油桐4个优良家系主要经济性状分析

时间：2024-09-03

李文莹，刘美兰，张琳，谭晓风，张帆航，王自重

（1.中南林业科技大学经济林培育与保护省部共建教育部重点试验室，湖南长沙 410004；2.湖南省永州市森林资源监测中心，湖南永州 425000）

油桐Vernicia fordii又名三年桐，是大戟科油桐属落叶乔木。油桐原产于中国，是世界著名的油料树种，与油茶Camellia oleifera、核桃Juglan sregia、乌桕Sapium sebiferum并称为我国四大木本油料植物[1]。油桐在我国的栽培范围很广，品种资源丰富，在湖南、湖北、贵州和台湾等16个省、市、自治区均有栽培分布[2]。油桐具有结实早、产量高等优良特性，用油桐种子榨取的桐油是世界上最优质的干性油。桐油是由软脂酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）、亚麻酸（C18:3）以及桐酸（C18:3）这6种脂肪酸构成的天然的甘油三酸酯混合物，其中的α-桐酸是桐油脂肪酸的主要组成成分，占桐油脂肪酸成分的70%以上[3]。桐油具有干燥快、比重轻、光泽好、不导电、抗冷热及防腐、防锈、耐酸、耐碱等优良特性，是一种重要的工业原料和环保涂料。油桐种子含油率一般在50%～70%之间，其油脂中不饱和脂肪酸成分高达94%左右，而油茶、乌桕、核桃的含油率分别在40%、40%和65%～70%，相比而言，油桐含油率相对较高，是一种十分优质的木本油料植物[4-8]。

在生产应用上，选择高产、优质、抗病的优良品种是其选优的主要目标[9]。油桐良种推广已经在河南、广西两省区取得初步成效，大大提高了两地油桐产量，优化了桐林结构，实现了油桐的丰产与稳产[10-11]。中南林业科技大学在湖南省湘西自治区永顺县青坪镇建立了70多hm2的油桐种质资源库，保存各种油桐资源共计300多份。为给油桐良种的选择与生产推广提供理论依据，以选取于中南林业科技大学油桐试验基地的4个油桐优良家系为研究材料，对其果实性状、种子性状、桐油油脂脂肪酸成分及桐油油脂的理化性质进行了比较分析，旨在从中筛选出更具优势的优良家系。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料选自位于湖南省永顺县青坪镇中南林业科技大学油桐试验基地——国家油桐种质资源保存库，根据其性状表现，选出4个优良家系，分别编号为 P005、P007、P009、P012。于 2016年10月中旬从4个家系上各采集大小较为一致的单果30枚用于测量果实性状，剥出鲜籽，用于后续测量各家系的种仁性状、桐油油脂脂肪酸成分以及油脂的理化性质。

1.2 试验方法

1.2.1 果实经济性状的测量方法

使用游标卡尺和电子天秤测量鲜果样品的果高、果径、果皮厚度、单果质量、鲜籽质量，并按如下公式计算鲜出籽率。

鲜出籽率(%)＝(鲜籽质量/鲜果质量)×100%；

出仁率(%)＝(烘干仁重/烘干籽质量)×世隔绝100%。

1.2.2 油脂的提取及其理化性质分析

采用索氏提取法提取桐籽中的油脂，依据GB/T 5512-2008[12]中规定的具体方法进行操作，并按如下公式计算出油率：

出油率(%)＝(提取的油脂质量/种仁粉末质量)×100%。

理化性质的分析指标主要有油脂的碘值、酸值、皂化值和折光指数。碘值的检验，使用标准韦氏液法；酸值的测定，依据SN/T0801.19-1999（进出口动植物油脂游离脂肪酸和酸价检验方法）；皂化值的测量，采用酸碱中和法；使用阿贝折光仪测定[13-15]折光指数。

1.2.3 桐油油脂甲脂的制备

采用氢氧化钠-甲醇法进行油脂甲酯化处理：用胶头滴管吸取样油，滴5滴于10 mL的试管中，加入0.5 moL·L-1的氢氧化钠——甲醇溶液2 mL后摇匀，于60 ℃下水浴30 min完成甲酯化，从水浴锅中取出试管并加入正己烷2 mL，摇匀，静置分层后取上清液进行气相色谱分析[16]。

