:30 mL·min-1；柱温程序:210℃恒温8 min。2次重复。

1.3 数据分析

采用曹锡文等[31]的Windows 软件包SEA-DH进行数据分析，分析软件由章元明教授惠赠。对2个亲本及RIL群体在3个环境下的脂肪酸含量进行遗传分析。选择(Akaike’s information criterion)最小的3个模型作为最优备选模型，同时进行一组适合性检验(均匀性检验U12、U22、U32)、Smirnov检验(nW2)和Kolmogorov检验(Dn)，综合AIC值及适合性检验中统计量达到显著水平的个数，选择最优遗传模型。同时估算有关遗传参数。

2 结果与分析

2.1 脂肪酸含量的遗传变异及频次分布

三个不同环境E1、E2和 E3条件下，RIL群体中脂肪酸含量均存在一定程度的变异。以α-亚麻酸为例，在甘肃定西，亲本P1和P2平均含量分别为39.47%和52.23%，RIL群体α-亚麻酸含量出现了广泛变异和超亲遗传现象，其变异幅度为35.56%～58.04%，群体平均值介于双亲之间。在宁夏固原和河北张家口的情况与此类似。其中在定西和固原两个环境条件下，双亲的含量差异较大，差异分别为12.76%和14.63%，而在张家口双亲的含量差异不大，仅为l.60%，但是在三个环境中群体的极值差异均较大，分别为22.48%、22.88%和19.74%。不同环境中α-亚麻酸含量变异系数较大，偏度均较为接近，分别为-0.013、-0.148和-0.162；峰度值分别为-0.886、-0.805和-1.124；偏度绝对值小于1，峰度绝对值均在1左右，表明群体中α-亚麻酸含量符合数量性状分布特点，其余4种脂肪酸情况类似 (表1) 。

RIL群体脂肪酸表型次数分布图如图1～图5所示。由图可以看出，3个地点5种脂肪酸次数分布图基本一致，均呈现单峰偏态或双峰分布，初步推断其可能存在主效基因。按照盖钧镒、章元明等[5-9]提出的主基因+多基因混合遗传模型进行遗传分析，选择最佳遗传模型，进而估算遗传参数。

表1 不同地点亲本及RIL群体脂肪酸含量变异参数

图1 棕榈酸含量的频次分布图Fig.1 Frequency distribution of palmitic acid content

图2 硬脂酸含量的频次分布图Fig.2 Frequency distribution of stearic acid content

图3 油酸含量的频次分布图Fig.3 Frequency distribution of oleic acid content

图4 亚油酸含量的频次分布图Fig.4 Frequency distribution of linoleic acid content

图5 亚麻酸含量的频次分布图Fig.5 Frequency distribution of linolenic acid content 注：图1-5为3个不同地点脂肪酸含量频次图，图中A、B、C分别为甘肃定西点、宁夏固原点和河北张家口点的分布图。Note: Fig.1-5 were the frequency distribution of fatty acids in different areas. A, B, and C in each Fig. were in the location of Dingxi, Gansu Province, Guyuan, Ningxia Hui Autonomous Region, and Zhangjiakou, Hebei Province, respectively.

2.2 脂肪酸含量遗传分析

2.2.1 棕榈酸含量遗传分析 根据AIC值和适合性测验(表2)，甘肃定西地区棕榈酸含量AIC值较小的3个模型分别为MX1-A-AI、MX2-AI-AI和MX2-Inhibiting-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为MX1-A-AI，即1对主基因+多基因模型，主基因存在加性效应，多基因存在加性上位性效应。主基因遗传率为54.35%，多基因遗传率为45.63%(表3)。

宁夏固原地区棕榈酸含量AIC值较小的3个模型分别为PG-A、MX2-Inhibiting-A和PG-AI，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为PG-A，即多基因模型，多基因以加性效应为主。多基因遗传率为96.14%(表3)。

河北张家口地区棕榈酸含量AIC值较小的3个模型分别为0MG、PG-A和PG-AI，统计量达到显著水平的个数分别为2、0和9，虽然PG-A达到显著水平的个数最少，但其AIC值与0MG的相差太大，且0MG达到显著水平的个数仅为2，相对较少，因此确定该点的最优模型为0MG，即无主基因模型。

