生态环境因子对不同基因型向日葵材料主要品质性状的影响

(贵州省农业科学院油料研究所,贵阳 550006)

向日葵(HelianthusannuusL.)属于菊科向日葵属植物，是世界上四大油料作物之一，也是我国重要的油料作物，种植面积仅低于大豆、油菜和花生[1]。向日葵籽仁中含有许多种蛋白质，如球蛋白，油脂体蛋白等[2]，向日葵蛋白质含8种必需氨基酸，除赖氨酸外其它7种必需氨基酸含量均比世界卫生组织(WHO)与联合国粮农组织(FAO)标准高，蛋白质结构的平衡性好，因此，向日葵是人类蛋白质的一大来源。向日葵籽油富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，其中亚油酸含量高达60%以上[3-4]，是人体必需的不饱和脂肪酸，具有降血压、降血脂、防止动脉硬化等功效[5]。向日葵籽还是天然维生素E重要来源，维生素E是脂溶性维生素，包含了生育酚以及生育三烯酚，向日葵的维生素E中含有96.4%α-生育酚[6-7]。维生素 E 与生殖、心血管病以及中枢神经系统代谢有密切关系，它可以作为辅助药物用于治疗冠心病、动脉硬化、脑软化等疾病[8]。另外，葵花籽油还可用于工业原料，如化妆品、药物、清洁剂、润滑剂、表面活性剂或者用于化合物合成等。

同时，向日葵具有耐盐碱、耐干旱、耐瘠薄、适应性强等特点。但向日葵对变化的环境有一定的敏感性，不同的环境对向日葵的主要品质的影响也存在差异。王燕飞等[9]对4个不同生态环境的油用向日葵的蛋白质含量进行了研究，表明同一向日葵品种在不同的生态环境下，蛋白质含量的平均变异差高达5.49%。Fayya等(2004)研究了向日葵油及脂肪酸在不同环境条件下的含量，结果表明：春向日葵的油脂和油酸含量比秋向日葵的高，而亚油酸的含量春向日葵的比秋向日葵的低。目前对大豆、甘薯、油茶、花生等主要作物的品质与不同生态环境关系研究较多[10-13]，但未发现贵州不同生态区域食用向日葵品质差异的研究。本研究通过8个食用向日葵材料在贵州6个试验点进行种植，研究食用向日葵蛋白质、含油量(粗脂肪)、维生素含量以及脂肪酸组成等主要品质特性在不同生态区域的变异，为筛选向日葵某一品质性状提供理论依据，为贵州地区优质食用向日葵产业的区域化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

向日葵种子为贵州省农业科学院油料研究所的试验材料(如表1)， 于2018年4月中旬分别在贵州的贵阳、安顺、兴义、六盘水、黔西县及遵义播州区6个试验点进行播种，采用统一的种植技术规程进行种植，于2018年9月分别收获种子。种子自然风干，除去杂质和瘪壳后，选取籽粒饱满的种子剥壳后，用近红外仪进行分析。

表1 向日葵材料名称及来源

1.2 实验方法

向日葵材料按照随机区组设计进行种植，每个材料在每个试验点重复3次。种子成熟后，从每个实验小区进行取样，样品干燥后，进行品质分析。品质分析用近红外仪进行。品质分析所测得的数据通过DPS软件进行统计分析，向日葵材料与环境及其互作的方差分析采用随机模型。

2 结果与分析

2.1 6个试验点向日葵主要品质变异

贵州6个不同生态区域的8个向日葵材料主要品质性状、生态区域以及材料与生态区域互作差异均达到显著水平(如表2)。从F值的大小可以看出，维生素E表现为环境效应大于材料和材料与环境互作效应，而含油量(粗脂肪)、粗蛋白、油酸和亚油酸均表现为材料效应大于环境和材料与环境互作效应，表明维生素E含量受环境影响大，而含油量、粗蛋白、油酸和亚油酸含量受材料的影响较大。

