蓖麻种子含油量及脂肪酸成分与种子表型相关性分析

代梦媛，崔长胜，高 梅，李文昌*

(1. 云南省农业科学院经济作物研究所, 云南 昆明 650205;2.邹平县农业局，山东 滨州 256200； 3. 云南昌阔农业科技有限公司, 云南 昆明 650205)

【研究意义】蓖麻(RicinuscommunisL.)是一种重要的工业油料作物，蓖麻油可生产700多种工业产品，包括医药、低分子航空燃料、航空助燃剂、生物聚合物、生物柴油，世界蓖麻油需求量每年持续增长3 %～5 %[1]。蓖麻籽作为蓖麻的主要产品，含油量高达37 %～60 %，明显优于其他油料作物[2-3]，蓖麻油是呈淡黄色、粘性、无挥发性、无味的非干性油，较其他植物油的保质期长[4]，蓖麻油酸性极强，可与酒精任意比例混合，替代石化燃料成为环境友好型的生物柴油[5]。蓖麻油中高达90 %的脂肪酸含量是蓖麻油酸(顺式-12-羟基十八碳-9-烯酸)，蓖麻油酸独特的高温不燃烧、低温不凝固、稳定的理化性质源于12碳位羟基化，可生产高品质的工业材料[6-8]。蓖麻油产量品质依赖于独特的种子多样性、地理起源气候条件和提取方法[4]。【前人研究进展】蓖麻种质资源间存在丰富的形态特征多样性，包括株高、分枝、茎色、蜡层、花序形状和紧实度、花梗长度、果皮和种子的形状和大小等[1]。蓖麻种子有显著的颜色、性状和大小差异，Woodend最早描述蓖麻种子为白色、黑色、深棕色以及有无斑纹[9]，包春光等人报道蓖麻种子百粒重变幅为7 ～110 g，种子形状多样，可分为卵圆形、长卵圆形、椭圆形和扁圆形等[10]。【本研究切入点】通过对35份供试蓖麻种子的5个表型性状种子长、种子宽、种子形状、种皮颜色、种子百粒重与2个品质性状种子含油量、脂肪酸成分进行变异性、相关性和聚类分析。【拟解决的关键问题】探索蓖麻种子表型与蓖麻油产量、质量的关系，试图找出通过种子表型评判种子品质的目测鉴别法，为提高蓖麻产油率和高蓖麻油酸的品质育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器和分析方法

实验蓖麻种子材料中30份为国内外收集的野生种质，5份为国内选育的品种，详细信息见表1。乙醚、正己烷、甲醇、氢氧化钾等试剂均为国产分析纯，所用仪器包括：安捷伦7890B气相色谱仪、索氏提取器、恒温水浴锅、蒸馏冷凝装置、干燥烘箱、电子分析天平(精度0.1 mg)。

实验数据分析采用IBM SPSS Statistics 19和DPS 9.05软件。用SPSS软件计算各蓖麻品系种子的统计性状的平均值、标准差、变异系数等，以衡量种子的变异程度。利用DPS软件进行相关性和聚类分析。

1.2 种子表型描述

蓖麻种子表型参照《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南-蓖麻》(NY/T2568-2014)对种子形状和种皮颜色进行描述。种子形状用代码1～5进行编号，依次是窄卵形、卵圆形、椭圆形、扁圆形、近方形；种皮颜色用代码1～5进行编号，依次是白色、灰色、黄色、红色、褐色。

1.3 种子含油量检测

将脱脂滤纸裁剪成7 cm × 7 cm大小，叠成一边不封口的纸包，将滤纸包放在干燥箱中105 ℃干燥4 h时，取出放在干燥器中40 min至室温后准确称量(记为a)；将磨成粉末的蓖麻籽样品(约2 g)放入纸袋中，105 ℃干燥4 h，取出放在干燥器中40 min至室温后准确称量(记为b)；将样品放入索氏提取器内，加入乙醚浸提24 h，用定性滤纸检测浸提液是否有残留油脂，若有继续浸提，直到浸提液不含油脂，取出样品放于通风橱至乙醚全部挥发，然后105 ℃干燥4 h，取出放在干燥器中40 min至室温后准确称量(记为c)。

