西瓜种子脂肪酸组分分析及种子油体显微观察

栾非时 ，裴 爽 ，刘 争 ，高 鹏 ，刘 识 ，朱子成 ，王学征

（1.农业农村部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，哈尔滨 150030；2.东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨 150030）

西瓜是世界上重要经济作物之一，含有丰富矿物盐和多种维生素[1]。目前，籽用西瓜在西非、印度等国家广泛栽培，由于高含油量和高不饱和脂肪酸含量受到消费者喜爱，发展前景可观。西瓜籽含有丰富的脂肪酸、蛋白质、维生素、钙、镁、钾、铁、硒等营养元素[2]。西瓜籽中脂肪酸含量可达50%以上，其成分以亚油酸为主[3]。亚油酸是一种不饱和脂肪酸，具有降血脂、抗血栓、提高大脑记忆力和注意力等多种功能，亚油酸代谢与脂类代谢酶活性、类固醇激素生理功能及其他生命机能有关[4]，医学研究表明，不饱和脂肪酸具有降低蛋白血清胆固醇的作用，减少高血压及心脏病发生[5-6]。因此，这种不饱和脂肪酸对人体具有重要的保健作用及开发利用价值。

为满足消费者对西瓜种子中营养成分需求，学者在西瓜种子方面开展大量研究。王妍等研究发现，西瓜籽油中脂肪酸有7种，其中亚油酸含量最高为42.26%，其次为油酸、棕榈酸和硬脂酸，不饱和脂肪酸有3种，含量为66.47%[3]。严小平研究发现，西瓜籽油提取率为50.8%，西瓜籽油脂肪酸主要由棕榈酸和不饱和脂肪酸组成，不饱和脂肪酸占93.1%，其中亚油酸含量高达74.8%[7]。Mahla等在西瓜籽油中鉴定出11种脂肪酸，其中亚油酸、硬脂酸、棕榈酸和油酸为主要成分[8]。Prothro 等以PI560023 和PI279461 为亲本材料，在F2分离群体中鉴定出4 个与种子油分含量相关主要QTL位点[9]。Meru等研究与西瓜籽脂肪酸组成相关基因组区间和候选基因，找到8个与脂肪酸组成有关QTL 位点，其中一个QTL 位点在6 号染色体上，由油酸和亚油酸共定位得到[10]。

本研究对20 份西瓜供试材料种子中主要脂肪酸组分和种子尺寸等9 个性状作变异性、相关性、主成分及聚类分析，并对高低含油量西瓜品种种子贮藏细胞内油体作显微观察。探讨各品种性状间差异及内在关系，研究油体差异对种子含油量的影响，以期为籽用西瓜育种及改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

20 份供试西瓜品种（18 份栽培品种，2 份野生材料）由东北农业大学园艺园林学院西甜瓜分子遗传育种研究室提供（见表1）。

表1 供试西瓜材料名称与来源Table 1 Names and sources of watermelon materials

1.2 方法

试验于2019年5～11月开展，将20份西瓜种质资源播种于东北农业大学实验实习与示范中心向阳基地西甜瓜育种棚内，每份材料种植5株，株行距70 cm×60 cm，双蔓整枝，每株留一个瓜，自交授粉，常规肥水管理，成熟后收获种子，分别测定总油含量（Oil content，OC）、亚油酸含量（Linoleic acid content，LAC）、油酸含量（Oleic acid content，OAC）、棕榈酸含量（Palmitic acid content，PAC）、硬脂酸含量（Stearic acid content，SAC）、种子长度（Seed length，SL）、种子宽度（Seed width，SW）、种子厚度（Seed thickness，ST）、种子百粒重（Weight of 100 seed，WHS）。

1.3 性状调查及测定方法

1.3.1 种子尺寸相关性状调查

种子长度、种子宽度及种子厚度利用电子游标卡尺测量（精确到0.01 mm），种子百粒重利用电子天平测量（精确到0.01 g），3 次重复，计算平均值。

1.3.2 种子油分含量测定

准确称取去壳、粉碎的西瓜种子4.00 g，用脱脂滤纸包好置于索氏提取器中，以正己烷（150 mL）为提取溶剂，85 ℃条件下水浴4 h，所得提取液蒸馏30 min 回收溶剂，然后将油脂放置于电热板上除去多余水分至恒重，计算含油率，3 次重复，求取平均值。

