芥菜型油菜重组自交系群体种子油含量和蛋白质含量的变异及其相关性分析

田恩堂　李鲁峰　贾世燕　林树春

摘要：【目的】对芥菜型油菜重组自交系群体种子的油含量和蛋白质含量进行检测并分析二者间的相关性，筛选优异育种资源，为芥菜型油菜育种提供研究基础和应用材料。【方法】利用近红外方法测定139份芥菜型油菜重组自交系群体种子的油含量和蛋白质含量，并分析两者间的相关性。【结果】在贵阳的环境条件下，139份芥菜型油菜重组自交系群体种子的油含量和蛋白质含量表现出明显的变异，其变异范围分别为33.1%～47.7%和22.0%～33.3%，并被划分为三大群体。群体Ⅰ材料的油含量和蛋白质含量平均值分别为33.7%和32.8%，变异系数分别为2.3%和0.7%；群体Ⅱ材料的油含量和蛋白质含量平均值分别为41.2%和26.2%，变异系数分别为5.3%和6.6%；群体Ⅲ材料的油含量和蛋白质含量平均值分别为45.9%和23.6%，变异系数分别为2.7%和4.8%。相关性分析结果显示，芥菜型油菜种子的油含量和蛋白质含量呈极显著负相关（P<0.01）。【结论】芥菜型油菜重组自交系群体种子的油含量和蛋白质含量变异丰富且存在显著负相关。高油含量株系RIL020、高蛋白质含量株系RIL038和高总含量（油+蛋白质）株系RIL078是3份优异的芥菜型油菜种质资源，可用于芥菜型油菜的遗传育种和基础研究。

关键词： 芥菜型油菜；油含量；蛋白質含量；相关性分析

中图分类号： S565.4 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）02-0211-05

Abstract：【Objective】Seed oil and protein content of recombinant inbred lines（RIL） of Brassica juncea were measured， their correlation was analyzed， and excellent germplasm materials were screened in order to provide research basis and materials for B. juncea breeding. 【Method】Seed oil content and protein content of 139 RIL samples were measured by near infrared spectrometer method， and their correlation was analyzed. 【Result】In the environment of Guiyang， the oil content and protein content of these materials showed great variation， variation range of oil content was 33.1%-47.7% and that of protein content was 22.0%-33.3%. The materials could be divided into three groups. In GroupⅠ， average oil content was 33.7% and coefficient of variation 2.3%， average protein content was 32.8% and coefficient of variation 0.7%. In Group Ⅱ， average oil content was 41.2% and coefficient of variation 5.3%， average protein content was 26.2% and coefficient of variation 6.6%. In Group Ⅲ， average oil content was 45.9% and coefficient of variation 2.7%， average protein content was 23.6% and coefficient of variation 4.8%. Oil content and protein content showed significantly negative correlation（P<0.01）. 【Conclusion】Seed oil content and protein content of B. juncea RIL show great variation and significant negative correlation. Three excellent B. juncea germplasms are detected： RIL020 with high oil content， RIL038 with high protein content and RIL078 with high sum（oil+protein） content. The three materials can be used for genetic breeding and fundamental research of B. juncea.

Key words： Brassica juncea； oil content； protein content； correlation analysis

0 引言

【研究意义】甘蓝型油菜（Brassica napus， AACC， 2n=38）、芥菜型油菜（B. juncea， AABB， 2n=36）和白菜型油菜（B. rapa， AA， 2n=20）是芸苔属的三大油料作物。我国是芥菜型油菜的重要起源地和分化中心，拥有丰富的芥菜型油菜种质资源，主要分布于西北和西南地区（刘后利，1985）。芥菜型油菜具有独特的耐贫瘠、耐旱、抗病虫、黄籽等优良品性，大力发展芥菜型油菜种植和研究对于增强抗性基因资源在甘蓝型油菜和白菜型油菜中的应用，促进我国特别是贵州地区山地农业的发展和保障我国油料安全具有重要意义。【前人研究进展】目前，有关甘蓝型油菜蛋白质和油含量间的相关性及其调控机理的研究已广泛开展。梅德圣等（2009）测定了2个甘蓝型油菜F2群体的油含量和蛋白质含量，检测结果显示油含量和蛋白质含量存在极显著负相关（相关系数分别为-0.68和-0.81），并对其进行了QTL分析。马珍珍等（2013）构建了一个包含176个甘蓝型油菜株系的F8重组自交系群体，并检测到此群体在4个环境条件下的油含量和蛋白质含量的平均值间存在极显著负相关（r=-0.50）。许剑锋等（2014）构建了两个分别包含177个和181个甘蓝型油菜株系的BC1F1群体，并检测到此两个群体中油含量和蛋白质含量的平均值间存在极显著负相关（r=