图1 35个蓖麻种子表型Fig.1 Phenotype of 35 castor bean seeds

含油量计算公式：

(1)

每个样品3个重复，取平均值。

1.4 种子脂肪酸检测

蓖麻种子脂肪酸检测方法参考李凤娟[11]，蓖麻籽粉碎后，取1 g于试管中加入正己烷-乙醚溶剂(体积比4∶1)混匀后浸提过夜，离心取上清液1 mL，加入与上清液等体积的4 mol/L KOH-甲醇溶液，甲酯化反应30 min后，加入2 mL蒸馏水，充分震荡摇匀静置到溶液分成两层，1500 r/min离心2 min取上层相用于气相色谱分析。

气相色谱分析设定条件：毛细管柱(Agilent 19091N-213:2 HP-INNOW ax)，进样口温度280 ℃，柱温起始温度120 ℃(保持5 min)，以5 ℃/min升温速度升至240 ℃；检测器温度280 ℃，进样量1 μl，载气氮气流量20 mL/min，分流比为100∶1。

2 结果与分析

2.1 蓖麻种子表型、含油量及脂肪酸的变异性分析

通过直观观察35个样品的种子表型，如图1所示，在种子大小、形状、种皮颜色方面皆有显著的差异，结合表1对应采集地点分析表型差异发现，同一区域内，表型差异较大，区域间差异不明显。

蓖麻样品种子表型性状观察和测定结果见表1。种子形状有窄卵形、卵圆形、椭圆形、扁圆形、近方形5种类型，以卵圆形居多，近方形最少；种皮颜色有白色、灰色、黄色、红色、褐色5种类型，褐色居多，白色最少；种子长、宽和百粒重的变异系数分别为23.19 %、29.46 %、61.73 %(表3)，3个统计量变异均较大，说明种子大小相关的遗传多样性丰富。

供试蓖麻种子含油量和脂肪酸测定结果见表2。平均含油量为50.59 %，5个选育出的品种含油量均高于平均值，最高含油量55.48 %是采集自肯尼亚的样品编号28(蓖麻油酸含量88.39 %)；平均蓖麻油酸含量为87.5 %，最高含量89.08 %，采自贵州花溪，最低含量85.69 %，采自肯尼亚样品编号29(含油量54.91 %)，汾蓖10号的蓖麻油酸含量为86.77 %。含油量和蓖麻油酸含量的变异系数均较小(表3)，分别为7.45 %、1.06 %，差距小，变异不明显，硬脂酸、二十碳酸、二十碳一烯酸的变异系数分别为16.16 %、17.45 %、21.18 %，，差距明显，遗传多样性丰富。

表1 35个供试蓖麻种子表型性状Table 1 The phenotypic traits of 35 castor bean germlasm resources seed

续表1 Continued table 1

编号Code采集地点/品系Location/strain种子形状Seed shape 种皮颜色Coat color描述Description代码Code描述Description代码Code种子长(mm)Seed length种子宽(mm)Seed width百粒重(g)Hundred-grain weight19蒙自椭圆形3褐色511.74 7.72 22.03 20屏边平里卵圆形2褐色510.28 6.06 12.40 21弥勒水礁卵圆形2灰色212.00 8.00 25.81 22德宏畹町椭圆形3褐色511.44 7.64 19.42 23贵州花江溪扁圆形4褐色516.22 10.36 52.76 24贵州夜郎洞卵圆形2黄色311.26 7.28 14.38 25缅甸-3卵圆形2褐色514.24 10.96 56.23 26缅甸-4扁圆形4黄色317.76 14.64 101.02 27泰国扁圆形4黄色310.90 7.04 23.34 28肯尼亚-1卵圆形2褐色519.92 12.74 120.29 29肯尼亚-2椭圆形3红色420.76 13.14 92.72 30肯尼亚-3卵圆形2红色49.14 5.68 10.59 31A007卵圆形2灰色215.04 8.74 44.44 32淄蓖5号窄卵形1红色416.94 10.34 66.13 33汾蓖10号椭圆形3黄色313.66 8.70 34.80 34通蓖5号卵圆形2褐色513.24 7.52 33.46 35稼祥1号卵圆形2褐色517.20 11.00 71.89

