鷹嘴豆脂肪酸組成及其遺傳多樣性分析

王 威，徐 麟，肖 菁，嚴勇亮，顏國榮，路子峰，張金波

(1.新疆農業科學院 農作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091;2.農業部植物新品種測試(烏魯木齊)分中心，烏魯木齊 830091)

鷹嘴豆(CiceraritinumL.)屬豆科野豌豆族鷹嘴豆屬，起源于亞洲西部和近東地區，是全球種植面積較廣的第二大食用豆類，全球有超過50個國家種植[1]，主要是印度、巴基斯坦、土耳其、澳大利亞等國，其中印度和巴基斯坦是世界上最重要的鷹嘴豆生產國[2]。在中國也有鷹嘴豆的種植，新疆木壘是中國鷹嘴豆種植面積最大地區。

鷹嘴豆營養豐富[3]，在世界上享有“黃金豆”的美稱，鷹嘴豆蛋白在消化吸收、功效比值及生物利用價值遠高于大豆及其他豆類，在國外越來越多的消費者將鷹嘴豆作為功能性食品。鷹嘴豆種子中富含氨基酸、維生素、粗纖維等[4]，還含有豐富的脂肪酸[5-6]，主要包括油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸等，其中亞油酸和亞麻酸是人體代謝不可或缺的必要的多不飽和脂肪酸。鷹嘴豆種子中脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，約占脂肪酸總質量的80%以上。大量研究證實，不飽和脂肪酸，特別是多不飽和脂肪酸在提高機體免疫功能、降低血液膽固醇、降低血栓形成、減少心腦血管疾病發病率等[7-8]方面有積極作用，其生物學功能已成為國際關注和研究的熱點。

多不飽和脂肪酸是一類重要的脂肪酸族營養素，其中α-亞麻酸、亞油酸都是人體中必須的脂肪酸，且是人體自身不能合成，只能從食物中獲取的。多不飽和脂肪酸是廣泛參與細胞代謝和細胞膜脂的構成，與人類健康息息相關，在預防和治療心腦血管疾病、提高機體免疫功能、抵御癌癥、防止老年癡呆等[9-10]方面具有重要的作用，鷹嘴豆在保健功能方面的研究與利用越來越引起關注。鷹嘴豆中含有豐富的不飽和脂肪酸，尤其是多不飽和脂肪酸，但有關鷹嘴豆資源脂肪酸方面的研究罕見報道，本研究以《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南 鷹嘴豆》[11]中的46份鷹嘴豆標準品種為材料，探討分析種子中脂肪酸組成及分布規律，為鷹嘴豆品質育種及資源的開發與高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017-2018年在農業部植物新品種DUS測試(烏魯木齊)分中心進行，供試材料為46份鷹嘴豆資源為《鷹嘴豆新品種特異性、一致性和穩定性測試指南》[11]中的標準品種(表1)，分Desi和Kabuli兩種類型，其中Desi類型15份，Kabuli類型31份。4月底播種，7月中下旬收獲。試驗設置兩個重復，成熟后收獲，自然晾干。

表1 供試鷹嘴豆材料及來源Table 1 Raw matertials and origin for chickpea accessions

供試材料由國家農作物種質資源平臺(新疆子平臺)提供，均為新疆農業科學院農作物品種資源研究所2002年至2015年收集的資源，主要引自國際干旱中心(ICARDA)9份、中農院品資所10份、甘肅定西旱農中心12份、塔吉克斯坦5份、烏茲別克斯坦2份、新疆(阿克蘇、喀什、木壘)等地5份，來源不詳3份。

1.2 脂肪酸測定

鷹嘴豆種子脂肪酸含量測定由農業部農產品質量監督檢測測試中心(烏魯木齊)按照GB/T17377-2008標準進行分析，主要測定油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、花生酸等脂肪酸在鷹嘴豆種子粗脂肪中的質量分數。

1.3 數據統計分析

采用SPSS Statistics 17.0軟件進行統計分析，不同品種間性狀的差異用變異系數表示，遺傳多樣性指數的計算采用Shannon-Weaver信息指數表示，計算公式：H′=-∑PiLnPi，其中Pi為某一性狀第i個級別出現的概率。用DPS軟件進行系統聚類，數據進行標準化轉換，遺傳距離采用歐氏距離，類平均法(UPGMA)進行聚類分析，并進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 脂肪酸組成分析

