花生品种主要脂肪酸含量在不同生态区的稳定性

郭建斌 吴 贝 陈伟刚 黄 莉 陈玉宁 周小静 罗怀勇 刘 念 任小平 姜慧芳



花生品种主要脂肪酸含量在不同生态区的稳定性

郭建斌 吴 贝 陈伟刚 黄 莉 陈玉宁 周小静 罗怀勇 刘 念 任小平 姜慧芳*

中国农业科学院油料作物研究所/ 农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室, 湖北武汉 430062

花生是主要的油料作物, 脂肪酸组成受环境等的影响而不稳定。本研究选取60份黄淮及长江流域产区主推的花生品种, 连续2年在湖北武汉、河北石家庄、河南濮阳和河南周口4个环境下种植, 利用GB/T 5510-2011法检测种子脂肪酸含量。结果表明, 高油酸花生品种油酸含量比普通油酸品种稳定, 普通油酸品种棕榈酸和亚油酸含量比高油酸品种稳定; 武汉种植环境有利于花生油酸含量的提高, 2年60份品种的平均油酸含量均最高, 分别为52.93%和52.64%; 高油酸花生品种除油酸含量显著提高外, 花生烯酸含量也提高了54.1%; 而棕榈酸和亚油酸含量分别降低了45.20%和90.44%。结合前期SSR研究结果, 本研究涉及的6份高油酸品种属于不同的类群(G1、G2c和G2e), 其遗传背景差异较大。本研究结果为花生品种的合理布局和进一步的遗传改良提供了理论依据。

花生; 脂肪酸; 油酸; 稳定性

花生是我国主要的油料作物, 随着人们生活质量的提高和膳食结构的变化, 对花生需求量增加的同时, 对油脂品质的要求也越来越高。花生油脂含有8种主要脂肪酸, 不饱和脂肪酸含量大约是饱和脂肪酸的4倍。脂肪酸组成以油酸和亚油酸为主, 约占80%[1]; 其次是饱和脂肪酸棕榈酸, 占10%以上, 棕榈酸含量过高会引起血清总胆固醇的升高, 进而导致心血管疾病的发生[2-3]。超长链饱和脂肪酸(花生酸、山嵛酸和二十四碳烷酸)因其碳链较长、饱和程度高、不易氧化分解, 摄入过量对人体造成病变[4], 而超长链单不饱和脂肪酸(花生烯酸)对人体健康有益。单不饱和脂肪酸油酸能选择性地降低人体血液中有害的低密度胆固醇, 保持有益的高密度胆固醇; 而亚油酸具有降低血清总胆固醇的功效, 但摄入量不能高于15%[5-7]。油酸在环境中稳定, 不易酸败变质, 所以, 高油酸品种耐储性好、货架寿命长且超长链饱和脂肪酸含量低[8-9]。因此, 高油酸花生油是优质植物油, 提高花生油酸含量、降低饱和脂肪酸含量是油脂品质改良的主要方向。

花生脂肪酸含量属数量性状, 受环境影响大。王才斌等[10]采用不同类型花生品种在山东主产区多点试验发现, 品种和环境对脂肪含量的作用显著, 且环境的作用大于品种。郭洪海等[11]对黄淮海区域种植花生的品质特征的研究结果表明, 气候因子和土壤肥力是影响脂肪含量和油酸/亚油酸(O/L)比值的主要因素。郭峰等[12]连续3年对种植在山东济阳的61份花生品种的脂肪酸稳定性鉴定表明, 脂肪酸不同组分的变异系数差异较大, 即不同脂肪酸成分受环境影响程度不一样。Worthington等[13]3年对82份花生品种脂肪酸组成的研究表明, 脂肪酸组成在年份间存在极显著差异。王传堂等[14]鉴定认为, 高油酸花生品种的油酸含量较为稳定, 7份高油酸花生品种在山东、新疆、安徽等地区种植的油酸含量均在80%以上。为了更加系统地评价不同花生品种脂肪酸含量的变异及稳定性, 本研究以黄淮海区域和长江流域的主推品种为材料, 在长江流域的武汉和黄淮海区域的周口、濮阳和石家庄种植并检测种子脂肪酸含量, 鉴定筛选脂肪酸组分受环境影响小的材料, 以明确有利于花生品种优良脂肪酸组成的种植区域。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用由各相关单位征集的60份黄淮及长江流域的主推品种(表1)。

1.2 试验设计

于2016—2017年在河南周口、河南濮阳、河北石家庄和湖北武汉4个生态区分别种植每份材料3行, 行长2.00 m, 行距0.30 m, 完全随机区组设计, 常规田间管理。