表2 35个蓖麻样品种子含油量和脂肪酸测定结果Table 2 The detection result of oil content and fatty acid from 35 castor bean germlasm resources seed

续表2 Continued table 2

编号Code含油量(%)Oil content棕榈酸(%)Palmtic acid硬脂酸(%)Stearic acid油酸(%)Oleic acid亚油酸(%)Linoleic acid二十碳酸(%)Eicosanoic acid二十碳一烯酸(%)Eicosaenoic acid蓖麻油酸(%)Ricinoleic acid1951.831.23 1.02 5.46 4.70 1.06 0.47 85.70 2045.811.23 0.84 3.54 6.11 1.05 0.38 86.86 2150.91.19 0.98 4.88 4.71 0.54 0.31 87.26 2251.581.07 0.98 4.51 4.55 0.66 0.37 87.85 2348.911.00 0.95 3.53 4.51 0.67 0.27 89.08 2441.331.31 1.03 4.53 5.34 1.06 0.35 86.17 2551.61.01 0.85 4.48 4.64 0.74 0.33 87.94 2653.360.90 0.68 3.90 4.63 0.67 0.39 88.82 27491.19 1.44 5.78 4.80 0.58 0.47 85.75 2855.480.94 1.20 4.46 3.85 0.63 0.36 88.39 2954.911.10 1.26 6.07 4.37 0.66 0.55 85.69 3045.941.16 0.99 4.30 5.41 0.76 0.44 86.94 3152.810.90 0.91 4.09 4.33 0.59 0.33 88.85 3253.880.92 0.96 4.22 4.20 0.71 0.42 88.48 3350.951.18 1.14 4.65 5.13 0.64 0.35 86.77 3451.621.00 1.06 4.36 4.66 0.77 0.31 87.72 3552.610.98 0.95 4.65 4.53 0.68 0.28 87.93

表3 蓖麻种子表型性状和品质性状的变异特点Table 3 Variation features of phenotypic traits and qualitative traits from castor bean seed

2.2 蓖麻籽种子表型、含油量及脂肪酸的相关性分析

对35个蓖麻样品种子表型、含油量及脂肪酸的相关性分析(表4)表明，种子百粒重与种子长、种子宽、含油量呈极显著正相关，与棕榈酸、亚油酸含量呈极显著负相关，与二十碳酸呈显著负相关；种子长与种子宽极显著正相关，与含油量呈显著正相关，与棕榈酸和亚油酸呈极显著负相关，与二十碳酸显著负相关；种子宽与含油量呈显著正相关，与棕榈酸和亚油酸呈极显著负相关，与硬脂酸呈显著负相关；含油量与棕榈酸、亚油酸、二十碳酸呈极显著负相关，与油酸呈极显著正相关；蓖麻油酸与种子百粒重、长、宽、含油量正相关但不显著，与其他脂肪酸(棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、二十碳一烯酸)含量呈极显著或显著负相关；种子形状与种子百粒重、种子宽呈极显著正相关，即种子越趋于圆形，百粒越重，与蓖麻油酸不相关；种子颜色与种子百粒重、长、宽、含油量、蓖麻油酸含量不相关。

表4 种子表型与种子含油量、脂肪酸成分的相关性分析Table 4 The correlation analysis of seed phenotypic traits, oil content and fatty acid content

图2 种子表型与含油量、脂肪酸含量聚类分析Fig.2 The tree diagram of cluster analysis of seed phenotypic traits, oil content and fatty acid content

