文冠果经济性状的遗传变异分析及油用型优株选择

梁 强 王锦柯 苑福林 李守科 杨克强

(山东农业大学林学院1，泰安 271018)

(山东泰山森林生态系统国家定位研究站2，泰安 271018)

(山东沃奇农业开发有限公司3，潍坊 262100)

文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)为无患子科文冠果属植物，单属单种，是我国北方特有的木本油料植物[1]。文冠果种仁富含脂肪和蛋白质，脂肪酸构成中不饱和脂肪酸含量在90%以上，且饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的比值为0.16 ∶0.99 ∶1，非常接近食用油脂肪酸合理配比[2-4]。文冠果种仁是重要的植物源神经酸(C24 ∶1)来源，神经酸作为ω-9长链单不饱和脂肪酸，是周围神经系统鞘磷脂的必需分子，可修复疏通受损大脑神经纤维并促进神经细胞再生[5-6]。我国历史上就有食用文冠果的记载，清代《钦定四库全书(救荒本草卷六)》记述“救饥采花煠熟，油盐调食；或采叶煠熟，水浸淘去苦味，亦用油盐调食；及摘实取子，煮熟食瓤”[7]。《榆林府志》也记载“其子熟取油”[8]。充分开发利用木本油料树种，提供绿色健康的植物油脂，对于保障国家粮油安全具有重要的现实意义[9-10]。我国将文冠果列为优化木本油料产业发展布局的重要树种，明确提出加快文冠果等木本油料树种良种选育和产业化发展[11-14]。

评价种质资源的生物多样性和遗传特性是对资源合理化应用与良种选育的基础[15]。对文冠果分布区种源间和种源内的变异已有文献报道，牟洪香等[16]调查了14个分布区的叶片、果实和出仁率等15个表型性状，认为分布区内的变异大于分布区间的变异，果实质量和单果种子质量变异系数最大，千粒重、出仁率、小叶数的变异系数较小。王艺林等[17]调查了5个种源文冠果11个表型性状，发现表型性状在种源间和种源内均存在极显著差异。申展等[18]利用SSR分子标记技术研究了全国14个地区138份文冠果的遗传多样性，检测出80个等位变异，平均多态性信息含量0.51，表明其种质之间存在大量的遗传变异。敖妍[19]利用AFLP技术，研究优良林分文冠果群体遗传多样性发现，总遗传变异中群体间变异6.61%，各群体内遗传变异占93.39%。不同分布区(或种源)内的丰富变异，为文冠果无性系良种选育提供了遗传学基础。本研究对来自山东35个文冠果单株的18个农艺性状进行了调查，测定了文冠果种仁脂肪酸和氨基酸的构成，对其进行遗传多样性分析和综合评价，旨在研究文冠果表型遗传变异特点，为文冠果无性系良种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以山东省潍坊市、东营市和临沂市文冠果自然群体中生长健壮、无病虫害的10年生文冠果实生单株为试材。其中潍坊29株，东营1株，临沂5株，共35个单株。于2016—2018年连续进行了调查。

1.2 试验方法

1.2.1 树体调查

调查供试各单株的树高(m)、胸径(cm)、冠幅(m2)、新梢长(cm)等形态特征，各指标取3年的平均值。

1.2.2 果实性状调查

每年于7月上旬果实成熟期，调查各单株结果数。每个单株随机选取30个果实，测量每个果实的单果重(g)、果纵径(mm)、果横径(mm)、种子粒数、单粒重(g)、种仁重(g)、种子纵径(mm)、种子横径(mm)、壳厚(mm)、仁重(g)和出仁率(%)。

根据每单株单果数、单果重和冠幅面积，计算每m2冠幅面积产果量(g·m-2)；根据每单株结果数、果实内种子数量、出仁率和冠幅面积，计算每单株的产仁量(g·m-2)；根据产仁量和种仁脂肪含量计算每单株产油量(g·m-2)。

1.2.3 脂肪和脂肪酸构成测定方法

以各单株2017年收获的种子为试材，采用索氏提取法(GB 5009.6—2016)测定脂肪含量[20]；采用归一化法(GB5009.168—2016)测定脂肪酸组成[21]。每样本重复3次。

1.2.4 蛋白质和氨基酸构成测定方法

以各单株2017年收获的种子为试材，采用半微量式凯氏定氮法(GB 5009.5—2016)测定蛋白质含量[22]；用氨基酸分析仪(GB 5009.124—2016)测定氨基酸组成[23]。每样本重复3次。

