泡核桃無性系油脂脂肪酸組成和營養成分的比較分析

朱 艷, 王久亮, 王 芳, 安文娜, 糜加軒, 萬雪琴, 楊漢波

(長江上游林業生態工程四川省重點實驗室;長江上游森林資源保育與生態安全國家林業和草原局重點實驗室;四川農業大學生態林業研究所,成都 611130)

核桃(Juglansspp.)為胡桃科(Juglandaceae)胡桃屬(Juglans)物種,與扁桃、板栗、腰果合稱為世界四大干果[1]。核桃仁的粗脂肪質量分數在60%以上,是我國最重要的木本油料樹種之一,其油脂富含脂肪酸、黃酮、多酚、礦質元素等營養成分,具有較高的營養、保健功能[1,2]。核桃油中不飽和脂肪酸質量分數在90%以上[3]。核桃油脂肪酸主要包含亞油酸(C18∶2)、油酸(C18∶1)、亞麻酸(C18∶3)、棕櫚酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶3),是選育核桃良種的重要指標[4,5]。已有研究表明,基因型的差異對植物油脂脂肪酸組成和營養成分含量有顯著影響[6,7]。例如,山核桃(Caryacathayensis)脂肪酸成分相對含量在無性系間存在差異,其中棕櫚烯酸和花生烯酸相對含量在無性系間表現出中等變異[8]。高州油茶(Camelliagauchowensis)種仁脂肪酸及微量營養成分在無性系間均表現出顯著差異[9]。常君等[10]研究發現,薄殼山核桃(Caryaillinoensis)種仁油脂主要由棕櫚酸、硬脂酸、油酸等組成,這些脂肪酸組分的質量分數在品種間表現出差異,有統計學意義,并以此為基礎初選出9個油用型品種。因此,根據經濟性狀基因型差異開展無性系選育及改良工作,具有很大的潛力獲得高遺傳增益。各經濟林樹種如油茶、板栗和核桃等都已篩選出一批遺傳增益達30%以上的無性系種質資源,成為這些樹種良種化的支柱品種[11]。

我國核桃資源分布廣泛,在山東、四川、新疆等地均有分布,核桃產業是山區經濟發展、增加農民收入和促進鄉村振興的重要支柱產業[12]。現有研究多集中于常規的核桃堅果形態、干果營養成分等方面,鮮少有核桃不同基因型間油脂脂肪酸組成和營養成分的比較研究報道[13,14]。當前核桃產業形式嚴峻,市場競爭壓力大,常規產品價格持續走低,核桃油作為核桃產業的戰略性產品,脂肪酸組分和營養成分與核桃油品質及選育利用方向密切相關。因此,以11個泡核桃(Juglanssigillata)無性系為研究對象,對其油脂的脂肪酸組成、生物活性物質和礦質元素含量進行比較分析,以期為油用型核桃良種選育、雜交親本選配和核桃油加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選取的11個泡核桃(Juglanssigillata)(C64、C65、C71、C72、C86、C91、C92、C100、C199、C301和C001)均為2010年在四川省馬邊縣評選出的高抗病性優良無性系,并于當年采集穗條嫁接種植于崇州基地(E 103°07′～103°49′,N 30°30′～30°53′),株行距4 m×5 m,單因素隨機區組設計,每個無性系3個重復。2020年9月,每個無性系單株按東南西北4個方位共采摘30個成熟鮮果,按單株分裝,帶回實驗室立即去青皮,45 ℃烘干備用,用于提取核桃油脂。

1.2 實驗與方法

粗脂肪采用索氏提取法進行提取、測定[15]。

脂肪酸組分參照GB 5009.168—2016的方法,利用GC8890氣相色譜儀,以外標法測定脂肪酸各組分含量,氣相色譜條件：極性色譜柱(100.00 m×0.25 mm×0.20 μm),分流比100∶1,進樣量1.0 μL。升溫程序：130 ℃,持續時間5 min;4 ℃/min升溫至240 ℃,保持時間20 min。氫火焰：溫度280 ℃,氫氣40 mL/min,空氣400 mL/min,尾吹氣25 mL/min。

黃酮含量采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法進行測定[16]。多酚含量采用福林試劑法進行測定[17]。礦質元素參照GB/T 5009.90—2003,采用火焰分光光度法進行測定方法[18]。

