文章信息
- 刘淑明, 孙丙寅, 贺安乾, 刘杜玲, 张刚, 魏典典
- Liu Shuming, Sun Bingyin, He Anqian, Liu Duling, Zhang Gang, Wei Diandian
- 西部地区文冠果种群种子特征及主要化学成分的地理变化
- Geographical Change of Seed Characteristic and the Main Chemical Composition of Xanthoceras sorbifolia Population in the West of China
- 林业科学, 2012, 48(4): 43-48.
- Scientia Silvae Sinicae, 2012, 48(4): 43-48.
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文章历史
- 收稿日期:2011-06-20
- 修回日期:2011-10-31
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作者相关文章
2. 杨凌职业技术学院 杨凌 712100;
3. 杨凌气象局 杨凌 712100;
4. 西北农林科技大学林学院 杨凌 712100
2. Yangling Vocational and Technical College Yangling 712100;
3. Yangling Meteorological Bureau Yangling 712100;
4. College of Forestry, Northwest A & F University Yangling 712100
文冠果(Xanthoceras sorbifolia)为无患子科(Sapindaceae)木本药食两用油料植物及生物质能源植物,主要分布于内蒙古、甘肃、陕西、山西、河北、河南等省(区),是中国特有的适生于长江以北的耐旱生态经济树种(佟常耀等,1979)。文冠果种子营养丰富,可食用,有北方油茶之称,还可用作高级润滑剂、增塑剂、制油漆和肥皂,亦可作为生物柴油,具有很高的应用价值(王红斗,1998; 谷战英等,2007; 贾虎森等,2003)。文冠果具有较强的抗旱、抗寒、抗盐碱能力,在-30~-40 ℃条件下能正常开花结实,在年降水量148.2 mm的地区也有分布(程冉,2004),其根系发达、根萌蘖性强,也是保持水土的优良树种。随着生物柴油产业发展,文冠果作为生物柴油树种越来越受到人们的重视。“十一五”期间,我国已在河北、陕西、内蒙古、新疆等地发展文冠果生物能源林13.3万hm2(于莜涵,2010),目前已在陕西、吉林和山东等地相继建立了文冠果示范基地。
我国西部地区文冠果分布较广,但大部分处于半野生状态,类型混杂,产量低,经济效益不高(康永祥等,2010)。由于该区文冠果自然分布区内生态条件差别较大(万群芳等,2011),不同种群的产量性状和经济性状存在差异,表现在结实量、种子大小、饱满度、含油率等方面显著不同。目前,现有的研究主要集中在资源分布、繁殖与栽培技术、药用成分及种子性状等方面(王红斗,1998; 牟宏香等,2006; 杨雨春等,2011),有关文冠果种子特征及化学成分的地理变化研究鲜见报道。笔者对我国西部地区文冠果种质资源进行了调查,并对8个不同种群的种子形态、种仁油含量、脂肪酸组成及氨基酸含量等进行测定和分析,揭示其地理变异规律及其与生态环境的关系,为该区文冠果优良种质资源的选择和合理利用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料文冠果种子采自内蒙古赤峰,陕西延安、安塞,甘肃子午岭、靖远,青海循化,新疆喀什、伊宁等8个地区(表 1),选择生长发育正常、无病虫害的样株(10株以上)进行采种,树龄10~15年,每个产地采种5 kg以上。
1) 种子形态。每个种源随机取50粒种子,用游标卡尺(精度0.1 mm)测定种子横径和纵径,重复5次。根据横径与纵径的测定值计算种形指数。2)千粒质量。采用四分法对每个种源取样,每次取100粒,并称质量,计算千粒质量。每种源5个重复。3)种子出仁率。每种源随机取50粒种子,剥取种仁,并称质量。每种源5个重复,计算种仁占种子总重的比例,即为出仁率(%)。4)种仁脂肪酸含量、含油率及氨基酸含量。由陕西省农产品质量监督检测站测定,每个种源重复测定3次。