1.2.4 脂肪酸成分的气相色谱分析

利用气相色谱仪分析桐油油脂脂肪酸成分，气相色谱仪为日本岛津公司的SHIMADZU GC-2014，氢火焰检测器；色谱柱为FUSED SILICA Capillarg Column（石英毛细管柱），柱长60 m，柱径为（0.25 μm×0.25 μm）；载气为氮气，压强为78 kPa；分流比为100∶1；燃气为氢气（30 mL·min-1）；进样口温度为250 ℃；柱温为190 ℃；检测器温度为250 ℃。

1.2.5 数据分析及图表制作

使用Microsoft Excel 2016对试验数据进行汇总整理及绘制表格；使用SPSS 19.0对所有数据进行统计分析，包括平均值、标准差的计算及相关性的分析；条形图和折线图均使用OriginPro 9.0绘制。

2 结果分析

2.1 油桐4个优良家系果实各性状指标的测定结果

4个油桐优良家系果实各性状指标的测定结果如图1。由图1 可知，4个优良家系果实的平均果高为55.06 mm，其中最高的是家系P012，其平均果高为58.82 mm；4个优良家系果实的平均果径为55.82 mm，其中家系P012的平均果径最大，为57.43 mm，说明果实大小差异不太明显；4个优良家系的平均果皮厚度为5.76 mm，其中家系P009的平均果皮厚度最薄，家系P005的果皮最厚。4个优良家系的平均单果质量为67.19 g，其中家系P012的平均单果质量超过70 g，家系P009的平均单果质量最低，其平均单果质量为58.58 g；4个优良家系果实的鲜籽质量几乎都在30 g以上，其平均鲜籽质量为33.05 g，其中家系P012的最重，其平均鲜籽质量为35.04 g；家系P007的次之，其平均鲜籽质量为33.43 g；家系P009的平均鲜籽质量最轻，为31.71 g。4个优良家系果实的平均鲜出籽率为49.44%，且大部分单果鲜出籽率都在48%以上；其中，家系P009的鲜出籽率最高，其平均出籽率为54.10%；而家系P005的鲜出籽率最低，为46.12%。

油桐4个优良家系果实各性状指标间的相关性分析结果见表1。由表1可知，油桐4个优良家系果实各性状指标之间存在着既相互促进又相互制约的关系：单果质量和果径、鲜籽质量和果径间均呈极显著正相关，其相关系数分别为0.830、0.791；鲜出籽率和单果质量间呈极显著负相关，其r值为-0.752；鲜籽质量和单果质量之间呈显著正相关，其相关系数为0.619；鲜出籽率和果径、果皮厚度间均呈显著负相关，其r值分别为-0.559和-0.704。

图1 4个油桐优良家系果实各性状指标的测定结果Fig.1 Fruit characters of four tung superior families

表1 4 个油桐优良家系果实各性状指标间的相关性分析结果†Table 1 Correlation among fruit characters in four tung superior families

2.2 油桐4个优良家系种子各性状指标的测定结果

油桐4个优良家系种子各性状指标的测定结果如图2所示。由图2 可知，4个优良家系果实的干出仁率相差较大，家系P005的平均干出仁率最高，为69.10%；家系P009的平均干出仁率最低，在53%～54%之间，与家系P005相差近13%；家系P007和家系P012的干出仁率之差小，且均超过了59%。4个优良家系种仁的出油率均在50%以上，且家系内个体间出油率的差别小。其中，家系P012的种仁出油率最高，平均出油率为62.49%；家系P007和家系P009的种仁其平均出油率均较低，分别为51.55%和51.09%。以4个优良家系桐籽的平均干出仁率和平均出油率作为变量，家系P005、家系P007、家系P009、家系P012的每克烘干桐籽可以分别得到0.368、0.308、0.274及0.369 g的桐油。故家系P005和家系P012的种仁性状表现均较好，而家系P009的种仁性状表现相对较差。

图2 4个油桐优良家系种子性状的测定结果Fig.2 Seed characters of four tung superior families

2.3 油桐4个优良家系的桐油其脂肪酸成分的分析结果

油桐4个优良家系的桐油其脂肪酸的成分与含量分别如图3与4所示。油桐4个优良家系的桐油其饱和脂肪酸含量为5%～6%，不饱和脂肪酸含量为94%～95%。其中，家系P005和家系P007的不饱和脂肪酸含量均相对较高，其平均不饱和脂肪酸含量分别为94.704%和94.581%；家系P009和家系P012的不饱和脂肪酸含量均相对较低，其平均不饱和脂肪酸含量分别为94.213%和94.193%。油桐4个优良家系的桐油其桐酸含量均在80%左右；其中，家系P005和家系P007的桐酸含量均超过80%，尤其是家系P007，其平均桐酸含量为82.292%；而家系P009和家系P012的桐酸含量均未达到80%，家系P009的平均桐酸含量最低。在油桐4个优良家系的桐油中，α-桐酸含量最高的是家系P005，其平均含量为78.987%；家系P009的α-桐酸含量最低，平均含量为74.142%。家系P005的β-桐酸含量最低，其平均值仅为2.972%；家系P007和家系P009的β-桐酸含量均相对较高，均超过了5%。