1.3 數據分析

使用R進行單因素方差分析和Duncan多重比較(P<0.05),比較分析脂肪酸和營養成分在無性系間的差異,ggplot 2包作圖,并估算遺傳變異系數(Ccvg)和表型變異系數(Ccvp)。

利用ASReml-R多性狀模型估算性狀間的遺傳相關系數(rG)和表型相關系數(rP)。

式中：COVGt1,t2為兩性狀的遺傳協方差;VGt1、VGt2為兩性狀的遺傳方差;COVPt1,t2為兩性狀的表型協方差;VPt1、VPt2為兩性狀的表型方差。

ASReml-R估算各性狀遺傳力、育種值(BLUP)。根據各性狀遺傳和表型相關系數選擇計算綜合育種值的指標,將選擇性狀指標BLUP值標準化,再根據性狀的重要程度賦予權重值,最后計算各無性系綜合BLUP值,根據排序評選優良無性系。

2 結果與分析

2.1 脂肪酸組分和含量差異比較

由圖1、圖2可見,11個泡核桃油脂組分主要為不飽和脂肪酸,各組分相對質量分數在56.38%～91.66%之間。油脂組分中僅飽和脂肪酸相對質量分數在無性系存在顯著差異,不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸相對質量分數在無性系間雖然存在明顯差異,但差異均不顯著。其中,86號無性系油脂中飽和脂肪酸相對質量分數最低,為10.61%,顯著低于其他10個無性系;199號無性系不飽和脂肪酸相對質量分數最低,均明顯低于其他10個無性系。11個無性系核桃油中共檢測到7種脂肪酸,含量較高的主要為亞油酸、油酸和亞麻酸,均為不飽和脂肪酸,其平均相對質量分數分別為56.84%、17.51%和8.83%。棕櫚油酸、花生酸、硬脂酸和棕櫚酸相對質量分數在無性系間存在顯著差異,亞麻酸、亞油酸和油酸相對質量分數在無性系間差異明顯,但不顯著。不飽和脂肪酸中,油酸、亞麻酸和亞油酸相對質量分數最高的為C72、C65和C301號無性系,分別為最低無性系的1.8、1.3和1.3倍;C86號無性系棕櫚油酸相對質量分數為0.55%,顯著低于其他10個無性系。飽和脂肪酸中,C86號無性系花生酸、硬脂酸和棕櫚酸含量最低,分別為2.32%、3.77%、4.53%,其中硬脂酸和棕櫚油酸相對質量分數顯著低于其他10個無性系;花生酸相對質量分數僅最高值(C71)的63.22%。

注：圖中不同字母表示差異顯著(α=0.05)。余同。圖1 11個泡核桃無性系飽和脂肪酸相對質量分數

圖2 11個泡核桃無性系油脂脂肪酸相對質量分數

2.2 不同無性系生物活性物質含量比較分析

由圖3可知,黃酮和多酚含量在無性系間差異顯著(P<0.05)。C301和C001號無性系黃酮質量分數最高,分別為6.91、6.31 mg/100 g,顯著高于其他9個無性系。多酚質量分數在0.73 mg/100 g(C86)～1.27 mg/100 g(C001)之間,C001、C91和C301號無性系多酚含量顯著高于其他8個無性系。

圖3 不同無性系核桃油脂抗氧化物質含量

2.3 不同無性系礦質元素含量比較分析

泡核桃油脂中錳和鐵元素含量在無性系間差異顯著,錳、鐵元素含量最高的無性系分別為C64和C100號無性系,其質量濃度分別為331.00 μg/L和866.72 μg/L,均顯著高于其他無性系(圖4)。鋅、銅元素含量在無性系間差異明顯,但不顯著。C001號無性系鋅元素含量明顯高于其他無性系,為最低值C71號無性系的2.6倍。C86號無性系銅元素質量濃度最高,為104.06 μg/L,為最低值C100號無性系的1.5倍。