46份鷹嘴豆資源種子中粗脂肪質量分數占種子干質量的3.8%～5.2%左右，其中‘撒瑪爾汗-2’種子中粗脂肪質量分數最高5.2%。測定鷹嘴豆干種子中8類脂肪酸占總脂肪的質量分數，統計分析結果表明，不同品種中棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸占總脂肪質量分數的差異不顯著，油酸、亞油酸質量分數差異較大(表2)，脂肪酸質量分數遺傳多樣性豐富，油酸和亞油酸遺傳多樣性指數高。飽和脂肪酸平均質量分數為 14.19%，變異范圍11.49%～33.36%，其中鷹嘴豆品種‘2009-82’中飽和脂肪酸質量分數高達33.36%，其他品種飽和脂肪酸質量分數在11.49%～ 19.03%之間，品種間差異不顯著。

表2 46份鷹嘴豆種子中各類脂肪酸占總脂肪質量分數的分析Table 2 Contents analysis of fatty acies for 46 accessions of chickpea

不飽和脂肪酸平均質量分數為86.05%，變幅為65.1%～88.51%。單不飽和脂肪酸油酸的平均質量分數為32.66%，變化范圍為 17.08%～45.0%，品種間差異顯著，其中‘引K137’油酸質量分數高達45.0%。多不飽和脂肪酸包括亞油酸、亞麻酸等，其中亞油酸平均質量分數 51.15%，變化范圍為40.27%～63.17%，遺傳多樣性指數H′為1.894 8，‘2009-132’亞油酸質量分數高達63.17%；亞麻酸平均質量分數 2.25%，變化范圍為1.51%～3.73%，諾胡提亞麻酸質量分數高達3.73%。

2.2 不同類型鷹嘴豆脂肪酸組成分析

鷹嘴豆一般主要分為Desi和Kabuli兩種類型，Desi類型花為紫色，籽粒相對小、種皮厚褶皺且顏色深，Kabuli類型花為白或奶白色，大粒，種皮薄且種子表面光滑。對兩種類型鷹嘴豆干種子中各類脂肪酸占總脂肪的質量分數進行分析(表3)，研究結果表明，Kabuli型鷹嘴豆種子中飽和脂肪酸(棕櫚酸、硬脂酸)、多不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)質量分數均高于Desi型鷹嘴豆，單不飽和脂肪酸(油酸)質量分數低于Desi型鷹嘴豆。Kabuli型鷹嘴豆油酸平均質量分數為31.77%，變幅為17.08%～45%；而Desi型鷹嘴豆油酸平均質量分數為34.35%，變幅為 26.45%～ 39.95%，油酸質量分數平均水平高于Kabuli型鷹嘴豆。Kabuli型鷹嘴豆亞油酸平均質量分數為 51.89%，變幅為40.27%～ 63.17%，而Desi型鷹嘴豆亞油酸平均質量分數為49.82%，變幅為44.68%～58.52%。Kabuli型鷹嘴豆亞麻酸平均質量分數為2.38%，變幅為 1.51%～ 3.73%，而Desi型鷹嘴豆種子中亞麻酸平均質量分數為2.04%，變幅為1.72%～ 3.00%。

表3 兩種類型鷹嘴豆脂肪酸質量分數分析Table 3 Contents analysis of fatty acids for two distinct types

2.3 聚類分析

為明確46份不同來源、不同類型的鷹嘴豆材料之間的遺傳距離，利用DPS7.05數據統計分析軟件，46份材料種子粗脂肪中油酸質量分數平均為32.66%、亞油酸質量分數平均為51.15%，亞麻酸質量分數平均為2.25%，棕櫚酸質量分數平均為10.92%、硬脂酸質量分數平均為2.11%，其中‘2009-82’的油酸 (17.08%)、亞油酸 (45.42%)、棕櫚酸(20.19%)、硬脂酸(12.51%)質量分數與平均水平存在極顯著差異，因此‘2009-82’在聚類過程中單獨一類。

本研究對45份鷹嘴豆材料的5個脂肪酸，在歐氏距離4.66處把45份供試材料分為2大類(圖1，表4)。第Ⅰ類群有13份材料，其中11份為Kabuli類型，2份為Desi類型，油酸平均質量分數為25.01%，變幅為19.27%～30.43%；亞油酸平均質量分數為58.87%，變幅為 53.58%～63.17%；亞麻酸平均質量分數為 3.11%，變幅為2.67%～3.73%；棕櫚酸平均質量分數為 11.21%，變幅為10.24%～ 13.4%；硬脂酸平均質量分數為1.29%，變幅為1.10%～1.55%，2009-132、則丁尼諾胡提、ZIO諾提、新品系4527等材料亞油酸質量分數高達60%以上，可作為鷹嘴豆品質育種的親本。

