雷中華，黃啟秀，張 黎，吳 偉，楊 輝，孫 遜，向理軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新源縣農(nóng)業(yè)技術推廣站，新疆新源 835800，3.特克斯縣農(nóng)業(yè)局，新疆特克斯 835500，4.昌吉州西亞種子有限責任公司，新疆昌吉 831100)

0 引 言

【研究意義】油用向日葵適應性強，耐旱，耐鹽堿，抗貧瘠。向日葵種胚中的脂肪酸主要由棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)及亞麻酸(C18:3)等5種主要脂肪酸組成，其中油酸、亞油酸是向日葵種胚中主要的不飽和脂肪酸，含量占到了脂肪酸總量的50%以上[1]。不飽和脂肪酸具有特殊的營養(yǎng)特點[2,3]。長期食用高不飽和脂肪酸食用油具有保健作用[4]。研究向日葵脂肪酸以及脂肪酸組分所占比例，對油用向日葵品種的定向改良有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】向日葵脂肪酸積累的影響因素有很多，既受自身生理發(fā)育的調(diào)控，又受外界環(huán)境因子的影響[5]。對向日葵基因型、播種時期，生育時期的溫濕度、水分、光照等有研究表明,油菜花期降水過多，大量降雨使田間濕度增大，就會造成種子含油量的降低，呈現(xiàn)出含油量與降水量是負相關的關系；油菜在受旱的情況下適當灌水，能有效增加脂肪酸積累，提高種子含油量；在相同溫度條件下，增加日照的時間能夠提高種胚含油量的水平，在相同光照條件下，降低溫度也會提高種胚含油量；早播延長了植株干物質(zhì)的積累時間，對脂肪酸積累有利。而晚播植株因為錯過了最好的播種時間，各方面生長受到限制，種子含油量相對就會有所降低[6-9]?！颈狙芯壳腥朦c】油料作物向日葵脂肪酸含量以及脂肪酸各組分所占比例，是衡量其油用價值的重要標準，研究向日葵種胚形成時期的粗脂肪和脂肪酸的形成機制?！緮M解決的關鍵問題】對種植在3個不同生態(tài)區(qū)的5個向日葵材料進行粗脂肪含量以及組分測定，通過粗脂肪總量的比較，以及不同材料在不同地區(qū)脂肪酸組分的不同，研究向日葵種胚發(fā)育過程中脂肪酸的形成規(guī)律，為向日葵調(diào)控脂肪酸的關健基因的功能提供依據(jù),為油用向日葵品質(zhì)的定向改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試5個向日葵品種A17、567DW、KWS30、RITOM和TO1244由昌吉州西亞種子有限責任公司提供，生育期均在90～98 d。其中A17和RITOM為高油酸品種，油酸含量分別為82.3%和79.5%。，其余為普通品種。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

將5個向日葵材料分別在新疆3個不同生態(tài)氣候區(qū)種植：烏魯木齊(E 87.473，N 43.945，592 m)、伊犁新源(E 82.844，N 43.425，829 m)、阿勒泰北屯(E 87.976，N 47.274，550 m)，每個點設置3個重復。

取開花后5、10、15、20、25、30和35 d 向日葵種胚，快速烘干后置于0～4℃冰箱保存，用于后續(xù)粗脂肪及脂肪酸組分的測定，并記錄環(huán)境因子的變化情況和生育時期情況。

1.2.2 粗脂肪測定

測定采用索氏抽提的方法，試驗儀器及試劑：索氏抽提器、干燥鍋、石油醚、分析天平、恒溫水浴鍋、烘箱和粉碎機等。

索氏抽提：第一步將向日葵不同時期的種胚樣品各稱取5 g，放入紙袋中，編號排序，置于80℃烘箱中2 h，取出放入干燥器中備用。第二步，將濾紙包編號排序后置于105℃烘箱2 h，取出放入干燥器中備用，記為a。將第一步干燥器中的樣品用粉碎機粉碎后均勻分成2份放入步驟2紙包中，封口后置于105℃烘箱中2 h，然后取出放入干燥器中，待其冷卻后稱重備用，記為b。將裝有粉碎樣品的紙包放入抽提筒中，加入石油醚至淹沒紙包。將抽提器的各部分組裝好，在70～80℃恒溫中抽提24 h左右。抽提完畢后，取出紙包，置于通風環(huán)境下，使石油醚揮發(fā)。待乙醚揮發(fā)凈后，將其放入105℃烘箱中2 h，取出放入干燥器中，至其冷卻后稱重，記為c。

