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摘要 该研究对108份甘蓝型油菜骨干系材料的含油量、蛋白质含量与种子色素含量进行分析,结果表明:含油量与蛋白质含量、种皮色素含量及胚花色素含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著负相关,蛋白质含量与种皮和胚色素含量均达到极显著正相关或负相关,与黑色素含量存在极显著正相关;通径分析表明,种胚类黄酮含量与种子含油量的直接通径系数值都较大,说明对种子含油量的贡献较大;蛋白质含量、种胚总酚含量和种皮黑色素含量与种子含油量的直接通径系数为负值,说明它们对种子含油量的贡献为负效应。种胚总酚含量和黑色素含量与种子蛋白质含量的直接通径系数为较大的正值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献较大,为正效应;种胚类黄酮含量和种皮黑色素含量与种子蛋白质含量的直接通径系数为负值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献为负效应。油菜籽的含油量提高受到蛋白质含量和种皮、胚色素的影响,蛋白质在合成过程中可能与油分合成竞争底物,与黄酮类化合物的合成代谢途径密切相关,种皮和胚色素含量分别在2个环境中相关性不一致,表明种皮和胚色素合成可能受不同遗传体系控制,色素在其合成代谢途径过程中的底物竞争性可能不同。
关键词 甘蓝型油菜;品质性状;相关分析;通径分析
中图分类号 S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2014)35-12451-04
甘蓝型黄籽油菜与黑(褐)籽油菜相比,种子的含油量普遍较高,而且具有种皮薄、没有色素积累或色素积累很少、种子含油量高且油质好、饼粕蛋白质含量高、纤维素和多酚含量低,饲料利用价值高,在生产上具有较高的经济价值等一系列突出优点,从而成为甘蓝型油菜品质育种的主要目标之一[1-4]。目前,关于甘蓝型黄籽油菜研究主要集中在色素、含油量、蛋白质含量等性状及其与黑籽油菜的差异比较上,迄今已在油菜种皮、种胚的解剖学结构[4-7]和品质分析[2,8-9]方面做了较多工作。胚是油菜种子存储油分和蛋白质的主要器官,也是部分色素合成和储存的部位,油菜胚含多种色素,大多是脂溶性的,可保留在菜籽油中,会严重影响油品质量。加拿大菜籽油分级标准之一就是油脂中叶绿素含量的多少,含量越高,等级越低。至今未有种子色素相关含量与品质相关分析研究报道。该研究通过对不同环境条件下含油量、蛋白质含量与种子色素含量的相关关系分析,明确相关性状间的关联性,为油菜杂交育种和优势组合的选配及品质育种提供理论参考,以提高育种效率。
1 材料与方法
1.1 试验材料
该研究所用材料为重庆中一种业有限公司多年选育的骨干系亲本材料108份,分别于2012~2013年在重庆市九龙坡区含谷试验基地种植,9月25日播种育苗,10月30日移栽至大田,无重复,随机区组设计,每小区3行,每行15株。按常规生产方式进行田间管理。种子收获后自然风干。
1.2 甘蓝型油菜种皮和种胚分离
称约0.5 g种子(约250粒),放入培养皿,用蒸馏水浸泡12 h,剥离种皮和胚,在105 ℃下烘干至恒重,随机选取5~10粒(约0.02 g)种皮和胚用于试验,3次重复。
1.3 甘蓝型油菜种子色素含量测定
分别称取约0.02 g种皮和胚放入离心管,加5% HCl-甲醇溶液5 ml,置80 ℃水浴中加热提取1 h(提取过程中适当补充挥发的溶剂),提取液10 000 r/min离心6 min,然后在残渣中加入提取液后重复提取至无色,最后合并上清液,定容至10 ml,分别以波长600、530、325和280 nm测定提取液的吸光值。以△530-600 nm = 0.1作为花色素苷单位来计算花色素的含量(anthocyanidin content,AC),以A325nm /g干重表示类黄酮的含量(favoid content,FC)[10]。以没食子酸作标准曲线(浓度范围10~100 g)计算总酚的含量(total phenol content,TPC)[11]。在上述残渣中继续加入2 ml 2% NaOH溶液,80 ℃的水浴提取,测定提取液在290 nm处的吸光度。以A290nm/g干重表示黑色素含量(melanin content,MC)[12]。