1.2.2 数据处理利用SPSS17.0软件对所测数据进行分析。变异系数(CV)=VG/X×100%。
2 结果与分析 2.1 文冠果种子特征的变化 2.1.1 种子形态由表 2可知:我国西部8个文冠果种群中,横径、纵径和种形指数均存在显著差异(P<0.05),地理变异较大。其中,种形指数最大的是甘肃靖远种群,种子呈扁圆形,颜色呈灰褐色; 种形指数最小的是陕西安塞种群,基本呈圆形,颜色呈灰褐色。从种子颜色上看,该区西部(新疆、青海)种群的颜色较深,东部(陕西、内蒙、甘肃)种群颜色较浅。
由表 3可以看出:文冠果种子横径、纵径与4—9月的降水量呈正相关; 种形指数则表现出明显的地理变化规律,随经度的增加,种形指数逐渐减小,即东部种子较宽短,西部种子较窄长。
千粒质量是体现种子大小与饱满程度的指标,是检验种子质量的重要内容,也是预测产量的重要依据。千粒质量较大的种子,营养物质含量较高,可为种子发芽提供充足的营养物质。表 2结果表明:陕西延安种群文冠果种子的千粒质量最大,较平均值高32.1%,显著高于内蒙古、新疆、甘肃及青海种群(P<0.05);青海循化种群的千粒质量最小,较平均值低26.0%,显著小于陕西和甘肃种群。表明该区的东部地区文冠果种子较大,西部地区种子较小。
表 3结果表明:文冠果种子千粒质量与4—9月的降水量呈极显著的正相关,与年平均温度呈显著正相关,与年干燥度呈显著负相关。在果实膨大期和种子充实期,养分和水分的缺乏是果实体积增长和种子粒质量增加的限制因子(徐东翔,1990)。在地理区位上,陕西、甘肃位于该区的东南,水热条件较好(表 1),利于光合作用的进行,能够满足文冠果生长发育的需要,因而千粒质量大。
2.1.3 出仁率出仁率反映了种子的饱满程度。种粒饱满表明种子中储藏物质丰富,有利于种子发芽和幼苗生长。根据测定结果及统计分析可知(表 2):8个种群文冠果的出仁率存在差异,陕西延安种群和新疆伊宁种群显著高于甘肃、青海种群,种群内变异系数较小(1.1%~3.7%)。根据不同种群文冠果在陕西杨陵的大田育苗试验结果,陕西延安的出苗率最高,达到95.6%,其次是新疆伊宁,出苗率为92.8%,且出苗整齐,1年生苗高平均值分别为55.3和50.6 cm,显著高于其他种群。
文冠果的出仁率与气候条件相关紧密。干燥度和海拔对文冠果的出仁率影响极显著(α=0.01),在干燥度1.6~1.8、海拔1 000 m以下的地区,出仁率较大,达到46%~48%,干燥度低于1.6或高于1.8、海拔高于1 000 m时,出仁率低于46%(表 3)。表明文冠果在干旱、半干旱气候区,温暖的气候条件有利于种实营养物质的积累,种粒饱满。
2.2 文冠果种仁主要化学成分的地理变化 2.2.1 种仁含油率的变化研究结果表明:我国西部地区文冠果种仁含油率均在53%以上,含油率最高的是陕西安塞种群,达到58.60%,显著高于甘肃子午岭(53.77%)和新疆喀什(54.06%)种群(表 4)。不同种群的含油率变异系数不同(表 2),其中,陕西延安和陕西安塞的文冠果含油率变异较为明显,变异系数分别为8.608%和6.318%,说明这2个种群存在较丰富的变异,可以进行种群内选择,选育出含油率较高优良单株; 但高海拔地区如青海循化、甘肃靖远及子午岭种群的变异系数均很小,分别为0.972%,1.843%和1.155%,因此,这些种群中含油率比较稳定,不宜进行种群内选择。
相关分析结果表明:文冠果种仁油含率受地理经度及4—9月份降水量的影响显著,随地理经度的降低,含油率减小,与4—9月份的降水量呈显著正相关。
2.2.2 脂肪酸的组成及其变化文冠果种仁油含有12种脂肪酸,包括棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸、花生二烯酸、山嵛酸、芥酸、二十四烷酸、二十四一烯酸,其中含量最高的是亚油酸(40.90%~46.12%),其次是油酸(29.21%~31.25%)。陕西安塞和延安的亚油酸含量较高,分别为46.12%和45.32%,显著高于其他种群; 新疆喀什和青海循化种群的油酸含量较高,分别为31.25%和31.01 %,但与其他种群之间差异较小(表 4)。
