林业科学  2019, Vol. 55 Issue (3): 193-198   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190322
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文章信息

陈鸿鹏, 彭彦, 刘果, 李慧, 高丽琼, 詹妮, 谢耀坚.
Chen Hongpeng, Peng Yan, Liu Guo, Li Hui, Gao Liqiong, Zhan Ni, Xie Yaojian.
印加果种子发育过程中脂肪酸的累积规律
Accumulation Characteristic of Fatty Acids during Seeds Developmental Plukenetia volubilis
林业科学, 2019, 55(3): 193-198.
Scientia Silvae Sinicae, 2019, 55(3): 193-198.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190322

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收稿日期:2017-12-27
修回日期:2019-01-15

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陈鸿鹏
彭彦
刘果
李慧
高丽琼
詹妮
谢耀坚

印加果种子发育过程中脂肪酸的累积规律
陈鸿鹏, 彭彦, 刘果, 李慧, 高丽琼, 詹妮, 谢耀坚     
国家林业和草原局桉树研究开发中心 湛江 524022
摘要:【目的】研究印加果种子中脂肪酸物质的累积规律,对印加果种子不同发育时期的脂肪酸物质进行解析,为印加果种植区域推广和新品种选育提供理论依据。【方法】分别选取成年印加果植株的18、36、54、72和90 DAF种子,利用液氮微量提取印加果种子的脂肪酸,通过气相色谱-质谱技术对其组分和相对含量进行动态变化的测定分析。【结果】印加果种子整个发育过程主要分离鉴定出56种物质,其中包括14种脂肪酸类化合物(80.13%),7种酯类化合物(2.70%),24种烷烃类化合物(12.40%),7种苯环类化合物(3.96%)以及4种其他化合物(0.81%)。脂肪酸类化合物主要包含亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸及16-甲基十七烷酸等物质。随着成熟度增加,脂肪酸总含量逐渐从53.60%、76.30%、76.78%、96.43%增加至97.54%。其中,亚油酸和亚麻酸呈增加趋势,棕榈酸、硬脂酸、油酸及16-甲基十七烷酸等物质呈下降趋势。【结论】在印加果种子发育过程中,脂肪酸物质逐渐由饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸物质转化为多不饱和脂肪酸物质,相比其他油料植物具有成熟期短、不饱和脂肪酸转化效率高等优点,推测可能与其高效的光合速率相关。因此,印加果作为一种强需光性的食用油料植物,适宜在纬度较低的广东、广西、云南、福建、海南以及台湾等部分区域进行种植。
关键词:印加果    发育过程    脂肪酸    油料植物    
Accumulation Characteristic of Fatty Acids during Seeds Developmental Plukenetia volubilis
Chen Hongpeng, Peng Yan, Liu Guo, Li Hui, Gao Liqiong, Zhan Ni, Xie Yaojian     
China Eucalypt Research Centre Zhanjiang 524022
Abstract: 【Objective】To reveal the formation rhythm of fatty acids in Plukenetia volubilis seeds during developmental process, and provide a scientific basis for the promotion of planting area and the breeding of new varieties, in this study the accumulation characteristics of fatty acids in the seeds of P. volubilis was studied, and the fatty acid components in the seeds at different developmental stages were analyzed.【Method】The fatty acid components of 18, 36, 54, 72 to 90 DAF seeds from mature P. volubilis plant were extracted by liquid nitrogen, and the relative content of each component and their dynamic changes were analyzed by GC-MS.【Result】The results showed that 56 chemical substances, including 14 fatty acid compounds(80.13%), 7 ester compounds(2.70%), 24 alkane compounds(12.40%), 7 benzene compounds(3.96%) and 4 other compounds(0.81%), were detected and identified from P. volubilis seed during developmental process. The fatty acid compounds mainly contained 9, 12-octadecadienoic acid, 9, 12, 15-octadecatrienoic acid, hexadecanoic acid, octadecanoic acid, 9-octadecenoic acid and 16-methyl-heptadecanoic acid. With the increase of maturity, total content of fatty acid compounds increased gradually from 53.60%, 76.30%, 76.78%, 96.43% to 97.54%. Among them, 9, 12-octadecadienoic acid, and 9, 12, 15-octadecatrienoic acid showed an increasing trend, while hexadecanoic acid, octadecanoic acid, 9-octadecenoic acid and 16-methyl-heptadecanoic acid showed a decreasing trend.【Conclusion】During the seed development of P. volubilis, the fatty acid components gradually changed from saturated fatty acid and monounsaturated fatty acid to polyunsaturated fatty acids. P. volubilis has the characters of shorter maturity and higher conversion efficiency of unsaturated fatty acid compared with other oil plants, which may be related to their high photosynthetic rate. Therefore, P. volubilis, as a strong light-required edible oil plant, is suitable cultivated in low latitudes region such as Guangdong, Guangxi Yunnan, Fujian, Hainan and Taiwan provinces, which could enrich oil plant resource and increase edible oil kinds in China.
Key words: Plukenetia volubilis    development process    fatty acid    oil plant    