脂肪含量(%)=(b-c)/(b-a)×100%。

1.2.3 脂肪酸各組分測定

棕櫚酸(C16：0)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)、亞油酸(C18:2)、亞麻酸(C18:3)等脂肪酸各組分利用氣相色譜來進行測定。所用儀器為安捷倫氣相色譜儀(Agilent 6890N 美國)。測定升溫法采用程序升溫法，測定的柱溫210～230℃，升溫速率10℃/ min，色譜儀的進樣口溫度為260℃，同時入口壓強為25 Pa，高純氮氣25 mL/min，氫氣40 mL/min，空氣400 mL/min。

脂肪酸甲酯(FAME)的制備：將向日葵不同時期的種胚樣品冷凍干燥至衡重，稱重后研磨成粉狀，加入石油醚和乙醚(v/v=1∶1)的混合溶劑l mL，再加入0.4 N KOH-甲醇溶液l mL，置于60℃溫浴1 h進行甲脂化反應，冷卻至室溫后加入內(nèi)標十九碳飽和脂肪酸甲脂，加入2 mL蒸餾水，震蕩后離心，取上層清液，備做色譜分析。

以脂肪酸的絕對量(mg/g)和相對量(%)表示。根據(jù)各種脂肪酸的量計算脂肪酸總量(mg/g)。絕對量計算公式為Wi=Ai×ms/(As×m)，其中Ai為第i種脂肪酸組分的峰面積，As為內(nèi)標的峰面積，ms為內(nèi)標的物質(zhì)量，m為樣品干重。相對量(%)=Ai/ ∑Ai×100。每個取樣時間點計算3次重復的平均數(shù)和標準誤，不同脂肪酸累積過程的相關性和主成分分析在脂肪酸絕對含量的基礎上進行。

2 結果與分析

2.1 脂肪酸總量

研究表明,隨著向日葵種胚的發(fā)育，脂肪酸總量穩(wěn)步上升，但在種胚成熟末期，脂肪酸總量增長趨于緩慢，甚至在個別品種中出現(xiàn)回落趨勢。相同品種在不同地區(qū)的脂肪酸積累趨勢也有差別。

種植于阿勒泰地區(qū)的A17脂肪酸總量從15 d開始快速增長，持續(xù)至30 d進入積累平臺期。而該品種在伊犁地區(qū)和烏魯木齊從5 d就進入快速增長期，前者持續(xù)至25 d，后者持續(xù)至35 d，且后者的10～15 d出現(xiàn)了緩慢增長期。567DW的脂肪酸總量快速增長期開始時間與A17相同，只是前者的快速增長期的持續(xù)時間少于后者，這可能與A17是高油酸品種有關。圖1

圖1 阿勒泰地區(qū)種胚發(fā)育過程中脂肪酸總量的變化Fig. 1 Total amount of fatty acids during sunflower seed development in Altay region

種植于阿勒泰地區(qū)和烏魯木齊的KWS303，脂肪酸總量均從花后10 d開始快速增長，前者持續(xù)至花后30 d，后者持續(xù)至花后35 d，且增長速率比較均勻。在伊犁地區(qū)該品種從花后5 d開始快速增長持續(xù)至花后25 d，增長速率參差不齊，且從花后30 d開始脂肪酸總量有所回落。RITOM在這3個地區(qū)的脂肪酸總量均從花后5 d開始快速增長，該品種種植在阿勒泰地區(qū)的脂肪酸總量增長趨勢出現(xiàn)兩個平臺期，分別為花后20～25 d和花后30～35 d，伊犁地區(qū)快速增長持續(xù)至花后20 d，種植于烏魯木齊的向日葵脂肪酸總量從花后25 d進入緩慢增長期。圖2

圖2 烏魯木齊種胚發(fā)育過程中脂肪酸總量變化Fig. 2 Total amount of fatty acids during sunflower seed development in Urumqi

研究表明,TO1244在阿勒泰地區(qū)和伊犁地區(qū)的脂肪酸總量均從花后5 d就開始快速增長，分別在花后20和25 d進入積累平臺期，而種植在烏魯木齊的該品種脂肪酸總量的快速增長期從花后10 d開始，且持續(xù)至花后35 d。圖3

圖3 伊犁地區(qū)種胚發(fā)育過程中脂肪酸總量變化Fig. 3 Total amount of fatty acids during sunflower seed development in Yili region

在烏魯木齊種植的向日葵，脂肪酸總量快速增長期持續(xù)時間均高于其他2個地區(qū)，在烏魯木齊地區(qū)種植的向日葵最終(花后35 d)脂肪酸總量均高于另外2個地區(qū)，向日葵脂肪酸的總量與種胚發(fā)育階段脂肪酸總量的快速增長持續(xù)時間有關。表1

表1 快速增長期持續(xù)時間Table 1 Rapid growth period(d)

