西伯利亚杏种仁油脂积累及脂肪酸组分变化规律

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（1.内蒙古农业大学 林学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院 草地资源教育部重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010011）

随着社会快速发展和人口不断增加，世界各国必将面临耕地减少和粮油短缺两大难题[1-2]。中国作为全球最大的发展中国家，也是全球人口最多的国家，其耕地缩减和粮油亏缺的问题极其严峻[3]。木本粮油树种出油率高、油脂品质优，可广泛用于食用、药用、保健和化妆[4-5]；此外，木本粮油树种适应性和抗逆性强，管理技术简单，一次种植多年收获，可上山下滩，不与粮争地，可直接种植于我国广袤的山地、荒地和沙地等生态脆弱区，具有极高的开发利用潜力[6]。

西伯利亚杏Armeniaca sibirica.Lam 属蔷薇科李亚科杏属植物，常为落叶灌木或小乔木，树高可达2 ～5 m，广泛分布于我国东北、华北以及西北地区，其种质资源极为丰富[7-8]。西伯利亚杏具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特点，是目前我国北方干旱、半干旱荒漠化区退耕还林、防风固沙、水土保持等生态建设的首选树种[9-11]。与此同时，西伯利亚杏种仁富含油脂、蛋白、维生素和氨基酸等营养成分，可直接食用，还可加工成杏仁油、杏仁露、杏仁豆腐、杏仁蛋白粉等产品[12-13]。其中，西伯利亚杏种仁油脂品质优，富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，属于高油酸、高亚油酸植物油，是可直接食用的高级食用油[14-15]。目前，关于西伯利亚杏的研究主要集中于抗寒抗干旱生理、种仁成分提取与纯化、花器官分化与发育机理、表型遗传多样性和种群遗传学等方面[15-16]，而关于西伯利亚杏种仁的油脂累积特点及脂肪酸组分变化规律的研究却鲜有报道。因此，在西伯利亚杏的生产实践中无法确定果实的最佳采收期，在发育期种仁的栽培管理中也无法采取科学、高效、有针对性的栽培管理措施，进而严重影响西伯利亚杏种仁油的产量和品质。本研究采集西伯利亚杏不同发育期种仁，测定各发育期种仁的单仁质量、含油率和脂肪酸组分含量，分析其种仁生长发育特点、油脂累积和脂肪酸组分变化规律，探讨其油脂累积过程中各脂肪酸组分间的相关性，以期为西伯利亚杏果实的适时采收和发育期种仁的栽培管理提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试西伯利亚杏种仁材料采集于2019年4—8月期间，以内蒙古农业大学林学院苗圃中生长情况良好、长势正常的西伯利亚杏良种‘蒙杏1 号’为试材，从花后10 d 开始至种仁成熟，每7 天采集西伯利亚杏果实，选取大小一致、无病虫害的果实，剥去果皮和果核，取出种仁置于常温风干至恒重，用于单仁质量测定、油脂提取和脂肪酸组分的测定；本研究自花后10 d（果实开始膨大）开始至种仁成熟期103 d，共采集14 次样品，分别为花后10、17、24、31、38、45、52、59、66、73、80、87、94、101 d 的西伯利亚杏种仁。

1.2 单仁质量测定

分别将采摘10 ～101 d 果实的果皮和果核去除，将所获得的种仁置于常温风干至恒重，用电子天平分别称量其干质量，测定重复3 次。

1.3 油脂和脂肪酸组分的提取、测定与分析

分别称取西伯利亚杏花后10、17、24、31、38、45、52、59、66、73、80、87、94、101 d 的8 g 干种仁，利用低温研磨仪进行研磨，参照国家标准GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的测定》，采用索氏抽提法提取各发育期种仁的油脂。参照国家标准GB/T17376-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯制备》，对各发育期种仁油脂进行甲酯化，再参照国家标准GB/T17377-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析》的方法，在配有DB-23 柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）的Agilent 6890N 气相色谱仪上进行脂肪酸组分类型和含量的分析。以氮气作为载气，设定初始柱温为180 ℃，并以6 ℃/min升温速度将柱温升至200 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min 升温速度升至240 ℃，保持8 min，进样口温度为240 ℃。通过与脂肪酸标准品比较，对所测脂肪酸进行定性，根据峰面积法进行相对定量，以甲酯标准品测定所测脂肪酸的绝对含量。

