丁熙檸，史 田，楊林菲，楊 輝，王凱軒，郭香鳳，史國安

(1.河南科技大學 洛陽市牡丹生物學重點實驗室/牡丹種質(zhì)創(chuàng)新與精深加工河南省工程實驗室，河南 洛陽 471023； 2.洛陽市氣象局，河南 洛陽471023；3.洛陽市農(nóng)產(chǎn)品安全檢測中心，河南 洛陽 471023)

牡丹(Paeoniasuffruticosa)是芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(Paeonia)植物，為中國特有的木本名貴植物資源，素有“花中之王”的美譽。牡丹在我國已經(jīng)有2 000多年的栽培歷史，經(jīng)歷了觀賞、藥用和綜合利用3個發(fā)展階段[1]，特別是近年來對牡丹籽油品質(zhì)的深入認識，有效地推動了油用牡丹產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展[2]。油用牡丹是適應范圍廣、產(chǎn)量高、油質(zhì)優(yōu)的栽培牡丹類型，已經(jīng)被國家納入新木本油料作物發(fā)展戰(zhàn)略，具有適合我國大面積推廣又不與糧爭地的獨特優(yōu)勢[3]，對改善國民食用油結(jié)構(gòu)和品質(zhì)、滿足人民對功能油脂的需求具有重要的戰(zhàn)略意義。前人對油用牡丹的育苗、引種、栽培技術(shù)、籽油制取、油脂品質(zhì)進行了一些總結(jié)和研究[4-13]。但開展不同海拔高度油用牡丹籽油品質(zhì)與生態(tài)環(huán)境因子關(guān)系的研究甚少[14]，油用牡丹與種植地海拔高度之間依存關(guān)系的研究亟待加強。

洛陽地處黃河中游、河南省的西部，屬于秦嶺伏牛山系東段北坡，習慣稱為豫西山地丘陵區(qū)過渡地帶[15]。洛陽及其周邊地區(qū)是野生牡丹的重要發(fā)源地，是一個重要而特殊的牡丹栽植區(qū)[16]，海拔100～1 200 m 均有牡丹種植。該地區(qū)是我國油用牡丹的最適宜栽植地區(qū)，栽植的油用牡丹以鳳丹為主[1]。韓雪源等[17]測定了來自山東聊城、安徽銅陵、河南洛陽和陜西彬縣等地的鳳丹籽油中主要脂肪酸含量，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的牡丹籽油之間存在較大差異，認為牡丹籽油可能具有道地性。通常認為隨著海拔高度的增加，光照強度增加，有利于提高果實的含油率[18]。以鳳丹牡丹為材料，研究洛陽地區(qū)不同海拔高度油用牡丹籽粒品質(zhì)與生態(tài)因子的相關(guān)性，分析環(huán)境因素對油用牡丹籽粒品質(zhì)的調(diào)控效應，以期探討洛陽丘陵山區(qū)退耕還林時推廣油用牡丹種植的可行性，為油用牡丹栽培區(qū)劃和提高牡丹籽油質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地安排

試驗樣地于2012年布置，按照洛陽市不同海拔高度不同土壤類型進行確定，分別是伊濱區(qū)東大郊村(編號1，下同)、伊濱區(qū)窯溝村(2)、偃師市保莊村(3)、偃師市常村(4)、孟津縣平樂村(5)、洛龍區(qū)呂廟村(6)、高新區(qū)土橋村(7)、河南科技大學周山校區(qū)(8)、新安縣西溝村(9)、嵩縣上川村(10)、嵩縣車村(11)、洛寧縣羅嶺村(12)、欒川縣白土村(13)。栽植3年生油用牡丹鳳丹種子實生苗，苗根莖0.8～1.2 cm，栽植基本密度37 500～45 000株/hm2，行距75 cm，株距30～36 cm，平原區(qū)按高密度栽植，山區(qū)按低密度栽植，田間管理同一般大田。2015年記錄各試驗點牡丹開花期和牡丹莢果成熟期，果莢采收后經(jīng)過自然晾曬、脫粒、通風干燥備用，用于相關(guān)指標的測定。

1.2 地理位置與氣象數(shù)據(jù)測定

用GPS確定試驗樣點地理位置和海拔高度。2015年各點降雨量氣象資料由洛陽市氣象局設立的氣象觀測站提供。年均溫、無霜期和日照時數(shù)為2011—2015年平均值。