印加果(Plukenetia volubilis)又名星油藤果、美藤果,是一种原产于南美洲安第斯山脉地区的大戟科(Plukenetia)多年生木质藤本植物。印加果当年种植即可挂果,2~3年即进入盛产期,采果期限长达数十年,平均产量为3 000~3 750 kg·hm-2,产值在10.60万元·hm-2以上。印加果油主要由多元不饱和脂肪酸组成,含量高达92%以上,明显高于其他食用油料植物,对调整血脂、预防心血管疾病、保养肌肤等有显著作用(Guillén et al., 2003Follegatti et al., 2009Fanali et al., 2011)。印加果油凭借其优良的感官和品质分别于2004、2006年和2010年在巴黎世界食用油博览会上获得金质奖章,引起世界油料产品开发商的高度关注,被广泛用于食品、保健、制药、化妆品等领域。中国是世界上最大的油料油脂进口国和消费国,2014年消费量约为3 081.4万吨,但是现阶段的食用植物油自给率仅为40%左右(王汉中等,2014许新桥等,2015)。目前,世界各国纷纷开发和利用木本油料植物资源来缓解食用油缺口,欧洲部分国家已基本实现了食用油木本化(柳苏芸等,2013)。印加果油作为我国一种新的油料植物资源,陆续在我国云南、广东、福建、广西以及海南等部分区域逐渐引种和栽培。

为了解印加果种子发育过程中的脂肪酸积累特性,本研究利用气象色谱-质谱(gas chromatograph-mass spectrometry,GC-MS)对印加果种子不同发育时期的脂肪酸物质进行解析,为快速判定印加果种子成熟度,建立印加果油的感官评定指标以及印加果种植区域推广和新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

分别于印加果种子形成初期(7月份)至种子成熟期(同年9月份),即花后18~90天(day after flowering, DAF)5个不同发育时期18DAF、36DAF、54DAF、72DAF和90DAF (图 1),在南方国家级林木种苗示范基地湛江遂溪(21°26′N,110°12′E)印加果种质资源圃采摘印加果优良无性系种子。

图 1 印加果5个不同发育时期的种子 Fig. 1 Five different developmental stages seeds of Plukenetia volubilis
1.2 仪器设备

高速冷冻离心机:Multifuge X1R(Thermo,USA);气相色谱-质谱联用仪:7890A-5975C (Agilent,USA);陶瓷研钵:90 mm(宜兴中陶,中国)。

1.3 试验方法

1) 样品处理  不同发育时期印加果的果实各自切开后,去除果皮和种皮,剥出种仁,迅速置于用液氮预冷的研钵中不断加入液氮保持低温多次磨成细粉(陈鸿鹏等,2015)。

2) 脂肪酸物质的提取及甲酯化  准确称取5 g粉末转移至旋盖离心管中,加入含有2.5%(v/v)H2SO4的甲醇混合液1 mL,混匀后,于80 ℃水浴中加热90 min。加入1.5 mL的0.9% NaCl溶液和1 mL的正己烷,涡旋混匀,8 000 r·min-1离心10 min,上层有机相即为含甲酯化的脂肪酸。