-0.22）。有关芥菜型油菜中蛋白质和油含量间的相关性及其调控机理研究处于起步阶段。George等（2006）利用花药培养技术获得了芥菜型油菜的纯系，发现大部分株系的油含量和蛋白质含量在第4代和第5代间有变化。Gunasekera等（2006）利用互作分析研究了环境条件对芥菜型油菜种子油含量和蛋白质含量的影响。Mahmood等（2006）利用印度本地的黄籽和黑籽型芥菜型油菜亲本创建了一个DH作图群体，并分析了群体不同株系的含油量和蛋白质含量，发现二者间呈显著负相关（r=-0.7）。【本研究切入点】前人已对甘蓝型油菜中油含量和蛋白质含量的相关性进行了研究，但关于芥菜型油菜的油含量和蛋白质含量相关性的研究相对较少。另外，我国对芥菜型油菜的育种研究较少，适应现代育种用的优异育种材料较为匮乏。【拟解决的关键问题】在贵阳环境条件下，测定一个包含139个重组自交系株系的芥菜型油菜群体种子的油含量和蛋白质含量，并进行相关性分析，筛选优异育种资源，为芥菜型油菜育种提供研究基础和应用材料。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

以高油含量（44.4±0.3）%、低蛋白质含量（24.7± 0.2）%的芥菜型油菜材料BJ540為母本，以低油含量（35.6±0.4）%、高蛋白质含量（32.0±0.2）%的芥菜型油菜材料BJ860为父本进行杂交，其中139个F1株系进一步套袋自交至F5，获得包含139个F5株系的重组自交系群体材料，139个F5株系分别命名为NIL001～NIL139。

1. 2 试验方法

于2014年10月将139份芥菜型油菜种质资源种植于贵州大学农场试验地。采用随机区组设计，每个株系播种3个重复，每份（重复）材料播种2行，每行保留10个单株，每个材料于开花期随机选取3个单株套袋自交并收取自交种子。

每份芥菜型油菜取3.0 g饱满种子，利用近红外方法测定其种子的油含量和蛋白质含量。每份材料重复测定2次，取其均值作为该材料最终分析用数据。蛋白质含量和油含量以百分比（%）表示。

1. 3 统计分析

利用SPSS 20.0进行数据分析，包括描述性统计、相关性分析、正态分布图、聚类图和多重比较（LSD）等。

2 结果与分析

2. 1 群体性状变异

根据单样本K-S检验结果（Z为0.698，P=0.714>0.05），芥菜型油菜重组自交系群体的油含量呈近似正态分布，群体的平均油含量为41.3%，变异范围为33.1%（RIL078株系）～47.7%（RIL020株系），变异系数为6.0%（图1、表1）。株系间油含量的变异较明显，油含量在33.0%～39.0%的材料有24份，占全部材料的17.3%；油含量在39.0%～45.0%的材料有110份，占全部材料的79.1%；油含量大于45.0%的材料有5份，占全部材料的3.6%。

根据单样本K-S检验结果（Z为0.796，P=0.551>0.05），芥菜型油菜重组自交系群体的蛋白质含量也呈近似正态分布，群体的平均蛋白质含量为26.2%，变异范围为22.0%（RIL042株系）～33.3%（RIL038株系），变异系数为7.6%（图1、表1）。株系间蛋白质含量的变异较明显，蛋白质含量在22.0%～26.0%的材料有72份，占全部材料的51.8%；蛋白质含量在26.0%～30.0%的材料有62份，占全部材料的44.6%；蛋白质含量大于30.0%的材料有5份，占全部材料的3.6%（图1）。

根据单样本K-S检验结果（Z为0.52，P=0.95>0.05），芥菜型油菜重组自交系群体的油含量和蛋白质含量的总和（Oil+Protein，简称OP含量）也呈近似正态分布，群体的OP含量平均值为67.5%，变异范围为67.5%（RIL129株系）～71.7%（RIL078株系），变异系数为2.5%（图1、表1）。株系间OP含量的变异较明显，OP含量在62.0%～65.0%的材料有10份，占全部材料的7.2%；OP含量在65.0%～68.0%的材料有74份，占全部材料的53.2%；OP含量在68.0%～71.0%的材料有54份，占全部材料的38.8%；OP含量超过71.0%的仅有1份，为RIL078株系。OP含量高于70.0%的材料中，有5份材料的油含量和蛋白质含量均表现较好，分别是：NIL017（油含量42.8%、蛋白质含量28.0%）、NIL135（43.0%、27.3%）、NIL009（43.7%、26.6%）、NIL067（42.0%、 28.1%）和NIL061（43.3%、26.8%）。