1.3 牡丹籽粒性狀和理化指標測定

1.3.1 容重、百粒質(zhì)量和籽粒出仁率 牡丹籽粒自然風干后，用容重計測量容重。隨機取自然風干的牡丹籽粒各100粒，稱其質(zhì)量。手工脫殼后，再稱種仁質(zhì)量。每試驗點牡丹籽粒樣品測量重復3次，樣品用百分之一電子天平稱量，分別統(tǒng)計籽粒百粒質(zhì)量和出仁率。

1.3.2 牡丹籽粒種仁營養(yǎng)物質(zhì)含量 將種仁粉碎后過篩(孔徑0.3 mm)，保存于-4 ℃冰箱中備用。采用索氏抽提法測定種仁粗脂肪含量，采用半微量凱氏定氮法測定種仁蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 牡丹籽粒種仁油脂肪酸組分與相對含量 參照戚軍超等[19]的方法，采用GC-MS測定種仁油脂肪酸組分與相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油用牡丹種植樣地基本概況

如表1所示，試驗地海拔高度最低的是東大郊村(100 m)，最高為白土村(1 010 m)；東大郊村年均溫最高(16.1 ℃)，白土村最低(10.8 ℃)；年降雨量最多的是呂廟村(736.8 mm)，羅嶺村(647.7 mm)、車村(614.3 mm)、白土村(606.3 mm)次之，東大郊村(432.3 mm)和保莊村(432.3 mm)年降雨量最少。除樣地呂廟村外，其他樣地的年降雨量基本隨海拔高度的升高而增加；當年無霜期最長的為上川村和車村(231 d)，最短為白土村(197 d)，無霜期隨年均溫的增加而增加；低海拔的平樂村、呂廟村、土橋村和河南科技大學周山校區(qū)日照時數(shù)最長(2 151.3 h)，羅嶺村日照時數(shù)最短(2 005.5 h)，總體上差異不大。試驗地的土壤類型多為砂質(zhì)土或黏質(zhì)土，pH值呈堿性，丘陵山區(qū)試驗地多為無灌溉條件。

表1 洛陽地區(qū)不同海拔油用牡丹試驗樣地的地理環(huán)境條件Tab.1 The geographical and environmental conditions of oil tree peony test sites at different altitudes in Luoyang regions

2.2 不同海拔樣地油用牡丹籽粒性狀差異

由表2可知，海拔高度對鳳丹籽粒性狀影響的大小依次為百粒質(zhì)量、種仁蛋白質(zhì)含量、籽粒容重、種仁粗脂肪含量和出仁率。隨著海拔高度升高，灌漿期延長，平原的保莊村和平樂村灌漿期最短，為110 d，高山的白土村最長，為121 d。在有灌溉條件的低海拔試驗地，東大郊村的牡丹籽粒百粒質(zhì)量和籽粒容重最大，分別為27.55 g和681.1 g/L，河南科技大學周山校區(qū)的牡丹籽粒容重最小(648.4 g/L)。在無灌溉條件下，中高海拔樣地的羅嶺村牡丹籽粒百粒質(zhì)量最大，為30.30 g，車村次之，為29.27 g，低海拔的土橋村牡丹籽粒百粒質(zhì)量最小，為19.39 g；西溝村牡丹籽粒容重最大，為690.6 g/L，車村最小，為572.4 g/L。各試驗地間，牡丹籽粒種仁蛋白質(zhì)含量基本隨海拔的升高而降低，常村最高，為18.32%，上川村最低，為13.14%； 而不同樣地間， 牡丹籽粒的粗脂肪含量隨海拔的升高而增加，上川村最高，為38.19%，常村最低，為32.86%。不同樣地間牡丹籽粒出仁率差別不明顯，變異系數(shù)最低，為2.72%。在無灌溉條件下，隨著海拔高度升高，牡丹籽粒的百粒質(zhì)量呈增大趨勢，即海拔高度影響到牡丹籽粒的大小和飽滿度。說明海拔高度差異主要影響鳳丹的籽粒百粒質(zhì)量。

表2 洛陽地區(qū)不同海拔試驗樣地的油用牡丹籽粒性狀Tab.2 The grain characters of oil tree peony in different altitude test sites in Luoyang regions

注：-為數(shù)據(jù)缺失。

Note:“-” is missing data.