3) 气相色谱的分析条件   HP-5 MS石英弹性毛细管柱(0.25 μm×30.0 m×250 μm),载气为高纯氦气(99.999%),流速1.0 mL·min-1,进样口温度250 ℃;色谱柱初始温度50 ℃(保持2.0 min),以4 ℃·min-1升温至120 ℃(保持2 min),最后以6 ℃·min-1升温至230 ℃(保持5 min)。分流进样,分流比为10:1 (陈鸿鹏等,2015周萍萍等,2012)。

1.3.4 质谱的分析条件

电离方式:EI源,电离能量70 eV;离子源温度为230 ℃;四极杆温度150 ℃;传输线温度为280 ℃;电子倍增器电压1 588 V。质量扫描范围m/z 30~400,谱图检索采用Nist08.L进行检索(陈鸿鹏等,2015周萍萍等,2012)。

1.4 数据处理

根据各个质谱峰图面积,采用归一化法计算各个物质的相对含量[各个物质的相对含量(%)=各个物质的峰面积/总峰面积×100],应用SPSS19.0统计软件对所得质谱数据进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析 2.1 印加果种子整个发育过程与各个发育时期的脂肪酸物质成分特征

利用GC-MS分析印加果种子5个不同发育时期的的脂肪酸物质,通过面积归一法计算出各成分的相对含量。印加果种子中的脂肪酸物质能够通过灵敏的GC-MS逐一分离。5个不同发育时期的印加果种子共分离鉴定出56种物质,大致可以分成5大类,其中包括14种脂肪酸类化合物(80.13%),7种酯类化合物(2.70%),24种烷烃类化合物(12.40%),7种苯环类化合物(3.96%)以及4种其他化合物(0.81%)(表 1)。印加果种子中的脂肪酸物质主要由亚麻酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸及16-甲基十七烷酸等物质组成,脂肪酸总含量逐渐从53.60%、76.30%、76.78%、96.43%增加至97.54%。其中,亚油酸和亚麻酸呈增加趋势,棕榈酸、硬脂酸、油酸及16-甲基十七烷酸等物质呈下降趋势。亚麻酸和亚油酸为脂肪酸类主要物质,二者合计占脂肪酸类总含量的63.10%。

表 1 印加果种子不同发育时期的脂肪酸物质组成 Tab.1 The volatile components from Plukenetia volubilis seeds during developmental process
2.2 印加果种子不同发育期的脂肪酸物质成分特征

印加果种子5个不同发育期分别鉴定出5、6、6、9、9种脂肪酸物质,相对含量分别为53.60%、76.30%、76.78%、96.43%及97.54%。其中,18 DAF的印加果种子中以棕榈酸、16-甲基十七烷酸、油酸、亚油酸及硬脂酸为主。36 DAF的印加果种子中以亚油酸、棕榈酸、油酸和16-甲基十七烷酸为主。54 DAF的印加果种子中以亚油酸、亚麻酸、棕榈酸及16-甲基十七烷酸为主。72 DAF的印加果种子中以亚麻酸、亚油酸、棕榈酸及16-甲基十七烷酸为主。90 DAF的印加果种子中以亚麻酸、亚油酸、棕榈酸及硬脂酸为主(图 2)。其中,油酸在18 DAF和36 DAF时有少量生成,但从54 DAF后几乎检测不到;亚油酸含量从36 DAF之后开始明显提高,直至90 DAF都比较稳定;亚麻酸含量从54 DAF之后开始出现升高,并从72 DAF后加大升高幅度;棕榈酸从54 DAF之后出现明显下降;硬脂酸在中间的3个时期含量出现明显下降,在90 DAF时期又出现明显的提高。总体上,随着成熟度的增加,饱和脂肪酸有下降的趋势,不饱和脂肪酸逐渐上升,脂肪酸总量也呈上升趋势。

图 2 印加果种子不同发育时期主要脂肪酸物质的相对含量 Fig. 2 the relative content of fatty acids from P.volubilis seeds in different developmental stages