图3 4个油桐优良家系的桐油其脂肪酸的成分与含量Fig .3 Tung oil fatty acid composition of four tung superior families

图4 4个油桐优良家系桐油饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的成分比Fig.4 Ratio of saturated fatty acids to unsaturated fatty acids in tung oil

2.4 油桐4个优良家系的桐油其油脂理化性质的分析结果

油桐4个优良家系的桐油其油脂理化性质的测定结果如表2所示。由表2 可知，4个优良家系的桐油其酸值在0.722～1.128 mg KOH·g-1之间，其中，家系P009的平均酸值最低，而家系P012的平均酸值最高，家系P005和家系P007的酸值相近，均在0.8 mg KOH·g-1左右。4个优良家系的桐油其碘值较为接近，均在1.582～1.599 g·g-1之间。其中，家系P012桐籽的碘值最高，其平均碘值为1.599 g·g-1；家系P007的碘值略低于其余3个家系，其平均碘值为1.561 g·g-1。4个优良家系的桐油其皂化值间的差距很大，最高值与最低值之间相差大约35.2 mg·g-1。其中，家系P009的皂化值最高，平均皂化值达到200 mg·g-1，家系P005的皂化值最低，家系P007和家系P012的皂化值虽略高于家系P005，但仍远低于家系P009。4个优良家系的桐油其折光指数在1.519～1.521 N之间，家系P005、家系P007和家系P012的平均折光指数均达到1.520 N。其中，家系P007的折光指数最高，其最高折光指数为1.521 N，家系P009的折光指数最低，其平均折光指数为1.519 N。

表2 油桐4个优良家系桐油油脂理化性质的测定结果Table 2 Physicochemical properties of tung oil

3 结论与讨论

油桐是我国重要的工业油料树种，用油桐种子榨出来的油被称作桐油。桐油在植物油中是最优质的干性油，是制作涂料、高级印刷油墨的基本原料。桐油干燥以后所形成的皮膜不但坚硬耐磨、防水耐碱，还可以作为防锈油、防水涂料等使用，被广泛应用于木材、金属制品以及建筑的表面保护和装饰处理中。桐籽榨油后剩余的桐子壳不但可以作为活性炭和生物能源的生产原料，还能够提取出用于制作木糖醇、栲胶和培养基等化工产品。随着全世界石油能源的日渐枯竭，以及燃油带来的环境污染问题的加剧，开发新型可再生生物能源已成为当务之急。桐油是一种甘油三酯的混合物，通过酯的反应可以生产出生物柴油。在桐油加工过程中所产生的桐子壳等副产品，经过空气隔绝高温催化裂解，可以得到大量气、液、固体燃料，因此，将油桐作为一种能源树种来栽培，为未来缓解我国能源短缺问题提供了可能[17]。然而，在油桐的栽培生产中，还存在着低产林比重大，品种混杂、良莠不齐，果实产量低等问题[18]。因此，选育出高产、优质的油桐家系并将其推广种植，这是油桐生产的重要发展方向。油桐在我国分布范围非常广范，品种资源十分丰富，然而自20世纪90年代以来，尤其是近十年来，随着人工合成油漆的大量上市和地方性政策的不断改变，油桐种质资源遭到破坏。但是，近年来我国桐油价格不断提高，桐油市场供不应求，恢复油桐生产，发挥桐油在生物质能源等方面的作用已成为必然趋势。