2.3 聚类分析

对供试蓖麻种子的百粒重、种子长、种子宽、种子形状、种子颜色、含油量和蓖麻油酸7个性状进行聚类分析，根据同一类群内蓖麻品系类间距离接近且综合性状值差异较小的原则，在聚类水平D2=7.58时35个供试蓖麻可以划分为4大类群(图2)，如表5所示，按种子百粒重、种子长、种子宽比较种子大小，依次为第四类群>第三类群>第一类群>第二类群，比较含油量：依次为第四类群>第三类群>第二类群>第一类群，比较蓖麻油酸含量：依次为第四类群>第三类群>第二类群>第一类群。其中所有种皮褐色的样品均归为第一类群(除一个为红色外)，根据含油量和蓖麻油酸含量该类群可分为3个小支系，第一小支系含油量最低，第三小支系蓖麻油酸含量最低，第二小支系两者居中。第二类群种子形状为卵圆或椭圆，种皮颜色为灰色或黄色。第三类群的种子形状为扁圆形或近方形皆趋于圆形，且对应的百粒重数值较大。第四类群的百粒重、含油量和蓖麻油酸含量均最高，皆系品种选育中优良性状，3个选育出的品种A007、淄蓖5号、稼祥1号都属于该类群。

3 讨 论

农艺性状因具有直观、易于掌握以及生产直接相关等特点，而被农业工作者广为研究和应用，种子是植物可利用价值体现的重要组成部分，同时也承载了植物的遗传信息，种子相关农艺性状研究是种子品质评价的关键[12]。

研究者依据蓖麻的农艺性状将蓖麻分为4个亚种，其中血红色蓖麻，种子粒大，暗红色；中国东北蓖麻，种子中等大小，灰褐色；桑给巴尔蓖麻，种子大，扁平近方形，红色、乳白色或褐色；波斯蓖麻，种子有大有小，褐灰色或暗褐色[13]。供试的35份蓖麻种子表型都可以归属到4个亚种，说明供试选材的广泛性和代表性。研究结果发现，不同区域采集的蓖麻种子其表型(包括种子形状、种皮颜色、种子大小)有相似点，而同一区域采集的蓖麻种子表型也存在较大差异，种子表型在区域间差异不明显，说明同一亚种的蓖麻适应种植区域广泛，不同亚种的蓖麻也能适应多个种植区域，这对蓖麻引种适应具有重要的意义。

表5 4个类群种子性状平均值Table 5 The means of seed traits among 4 groups

通过遗传多样性分析表明，种子大小相关的性状，包括种子长、种子宽和百粒重的变异系数较大，而种子品质相关的性状，包括种子含油量和蓖麻油酸含量的变异系数较小，遗传多样性反映出生物体内基因的多样性，所以相比于种子品质性状相关的改良育种，种子籽粒大小选育更容易。利用聚类分析将供试35个材料分为4个类群，其中第四类群具有含油量高、和蓖麻油酸含量高及种粒大的特征能满足蓖麻品质育种要求，可作为品种选育亲本材料。

本研究结果表明蓖麻种子表型性状中，种子大小包括种子长、宽、百粒重与种子含油量极显著正相关，与李靖霞结果相似[14]，且种子形状越趋于圆形百粒重和含油量值越大，所以高含油量品质育种优选种子大的蓖麻品种。蓖麻油酸含量与种子百粒重、长、宽、含油量无显著正相关，与其他脂肪酸含量呈极显著负相关，提高蓖麻油酸含量的途径就是降低其他脂肪酸含量，虽然种子表型(包括种子形状和种皮颜色)不能作为判断蓖麻油酸含量高低的直接标准，但从相关性分析结果来看，种子大、种皮颜色浅的种子其蓖麻油酸含量相对较高。

比较2个肯尼亚蓖麻品系，含油量相近，而蓖麻油酸含量差异大，可能蓖麻油酸含量受基因型调控更明显。比较5个选育品种的种子含油量均高于50.95 %，而汾蓖10号的蓖麻油酸含量为86.77 %，低于平均值87.5 %，文章认为在品种选育中蓖麻油酸含量并没有成为一个重要性状指标，今后蓖麻育种应当重视高脂肪酸含量和高蓖麻油酸含量的品种。

4 结 论

蓖麻籽加工产业对蓖麻品质评价主要是种子百粒重、含油量和蓖麻油酸含量3个指标，在蓖麻品质育种中应当重点选育3个指标值较高的品系，根据本研究结果可从种子表型直观判断种子品质，种子籽粒大、种皮颜色浅的蓖麻种子品质优良，可用作育种亲本，另外，文章推测蓖麻油酸含量可能受基因调控更明显，可进一步从分子遗传育种探索其调控机制。