2.3 不同海拔樣地油用牡丹籽粒的種仁脂肪酸組分與相對含量差異

由表3可知，洛陽地區(qū)不同海拔試驗樣地油用牡丹籽粒種仁油脂中共檢測出10種脂肪酸組分，脂肪酸相對含量大于1%的依次為亞麻酸、亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸。其中飽和脂肪酸相對含量較低，不飽和脂肪酸相對含量超過91%。不同試驗樣地之間，硬脂酸、亞油酸和油酸的變異系數(shù)最大，依次為6.27%、5.69%和5.35%；亞麻酸和棕櫚酸的變異系數(shù)最小，為2.66%。而不同試驗樣地之間，單不飽和脂肪酸的變異系數(shù)最高，為5.35%，多不飽和脂肪酸的變異系數(shù)最低，為2.10%。結(jié)果說明，牡丹種仁中含量最高的亞麻酸和多不飽和脂肪酸受海拔高度等環(huán)境因子的影響是有限的。

表3 洛陽地區(qū)不同海拔試驗樣地油用牡丹籽粒的種仁脂肪酸組分與相對含量Tab.3 Fatty acid composition and relative content in seed kernels of oil tree peony planted at different altitudes in Luoyang regions %

注：ND表示未檢出該組分。

Note:ND indicates that the component has not been detected.

2.4 油用牡丹生長環(huán)境因子與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

2.4.1 生長環(huán)境因子與籽粒性狀的相關(guān)性 由表4可知，海拔高度等環(huán)境因子與油用牡丹籽粒品質(zhì)性狀有顯著的相關(guān)性。試驗樣地海拔高度與年均溫呈極顯著負相關(guān)，而與灌漿期呈極顯著正相關(guān)；年均溫與無霜期呈顯著正相關(guān)，與灌漿期呈顯著負相關(guān)。不同樣地海拔高度與灌漿期和牡丹籽粒的粗脂肪含量呈極顯著、顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.957和0.675；海拔高度與籽粒種仁蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關(guān)(-0.583)；籽粒種仁蛋白質(zhì)含量與粗脂肪含量呈極顯著負相關(guān)(-0.815)；牡丹籽粒的百粒質(zhì)量與出仁率呈顯著正相關(guān)(0.651)。說明洛陽地區(qū)范圍內(nèi)隨著試驗樣地海拔的升高有利于牡丹籽粒積累較多的油脂。

2.4.2 生長環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)性 如表5所示，通過對各油用牡丹試驗樣地的油用牡丹生長環(huán)境因子與脂肪酸組分間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，海拔高度與牡丹種仁油脂中的棕櫚酸和飽和脂肪酸相對含量呈顯著正相關(guān)(0.568和0.556)；環(huán)境因子降雨量、年均溫和無霜期與脂肪酸組分之間沒有顯著的相關(guān)性。各脂肪酸組分間，棕櫚酸與硬脂酸和飽和脂肪酸相對含量呈極顯著的正相關(guān)(0.822和0.966)；硬脂酸與油酸、飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸相對含量呈顯著的正相關(guān)(0.590、0.910和0.644)，與多不飽和脂肪酸相對含量呈顯著的負相關(guān)(-0.607)；油酸與單不飽和脂肪酸相對含量呈極顯著正相關(guān)(0.998)，與多不飽和脂肪酸相對含量呈極顯著的負相關(guān)(-0.906)；亞油酸與多不飽和脂肪酸相對含量之間呈顯著的正相關(guān)(0.659)；單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸相對含量之間呈極顯著的負相關(guān)。結(jié)果說明，在洛陽地區(qū)海拔高度等環(huán)境因子對牡丹種仁中不飽和脂肪酸組分與相對含量沒有顯著影響。

表4 油用牡丹生長環(huán)境因子與籽粒性狀的相關(guān)系數(shù)Tab.4 The correlation coefficients between growth environmental factors and grain characteristics of oil tree peony

注：*和**分別表示相關(guān)性達到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平,下同。

Note:* and ** show that correlation is significant at the 0.05 and 0.01 level,respectively.The same below.