1.3 脂肪酸的测定及数据处理

根据国标法(GB/T 5510-2011)处理花生样品, 用Agilent 7890B型气相色谱仪分析花生脂肪酸甲脂, 采用Microsoft Excel统计与计算数据, SPSS软件进行方差分析。

表1 60份花生品种编号及名称

2 结果与分析

2.1 不同脂肪酸组分的变异及稳定性

从表2可以看出, 60份花生品种油酸含量的变异范围为38.48%~81.13%, 亚油酸含量的变异范围为1.45%~39.41%, 所有品种棕榈酸含量均在5.62%以上, 含量最高的为13.06%。超长链脂肪酸含量均较低, 其中花生烯酸含量最低, 均值为0.90%。变异系数从大到小依次为花生烯酸、硬脂酸、亚油酸、二十四碳烷酸、山嵛酸、花生酸、油酸和棕榈酸(图1)。可见, 棕榈酸相比其他脂肪酸受环境影响较小。

利用SPSS软件对60份材料2年4点方差分析表明, 脂肪酸组分在年份间和地点间均表现出极显著差异; 60份材料间差异也达到极显著水平(< 0.0001), 说明60份材料脂肪酸各组分变异较大; 基因型×环境、基因型×年份及基因型×环境×年份间的互作效应达到了极显著水平。油酸含量基因型和环境存在极显著的互作效应(= 5.32,< 0.0001), 基因型环境年份间的互作效应也极显著(= 3.22,< 0.0001)。

表2 花生品种不同环境脂肪酸组分含量及变异系数

图1 60份花生品种脂肪酸组分在不同环境下的变异系数

a: 棕榈酸; b: 硬脂酸; c: 油酸; d: 亚油酸; e: 花生酸; f: 花生烯酸; g: 山嵛酸; h: 二十四碳烷酸。

a: palmitic acid; b: stearic acid; c: oleic acid; d: linoleic acid; e: arachidic acid; f: arachidonic acid; g: behenic acid; h: tetracosanoic acid.

2.2 不同脂肪酸之间的相关性

表3表明, 油酸和亚油酸之间的相关性最高, 相关系数为=-0.997**。油酸和棕榈酸之间呈极显著负相关, 相关系数为0.961; 而油酸与花生烯酸之间呈显著正相关, 相关系数为0.808; 棕榈酸与亚油酸之间也呈正相关, 相关系数为0.960。在花生种子中油酸含量的变化影响亚油酸、棕榈酸和花生烯酸的含量, 油酸含量的增加会引起亚油酸和棕榈酸含量的降低以及花生烯酸含量的增加。硬脂酸与花生酸和山嵛酸呈极显著正相关, 与花生烯酸和二十四碳烷酸呈极显著负相关; 山嵛酸与花生酸呈极显著正相关, 相关系数为0.591; 其他相关不显著。

表3 脂肪酸组分间相关系数

*表示0.05水平上的显著差异;**表示0.01水平上的极显著差异。

*represent significant difference at the 0.05 probability level;**represent significant difference at the 0.01 probability level.

2.3 高油酸和普通油酸品种主要脂肪酸含量比较

由表4可知, 棕榈酸、油酸、亚油酸和花生烯酸含量在两类品种之间存在显著差异, 高油酸花生品种棕榈酸含量为6.06%, 只有普通油酸花生品种的54.80%; 油酸含量为79.13%, 比普通油酸花生品种提高了74.18%; 亚油酸含量3.14%, 只有普通油酸花生品种的9.56%; 花生烯酸为1.31%, 比普通油酸花生品种提高了54.12%。其他4种脂肪酸组分在高油酸和普通油酸花生品种之间的差异相对较小。

不同油酸含量花生品种油酸和亚油酸之和占比存在差异, 油酸含量低的材料(<40%)其油酸和亚油酸含量之和均值为76.56%, 油酸含量在40%~60%之间的材料其油酸和亚油酸之和均值为78.49%, 高油酸花生品种(>70%)油酸和亚油酸含量之和均值为82.27%。此外, 高油酸花生品种棕榈酸含量显著降低。因此, 高油酸花生品种不饱和脂肪酸含量增加, 饱和脂肪酸含量减少, 不仅改善了油脂品质, 而且油脂抗氧化稳定性也得到了提高。对2年4点8个环境花生品种的平均油酸含量和变异系数的相关性分析表明, 油酸含量和变异系数呈极显著负相关 (=-0.577,<0.001), 即在不同环境中, 花生油酸含量越高其稳定性越好, 反之, 稳定性越差。由此可见, 花生高油酸和稳定性是协调的。