2.2.2 硬脂酸含量遗传分析 根据AIC值和适合性测验(表2)，甘肃定西地区硬脂酸含量AIC值较小的3个模型分别为4MG-AI、MX1-A-A和MX2-AI-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为4MG-AI，即4对主基因模型，主基因存在加性上位性效应。4对主效基因的遗传贡献率达97.83%(表3)。

宁夏固原地区硬脂酸含量AIC值较小的3个模型分别为4MG-EEEA、MX2-DominanceI-A和 MX2-RecessiveI-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为4MG-EEEA，即4对主基因模型，主基因存在相等的加性效应。4对主效基因的遗传贡献率达85.88%(表3)。

河北张家口地区硬脂酸含量AIC值较小的3个模型分别为PG-AI、MX1-A-AI和0MG，统计量达到显著水平的个数分别为7、7和2，由于3个候选模型AIC值比较接近，但达到显著水平的个数差异较大，因此选择统计量达到显著水平的个数最少的0MG作为该点的最优模型，即无主基因模型。

2.2.3 油酸含量遗传分析 根据AIC值和适合性测验(表2)，甘肃定西地区油酸含量AIC值较小的3个模型分别为MX1-A-A、MX2-DominanceI-A和MX2-RecessiveI-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为MX1-A-A，即1对主基因+多基因模型，主基因和多基因均以加性效应为主。主基因遗传率为56.33%；多基因遗传率为38.63%(表3)。

宁夏固原地区油酸含量AIC值较小的3个模型分别为3MG-AI、4MG-A和4MG-AI，统计量达到显著水平的个数分别为1、3、1，因此确定该点的最优模型为3MG-AI，即3对主基因模型，主基因存在加性上位性效应。3对主效基因的遗传贡献率达84.32%(表3)。

河北张家口地区油酸含量AIC值较小的3个模型分别为PG-A、0MG和PG-AI，统计量达到显著水平的个数分别为1、2和7，因此确定该点的最优模型为PG-A，即多基因模型，并存在加性效应，但多基因遗传率为0(表3)。

2.2.4 亚油酸含量遗传分析 根据AIC值和适合性测验(表2)，甘肃定西地区亚油酸含量AIC值较小的3个模型分别为4MG-EEEA、4MG-AI和MX3-AI-A，统计量达到显著水平的个数分别为0、1、1，因此确定该点的最优模型为4MG-EEEA，即4对主基因模型，主基因存在相等的加性效应。4对主基因遗传率高达96.56%。

宁夏固原地区亚油酸含量AIC值较小的3个模型分别为MX3-AI-AI、4MG-AI和MX3-AI-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为MX3-AI-AI，即3对主基因+多基因模型，主基因和多基因均存在加性上位性效应。3对主效基因的遗传贡献率达96%，多基因遗传贡献率很低，仅为3.11%。

河北张家口地区亚油酸含量AIC值较小的3个模型分别为PG-A、4MG-CEA和2MG-Complementary，统计量达到显著水平的个数分别为7、3和3，由于3个候选模型AIC值比较接近，但达到显著水平的个数差异较大，因此选择AIC值较小、统计量达到显著水平个数较少的4MG-CEA作为该点的最优模型，即4对主基因模型，主基因存在相等的加性效应。

2.2.5 亚麻酸含量遗传分析 根据AIC值和适合性测验(表2)，甘肃定西地区亚麻酸含量AIC值较小的3个模型分别为MX1-A-A、MX2-A-A和MX2-DominanceI-A，统计量达到显著水平的个数均为0，因此确定该点的最优模型为MX1-A-A，即1对主基因+多基因模型，主基因和多基因均存在加性效应。1对主效基因的遗传贡献率为69.80%，多基因遗传贡献率为29%。

宁夏固原地区亚麻酸含量AIC值较小的3个模型分别为4MG-EEEA、4MG-A和MX2-RecessiveI-A，统计量达到显著水平的个数分别为2、0、0，由于3个模型的AIC值接近，因此确定该点的最优模型为4MG-A，即4对主基因模型，主基因存在加性效应。4对主效基因的遗传贡献率为85.85%(表3)。

河北张家口地区亚麻酸含量AIC值较小的3个模型分别为0MG、PG-AI和MX1-A-AI，统计量达到显著水平的个数分别为3、10和10，因此确定该点的最优模型为0MG，即无主基因模型。