2.2 脂肪酸組分含量

研究表明，5個品種的棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸和花生酸含量均比較低，不飽和脂肪酸含量均達到90%以上，向日葵種胚屬于高不飽和脂肪酸食品。向日葵種胚中含量最高的不飽和脂肪酸是油酸，其次是亞油酸和亞麻酸，在種胚中不飽和脂肪酸合成途徑中油酸合成占主要部分。在花后5 d油酸含量極低，有的甚至并未檢測到油酸，在花后10 d時檢測到大部分品種的油酸含量顯著增高，油酸的合成可能從花后5 d才開始。3個點的A17和除新源以外的RITOM，在花后10～30 d的油酸含量呈遞增或保持高含量趨勢。普通品種的油酸含量均在前期(花后5～10或15～20 d)增長較快，花后20 d開始油酸含量增長放緩，部分品種呈遞減趨勢，且含量均少于2個高油酸品種，高油酸品種可能在后期保持較高的油酸合成速率。伊犁新源點多個品種的亞油酸含量高于其他地區(qū)，而亞麻酸含量則較低。KWS303在北屯和新源點花后20 d顯示高亞油酸特性，亞油酸含量均達到54%以上，但在烏魯木齊該品種開花20 d后亞油酸含量均在45%以下。圖4～6

圖4 阿勒泰地區(qū)種胚發(fā)育過程中脂肪酸構成變化Fig. 4 Fatty acid composition during seed development in Aleatai region

圖5 伊犁地區(qū)種胚發(fā)育過程中脂肪酸構成變化Fig. 5 Fatty acid composition during seed development in Yili region

圖6 烏魯木齊種胚發(fā)育過程中脂肪酸構成變化Fig. 6 Fatty Acid Composition during seed development in Urumqi

2.3 脂肪發(fā)育過程中脂肪酸各組分的相互關系

研究表明,品種A17中硬脂酸和油酸呈正相關為第一類。其余脂肪酸為第二類，第二類中除棕櫚油酸和亞麻酸、花生酸呈負相關以外，其余均呈正相關。品種567DW硬脂酸和油酸呈正相關，為第一類，其余脂肪酸為第二類。第二類中除棕櫚油酸和油酸呈正相關外，其余均與第一類中的脂肪酸呈負相關。品種KWS303棕櫚油酸、硬脂酸和油酸之間呈正相關屬于第一類。棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸之間呈正相關為第二類，第一類和第二類之間呈負相關。品種RITOM的硬脂酸和油酸呈正相關，為第一類。其余脂肪酸為第二類，第二類中除棕櫚油酸和花生酸呈負相關外，其余脂肪酸之間均呈正相關。品種TO1244硬脂酸和油酸之間呈正相關為第一類。棕櫚酸、棕櫚油酸、亞油酸和亞麻酸之間互為正相關為第二類，花生酸為第三類，與第一類中的油酸和第二類中的棕櫚油酸、亞麻酸呈正相關，與其他脂肪酸均呈負相關。各品種中第一類和第二類之間均呈負相關。A17和RITOM品種的脂肪酸各組分相關規(guī)律有一定的相似之處，其棕櫚油酸均與油酸、硬脂酸和花生酸呈負相關，這種現(xiàn)象與這2個品種為高油酸品種有關。表2～4

表2 種胚發(fā)育過程中脂肪酸相關系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of fatty acids during seed development

表3 種胚發(fā)育過程中脂肪酸相關系數(shù)Table 3 Correlation coefficient of fatty acids during seed development

表4 種胚發(fā)育過程中脂肪酸相關系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of fatty acids during seed development

2.4 脂肪酸組分的主成分

研究表明,提取前2個主要成分，累積貢獻率達74.237%，第一主成分的貢獻率為58.793%，第二主成分的貢獻率為15.444%。

其中第一個主成分的值與棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸呈正相關，同硬脂酸和油酸呈負相關，對棕櫚油酸的影響較小。棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸的含量越高，則硬脂酸和油酸的含量會相應的減少。鑒于第一主成分中油酸的特征向量絕對值最大，故稱其為油酸因子。

第二主成分與棕櫚油酸和亞油酸呈正相關，與棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞麻酸和花生酸呈負相關。由于花生酸在與第二成分呈負相關的脂肪酸中特征向量絕對值最大，所以花生酸可能對棕櫚油酸和亞油酸的抑制作用較大，對其余脂肪酸的影響并不顯著，可稱第二主成分為花生酸指數(shù)。表5

表5 種胚發(fā)育過程中脂肪酸主成分Table 5 Principal component analysis of fatty acids during seed development