圖4 不同無性系核桃油脂礦質元素含量

2.4 遺傳參數估算

11個參試無性系油脂性狀遺傳力在0.20(亞麻酸)～0.94(硬脂酸)之間,除亞麻酸外,其他性狀的遺傳力均在0.50以上,表明泡核桃油脂性狀受中等以上的遺傳控制(表1)。各性狀遺傳變異系數和表型變異系數分別在0.10(亞油酸)～0.83(錳元素)和0.05(硬脂酸)～0.51(鋅元素)之間。其中,油酸、多酚、鋅元素、錳元素和鐵元素遺傳變異系數和表型變異系數均在0.20以上,表明開展無性系選育具有較高的選擇潛力,有望獲得較高的遺傳增益。各油脂性狀的遺傳相關系數和表型相關系數分別在-0.990～0.985和-0.389～0.812之間。其中,硬脂酸相對質量分數與棕櫚油酸、花生酸和棕櫚酸,多酚含量與黃酮遺傳和表型相關系數均在0.500以上,且達到顯著水平。銅元素含量與花生酸相對質量分數間存在顯著負相關;鋅元素與銅元素、油酸相對質量分數間存在顯著的正遺傳相關,而表型相關系數較低。

表1 核桃油油脂性狀遺傳參數

2.5 基于綜合育種值的優良無性系評選

在性狀遺傳相關和表型相關分析的基礎上,選擇硬脂酸、棕櫚酸、亞麻酸、亞油酸、油酸5個脂肪酸組分指標計算綜合育種值(BLUP),進行泡核桃油脂脂肪酸組分評價。另以多酚和4個礦質元素(鐵、錳、銅和鋅)含量指標計算綜合BLUP值,進行油脂微量營養成分評價。由表2可知,基于脂肪酸組分綜合BLUP值,11個泡核桃無性系油脂綜合排序為C86>C72>C65>C100>C001>C301>C199>C92>C91>C64>C71,其中C86、C72和C65無性系油脂不飽和脂肪酸相對質量分數較高,脂肪酸品質較高,可作為高脂肪酸品質油用無性系培育。基于生物活性物質和礦質元素等營養成分綜合BLUP值,11個泡核桃無性系油脂綜合排序為C001>C72>C301>C91>C199>C65>C100>C64>C86>C92>71,其中C001、C72和C301油脂多酚等生物活性物質和礦質元素含量較高,可作為高品質微量營養油用無性系培育。

表2 11個參試無性系綜合育種值排名

3 討論

油脂脂肪酸和營養成分含量是衡量核桃油品質和營養價值的重要指標,也是油用型核桃品種選擇的重要依據。與已有文獻報道類似結果[5, 19-24],本研究在11個泡核桃無性系油脂中檢測到7種脂肪酸,主要以油酸、亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸為主。但在脂肪酸組成上仍存在一定的差異。例如,楊珺杰等[19]、Gao等[5]在涼山州德昌縣核桃、核桃和泡核桃油脂中共檢測出11種脂肪酸。鄭悅雯等[22]在山西地區10個品種核桃油脂中檢測到8種脂肪酸。楊歆萌等[21]、周張濤等[23]、仲雪娜等[24]在鐵核桃、薄皮核桃和新疆核桃油脂中僅檢測出6種脂肪酸。種、品種和基因型等遺傳背景和栽培環境的不同是造成這種差異的主要原因。不飽和脂肪酸是抵御身體疾病所必需的營養成分[25]。其中亞麻酸在人體內能夠合成、代謝,轉化為人體必需的生命活性因子DHA和EPA,是核桃油健康營養的重要指標[24]。本研究中泡核桃油脂亞麻酸的相對質量分數(7.89%～10.03%)明顯高于涼山州德昌縣核桃(4.42%～6.44%)[19];與云南核桃、泡核桃(6.70%～8.51%)[5],新疆、云南和西藏的鐵核桃(6.82%～12.25%)[21],山西地區核桃油脂中亞麻酸相對質量分數(7.57%～12.40%)[20]基本一致。表明相同栽培區域內核桃油脂亞麻酸含量受遺傳影響較大,泡核桃油脂不飽和脂肪酸中亞麻酸含量高于核桃。栽培環境對核桃油脂亞麻酸含量同樣有顯著影響,新疆4個核桃主產區11個核桃品種油脂的亞麻酸質量分數(9.56%～14.69%)明顯高于本研究的11個泡核桃無性系[24]。已有研究表明,核桃油脂品質受脂肪酸種類和相對質量分數高低的影響,油酸相對質量分數越高,越不易氧化變質,亞油酸、亞麻酸相對質量分數越高,油脂越不穩定,越容易氧化變質[26]。參試11個泡核桃無性系油脂油酸平均相對質量分數僅為17.52%,明顯低于茶油(74%～87%)、橄欖油(65%～85%)和薄殼山核桃油(72.60%～76.35%)[9],表明泡核桃油脂抗氧化能力相對較差。但泡核桃油脂中高相對質量分數的亞油酸和亞麻酸高于當前國際公認的高檔植物油,也屬于健康高級食用油脂,因而,泡核桃可作為優質食用植物油資源予以開發、利用。多酚、黃酮是天然的抗氧化物質,不僅與食物的風味有關(多酚味酸、澀),還與抗氧化、降脂、降糖、增強記憶力、抗腫瘤以及抗菌等生物活性聯系密切,具有很高的潛在應用價值[27]。泡核桃油脂中多酚質量分數(7.3～12.7 mg/kg)低于核桃油平均水平(64.6 mg/kg)[5],但高于新疆、云南和西藏產區鐵核桃油多酚質量分數(7.64 mg/kg)[21],表明泡核桃油脂多酚含量低于核桃,栽培區域生態環境對泡核桃油脂多酚含量影響較大。鋅、銅、錳和鐵是核桃中主要的人體必需微量元素,且鋅元素是腦垂體的關鍵組分之一,對高血壓和心血管疾病的治療有促進作用[28]。我國7個主產區核桃必需微量元素含量由高到低為 Mn、Fe、Zn、Cu,其質量分數范圍分別為30.53～56.90、22.65～36.85、16.49～2 383、10.37～18.59 mg/kg[29]。與已有研究結果相比較,除銅元素含量略低,其余無性系的必需微量元素含量均高于普通核桃[29],鐵元素含量高于山核桃[30]。