表5 油用牡丹生長環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Tab.5 The correlation coefficients between growth environmental factors and oil quality of oil tree peony

續(xù)表5 油用牡丹生長環(huán)境因子與油脂品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Tab.5(Continued) The correlation coefficients between growth environmental factors and oil quality of oil tree peony

3 結(jié)論與討論

油料作物在種植區(qū)劃選擇中，主要考察經(jīng)緯度、海拔高度、積溫、降雨量等環(huán)境因素，其中，海拔高度往往作為影響植物生長較重要的環(huán)境因子。不同栽培地區(qū)海拔高度常導致相應地區(qū)的日照、晝夜溫差、有效積溫及降雨量等生態(tài)條件發(fā)生變化，從而影響植物生長發(fā)育與主要內(nèi)含物含量的變化[20]。

百粒質(zhì)量是油用牡丹產(chǎn)量性狀的主要構(gòu)成因素之一，也是油用牡丹主要的品質(zhì)指標。本研究發(fā)現(xiàn)，在有灌溉條件或著沒有灌溉條件下，油用牡丹鳳丹籽粒的百粒質(zhì)量均隨著海拔的升高呈增大趨勢。同時，牡丹種子百粒質(zhì)量與出仁率呈顯著正相關(guān)，即牡丹籽的飽滿度影響到出仁率。

種子儲脂主要是由營養(yǎng)器官中合成的丙酮酸鹽和能量轉(zhuǎn)運到生殖器官形成的[21]。種子油脂含量不僅受光合效率、物質(zhì)轉(zhuǎn)運及脂類代謝酶的控制，而且受到溫度、光照、水分等環(huán)境因素的影響[22]。本研究表明，海拔高度與籽粒粗脂肪含量的關(guān)系呈顯著正相關(guān)，即隨著海拔的升高，油用牡丹籽粒的粗脂肪含量也隨之升高。這與DARWISH[23]的海拔高度的增加、光照強度的增加有利于果實含油量的積累是一致的。而降雨量、年均溫和無霜期與單一年份的牡丹籽粒粗脂肪含量的相關(guān)性未達到顯著水平，這尚需多年多點的試驗數(shù)據(jù)進行驗證。

植物籽粒中脂肪酸的組分與相對含量主要與脂肪酸延長及脫飽和酶活性相關(guān)，是脂肪酸物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化的結(jié)果[21]。本研究表明，海拔高度與牡丹種仁中棕櫚酸和飽和脂肪酸相對含量呈顯著正相關(guān)；降雨量、年均溫、無霜期與棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸相對含量沒有相關(guān)性。各脂肪酸組分間，棕櫚酸與硬脂酸及飽和脂肪酸相對含量之間呈極顯著正相關(guān)；硬脂酸與飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸相對含量之間亦呈顯著正相關(guān)，而與多不飽和脂肪酸相對含量呈顯著的負相關(guān)；油酸與單不飽和脂肪酸相對含量呈極顯著正相關(guān)，與多不飽和脂肪酸相對含量呈極顯著負相關(guān)。與韓雪源等[17]對鳳丹籽主要脂肪酸含量的相關(guān)性分析結(jié)論基本一致。沈奇等[22]指出，不同品系紫蘇α-亞麻酸含量與經(jīng)度、緯度和積溫及均溫均呈負相關(guān)，與海拔、日照時間和降雨量呈正相關(guān)；棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸與各環(huán)境因子的相關(guān)性則相反。孟祥勛等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔高度下大豆籽粒棕櫚酸和油酸與海拔高度呈負相關(guān)，亞油酸和亞麻酸與海拔高度呈正相關(guān)，硬脂酸與海拔高度無顯著相關(guān)性。蔡順順[25]指出不同品種(系)紫蘇的含油量和脂肪酸受環(huán)境因素和自身遺傳因素的雙重影響。由此可見，環(huán)境因子對不同作物籽粒油脂脂肪酸組分的影響是不同的，可能與不同作物的遺傳背景或?qū)Νh(huán)境因子響應機制不同有關(guān)。在洛陽地區(qū)試驗條件下，環(huán)境因子對牡丹種仁中亞麻酸和多不飽和脂肪酸含量的影響是有限的，其分子生理機制有待深入探討。

綜上所述，洛陽地區(qū)不同海拔環(huán)境因子對油用牡丹鳳丹籽粒百粒質(zhì)量、粗脂肪和蛋白質(zhì)含量有明顯影響。而亞麻酸等多不飽和脂肪酸含量是遺傳相對穩(wěn)定的質(zhì)量性狀，主要受到鳳丹牡丹基因型的控制，環(huán)境因素的影響不明顯。該研究為洛陽丘陵山區(qū)及臨近地區(qū)實施退耕還林政策時推廣種植油用牡丹提供了技術(shù)支持，并為油用牡丹鳳丹栽培區(qū)劃和牡丹籽油品質(zhì)提升提供了理論依據(jù)。