1.4 种子含油量和蛋白质含量测定 油菜种子含油量采用索氏抽提法测定,蛋白质含量采用半微量凯氏定氮法测定[13]。
1.5 性状统计分析 考察种子性状指标值包括8个,分别为种胚中花色素含量、类黄酮含量、总酚含量和黑色素含量,种皮中花色素含量、类黄酮含量、总酚含量和黑色素含量,分别以x1、x2…x8表示。测定的2个品质性状含油量和蛋白质含量分别用y1、y2表示。用 SPSS13.0 来计算各性状的相关系数和通径系数等。
2 结果与分析
2.1 甘蓝型油菜种子各个性状的相关性分析
通过对各个性状的相关性分析表明,种子含油量与蛋白质含量(图1)、
种皮色素含量和种胚的花色素含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著负相关,与类黄酮含量相关性不显著(图2)。蛋白质含量和种皮色素含量存在极显著负相关,与种胚花色素
含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著正相关,与类黄酮含量存在极显著负相关(图3)。在种胚中,花色素含量与总
酚含量和黑色素含量存在极显著正相关,与类黄酮含量相关性不显著,但与种皮色素相关性不显著;类黄酮含量与黑色素含量均存在极显著负相关,类黄酮含量和总酚含量存在显著性正相关,与种皮中类黄酮含量和总酚含量存在显著性相关;总酚含量与黑色素含量相关性不显著,且与黑色素含量同种皮中色素含量相关性不显著。在种皮中,各色素含量均为极显著正相关关系。
2.2 甘蓝型油菜种子各性状通径分析
通径分析表明(表1),种胚花色素含量和类黄酮含量与种子含油量的直接通径系数值较大,说明这2个性状对种子含油量的贡献较大;种皮类黄酮含量和总酚含量与含油量的直接通径系数为较小的正值,说明它们对含油量的贡献较小,但为正效应,另外种皮色素含量通过蛋白质含量对种子含油量还存在有一定的间接作用;蛋白质含量、种胚总酚含量和黑色素含量及种皮花色素含量和黑色素含量与种子含油量的直接通径系数为负值,说明它们对种子含油量的贡献为负效应。表2表明种胚总酚含量和黑色素含量与种子蛋白质含量的直接通径系数为较大的正值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献较大,其余因子对种子蛋白质含量的直接通径系数为负值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献为负效应;另外种皮花色素含量通过种皮类黄酮含量对种子蛋白质含量有一定的间接作用,其间接通径系数为0.226 7,说明种皮花色素含量通过对种皮类黄酮含量的影响对种子蛋白质含量有较大的间接作用。 3 结论与讨论
目前,甘蓝型黄籽油菜品种的选育及提高油菜籽产量、种子含油量和改进油菜品质成为油菜育种家的首要目标。经过长期的籽粒颜色、品质和丰产性的人工选择及自然选择,在高强度的选择压力下,形成了甘蓝型黄籽油菜丰富而宝贵的遗传资源,在遗传来源、含油量、蛋白质含量、种皮颜色、色素组成及其含量等方面具有丰富的遗传变异[14]。迄今,前人已经在探讨甘蓝型黄籽油菜品质性状的遗传机理方面做了大量的工作,并取得了很大的进展,各国育种家先后育出了一批甘蓝型黄籽油菜材料并进行了一系列遗传研究。但过去的研究都是以甘蓝型黄籽油菜与黑籽的差异为主[15-19],作物品质遗传学家提出菜籽的油脂、蛋白含量呈高度负相关[20-22],对蛋白基本性质[23-24],贮藏蛋白亚基的积累过程和方式[25]等也有相关报道。对油菜种子含油量的遗传研究认为,种子含油量主要受母体基因型控制,父本影响较小,含油量主要由遗传因素决定,控制含油量的基因具有加性和显性作用,同时也受环境因素的影响,并存在基因型与环境的互作[1,26-31];也有研究认为在F1代,种子含油量主要受母体和种胚基因型共同影响[32]。关于色素成分的研究[9-13]主要集中在对油菜种皮色泽方面。胚为植物发育提供所需的营养物质,种子成熟过程中会积累大量有机化合物,在种皮色素减少后的黄籽油菜加工中,胚色素含量将影响菜籽油和饼粕的质量,因此研究甘蓝型油菜胚色素的遗传机理尤为重要。