1.3.3 种子油脂肪酸含量测定

采取气相色谱-质谱连用（GC-MS）测定脂肪酸含量[11]。称取50 μL油脂置于10 mL离心管内，加入1 mL正己烷和苯混合试剂（1∶1），轻轻摇动使之溶解，稀释。上述溶液取50 μL置于10 mL离心管内，加入2 mL正己烷和苯混合试剂（1∶1），轻轻摇动使之溶解，再加入2 mL氢氧化钾甲醇（0.5 mol·L-1）溶液，摇匀。室温静置30 min，加1 mL 蒸馏水使全部有机相甲醇溶液升至瓶颈上部。澄清后吸取上清液，所得清液过滤膜即可用于气相色谱-质谱联用仪（Agilent，USA；GC-7890，MS-5975）分析。

色谱条件：进样口温度250 ℃，载气氦气（He），流速1.0 mL·min-1。采用程序升温方式，由室温升至150 ℃保持2 min，然后以5 ℃·min-1升至250 ℃在此温度下保持10 min。分流进样，分流比20∶1。进样量1 μL。溶剂延迟10 min。

质谱条件：MS 离子源在225 ℃全扫描，电离方式：EI，电子能量70 eV；扫描质量范围：50～500 amu。

1.3.4 西瓜种子透射电镜样品制作

西瓜种子去壳，修剪3 mm3小块，立即用2.5%戊二醛和2%四氧化锇液双固定，0.1 mol·L-1磷酸缓冲液（pH 6.8）冲洗，乙醇逐级脱水（50%、70%、90%、100%），环氧树脂渗透包埋聚合，利用AOULTRACUTE 型超薄切片机修块切片，经柠檬酸铅和乙酸双氧铀双重染色后，置于H-7650 型（HITACHI）透射电镜下观察并拍照。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2010统计数据，SPSS 25.0对西瓜籽脂肪酸组分及种子尺寸相关性状作相关性、主成分及聚类分析。聚类时将原始数据先作标准化变换，在欧氏距离水平上采用离差平方和法作系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 西瓜种子脂肪酸含量变异性和相关性分析

采用气相色谱-质谱连用技术，以4 种脂肪酸甲酯为标准样品，检测西瓜籽中4种主要脂肪酸组分出峰时间（见图1）。4 个色谱峰所代表脂肪酸组分依次是棕榈酸、亚油酸、油酸、硬脂酸，保留时间分别为12.62、15.69、15.79和16.24 min。

20 份西瓜材料在西瓜籽脂肪酸组成上无明显差异，均可检测到亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸4 种脂肪酸，但不同材料中脂肪酸含量存在较大差异（见表2），其中ZXG01286、ZXG00980、ZXG00194 亚油酸含量偏高，为86.96%～88.13%，ZXG01558、ZXG00027、W1-54、LSW-177亚油酸含量偏低，为67.49%～78.47%；ZXG00027、W1-54、LSW-177、ZXG01558油酸含量偏高，为12.86%～21.37%，ZXG00980、ZXG00194、ZXG00170油酸含 量 偏 低， 为4.42% ～5.97% ； ZXG01558 和ZXG00385 棕榈酸含量偏高，分别为5.25%和5.04%，ZXG01243 和ZXG00485 棕榈酸含量偏低，分别为3.06%和2.73%；ZXG00485、ZXG00885、ZXG01558 硬脂酸含量偏高，为5.31%～5.89%，ZXG00194 和ZXG01286 硬脂酸含量偏低，分别为2.56%和2.53%。供试材料9 个性状中油酸含量变异系数最大，为39.90%。棕榈酸含量、硬脂酸含量、种子宽度、种子厚度、百粒重变异系数次之，为14.15%～31.40%。亚油酸含量变异系数最小，为5.74%。由此可见，不同西瓜品种性状具有不同程度差异，表现丰富的遗传变异性。

相关性分析表明（见表3），9 个性状间部分性状相关性达极显著水平。亚油酸含量与油酸、棕榈酸、硬脂酸含量呈极显著负相关，与种子厚度呈显著负相关；油酸含量与棕榈酸、硬脂酸含量呈极显著正相关；硬脂酸含量与种子厚度、百粒重呈极显著正相关；种子长度与种子宽度、百粒重呈极显著正相关；种子宽度与百粒重呈极显著正相关；种子厚度与百粒重呈极显著正相关。

表2 不同西瓜品种种子主要性状及含量Table 2 Main traits and contents of seeds of different watermelon varieties