1.3 数据处理及统计方法

1.3.1 遗传多样性分析

各性状变异系数(Coefficient of variation，CV)估算：参照江锡兵等[24]的方法，先估算各性状的平均值(X)和标准差(σ)。变异系数按照公式： CV(%)=σ/X×100计算。

遗传多样性指数(Shannon-Wiener index，H′)：参照郭丽芬等[25]的方法，以各性状的每0.5σ为一级，将各性状划分为10级，即从第1级[Xi<(x-2σ)]到第10级[Xi>(x+2σ)]。再以每一级的相对频率(Pi)计算多样性指数。多样性指数公式为：H′=-PilnPi。

1.3.2 主成分分析及综合评价

参照郭宝林等[26]、赵爽等[27]和尹会会等[28]的方法，利用Excel 2007分析软件完成对参试材料性状的均值、方差的统计，SPSS19.0 软件的相应模块对文冠果性状进行主成分分析及综合评价。

1.3.3 氨基酸评分

参照FAO/WHO/UNU(2007)建议的成年人氨基酸需求模式计算氨基酸评分[29]。

2 结果与分析

2.1 文冠果表型性状遗传多样性分析

供试文冠果单株的18个性状的变异系数(CV)在4.93%～93.07%之间，平均为29.20%，遗传多样性指数(H′)在1.461～2.06之间，平均为1.863，多样性丰富(表1)。树高、胸径、冠幅、新梢长等树体指标中，冠幅的CV最大，为93.07%，树高的H′最大，为1.891。产果量、产仁量及产油量中，CV分别为58.99%、53.22%和53.01%，H′分别为1.748、1.874和1.864，各单株在产量指标的变异较大。单果重、果纵径、果横径、单粒重、种仁重、壳厚、种子纵径、种子横径等果实和种子性状中，单果重的CV最大，为29.72%，果纵径的H′最大，为2.06。脂肪的CV为4.93%，H′为1.935，蛋白质的CV为9.63%，H′为1.863。

2.2 文冠果表型性状的主成分分析及综合评价

将参试单株的18个性状进行主成分分析，依据特征值大于1提取了5个主成分(表2)，特征值分别为5.57、3.515、2.917、1.829和1.329，方差贡献率分别为30.942%、19.525%、16.205%、10.162%和7.385%，累积方差贡献率为84.22%，包含了全部指标的大部分信息。

文冠果各性状规格化特征向量如表3所示。第1主成分由单果重、果纵径、果横径、单粒重、种仁重、种粒纵、种横径组成；第2主成分由树高、胸径、冠幅和新稍长组成；第3主成分由出仁率、产油量、产果量和产仁量组成；第4主成分由蛋白质组成；第5主成分由壳厚组成。文冠果综合评价值指数=0.309 42y1+0.195 25y2+0.162 05y3+0.101 62y4+0.013 85y5。其中：由主成分函数表达式及综合模型计算出参试单株的综合评价指数值，并对其排序(表4)，选出8个优良株系：WF17、WF15、WF9、LY5、WF18、WF4、WF16、WF10。

表2 文冠果性状主成分的方差百分率和累计方差百分率

表3 文冠果性状相关矩阵的规格化特征向量

表4 文冠果优树的综合评价结果

续表4

2.3 文冠果种仁脂肪酸、氨基酸的构成

检测了WF17、WF15、WF9等优株的种仁脂肪酸构成(表5)，结果发现文冠果油中含有11种脂肪酸，主要是亚油酸(41.13±1.70)%、油酸(29.03±3.20)%、芥酸(9.94±0.66)%、花生一烯酸(7.30±0.18)%、棕榈酸(4.76±0.15)%、神经酸(3.99±0.38)%、硬脂酸(2.11±0.26)%、山嵛酸(0.67±0.08)%、木焦油酸(0.42±0.08)%、α-亚麻酸(0.36±0.06)%和花生酸(0.25±0.03)%。这些脂肪酸中，饱和脂肪酸含量占8.21%，单不饱和脂肪酸含量占50.26%，多不饱和脂肪酸含量占41.5%，3类脂肪酸的比例为0.20 ∶1.21 ∶1。