第Ⅱ類群有32份材料，油酸平均質量分數為36.30%，變幅為29.3%～45.0%；亞油酸平均質量分數為48.13%，變幅為40.27%～55.16%；亞麻酸平均質量分數為1.89%，變幅為1.51%～ 2.28%；棕櫚酸平均質量分數為10.54%，變幅為9.55%～11.26%；硬脂酸平均質量分數為 2.23%，變幅為1.30%～ 6.84%。

2.4 相關性分析

對鷹嘴豆種子粗脂肪中的5種脂肪酸進行相關性分析(表5)表明，油酸質量分數與亞油酸、亞麻酸質量分數呈極顯著負相關(r= -0.960 7**，-0.866 1**)，鷹嘴豆干種子中油酸質量分數越高，亞油酸、亞麻酸質量分數相對越低；亞油酸質量分數和亞麻酸質量分數呈極顯著正相關(r= 0.884 9**)，亞油酸和亞麻酸質量分數整體變化的趨勢基本相同。硬脂酸質量分數與亞油酸、亞麻酸質量分數，棕櫚酸質量分數與硬脂酸質量分數均呈顯著負相關；棕櫚酸質量分數與亞油酸、亞麻酸質量分數呈著正相關。

3 討論與結論

前人研究表明，鷹嘴豆種子中碳水化合物、膳食纖維、粗脂肪占種子干質量的80%以上，其中脂肪質量分數占2.7%～6.48%[12-13]。不同類型鷹嘴豆種子中，粗脂肪質量分數也有很大差異，Wood等[14]研究Desi和Kabuli兩種類型干種子中脂肪質量分數分別為2.90%～7.42%、 3.40%～8.83%，Kabuli類型中脂肪質量分數高于Desi類型，與本研究結果一致。

鷹嘴豆相對于大豆、花生等油用作物來說，種子中脂肪質量分數相對較低(3.8%～10%)[5，15]，但卻是優質脂肪酸的一個有效來源，尤其是多不飽和脂肪酸。不同鷹嘴豆品種種子中脂肪酸種類、質量分數存在較大差異，不同鷹嘴豆類型之間種子中脂肪酸質量分數也有明顯差異。在46份鷹嘴豆標準品種中，飽和脂肪酸主要包括肉豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、花生酸，其中棕櫚酸質量分數最高，平均為10.93%，肉豆蔻酸在44%的鷹嘴豆材料中檢測不到，棕櫚油酸在 26.7%的材料中檢測不到。鷹嘴豆種子中不飽和脂肪酸質量分數較高，平均占總脂肪酸質量分數86.0%左右，主要包括油酸、亞油酸、亞麻酸，其中油酸、亞油酸質量分數較高，平均質量分數分別為 32.66%、51.15%，與Jukanti等[1]的研究結果 (32.6%、51.2%)基本一致，遠高于其他豆類。楊亞琴等[16]對鷹嘴豆、豌豆、蠶豆、綠豆、赤豆、黑豆和黃豆7種食用豆種子脂肪酸質量分數的研究結果顯示，鷹嘴豆中總不飽和脂肪酸質量分數 86.55%，與本研究結果一致，綠豆和赤豆種子中不飽和脂肪酸占總脂肪的質量分數較低，分別為61.82%、69.28%，豌豆中為 84.66%，蠶豆中為82.25%，黑豆中為84.47%，黃豆中為84.01%。本研究中‘引K137’‘撒馬爾汗-1’‘引K139’等材料，種子中油酸質量分數高達40%以上，‘則丁尼諾胡提’‘ZIO諾提’‘新品系4527’等材料種子中亞油酸質量分數高達60%以上，既可以作為食用鷹嘴豆品種的首選，也可以作為品質育種的親本材料。

圖1 45份鷹嘴豆資源聚類圖Fig.1 Dendrogam of 45 chickpea germplasm resources

表4 45份鷹嘴豆資源各類群特征分析Table 4 Analysis of 2 groups for 45 chickpea germplasm resources

表5 鷹嘴豆5種脂肪酸相關性分析Table 5 Correlation analysis of 5 faccty acids in chickpeas

注：左下角是相關系數r，右上角是P值；“**”表示極顯著相關(P<0.01)，“*”顯著相關(P<0.05)。

Note:Lower triangle isr，upper triangle isp;“**” highly significant correlation(P<0.01)，“*” significant correlation(P<0.05).