该研究通过对甘蓝型油菜种子含油量、蛋白质含量与色素含量进行相关与通径分析表明:含油量与蛋白质含量、种皮色素和胚中花色素含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著负相关,蛋白质含量、种胚总酚含量和种皮黑色素含量与种子含油量的直接通径系数为负值,说明油菜籽的含油量提高在一定程度上受到蛋白质含量和种子中色素积累的影响。研究发现,含油量与蛋白质含量呈极显著负相关,这与前人的研究结果一致,不同的田间环境条件并没有影响含油量与蛋白质含量之间互为消长的关系。另外,蛋白质含量与种皮和胚色素含量均达到极显著正相关或负相关,与黑色素含量存在极显著正相关,说明蛋白质含量可能在合成过程中和油分的合成竞争底物与黄酮类化合物的合成代谢途径密切相关,而与其他途径相关性不明显;胚中色素含量存在不同的相关性,表明种皮和胚色素合成可能受不同遗传体系控制[33],在色素合成代谢途径过程中对底物的竞争性也可能不同。
参考文献
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关键词 甘蓝型油菜;品质性状;相关分析;通径分析
中图分类号 S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2014)35-12451-04
甘蓝型黄籽油菜与黑(褐)籽油菜相比,种子的含油量普遍较高,而且具有种皮薄、没有色素积累或色素积累很少、种子含油量高且油质好、饼粕蛋白质含量高、纤维素和多酚含量低,饲料利用价值高,在生产上具有较高的经济价值等一系列突出优点,从而成为甘蓝型油菜品质育种的主要目标之一[1-4]。目前,关于甘蓝型黄籽油菜研究主要集中在色素、含油量、蛋白质含量等性状及其与黑籽油菜的差异比较上,迄今已在油菜种皮、种胚的解剖学结构[4-7]和品质分析[2,8-9]方面做了较多工作。胚是油菜种子存储油分和蛋白质的主要器官,也是部分色素合成和储存的部位,油菜胚含多种色素,大多是脂溶性的,可保留在菜籽油中,会严重影响油品质量。加拿大菜籽油分级标准之一就是油脂中叶绿素含量的多少,含量越高,等级越低。至今未有种子色素相关含量与品质相关分析研究报道。该研究通过对不同环境条件下含油量、蛋白质含量与种子色素含量的相关关系分析,明确相关性状间的关联性,为油菜杂交育种和优势组合的选配及品质育种提供理论参考,以提高育种效率。
1 材料与方法
1.1 试验材料
该研究所用材料为重庆中一种业有限公司多年选育的骨干系亲本材料108份,分别于2012~2013年在重庆市九龙坡区含谷试验基地种植,9月25日播种育苗,10月30日移栽至大田,无重复,随机区组设计,每小区3行,每行15株。按常规生产方式进行田间管理。种子收获后自然风干。
1.2 甘蓝型油菜种皮和种胚分离
称约0.5 g种子(约250粒),放入培养皿,用蒸馏水浸泡12 h,剥离种皮和胚,在105 ℃下烘干至恒重,随机选取5~10粒(约0.02 g)种皮和胚用于试验,3次重复。
1.3 甘蓝型油菜种子色素含量测定
分别称取约0.02 g种皮和胚放入离心管,加5% HCl-甲醇溶液5 ml,置80 ℃水浴中加热提取1 h(提取过程中适当补充挥发的溶剂),提取液10 000 r/min离心6 min,然后在残渣中加入提取液后重复提取至无色,最后合并上清液,定容至10 ml,分别以波长600、530、325和280 nm测定提取液的吸光值。以△530-600 nm = 0.1作为花色素苷单位来计算花色素的含量(anthocyanidin content,AC),以A325nm /g干重表示类黄酮的含量(favoid content,FC)[10]。以没食子酸作标准曲线(浓度范围10~100 g)计算总酚的含量(total phenol content,TPC)[11]。在上述残渣中继续加入2 ml 2% NaOH溶液,80 ℃的水浴提取,测定提取液在290 nm处的吸光度。以A290nm/g干重表示黑色素含量(melanin content,MC)[12]。
1.4 种子含油量和蛋白质含量测定 油菜种子含油量采用索氏抽提法测定,蛋白质含量采用半微量凯氏定氮法测定[13]。
1.5 性状统计分析 考察种子性状指标值包括8个,分别为种胚中花色素含量、类黄酮含量、总酚含量和黑色素含量,种皮中花色素含量、类黄酮含量、总酚含量和黑色素含量,分别以x1、x2…x8表示。测定的2个品质性状含油量和蛋白质含量分别用y1、y2表示。用 SPSS13.0 来计算各性状的相关系数和通径系数等。
2 结果与分析
2.1 甘蓝型油菜种子各个性状的相关性分析
通过对各个性状的相关性分析表明,种子含油量与蛋白质含量(图1)、