研究结果表明:西部地区文冠果油中,碳链长度在C16~C20之间的占87.75%。由于生物柴油是利用植物油脂与甲醇(或乙醇)在高温条件下进行酯化反应,生成相应的脂肪酸甲酯(或乙酯),经过洗涤和干燥后而获得,文冠果油的碳链长度与普通生物柴油主要成分(C15~C19)非常接近,因此,文冠果是理想的生物柴油树种。
文冠果种仁油富含油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸,其不饱和脂肪酸的含量为88.50%~91.11%,平均为89.46%;在不饱和脂肪酸中,单不饱和脂肪酸含量为43.91%~47.97%,平均为45.63%。不同种群中,青海循化的不饱和脂肪酸的含量最高,达到47.97%(表 4)。
2.2.3 氨基酸含量的变化西部地区文冠果种仁中含有17种氨基酸(色氨酸未测),平均含量为25.68%(表 5)。不同种群中,谷氨酸和精氨酸的含量均较高,其平均值分别为5.97%和3.19%。同时,含有7种必需氨基酸,含量平均为6.87%,占总氨基酸的27.61%,除蛋氨酸和赖氨酸含量较低外,其他均接近或超过WHO/FAO推荐的构成模式(表 6)(王光慈,2001),表明文冠果种仁中氨基酸含量丰富。
对文冠果中氨基酸含量与地理因素的相关分析表明:氨基酸含量与地理经度及无霜期相关显著,随经度和无霜期的增加而增大,即东部地区氨基酸含量较高,延安种群含量最高,平均为27.75%,青海循化种群含量最低,平均为22.53%。表明不同产地的文冠果种仁氨基酸含量存在差异。
3 结论与讨论我国西部地区8个文冠果种群的种子形态存在显著差异; 千粒质量平均839.2 g,其中陕西延安种群最大,为1 108.4 g,在我国各分布区中(633.8~977.1 g)最高(牟红香,2006)。
8个种群的种仁含油率均在53%以上,平均为55.85%,陕西安塞和延安种群的含油率较高。牟红香(2006)对我国14个文冠果分布区含油率研究表明:种仁的含油率为53.30%~58.85%,平均为56.90%。因此,我国西部地区文冠果种仁油含量与其他分布区基本相同,且高于花生(Phaseolus vulgris)(50.0%左右)(万书波等,2004)和大豆(Glycine max)(20%~23%)(闫日红等,2006),其经济价值较高。
文冠果种仁油中单不饱和脂肪酸含量平均为45.63%,与花生油中单不饱和脂肪酸含量(40%~60%)接近(姚云游,2005),略低于全国文冠果的平均值(47.60%)(牟红香等,2007)。因此,文冠果种仁油可以作为良好的食用油资源进行开发和利用。文冠果油气味芳香,易被人体吸收,其芥酸含量低,能长时间储存,因此,文冠果油属于高级食用油。
文冠果种仁含有17种氨基酸(22.53%~27.58%),包括7种必需氨基酸(色氨酸未检测),占总氨基酸的27.61%,表明文冠果蛋白在食品营养中具有很高的研究价值,具有极大的开发潜力。
西部地区文冠果的种子性状及含油率与地理气候因子有关。随经度的增加,种形指数逐渐减小,种子横径、纵径及千粒质量与4—9月份降水量呈正相关,表现出该区东部种子较大,西部种子较小; 随海拔增高,出仁率降低,如青海循化(海拔1 870 m)和甘肃子午岭(海拔1 480 m)出仁率显著低于新疆伊宁(海拔770 m),表明高海拔地区较短的生长周期、较差的土壤条件及热量条件限制了文冠果的营养生长,因而降低了文冠果对生殖器官的物质及能量分配。随地理经度的增加,文冠果种仁油及氨基酸含量增大,呈自西向东增加的趋势。因此,西部地区自西向东,海拔从高到低,种粒增大,种仁含油率提高,营养成分增多。
在物种核心分布区的种群是连续的,遗传多样性较高,而处于分布区边缘的种群较小,遗传多样性低(Hamrick et al., 1989; 王赞等,2005)。即处于中心分布区的种群由于异型杂交率较高,其后代在繁殖性状上更优良(Shea et al., 2002)。陕西是文冠果分布的中心,尤其是陕北和渭北旱塬地区,气候条件适宜(韩蓓蓓等,2010),文冠果表现出较优良的表型性状及较高的经济性状,且营养价值较高,可以作为西部文冠果优质富油种源。通过良种选育,筛选出生长快、树势健壮、单株产量高、籽粒饱满、出仁率和种子含油量高的优良母株(汪智军等,2011),进行快速繁殖,形成遗传性状稳定的无性系,进而培育成优良品种,建立西部地区文冠果优良种质基地,对于西部地区发展优质高产文冠果能源林具有重要作用。