表3 供试西瓜品种种子相关性状间相关性分析Table 3 Correlation analysis of seed-related traits of watermelon varieties

2.2 主成分分析

分析西瓜籽9 个性状主成分，以特征值大于1为标准提取主成分，前3 个主成分累计贡献率达85.34%，可代表9个单项指标绝大部分信息，可用这3个主成分概括分析20份供试材料相关性状（见表4）。

表4 西瓜种子相关性状主成分贡献率Table 4 Principal components contribution rates of watermelon seed

由表4 可知，第1 主成分特征值为3.67，方差百分比为40.79%，第1主成分主要由油酸含量、硬脂酸含量、百粒重构成，可概括为品质因子。第2主成分贡献率为30.63%，主要由种子长度、种子宽度、亚油酸含量构成，可概括为种子形态因子，这一主成分特征向量中油酸含量和棕榈酸含量负向系数较大，说明种子尺寸与脂肪酸含量呈一定程度负相关。第3主成分贡献率为13.92%，主要总油含量构成，在这一主成分特征向量中种子长度和种子宽度负向系数较大，说明总油含量与种子尺寸呈一定程度负相关。

2.3 聚类分析

在欧氏距离水平上采用离差平方和法对供试品种的9个性状作聚类分析，20份西瓜品种在欧氏距离为10.05时可划分为4个类群（见图2），第一类群包含7个品种，第二类群包含9个品种，第三类群包含3 个品种（ZXG01211、LSW-177、W1-54），第四类群包含1个品种（ZXG01558）。

由表5可知，第一类群总体籽粒较大，棕榈酸含量低、亚油酸、油酸及硬脂酸含量适中，百粒重较大，总油含量高。属于品质中等，籽粒大类型。可细分为两个亚类，第一亚类（ZXG00980、ZXG00170、PI296341）与 第 二 亚 类（ZXG00485、ZXG01525、ZXG00885、ZXG00987）相比，总油含量及亚油酸含量相对较高，油酸含量、籽粒尺寸及百粒重相对较小。

第二类群总体亚油酸含量高，油酸、棕榈酸及硬脂酸含量较低，籽粒尺寸及百粒重适中。属于品质高，籽粒中等类型。可细分为两个亚类，第一亚类（ZXG01286、ZXG00194、ZXG00191）与第 二 亚 类（ZXG00385、ZXG01269、ZXG01243、ZXG00927、ZXG00027、W1-64）相比，亚油酸含量相对较高，其他脂肪酸含量、籽粒尺寸及百粒重相对较小。

第三类群总体脂肪酸含量相对较高，总油含量适中，籽粒尺寸相对较小，百粒重小。属于品质高，籽粒小类型。

第四类群总体油酸、棕榈酸及硬脂酸含量高，亚油酸含量及总油含量低，籽粒尺寸相对较大，百粒重大。属于品质低，籽粒大类型。

表5 各类群种子相关性状平均值和标准差Table5 Mean and SD of relevant traits of various seed groups

2.4 不同含油量西瓜种子贮藏细胞内油体显微观察

由图3可知，西瓜种子子叶贮藏细胞内油体形状差异明显，大多数为椭球形及不规则形状，球形较少。高含油量品种ZXG00885单个子叶细胞内蛋白体数量少，油体数量多且油体体积较大，大油体分布于细胞中央，小油体主要环绕在细胞壁周围，或成为大油体之间填充。相对而言，低含油量品种ZXG01286 单个子叶细胞内蛋白体数量多，油体数量少且油体体积较小，油体分布相对均匀，细胞壁周围几乎无小油体环绕。

3 讨 论

3.1 遗传变异性及相关性分析

不同性状在遗传过程中产生差异，变异系数反映性状变异范围，即变异系数越大性状变异范围越大[12]。本试验研究结果表明，20份西瓜供试品种油酸含量变异系数最大，遗传稳定性相对较低，与Primomo 等在大豆中对油酸的研究结果一致[13-14]。总油含量变异及亚油酸含量变异较小，变异系数分别为9.53%和5.74%，说明本研究供试材料中缺乏高含油量和高亚油酸含量种质资源。百粒重和硬脂酸含量变异程度较高，说明本研究西瓜供试品种遗传基础丰富且类型多变，各性状在不同西瓜品种间遗传差异是品种选育关键。