表4 高油酸和普通油酸花生品种脂肪酸含量

2.4 不同油酸品种间亚油酸、棕榈酸和花生烯酸的稳定性分析

对2年4点8个环境种植材料的油酸性状进行分析, 武汉种植环境2年内油酸含量均最高, 2016年60份材料在武汉环境下的含量平均为52.93%; 2017石家庄种植含量最低, 均值为46.60%, 与武汉种植材料平均值之间在1%水平呈极显著差异。将60份材料按油酸含量高低分成4组(A组、B组、C组和D组), 从表5可以看出, 油酸含量处在40%~50%之间的C组材料最多, 有34份材料。4组材料中变异系数最小的为油酸含量最高的D组(>70%), 相比其他组更稳定。其他3组也存在少数油酸稳定的材料, 如A组的濮花17号, C组的豫花9620等。

以根据油酸高低划分的A组、B组、C组和D组4组为基础分析亚油酸、棕榈酸和花生烯酸含量的稳定性, 亚油酸和变异系数呈极显著负相关(=-0.866,< 0.001); 棕榈酸和变异系数之间的相关系数为-0.243 (= 0.061); 花生烯酸和变异系数之间的相关系数为-0.258 (= 0.046)。棕榈酸的稳定性与其含量没有明显关系, 而亚油酸含量越低其稳定性越差, 这是因为高油酸花生品种亚油酸含量很低, 稍有改变, 将导致其变异系数增大。亚油酸、棕榈酸和花生烯酸变异系数较小, 稳定性较好的品种如表6所示。

2.5 高油酸花生品种遗传及产量性状差异分析

结合前期利用195对多态性SSR引物对60份材料的遗传多样性分析和根据遗传距离对60份花生品种聚类的结果[15], 6份表现稳定的高油酸花生品种属于不同的类群, 其中冀花13号、开农1715、开农61和开农176属于G2c群; 冀花11号属于G2e群; 开农H03-3属于G1群, 不同类群品种背景遗传差异较大, 这些结果为花生高油酸品种选育的亲本选配提供了材料基础和理论依据。从表7可以看出, 本试验所涉及的6份高油酸品种中, 开农176、开农1715、开农61和冀花13号的荚果大, 而且冀花13号的出仁率还高, 为优良的高产高油酸花生品种。6份高油酸花生品种含油量均在54%以上, 冀花11号最高, 为57.24%, 是优良的油用型品种。

表5 不同花生品种主要脂肪酸含量的均值及变异系数

表6 亚油酸、棕榈酸和花生烯酸含量较为稳定的材料

3 讨论

从花生品种性状的稳定性可鉴定出优良品种, 对品种布局意义重大。利用多个环境评价花生脂肪酸组分的遗传稳定性, 可以获得广适性且品质优良的花生品种。本试验表明, 不同品种脂肪酸组分变异较广, 变异系数均超过了10%, 亚油酸变异系数最大为32.82%, 山嵛酸变异系数最小也达到了10.07%。殷冬梅等[16]对51份花生品种的品质相关性状进行了变异分析, 脂肪酸组分中变异较小的是山嵛酸, 变异系数为8.31%。综上所述, 我国花生品种脂肪酸组分变异范围广, 遗传多样性丰富, 选择潜力大。Wang等[17]对83份不同亚种的花生品种脂肪酸组成分析发现, 脂肪酸组成差异显著。脂肪酸组分在不同环境的变异系数相差较大, 棕榈酸的变异系数最小, 硬脂酸、亚油酸和花生烯酸的变异系数较大。说明棕榈酸受环境影响小, 表现稳定。郭峰等[12]的研究中硬脂酸、花生酸、亚油酸的变异系数较大, 棕榈酸的变异系数最小, 与本研究结果基本一致。说明环境因素对脂肪酸的合成有一定的影响, 并且对不同花生品种脂肪酸的影响各不相同。本研究中花育22号、中花6号、豫花9620和中花8号各个脂肪酸组分对环境比较稳定, 其变异系数较小; 而潍花8号、花育19号等的脂肪酸组分变异系数较大, 反映出这些品种对环境比较敏感。

不同花生品种油脂稳定性存在差异, 是由于脂肪酸种类及含量不同所致。油酸是油料作物种子中普遍存在并且占比较大的脂肪酸, 是影响植物油脂氧化稳定性和营养价值的重要品质指标。高油酸花生品种油酸含量比普通油酸品种稳定, 高油酸花生油脂稳定性好, 有更高的市场价值与营养价值[18]。本研究发现高油酸花生品种其油酸和亚油酸含量之和(82%左右)高于普通油酸品种(77%左右), 并且棕榈酸含量显著降低。所以, 高油酸花生品种不仅改善了油脂品质, 而且油脂抗氧化稳定性也得到了提高。O’keefe等[19]研究表明, 与普通油相比, 高油酸花生油具有更高的氧化稳定性。普通油酸品种其棕榈酸和亚油酸相比高油酸品种稳定, 是因为高油酸花生品种棕榈酸和亚油酸含量低, 微小变化, 将导致变异系数增大, 表现不稳定。Isleib等[20]对高油酸和普通油酸花生品种在感官上比较发现, 高油酸不影响烘烤品质、甜度等。在所涉及的4个环境中, 长江流域的武汉环境下油酸含量显著高于黄淮海区域的周口、濮阳和石家庄, 光照、温度、水分、土壤等因素在地域间存在差异, 从而造成品质的地域差异。李新华等[21]研究发现, 温度和降水量对油亚比影响为正, 温度升高, 降水量增加, 油亚比提高。武汉相比其它地区年平均温度高、降水量多, 因此, 其油酸含量高。