1.4 统计分析

西伯利亚杏各发育期种仁的油脂提取和脂肪酸组分测定实验均设置3 次生物学重复，使用Microsoft Excel 2019 软件进行数据统计和分析，以SPSS 25.0 软件进行脂肪酸组分间的方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 西伯利亚杏种仁发育过程中单仁质量变化

西伯利亚杏不同发育期种仁单仁质量的动态变化如表1所示，从花后10 ～101 d，西伯利亚杏单仁质量的累积变化为0.021 ～0.353 g，不同发育期种仁质量变化差异显著（P＜0.01）。其中，10 ～66 d，西伯利亚杏种仁干质量由0.021 g 累积增至0.332 g，其变化差异显著，累积量约占整个累积量的88%。在66 ～101 d，种仁发育期占总发育期的35%，但其单仁质量累积变化仅为0.021 g（0.332 ～0.353 g），单仁质量变化不明显，说明此期间西伯利亚杏种仁的质量变化差异较小。因此，根据发育期种仁质量的变化特点，可将西伯利亚杏种仁的发育过程划分为两个阶段，即快速生长期（10 ～66 d）和缓慢生长期（66 ～101 d）。

表1 西伯利亚杏不同发育期种仁单仁质量†Table 1 Single kernel mass in different developing stages of A.sibirica

2.2 西伯利亚杏种仁油脂累积规律

通过测定西伯利亚杏不同发育期种仁的含油量，初步掌握了西伯利亚杏种仁油脂累积的动态规律，其变化情况如图1所示。西伯利亚杏种仁油脂累积呈“慢—快—慢”的S 型动态变化模式，根据油脂累积变化规律，可将种仁油脂累积过程划分为3 个阶段，分别为油脂缓慢累积期、油脂快速累积期和油脂减缓累积期。其中，花后10 ～45 d，西伯利亚杏种仁含油量从6.60%累积增值到17.10%，油脂日平均增量仅为0.30%，该期间为油脂缓慢累积期；花后45 ～73 d，西伯利亚杏种仁含油量快速提高，逐渐进入油脂快速累积期，该阶段油脂平均增量高达1.26%，并在花后73 d 油脂累积达到最大值（53.5%）。而花后73 ～101 d，种仁油脂累积缓慢下降，进入种仁油脂减缓累积期，其种仁油脂由53.5%降至51.70%。

图1 西伯利亚杏种仁油脂累积的动态变化Fig.1 Variation of oil accumulation in A.sibirica kernel

2.3 西伯利亚杏种仁发育过程中脂肪酸组分的变化规律

对西伯利亚杏不同发育期种仁油脂主要组分进行GC-MS 检测分析，发现其种仁发育过程中共检测到8 种脂肪酸（图2），分别为属于饱和脂肪酸（SFA）的硬脂酸（C18:0）、花生酸（C20:0）和棕榈酸（C16:0），属于单不饱和脂肪酸（MUFA）的二十碳烯酸（C20:1）、棕榈油酸（C16:1）、油酸（C18:1）和属于多不饱和脂肪酸（PUFA）的亚油酸（C18:2）和亚麻酸（C18:3）。油酸、亚油酸、硬脂酸、棕榈酸和二十碳烯酸为西伯利亚杏种仁油脂的主要脂肪酸组分，在种仁发育过程中，这5种脂肪酸组分含量变化均存在显著差异，其中油酸含量具有连续增加的趋势，从31.00%累积增至76.00%；亚油酸含量则呈先增后减的规律，由最初的28.63%增至45.20%，再降至18.15%；而棕榈酸、二十碳烯酸和硬脂酸的变化趋势相似，棕榈酸含量从10.30%递减至3.59%，二十碳烯酸含量从20.10 %递减至消失，硬脂酸含量从8.63%减少至1.25%。西伯利亚杏种仁油脂累积过程中，其它非主要脂肪酸如棕榈油酸和亚麻酸的变化趋势相似，在种仁油脂缓慢累积期基本未检测到棕榈油酸和亚麻酸，进入油脂快速累积期后才能检测到微量棕榈油酸（＜0.52%）和亚麻酸（＜0.38%）；而花生酸从种仁油脂缓慢累积期的0.72%逐渐递减至消失。