相关性分析可知，亚油酸含量与油酸、棕榈酸及硬脂酸含量呈极显著负相关，油酸含量与棕榈酸含量呈极显著正相关，与Meru 等研究结果一致[10]。Oyulu 等对西瓜籽脂肪酸研究结果表明，油酸含量与棕榈酸含量呈极显著正相关[15]。由此可见，可通过降低其他脂肪酸含量间接提高亚油酸含量的方法，改良西瓜籽油中脂肪酸组分配比。百粒重与种子长度、种子宽度及种子厚度呈极显著正相关，与高美玲等研究结果一致[16]。

3.2 主成分分析

亚油酸具有预防糖尿病，减少血液中胆固醇，防止动脉硬化和抑制癌症作用[17-18]，油酸被营养学家称之为“安全脂肪酸”，具有降低血液中有害胆固醇含量作用，且降低罹患心血管疾病和Ⅱ型糖尿病风险[19-20]。主成分分析中，第1 主成分主要与油酸含量和硬脂酸含量有关，第2主成分主要与亚油酸含量和种子尺寸有关，第3主成分主要与总油含量有关。第1 主成分越大，油酸含量越高，亚油酸含量越低。因此，第1 主成分取中间值时，可平衡二者关系。本试验研究表明，第2主成分值越大，亚油酸含量和总油含量越高，种子越大。第3主成分值越大，总油含量越高，种子越小，说明种子尺寸影响总油含量高低，因此在选育籽用西瓜品种时不必过度追求大种仁。从选育高油分、高亚油酸含量西瓜品种角度考虑，第2主成分值越大越好，选用性状较好的亲本材料应综合考虑各性状及主成分间的互补。

3.3 聚类分析

聚类分析应用于多种作物种质资源分类等方面，可科学评价材料优劣[21-22]。通过聚类分析既可看出类群间相互关系，又可了解类群内品系亲疏远近[23]。本研究根据西瓜籽脂肪酸组分及种子尺寸相关性状将20 份不同西瓜材料聚类为4 个类群，第一类群品质中等，籽粒大，该类群包含7 个品种，占总数35.00%；第二类群品质高，籽粒中等，该类群包含9 个品种，占总数45.00%；第三类群品质高，籽粒小，该类群包含3个品种，占总数15.00%；第四类群品质低，籽粒大，该类群包含1个品种，占总数5.00%。第二类群和第三类群可考虑作为高含油量、高亚油酸含量的优良品种。因此，在西瓜品种选择与利用上，应深入研究和综合评价各类群中综合性状优良的品种，为西瓜品种推广和选育提供优异种质资源。

3.4 油体形态显微观察及差异分析

植物种子中油体尺寸、油质蛋白与含油量关系一直备受关注。Siloto 等研究表明，油质蛋白积累情况决定种子中油体尺寸，且油体尺寸差异影响种子内脂肪酸累积[24]。本试验对ZXG00885（高含油量）和ZXG01286（低含油量）种子子叶细胞内油体作显微观察。结果表明，油体大多数为椭球形及不规则形状，球形较少，油体排列分布密集，多数油体体积较大，与陈虹等在核桃种子油体特征差异分析的研究结果一致[25]。西瓜高油与低油品种子叶贮藏细胞内油体形态无明显差异，但数量和在细胞内分布差异明显。高油品种较低油品种相比单个子叶细胞内蛋白体数量少，油体数量多且油体体积较大，与董劲松等研究结果相类似[26]。高油品种子叶细胞内大油体分布于细胞中央，小油体主要环绕在细胞壁周围，而低油品种子叶细胞内油体分布相对均匀。可见油体数量、尺寸和细胞内分布可能是影响种子含油量的重要因素。通过显微观察西瓜种子子叶细胞内油体特征可作为一种判断西瓜品种含油量的方法，有效节省时间成本，提高育种效率。因此，该方法在西瓜品质育种中具有重要应用价值。

4 结 论

本研究以20 份西瓜种质资源为材料，分析西瓜籽脂肪酸组分及种子尺寸相关性状，结果表明，不同材料中脂肪酸含量存在较大差异。亚油酸含量与油酸、棕榈酸、硬脂酸含量呈极显著负相关；油酸含量与棕榈酸、硬脂酸含量呈极显著正相关。油体显微观察发现不同含油量西瓜品种子叶细胞内油体形态和数量存在差异，上述研究结果可为籽用西瓜品质育种提供理论依据。