2.3 脂肪酸组分含量的相关性分析

3个不同地区脂肪酸组分含量间的相关分析结果表明，亚麻酸与棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸均呈(极)显著负相关，硬脂酸与油酸呈(极)显著正相关。其余脂肪酸间的相关关系均因地点不同而不同。如在甘肃定西和河北张家口地区，棕榈酸与亚油酸均呈显著正相关关系，在宁夏固原和河北张家口地区，棕榈酸与硬脂酸均呈(极)显著负相关；在固原地区，棕榈酸与油酸呈显著正相关；在定西和固原地区，油酸与亚油酸均呈极显著负相关，其它相关均不显著(表4)。

3 讨论与结论

脂肪酸是油料作物重要的品质性状，近年来针对脂肪酸遗传的研究较多[18，21，31-36]。本研究以DYM×STS获得的F6∶7重组自交系群体在3个不同环境下脂肪酸含量的变化研究胡麻脂肪酸含量的遗传。研究结果表明，棕榈酸在3个地点(依次为甘肃定西、宁夏固原和河北张家口地区)的遗传模型分别为1对主基因+多基因模型、多基因模型和无主基因模型；硬脂酸的遗传模型分别为4对主基因模型、4对主基因模型和无主基因模型；油酸的遗传模型分别为1对主基因+多基因模型、3对主基因模型和多基因模型；亚油酸的遗传模型分别为4对主基因模型、3对主基因模型+多基因模型和4对主基因模型；亚麻酸的遗传模型分别为1对主基因+多基因模型、4对主基因模型和无基因模型，主基因和多基因的遗传贡献率详见表3。可见胡麻种子中的5种脂肪酸含量遗传较为复杂，不同地区的最适模型完全不同，定西地区5种脂肪酸主要表现为主基因或主基因+多基因模型，在固原有主基因、主基因+多基因模型以及多基因模型；而在张家口地区则表现为无主基因、多基因和主基因三种模型。表明脂肪酸遗传的复杂性，同时也表明环境效应对脂肪酸含量的遗传有一定的影响。

对大豆[32-33]、花生[34-35]和胡麻[36]脂肪酸的研究表明，脂肪酸遗传基本上均为主基因+多基因遗传模式。特别是张琼[36]等对胡麻脂肪酸的研究表明，亚麻酸含量为2对重叠作用主基因遗传，主基因遗传率为36%；亚油酸含量为3对等加性主基因遗传，主基因遗传率为80% ；油酸、棕榈酸和硬脂酸含量均表现为无主基因效应的多基因遗传。本研究结果与此差异较大，可能是由于以下两方面的原因：一是构建RIL的材料不同，本研究是以α-亚麻酸含量差异较大的2个材料分别做父母本构建的群体，主要考虑的是后代品质性状的变异情况；而后者所用的亲本材料是以油用型胡麻与纤维型亚麻杂交构建的群体，后代群体主要是农艺性状的差异，当然品质肯定也存在一定的差异。从目前本研究分析结果和其报道的结果来看，不同材料分析的结果差异较大。再加上与其它油料作物分析方法的差异，其分析结果的差异也就可想而知。二是种植地点的不同，本研究是在甘肃定西、宁夏固原和河北张家口3个地点下种植，而后者是在甘肃景泰种植，环境效应对脂肪酸含量的遗传有一定的影响，因此地点的差异也是导致结果差异的重要原因。

表4 不同地区脂肪酸组分含量间的相关性

注：**表示0.01极显著水平；*表示0.05显著水平。

Note：** means significant atP=0.01 level; * means significance atP=0.05 level.

作为胡麻脂肪酸中含量最高，也是胡麻油的最大亮点的α-亚麻酸的遗传，除了张家口表现为无主基因遗传模式外，定西和固原均表现主基因(或主基因+多基因)遗传模式，且主基因的遗传贡献率较大，因此在这两个地点，改善α-亚麻酸的品质，要注重于主基因的利用，我们可通过早代选择的方式，即在低代测定脂肪酸含量的方式选择α-亚麻酸含量较高的单株，从而实现亚麻酸含量的改良。而在张家口地区，则可以通过分子标记辅助选择进行基因聚合，实现对胡麻α-亚麻酸性状的改良。