文冠果优株WF17、WF15、WF9种仁氨基酸构成检测结果见表6。结果显示文冠果种仁含有17种氨基酸，其中7种必需氨基酸平均质量分数为7.23%，占氨基酸总量的29.7%；非必需氨基酸平均质量分数为17.13%。必需氨基酸中亮氨酸的含量最高，平均质量分数为(1.77±0.13)%；其次是赖氨酸，平均质量分数为(1.10±0.06)%。非必需氨基酸中谷氨酸含量最高，平均质量分数为(6.02±0.50)%；其次是精氨酸，平均质量分数为(2.72±0.22)%。按照FAO/WHO/UNU模式计算氨基酸评分值，发现文冠果7种必需氨基酸的评分在24.44 ～ 53.95之间。

表5 文冠果种仁脂肪酸构成

表6 文冠果种仁氨基酸构成

3 讨论与结论

Shannon-Wiener’s多样性指数可揭示参试材料表型性状的均匀度和丰富度，变异系数表示性状值离散型特征[15, 30]。本研究参试单株的18个性状的多样性指数在1.461 ～ 2.06之间，平均为1.863，变异系数在8.22% ～ 93.07%之间，平均为30.8%，表现出丰富的多样性，树体性状中，冠幅变异系数最高，为93.07%，其次是胸径，为49.84%(表1)。冠幅是重要的栽培性状，冠幅变异的多样性为选择不同栽培目标的良种提供了基础。在经济产量相关的性状中，产油量、产果量和产仁量的CV分别为58.99%、53.22%和53.01%，H′分别为1.748、1.874和1.864；单果重、单粒重、单仁重的CV分别为29.72%、27.78%和25.14%，H′分别为1.972、1.798和1.878。说明文冠果产量性状变异较大，具有丰富的多样性，选择高产优株可大幅度提高其经济产量[31-33]。

本研究供试材料种仁平均脂肪含量为58.69%，CV为4.93%，H′为1.935。文冠果脂肪酸构成中有11种脂肪酸，亚油酸是主要组分，含量为(41.13±1.70)%；其次是油酸，平均质量分数为(29.03±3.20)%。文冠果脂肪酸构成中不饱和脂肪酸含量达91.76%，高于橄榄油(86.2%)，大豆油(84.4%)，花生油(83.1%)等食用油中的不饱和脂肪酸含量，其饱和脂肪酸：单不饱和脂肪酸：多不饱和脂肪酸的比例为0.20 ∶1.21 ∶1，接近食用油脂肪酸合理配比0.34 ∶1.12 ∶1的比例[4, 34]。文冠果是重要的植物源神经酸来源树种，本研究供试材料脂肪酸构成中神经酸含量为(3.99±0.38)%，高于辽宁(2.85%)、甘肃(2.64%)和陕西(2.99%)的文冠果种仁中神经酸的含量[35]。此外，供试材料脂肪酸构成中含有(9.94±0.66)%的芥酸。欧洲食品安全管理局(European Food Safety Authority，EFSA)2016年颁布了人体对芥酸的每日耐受量(Tolerable Daily Intake，TDI)为7 mg/kg体重[36]，可参照这一标准开发安全健康的文冠果产品。

供试文冠果种仁中蛋白质平均质量分数为27.00%，CV为9.63%，H′为1.863(表1)。供试材料种仁中有17种氨基酸，其中人体必需氨基酸7种，其AAS值在24.44 ～ 53.95之间(表6)，这与范雪层等[2]对内蒙古文冠果种仁氨基酸构成分析结果一致。非必需氨基酸中，谷氨酸、精氨酸含量最高，分别为6.02%和2.72%(表6)。谷氨酸对红细胞的生成，大脑神经活跃有显著的促进作用，常用来治疗记忆力减退和神经衰弱；精氨酸是人体一种条件性必需氨基酸，在组织损伤修复、维持大脑功能，预防心血管疾病、促进激素分泌、改善免疫功能等方面均有重要作用[37-39]。

主成分分析综合指数评价可准确的反映出各性状的综合表型，已在杏、核桃、棉花等作物的良种选择中广泛应用[26-28]。本研究用主成分分析将供试材料的18个性状划分为5个主成分，分别反映了文冠果的果实和种子性状特征、植株特征、产量特征、品质特征和壳厚，包含了全部指标的84.22%的信息。通过构建文冠果综合评价指数，将参试材料进行排序，筛选出了WF17、WF15、WF9、LY5、WF18、WF4、WF16、WF10共8株丰产的油用文冠果单株。