2.2 6个试验点间向日葵材料主要品质性状的差异

研究结果发现，向日葵籽粒同一品质性状在不同基因型、不同生态条件下(不同试验点)均存在极显著差异(表2)；在不同的生态条件下，不同基因型向日葵材料的主要品质性状的变幅范围很广(表3)，其中遵义点油酸的变幅最大，变幅范围为49.77～59.14，维生素E在贵阳点的变幅最小，变幅范围为24.23～29.92，变幅最大值与最小值均相差约2倍。在6个试验点中，含油量的变异系数在六盘水最大，兴义最小，分别为9.48%和4.58%，粗蛋白在除六盘水外的所有点中，变异系数均最小，最小值为3.63%。

表2 不同基因型向日葵材料在不同生态环境下主要品质性状方差分析(F值)

注：“*”表示在0.05水平上显著相关，“**”表示在0.01水平上显著相关。

由于向日葵的品质性状在不同的环境条件下变异显著，进一步对不同基因型向日葵材料进行了分析(表4)，其中含油量(粗脂肪)最高的是材料147，达45.97±2.93，最低的是材料532，为38.76±2.96；粗蛋白质含量最高的是材料466，达39±1.40，最低的是材料532，为27.43±1.12；油酸含量最高的是材料466，达54.09±4.45，最低的是材料532，为45.83±3.37；亚油酸含量最高的是材料532，达42.74±3.87，最低的是35.06±6.47；维生素E含量最高的是材料532，达29.61±0.90，最低的是材料330，为24.99±1.16。材料343的油酸和亚油酸的标准差最大分别为6.20和6.47，而维生素E标准差最小，为0.6。8个实验材料变异最大的为材料343的亚油酸，变异系数为18.45%。

表3 不同生态环境下向日葵主要品质性状的差异分析

表4 不同向日葵材料主要品质性状的差异分析

3 讨 论

3.1 基因型和环境因素对作物品质性状的影响研究在向日葵报道较少

遗传和环境两个因素影响农作物品质，研究农作物的基因型与环境的相互作用对选育适应性广且品质性状优良的品种具有重要意义[14]。在不同生态环境对甘薯主要品质性状的影响研究中，表明生态点、年份、基因型等因素对甘薯总胡萝卜素、淀粉、蛋白质等主要品质性状的影响均达到显著水平[15]。张太平等对贵州南部山区向日葵地方品种酯酶同工酶进行了研究，发现不同地方品种酯酶变异十分丰富[16]。而对向日葵品质的研究，主要集中在同一环境不同材料品质差异或激素处理后向日葵品质差异上[17]，有关向日葵品质性状和环境互作的研究还比较少。

3.2 开展向日葵品质性状的研究具有重要意义

研究不同基因型的向日葵材料在不同生态环境下的主要品质性状，可以筛选适应性好且品质性状优良的向日葵材料。本研究通过对贵州6个地区的8个食用向日葵主要品质性状进行分析，发现维生素E含量的环境效应大于基因型效应以及基因型×环境互作效应，说明向日葵籽粒维生素E的含量受环境影响大，向日葵高维生素E含量的材料的选育过程要考虑环境因素。同时，对贵州6个地区的8个向日葵主要品质性状进行分析发现含油量(粗脂肪)、粗蛋白、油酸和亚油酸均表现为基因型效应大于环境和品种×环境互作效应，对不同基因型向日葵材料进行分析，发现同种基因型材料在不同的生态区域，向日葵籽仁的品质性状变异较大，材料532的粗脂肪在不同点的变异系数最大为7.65%，材料343的油酸和亚由酸在不同生态点变异系数分别高达11.53%和19.45%，材料197的蛋白质和维生素E在不同生态点的的变异系数最高分别达7.39%和7.02%。进一步研究发现：不同基因型向日葵在不同生长环境下的蛋白质含量平均变异系数为5.32%，高于同一环境下不同基因型向日葵蛋白质的变异，这与王燕飞[9]、白宝璋[18]的研究结果一致。研究还发现，8个实验材料油酸和亚油酸的平均变异高于6个点的平均变异，说明油酸和亚油酸的变异受材料的影响要大于环境的影响，该研究结果为贵州地区不同区域筛选向日葵蛋白、油酸和亚油酸提供了一定的理论依据。