表 2可知,印加果种子中的不饱和脂肪酸物质主要为亚油酸、亚麻酸及油酸,饱和脂肪酸物质主要为棕榈酸和硬脂酸。油酸、亚油酸及亚麻酸三者之间的相关系数表明,在印加果种子中的不饱和脂肪酸合成途径中,油酸转化为亚油酸以及进一步转化为亚麻酸的效率非常高,亚油酸和亚麻酸处于协同状态,同饱和脂肪酸以及其余各类物质间处于相互竞争状态。同时,二者尤其是亚麻酸的含量使不饱和脂肪酸在印加果油中处于主要成分的绝对优势。棕榈酸和硬脂酸作为饱和脂肪酸的主要物质,在含量上处于劣势地位。饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸间的相关系数为-0.922 0(极显著水平),说明饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸的转化效率非常高。

表 2 印加果种子发育过程脂肪酸及其他各类物质间的相关系数 Tab.2 Correlation coefficient among fatty acid and other component from P. volubilis seeds during developmental process

乙酰辅酶A经过7次加成反应,生成棕榈酸,继而通过脂肪酸链的延长生成硬脂酸,之后再逐渐脱饱和与延长生成油酸以及其他类多不饱和脂肪酸(Stoops et al., 1975王镜岩等, 2002)。从印加果种子中的各类脂肪酸物质相关性看出,经过一系列的脱饱和与延长,棕榈酸以较高的转化效率逐渐生成了亚麻酸,硬脂酸、油酸等中间物质在转化过程中残留较少,都在积极地向亚油酸和亚麻酸转化,说明亚油酸和亚麻酸在印加果种子的脂肪酸物质中处于支配地位。由此推测在印加果种子发育过程中,SAD和FAD系列脱饱和酶的编码基因表达效率较高,能在较短的时间内合成大量的亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸(图 3)。

图 3 印加果种子发育过程中主要脂肪酸物质之间的相关性 Fig. 3 Correlation coefficient of main fatty acids from P. volubilis seeds in different developmental stages 图中数字表示各物质之间的相关性。 The numbers mean that correlation coefficient between two substances.
3 讨论

本研究中,印加果分离鉴定出56种物质,其中包括14种脂肪酸类化合物,7种酯类化合物,24种烷烃类化合物,7种苯环类化合物以及4种其他化合物。脂肪酸类化合物主要以亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸及16-甲基十七烷酸等物质为主,随着成熟度增加,5个发育时期印加果种子分别鉴定出5、6、6、9、9种脂肪酸物质,总含量逐渐从53.60%、76.30%、76.78%、96.43%增加至97.54%。其中,亚油酸和亚麻酸呈同步增加趋势,棕榈酸、硬脂酸及油酸等物质呈下降趋势。总体上,饱和脂肪酸有下降的趋势,不饱和脂肪酸逐渐上升,脂肪酸总量也呈上升趋势。芝麻(Sesamum indicum)种子发育早期有7种脂肪酸,成熟期减少为4种,同时,成熟期的种子中油酸和亚油酸为主要成分,亚麻酸和棕榈烯酸逐渐消失(李晓丹等, 2008)。在花生(Arachis hypogaeo)种子的发育过程中,油酸和亚油酸随着种子的成熟而逐渐增加,而亚麻酸逐渐消失(李晓丹等, 2009)。核桃种子的发育过程中共有6种脂肪酸物质生成,棕榈酸、硬脂酸逐渐下降,油酸和亚油酸逐渐增加,亚麻酸和二十碳烯酸呈先增加后减少的趋势(陈虹等, 2016)。油用牡丹(Paeonia ostii)种子的发育过程中检测到棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等11种脂肪酸,其中饱和脂肪酸含量逐渐下降,不饱和脂肪酸含量不断上升(刘炤等, 2015)。同时,相比其他油料植物(李晓丹等, 20082009王翠艳等, 2006祝志勇等, 2010程子彰等, 2014)具有成熟期短、不饱和脂肪酸转化效率高等优点,推测可能与其高效的光合速率相关。

4 结论

在印加果种子的发育过程中,脂肪酸物质逐渐由饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸物质以较高的转化效率转化为多不饱和脂肪酸物质,作为一种优良的油料植物树种,适宜在纬度较低的广东、广西、云南、福建、海南以及台湾等部分区域进行推广和种植,由此可以丰富我国的油料植物资源,增加食用植物油种类。

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