图2 西伯利亚杏发育期种仁的脂肪酸组分及含量Fig.2 Composition and content of fatty acid in A.sibirica kernel

续图2Continuation of Fig.2

2.4 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量的变化规律

从西伯利亚杏不同发育期种仁中饱和脂肪酸（SFA）与不饱和脂肪酸（UFA）含量的动态变化分析可知（图3），在油脂缓慢累积期和油脂快速累积期（10 ～73 d），SFA、MUFA 和PUFA的含量均有显著变化，并且其含量变化趋势存在较大的差异。其中，PUFA 含量的变化趋势与MUFA 的变化相反，如PUFA 含量呈先增后减的趋势，自30.00%递增至最大值45.00%，后又逐渐降低至19.00%；而MUFA 的含量先出现微减再呈剧增趋势，由52.00%递减至46.00%，后又增至76.00%，其变化差异极显著；SFA 含量则呈先减少后稳定的趋势，由18.00%逐渐降至5.00%。西伯利亚杏种仁油脂累积过程中，SFA、PUFA 和MUFA的含量进入油脂减缓累积期后均保持稳定，其含量变化差异均不显著。

图3 西伯利亚杏种仁饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的动态变化Fig.3 Dynamic changes of saturated fatty acids and unsaturated fatty acids in A.sibirica kernel

2.5 西伯利亚杏种仁发育过程中各脂肪酸含量间的相关性及相关系数

西伯利亚杏种仁发育过程中脂肪酸组分间的相关性分析表明（表2），西伯利亚杏种仁累积过程中油酸、亚麻酸、棕榈油酸3 者间呈显著正相关，相关性系数分别为0.755（亚麻酸与棕榈油酸）、0.981（油酸与亚麻酸）和0.792（油酸与棕榈油酸）；棕榈酸、硬脂酸和二十碳烯酸三者间同样呈显著正相关，其相关性系数分别为0.981（硬脂酸与棕榈酸）、0.966（二十碳烯酸与棕榈酸）和0.942（二十碳烯酸与硬脂酸）；而油酸和亚麻酸分别与棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、二十碳烯酸呈显著负相关，其相关性系数均大于0.700。

表2 西伯利亚杏种仁发育过程中各脂肪酸含量间的相关性及相关系数†Table 2 Correlation and coefficient of fatty acid contents during the development of A.sibirica kernel