[] | 程冉. 2004. 文冠果的引种、快繁及优质丰产栽培技术体系研究. 山东农业大学硕士学位论文. |
[] | 谷战英, 谢碧霞. 2007. 林木生物质能源发展现状与前景的研究. 经济林研究, 25(2): 88–91. |
[] | 韩蓓蓓, 刘建军, 康博文, 等. 2010. 陕西省文冠果生态区划研究. 水土保持研究, 17(6): 252–256. |
[] | 侯元凯, 黄琳, 周忠惠. 2011. 文冠果果实性状相关性研究. 林业科学研究, 24(3): 395–398. |
[] | 贾虎森, 许亦农. 2003. 生物柴油利用状况及其在中国的发展思路. 植物生态学报(2): 221–230. |
[] | 康永祥, 康博文, 刘建军, 等. 2010. 陕北黄土高原文冠果群落结构及物种多样性. 生态学报, 30(16): 4328–4339. |
[] | 牟洪香. 2006. 木本能源植物文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge)的调查与研究. 中国林业科学研究院博士学位论文. |
[] | 牟洪香, 侯新村, 刘巧哲. 2007. 不同地区文冠果种仁油脂肪酸组分及含量的变化规律. 林业科学研究, 20(2): 193–197. |
[] | 佟常耀, 张学增. 1979. 文冠果历史概况. 吉林林业科技, 8(1): 23–25. |
[] | 万群芳, 何景峰, 周建云, 等. 2011. 黄土高原文冠果种群结构及其时间序列预测. 西北植物学报, 31(8): 1683–1691. |
[] | 王红斗. 1998. 文冠果的化学成分及综合利用研究进展. 中国野生植物资源, 17(1): 13–16. |
[] | 万书波, 封海胜, 王秀贞. 2004. 花生营养成分综合评价与产业化发展战略研究. 花生学报, 33(2): 1–6. |
[] | 王光慈. 2001. 食品营养学. 北京, 中国农业出版社: 14-18. |
[] | 王赞. 2005. 柠条锦鸡儿遗传多样性研究. 中国农业大学博士学位论文. |
[] | 汪智军, 张东亚, 古丽江. 2011. 文冠果树种类型的划分及优良高产单株的筛选. 经济林研究, 29(1): 128–131. |
[] | 徐东翔. 1990. 文冠果落果机理及提高座果率和种子品质的研究. 西北植物学报, 10(2): 117–127. |
[] | 闫日红, 杨振宇, 杨光宇, 等. 2006. 地理位置及气候条件对大豆脂肪含量的影响. 大豆通报(6): 41–43. |
[] | 杨雨春, 赵佳宁, 张忠辉, 等. 2011. 文冠果不同群体果实和种子性状综合评价研究. 中国农学通报, 27(16): 36–40. |
[] | 姚云游. 2005. 花生油与橄榄油营养价值的比较. 中国油脂, 30(4): 66–68. |
[] | 于莜涵. 2010. 文冠果——优良的铁杆油料树种. 天津农业科学, 16(4): 93–95. |
[] | Hamrick J L, Blanton H M, Hamrick K J. 1989. Genetic structure of geographically marginal populations of ponderosa pine. Amer J Bot, 76(11): 1559–1568. DOI:10.2307/2444394 |
[] | Shea K L, Furnier G R. 2002. Genetic variation and population structure in central and isolated populations of Balsam fir, Abies balsamea(Pinaceae). Amer J Bot, 89(5): 783–791. DOI:10.3732/ajb.89.5.783 |