2. 2 相关性分析结果

每份芥菜型油菜株系的油含量和蛋白质含量表现出明显的反向特性，即高油含量的材料蛋白质含量通常较低，而低油含量的材料通常有较高的蛋白质含量。以重组自交系的油含量、蛋白质含量及两者总和进行折线图分析，结果（图2）显示，随着油含量的不断增加（曲线上行），蛋白质含量不断减少（曲线下行）。对每份材料的OP含量进行分析，所有材料在63.0%～

71.7%变化，趋势线的斜率为0.0246，绝对值明显小于油含量（0.0582）和蛋白质含量（0.0336）的斜率，说明株系间OP含量的变化较小，更稳定。通过对油含量和蛋白质含量进行相关性分析，发现两者间的相关性系数为r=-0.734（P<0.01），呈极显著负相关。

2. 3 聚类分析结果

以芥菜型油菜群体株系材料的油含量和蛋白质含量为主要参考指标对139个株系进行聚类分析，根据性状综合表现距离集中区域的远近，所有芥菜型油菜种质资源可分为三大群体，含油量和蛋白质含量在3个群间均存在显著差异（P<0.05）（图3）。群体Ⅰ含有2份材料，占全部材料的1.4%，油含量和蛋白质含量平均值分别为33.7%和32.8%，变异系数分别为2.3%和0.7%；群体Ⅱ含有132份材料，占全部材料的95.0%，油含量和蛋白质含量平均值分别为41.2%和26.2%，变异系数分别为5.3%和6.6%；群体Ⅲ含有5份材料，占全部材料的3.6%，油含量和蛋白质含量平均值分别为45.9%和23.6%，变异系数分别为2.7%和4.8%（表2）。总体来说，材料的油含量表现为：群体Ⅲ>群体Ⅱ>群体Ⅰ，而蛋白质含量表现为：群体Ⅰ>群体Ⅱ>群体Ⅲ。

3 讨论

油含量和蛋白质含量是油料作物的主要品质性状。在甘蓝型油菜（梅德圣等，2009；马珍珍等，2013；许剑锋等，2014）、花生（姜慧芳和段乃雄，1992）和棉花棉仁（李晓娜，2006）等作物种子中，油含量和蛋白质含量均呈负相关。在本研究中，芥菜型油菜重组自交系群体种子油含量和蛋白质含量的相关分析结果，进一步验证了这种负相关关系。蛋白质和油分的合成代谢具有共同的碳源，而植株本身有限的碳源总量与蛋白质和油分对底物竞争可能是引起两者之间负相关的主要原因（赵翠格等，2010）。国外最新研究结果（Meyer et al.，2012）显示，在拟南芥中油分和蛋白质的聚集均需要基因Cytosolic Pyrophosphatase的表达，而油含量基因突变的拟南芥单株蛋白质含量明显升高，此结果从分子水平上进一步揭示了油含量和蛋白质含量之间的相互关系，也为两者负相关的机制研究提供了新思路。

特异性的育种材料是开展育种工作的前提和基础。本研究从芥菜型油菜的重组自交系群体中获得了大量的高油含量、高蛋白质含量、油含量和蛋白质含量均相对较高，以及油含量和蛋白质含量总体较高的芥菜型油菜育种材料。高油含量的育种材料可提高油料作物的出油率和产油量；高蛋白质含量的育种材料榨油后的残渣即饼粕中的蛋白质含量高，其附加值也相应较高；而油含量和蛋白质含量均相对高的育种材料可作为油料和饲料两用材料。

本研究对芥菜型油菜油含量和蛋白质含量调控机理的研究尚未完善，有待今后利用QTL定位等手段进一步探讨。

4 结论

本研究揭示了139份芥菜型油菜重组自交系群体株系在贵阳的环境条件下油含量和蛋白质含量的遗传变异，并检测到二者之间存在显著负相关。发现3份优异的芥菜型油菜种质资源：高油含量株系RIL020、 高蛋白质含量株系RIL038和高总含量（油+蛋白质）株系RIL078，这3份材料可用于芥菜型油菜的遗传育种及基础研究。

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（責任编辑 麻小燕）