3 討 論

油料作物脂肪酸含量以及各組分所占比例，是衡量其油用價值的重要標準，研究油料作物脂肪酸形成規(guī)律有著重要的意義，不同油料作物的脂肪酸積累模式不盡相同?；ㄉ鶾10]、芝麻[11]和油菜[12]的脂肪酸總量積累模式呈現(xiàn)先上升至最大值再小幅下降的趨勢，研究結果顯示,向日葵種胚形成前期脂肪酸總量合成速率較高，在后期合成速率明顯低于前期，這與花生、芝麻和油菜的脂肪酸積累模式有相似之處，造成這種現(xiàn)象的原因是種胚成熟后期水分喪失，植株體中營養(yǎng)運輸困難，需消耗部分油脂[13]，所以在種胚成熟后要適當提前收獲，向日葵油脂含量之所以回落不明顯也與適時收獲有一定的關聯(lián)。

研究還證實大部分品種在種胚發(fā)育前期的油酸合成速率要高于后期。前人研究證明,環(huán)境溫度對種胚中油酸的積累有重要的影響，溫度越高對種胚中油酸的積累越能起到積極的作用[14,15]。在向日葵種胚成熟后期，溫度明顯降低可能是導致種胚中油酸積累速率減慢的原因之一。RITOM是高油酸品種，在阿勒泰地區(qū)和烏魯木齊均顯示高油酸含量，但在伊犁地區(qū)油酸含量卻遠遠低于這2個地區(qū)，可能與伊犁地區(qū)溫度較低有關。

在種胚發(fā)育的不同時期，脂肪酸組成也有變化，最初脂肪酸有7種，到了種胚發(fā)育中期檢測不到花生酸，種胚快成熟期，大多數(shù)品種的硬脂酸含量幾乎為0，與芝麻[11]的積累模式有類似之處，但芝麻在中途消失的脂肪酸為棕櫚油酸和亞麻酸。

油酸較其他不飽和脂肪酸更穩(wěn)定，食用營養(yǎng)價值高，高油酸育種是目前向日葵育種的一大熱點。研究發(fā)現(xiàn)硬脂酸和油酸呈正相關，油酸和亞油酸含量呈負相關，硬脂酸和油酸的合成是同步進行的，這與李曉丹[8]在花生中的研究結果相反，可能在不同的油料作物中油酸積累模式有差異。油酸因子主成分顯示棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸的含量越高，則硬脂酸和油酸的含量會相應的減少，這種結果提示育種家在高油酸育種過程中,提高油酸的同時可能會伴隨產(chǎn)生高硬脂酸的結果。

4 結 論

4.1 隨著向日葵種胚的發(fā)育，脂肪酸總量穩(wěn)步上升，但在種胚成熟末期，脂肪酸總量增長緩慢，甚至在個別材料中出現(xiàn)回落趨勢。向日葵最終脂肪酸總量與種胚發(fā)育階段脂肪酸的快速增長持續(xù)時間密切相關。

4.2 分別測定3個點的5個品種不同時期的籽粒樣品的脂肪酸組分含量：向日葵種胚屬于高不飽和脂肪酸食品，向日葵種胚中含量最高的不飽和脂肪酸是油酸，其次是亞油酸和亞麻酸，在種胚中不飽和脂肪酸合成途徑中油酸合成占主要部分。向日葵種胚油酸的合成可能從花后5 d才開始，高油酸品種可能在后期保持較高的油酸合成速率。

4.3 對向日葵中各脂肪酸組分含量進行相關分析，各品種之間的脂肪酸相關規(guī)律不盡相同，品種A17中硬脂酸和油酸呈正相關為第一類，其余脂肪酸為第二類；品種567DW中硬脂酸和油酸呈正相關，為第一類，其余脂肪酸為第二類；品種KWS303中棕櫚油酸、硬脂酸和油酸之間呈正相關屬于第一類，棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸之間呈正相關為第二類。品種RITOM中硬脂酸和油酸呈正相關，為第一類，其余脂肪酸為第二類。品種TO1244中硬脂酸和油酸之間呈正相關為第一類，棕櫚酸、棕櫚油酸、亞油酸和亞麻酸之間互為正相關為第二類，花生酸為第三類。各品種中第一類和第二類之間均呈負相關。A17和RITOM品種的脂肪酸各組分相關規(guī)律有一定的相似之處，它們的棕櫚油酸均與油酸、硬脂酸和花生酸呈負相關，這種現(xiàn)象可能與這2個品種為高油酸品種有關。

4.4 第一主成分為油酸因子，貢獻率為58.793%，棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和花生酸的含量越高，則硬脂酸和油酸的含量會相應的減少。第二主成分為花生酸指數(shù)，貢獻率為15.444%，花生酸可能對棕櫚油酸和亞油酸的抑制作用較大，對其余脂肪酸的影響并不顯著。