本文对油桐4个优良家系桐籽油脂理化性质的评定，主要是从其酸值、碘值、皂化值及折光指数4个方面来进行的。酸值，又叫作酸价，指的是吸收1 g桐油中的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。酸值越小则桐油的品质越好，酸值过高会导致桐油胶化时间不正常，进而影响桐油的加工处理及产品质量，一般桐油的酸值处于3～6的为好。每百克桐油所能吸收的碘的克数叫作桐油的碘值。碘值是用来衡量油脂干燥性能的指标，碘值越高，油脂所含的不饱和脂肪酸越多，油脂的干燥性能也越好。油脂的碘值在130以上时即为干性油，桐油的碘值一般为163～173，因此桐油是优质的干性油。皂化值指的是每克桐油皂化时消耗的氢氧化钾的毫克数，皂化值是用来表示桐油的纯度以及制皂时加碱量的参考依据。油脂的分子量越小，其皂化值就越大，折光指数也越大。桐油的皂化值一般为190～195。折光指数指的是光线经过空气射入桐油后，光线的射入角与折射角的正弦之比。桐油的折光指数在植物油中较高，一般在1.516～1.524之间。充分成熟的油桐籽不仅含油量高，而且不饱和脂肪酸的含量高，酸值低、碘值高、折光指数大，因此桐油的折光指数既可以作为判断桐油纯度的依据，也可以作为判定桐油的碘值或是否酸败的间接参考值[8]。

对油桐试验基地4个优良家系的果实性状、种仁性状、脂肪酸成分及油脂理化性质指标的测定结果表明，油桐家系P012的果实在果高、果径、单果质量及鲜籽质量这几个指标上均优于其他3个家系，其果皮厚度及鲜出籽率在4个优良家系中也均处于中上水平，综合各项指标来看，其果实性状最好；家系P005和家系P012的种子性状均较好，二者之间虽然在干出仁率和出油率上存在一定的差异，但其单位种仁出油量间的差异小；4个优良家系的桐油其不饱和脂肪酸的含量约为95%，其中桐酸占80%左右。桐酸分为α-桐酸和β-桐酸两种，其中α-桐酸所具有的共轭三烯结构导致其性质极其活泼，易受温度、光线及微量硫、硒、碘等物质的影响而转变为β-桐酸，影响桐油后期贮藏与利用，而4个油桐优良家系的α-桐酸含量均在74%以上，β-桐酸含量均低于5.4%，说明桐油质量好[19]。由油桐果实各性状指标间的相关性分析结果可知，油桐果实各性状指标间存在着千丝万缕的联系。果实的大小、重量、鲜果出籽率等指标与其产量密切相关，在种子出油率一定的条件下，果实体积越大、重量越重、出籽率越高，种植油桐所带来的经济效益则越好，因此在选育油桐良种过程中，可以通过果实各个性状间的相关性来辅助预测目标性状的表现情况，以选择出经济性状优良的优良家系。油桐的经济价值主要来自于桐油，因此油桐种仁出油率的高低对于评价油桐家系是否优良至关重要。从出油率来看，家系P012的出油率最高，家系P009的出油率最低，二者出油率间相差大于10%，不同家系的出油率间差异十分明显，这就为进一步研究油桐果实的油脂合成及代谢机理提供了良好的试验材料。

本文所分析的4个优良家系在果实性状、种仁性状、桐油的脂肪酸成分及油脂的理化性质4个方面总体表现优异，其中，家系P005的不饱和脂肪酸含量最高；家系P007的桐酸含量最高；家系P009的桐油品质最好；家系P012的出油率最高，综合性状最好。相比较而言，家系P005和家系P012均有果实性状优良、种仁含油率高、桐油质量好的优势。本文筛选出了优良家系P005和家系P012，一方面为进一步的油桐良种选育工作的开展提供了现实的依据，另一方面可直接将选优油桐家系用于生产繁殖中，这对于提高油桐生产的经济效益，乃至提升油桐产业的整体竞争力，促进油桐产业健康有序发展均有重要意义。

当前对油桐的研究主要集中在油桐脂肪酸合成与代谢（如陈昊等人对油桐种仁不饱和脂肪酸合成途径的解析，吕佳斌等人对油桐LACS4基因的克隆与原核及真核的表达）、油桐栽培和育种（如李泽等的根外追肥对油桐幼苗生长、光合作用及叶绿素荧光参数的影响）等方面[20-24]。不论是采用较为先进的分子技术手段还是常规的选种、育种手段，最终目的都是不断提高油桐果实产量、桐油质量及成熟种仁含油率等经济指标，并将这些研究成果投入生产实践中，优化油桐产业结构，提高油桐种植与加工利用的经济效益。本文主要着眼于油桐家系果实各性状表型的研究，以求直接筛选出具有高产量、高品质等比较优势的优良家系，为油桐生产实践和科学研究提供良种选择与一定的理论基础。

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