遺傳是物種進化的基礎,變異是進化的動力,選擇決定進化的方向,性狀變異越大,選擇育種的潛力也就越大[31]。無性系育種在林木遺傳改良中具有很大的潛力和優勢,優良無性系可同時繼承母株的加性效應、顯性和上位作用效應[32]。此項研究是單點實驗,是為實驗林代表區域做良種選擇。泡核桃無性系脂肪酸組分、生物活性物質和礦質元素中,除亞麻酸外,遺傳力均在0.50以上,表明除亞麻酸外的所有性狀受中等程度以上的遺傳調控。各性狀遺傳變異系數在0.10～0.83之間,表明泡核桃無性系油脂性狀具有較大的選擇潛力,進行優良無性系選擇可以取得較好的改良效果。通過各性狀遺傳和表型相關分析,硬脂酸相對質量分數與棕櫚油酸、花生酸和棕櫚酸,多酚含量與黃酮遺傳相關系數和表型相關系數均存在顯著正相關關系,因此,利用硬脂酸、多酚分別代表棕櫚油酸、花生酸、棕櫚酸和黃酮進行優良無性系的選擇具有一定的可行性。此項研究在性狀遺傳和表型相關分析的基礎上,根據綜合育種值(BLUP)分析分別以脂肪酸組分、微量營養元素(生物活性物質與礦質元素)獲得不同無性系的綜合育種值,初步評選出C86、C72和C65無性系脂肪酸品質較高,可作為高脂肪酸品質油用無性系培育;C001、C72和C301油脂多酚等生物活性物質和礦質元素含量較高,可作為高品質微量營養油用無性系培育,為油用型泡核桃無性系選擇提供了參考。

4 結論

泡核桃脂肪酸主要組成為亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸、花生酸、棕櫚油酸和棕櫚酸。生物活性物質黃酮、多酚質量分數分別為1.56～6.91 mg/100 g和0.75～1.27 mg/100 g,礦質元素含量由高到低為鐵>鋅>錳>銅。11個泡核桃油脂品質有明顯差異,具有較高的選擇潛力。硬脂酸相對質量分數與棕櫚油酸、花生酸和棕櫚酸,多酚含量與黃酮遺傳和表型相關系數均在0.500以上,且達到顯著水平。基于脂肪酸組分綜合育種值,C86、C72和C65無性系油脂脂肪酸品質較高,可作為高脂肪酸品質油用無性系培育。基于生物活性物質和礦質元素等營養成分綜合育種值,C001、C72和C301油脂多酚等生物活性物質和礦質元素含量較高,可作為高品質微量營養油用無性系培育。