姜慧芳等[22]通过远缘杂交创造出了比亲本油酸含量提高近30%的高油酸后代, 通过对中国小核心种质脂肪酸组成的分析测试, 发掘出高油酸种质7份[23], 都可以应用在育种中。王传堂等[14]研究表明, 7份高油酸花生新品种在不同地区种植的籽仁产量与当前推广品种水平相当。本研究选用的60份花生品种中有6份表现稳定的高油酸品种, 分别是冀花11号、开农1715、开农61、冀花13号、开农176和开农H03-3, 这些高油酸品种各具不同优良特性, 既有大果具高产潜力的材料, 也有出仁率高经济价值大的材料, 还有高含油量材料。根据SSR分子标记聚类结果, 这6份材料属于3个类群, 其中开农H03-3属于G1群, 开农1715、开农61、冀花13号和开农176属于G2c群, 冀花11号属于G2e群。这些材料和结果为聚合不同优良性状、培育超级花生品种奠定了基础。

4 结论

高油酸花生品种油酸含量比普通油酸品种稳定, 普通油酸品种棕榈酸和亚油酸含量比高油酸品种稳定; 高油酸花生品种除油酸含量显著提高外, 花生烯酸含量也显著提高, 棕榈酸和亚油酸含量显著降低。

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Stability of major fatty acids contents of peanut varieties grown in different ecological regions

GUO Jian-Bin, WU Bei, CHEN Wei-Gang, HUANG Li, CHEN Yu-Ning, ZHOU Xiao-Jing, LUO Huai-Yong, LIU Nian, REN Xiao-Ping, and JIANG Hui-Fang*

Oil Crops Research Institute, China Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops, the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062, Hubei, China

Peanut is an important oil crop, and its fatty acids contents were not stable due to different environments grown. In this study, 60 peanut varieties including six accessions with high oleic acid and 54 accessions with normal oleic acid widely grown in Huanghuai and Yangtze river areas were planted in four ecological regions of Wuhan, Shijiazhuang, Puyang, and Zhoukou in 2016–2017. After harvesting, the dried mature seeds were tested for fatty acid content according to the method in GB/T 5510-2011. The content of oleic acid in peanut varieties with high oleic was more stable than that with normal oleic acid. However, the contents of palmitic and linoleic acids were more stable in normal oleic acid varieties than in high oleic acid cultivars. Regarding the effect of environment grown on the fatty acids, the content of oleic acid of cultivars grown in Wuhan was higher than that grown in other regions in the present study, with the average of 52.93% and 52.64% in the two years. Comparing the fatty acid composition between high oleic varieties and normal oleic varieties, the arachidonic acid content was significantly increased by 54.10%, besides the significant increase of oleic acid content in high oleic varieties. However, the palmitic and linoleic acids were much less in high oleic varieties than in normal oleic varieties, reduced by 45.20% and 90.44% respectively. Combined with the diversity of the 60 varieties by SSR technique previously, the six high oleic acid varieties should be in different groups (G1, G2c, and G2e), showing considerable large genetic variations. These results from the present study provide a basis for the reasonable planting layout and further genetic improvement of peanut varieties.

cultivated peanut; fatty acid; oleic acid; stability

2018-10-21;

2019-01-12;

2019-02-19.

10.3724/SP.J.1006.2019.84132

姜慧芳, E-mail: peanutlab@oilcrops.cn, Tel: 027-86711550

E-mail: guojianbin1990@163.com

本研究由国家自然科学基金项目(31471534, 31571713, 31801403, 31871666), 农作物种质资源保护项目(2017NWB033), 国家农作物种质资源共享服务平台项目(NICGR2017-36)和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-13-种质资源评价)资助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31471534, 31571713, 31801403, 31871666), the Crop Germplasm Resources Protection Project (2017NWB033), the Plant Germplasm Resources Sharing Platform (NICGR2017-36), and the Agricultural Research System (CARS-13-Germplasm Resource Evaluation).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190218.1114.006.html