种皮色素含量和种胚的花色素含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著负相关,与类黄酮含量相关性不显著(图2)。蛋白质含量和种皮色素含量存在极显著负相关,与种胚花色素
含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著正相关,与类黄酮含量存在极显著负相关(图3)。在种胚中,花色素含量与总
酚含量和黑色素含量存在极显著正相关,与类黄酮含量相关性不显著,但与种皮色素相关性不显著;类黄酮含量与黑色素含量均存在极显著负相关,类黄酮含量和总酚含量存在显著性正相关,与种皮中类黄酮含量和总酚含量存在显著性相关;总酚含量与黑色素含量相关性不显著,且与黑色素含量同种皮中色素含量相关性不显著。在种皮中,各色素含量均为极显著正相关关系。
2.2 甘蓝型油菜种子各性状通径分析
通径分析表明(表1),种胚花色素含量和类黄酮含量与种子含油量的直接通径系数值较大,说明这2个性状对种子含油量的贡献较大;种皮类黄酮含量和总酚含量与含油量的直接通径系数为较小的正值,说明它们对含油量的贡献较小,但为正效应,另外种皮色素含量通过蛋白质含量对种子含油量还存在有一定的间接作用;蛋白质含量、种胚总酚含量和黑色素含量及种皮花色素含量和黑色素含量与种子含油量的直接通径系数为负值,说明它们对种子含油量的贡献为负效应。表2表明种胚总酚含量和黑色素含量与种子蛋白质含量的直接通径系数为较大的正值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献较大,其余因子对种子蛋白质含量的直接通径系数为负值,说明它们对种子蛋白质含量的贡献为负效应;另外种皮花色素含量通过种皮类黄酮含量对种子蛋白质含量有一定的间接作用,其间接通径系数为0.226 7,说明种皮花色素含量通过对种皮类黄酮含量的影响对种子蛋白质含量有较大的间接作用。 3 结论与讨论
目前,甘蓝型黄籽油菜品种的选育及提高油菜籽产量、种子含油量和改进油菜品质成为油菜育种家的首要目标。经过长期的籽粒颜色、品质和丰产性的人工选择及自然选择,在高强度的选择压力下,形成了甘蓝型黄籽油菜丰富而宝贵的遗传资源,在遗传来源、含油量、蛋白质含量、种皮颜色、色素组成及其含量等方面具有丰富的遗传变异[14]。迄今,前人已经在探讨甘蓝型黄籽油菜品质性状的遗传机理方面做了大量的工作,并取得了很大的进展,各国育种家先后育出了一批甘蓝型黄籽油菜材料并进行了一系列遗传研究。但过去的研究都是以甘蓝型黄籽油菜与黑籽的差异为主[15-19],作物品质遗传学家提出菜籽的油脂、蛋白含量呈高度负相关[20-22],对蛋白基本性质[23-24],贮藏蛋白亚基的积累过程和方式[25]等也有相关报道。对油菜种子含油量的遗传研究认为,种子含油量主要受母体基因型控制,父本影响较小,含油量主要由遗传因素决定,控制含油量的基因具有加性和显性作用,同时也受环境因素的影响,并存在基因型与环境的互作[1,26-31];也有研究认为在F1代,种子含油量主要受母体和种胚基因型共同影响[32]。关于色素成分的研究[9-13]主要集中在对油菜种皮色泽方面。胚为植物发育提供所需的营养物质,种子成熟过程中会积累大量有机化合物,在种皮色素减少后的黄籽油菜加工中,胚色素含量将影响菜籽油和饼粕的质量,因此研究甘蓝型油菜胚色素的遗传机理尤为重要。
该研究通过对甘蓝型油菜种子含油量、蛋白质含量与色素含量进行相关与通径分析表明:含油量与蛋白质含量、种皮色素和胚中花色素含量、总酚含量和黑色素含量存在极显著负相关,蛋白质含量、种胚总酚含量和种皮黑色素含量与种子含油量的直接通径系数为负值,说明油菜籽的含油量提高在一定程度上受到蛋白质含量和种子中色素积累的影响。研究发现,含油量与蛋白质含量呈极显著负相关,这与前人的研究结果一致,不同的田间环境条件并没有影响含油量与蛋白质含量之间互为消长的关系。另外,蛋白质含量与种皮和胚色素含量均达到极显著正相关或负相关,与黑色素含量存在极显著正相关,说明蛋白质含量可能在合成过程中和油分的合成竞争底物与黄酮类化合物的合成代谢途径密切相关,而与其他途径相关性不明显;胚中色素含量存在不同的相关性,表明种皮和胚色素合成可能受不同遗传体系控制[33],在色素合成代谢途径过程中对底物的竞争性也可能不同。
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