3 讨 论

含油率是评价木本油料树种的重要指标之一。随着种仁不断发育，西伯利亚杏种仁质量和含油量均发生显著的动态变化，其单仁质量的累积可分为快速生长期（10 ～66 d）和缓慢生长期（66 ～101 d）2 个阶段；而种仁油脂累积呈“S”型累积模式，可划分为油脂缓慢累积期、油脂快速累积期和油脂减缓累积期3 个阶段，这与范思琪[17]对山杏种仁形态变化特点与油脂累积特征的研究结果基本一致，也与绝大多数木本油料树种，如文冠果（Xanthoceras sorbifoliumBunge）[18]、麻风树（Jatropha curcasL.）[19]、黄连木（Pistacia chinensisBunge）[20]、白檀（Symplocos paniculataMiq.）[21]等的种仁生长发育和油脂累积规律相似。西伯利亚杏种仁发育初期（10 ～45 d）油脂累积缓慢，油脂日增量仅为0.3%，这可能与西伯利亚杏种仁发育初期个体脆弱的同化能力有关，也可能是由于处在油脂合成初期，相关酶及蛋白的活性不高有关[22]。随着西伯利亚杏种仁的发育，其个体的同化能力和相关酶的活性显著提高，从花后50 d 开始西伯利亚杏种仁油脂平均日增量高达1.34%，进入油脂快速累积期，于花后73 d 西伯利亚杏种仁油脂含量达最大值（54.67%）。此时，应加强水肥管理，以期进一步提高西伯利亚杏油脂含量，并制定采收计划，注意及时采收。而自花后第73 天开始，西伯利亚杏种仁油脂含量出现先微量下降再处于稳定的趋势，进入油脂减缓累积期，这在山杏、文冠果等木本油料树种中也比较常见[18-19]，这可能与种仁发育后期含水量降低而阻碍了脂肪酸的合成有关[15]，也可能与种仁发育后期脂肪酸转化相关酶活性降低有关[25]。

西伯利亚杏种仁油脂中共检测到8 种脂肪酸，随着种仁不断发育，各脂肪酸组分含量出现显著变化。其中，油酸含量呈连续上升的趋势，其含量最高（76%）；而亚油酸含量呈先增后减的趋势，其含量次之（18.20%）。西伯利亚杏种仁油脂主要由油酸和亚油酸组成与路志芳等[26]和孙家正等[27]的研究结果基本一致，但其油脂含量和各脂肪酸组分含量与上述研究存在一定差异，这可能是西伯利亚杏不同种质间遗传基础存在差异所导致[28]。

明确种仁脂肪酸组分转化规律及其相关性可为油脂提产提质以及良种选育提供科学依据[29-30]。西伯利亚杏种仁油脂中，油酸和亚油酸占总脂肪酸的90%以上，分别构成主要单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA），二者的累积模式正好相反，这与油酸是亚油酸生物合成的前体物质相一致[31]。而棕榈酸、二十碳烯酸和硬脂酸是西伯利亚杏种仁的主要饱和脂肪酸（SFA），三者总量仅占总脂肪酸的5%。说明西伯利亚杏种仁油脂中含有较高比例的MUFA 和较低比例的PUFA、SFA，属于高品质食用植物油；其营养高，稳定性较强。西伯利亚杏种仁发育过程中，SFA、MUFA 和PUFA 的含量均在油脂含量最大期（第73 天）达到稳定。因此，根据西伯利亚杏种仁油脂累积特点和脂肪酸转化规律制定适宜的采收时间，对于获取西伯利亚杏高品质种仁油至关重要。与此同时，本研究发现西伯利亚杏种仁油脂累积过程中脂肪酸组分间存在一定相关性，后期可根据脂肪酸组分间的相关性，定向选择其中的脂肪酸组分，培育或改良高品质油用西伯利亚杏种质。而且，油脂累积及脂肪酸组分变化规律还受土壤、气温、降水等环境因子的影响，并且不同种质间油脂累积规律可能存在一定的差异[32-33]。因此，后期应增加西伯利亚杏不同种源或种质的样品，分析其油脂累积及脂肪酸转化规律，并与环境条件和栽培管理相结合，为油用西伯利亚杏的生产实践提供参考依据。

4 结 论

通过本研究可知，西伯利亚杏种仁发育期约为100 d，其种仁含油量高、油脂品质优，油脂中不饱和脂肪酸含量高达95%，以油酸和亚油酸为主要脂肪酸，属于高油酸高亚油酸油脂。其种仁油脂累积过程可划分为3 个阶段，呈“慢—快—慢”的“S”型变化模式。西伯利亚杏种仁油脂累积过程中先后出现8 种脂肪酸组分，这些脂肪酸在种仁发育过程中存在复杂的转化反应。研究结果可为西伯利亚杏的栽培管理提供依据，还可为进一步研究西伯利亚杏种仁油脂累积及脂肪酸组分转化的机制提供支撑。