闫 婷,鲁 敏,孟显悦,乌日恒,师鹏飞,海 龙,杨宏伟
(1. 内蒙古自治区林业科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010010; 2. 沙地生物资源保护与培育国家林业局重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010010)
元宝枫(Acertruncatum),属槭树科槭属植物,为我国独有的木本油料树种,自然分布范围广,具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、适生能力强等特性。相关研究表明,元宝枫种仁脂肪酸含量高达 48.00%,不饱和脂肪酸含量达 92.00%,亚油酸和亚麻酸的含量高达 53.00%,更珍贵的是元宝枫籽油中含有约 5.80% 的神经酸,因此,元宝枫是一种集生态、观赏和经济效益为一体的优良的木本油料植物。
目前,元宝枫作为木本油料树种已逐渐被研究人员及资源开发利用部门关注和重视。吴裕[1]以陕西引种到云南昆明栽培的元宝枫为材料,初步筛选叶用品种5个、果用品种5个。刘培[2]对陕西杏林镇种植的元宝枫初步筛选出优良单株3株。朱小敏[3]从山西野生元宝枫资源中初选出生长表现优良的优树50 株。乔谦等[4]从泰安野生元宝枫资源中筛选出高含油率优良单株2株,高神经酸含量优良单株2株。此外,相关研究表明[5-8],元宝枫受种群分化及环境因素的共同作用,不同种群间及种群内的果实、叶色、种仁、种仁油脂及成分含量、其它器官的有效成分含量等方面存在着广泛的变异。王琨等[9]认为培育稳产高含油的元宝枫优质种源和研发元宝枫神经酸等具有高附加值的产品是元宝枫未来的研究方向。为此,本研究依托内蒙古科尔沁沙地集中分布的天然元宝枫资源,在前期工作的基础上,分析探讨元宝枫古树种仁脂肪酸含量及其组成特征,为促进元宝枫资源树种的遗传改良、种质资源高效利用提供参考。
在内蒙古科尔沁沙地分布着大面积、生长旺盛的天然元宝枫资源,集中分布在科尔沁沙地北缘的兴安盟科尔沁右翼中旗代钦塔拉自然保护区(以下简称“代钦塔拉”)、沙地南端的通辽市科尔沁左翼后旗乌旦塔拉自然保护区(以下简称“乌旦塔拉”),以及沙地西段赤峰市翁牛特旗的松树山自然保护区(以下简称“松树山”)。调查样地自然概况见表1。
表1 调查样地自然概况Tab.1 Natural survey of sample plots
2.1 样品采集
2022年10月,在3个自然保护区内共选择百年以上的天然元宝枫古树97株,为避免所收集样本间具有较近亲缘关系,每棵古树样本距离大于50 m。其中,选取代钦塔拉古树41株、乌旦塔拉古树12株、松树山古树44株。在选定的单株古树采集带翅果的种子,带回室内自然风干,人工将果翅剥离并去种皮,每个单株古树选择3份重复的种仁各20 g进行脂肪酸及其组成含量的测定。
2.2 脂肪酸含量及成分测定方法
采用GB 5009.168—2016第一法(索氏抽提法)进行种仁中脂肪酸含量测定,采用第三法(碱水解提取法)测定脂肪酸组成成分,并计算其比例含量。每个测定样品3次重复,其总平均值作为分析统计数据。
2.3 数据分析
使用 Excel 进行数据的统计和计算,数据以平均值±标准偏差表示,不同处理间的比较利用SPSS 23.0进行方差分析。
3.1 不同地点天然元宝枫种仁脂肪酸含量变化
尽管元宝枫种仁具有相对稳定的高含油特征,但不同地区种源间脂肪酸含量还是有明显的差异。由图1看出,在科尔沁沙地3个自然保护区内,元宝枫古树种仁脂肪酸含量存在明显差异。其中,代钦塔拉、松树山的元宝枫古树种仁脂肪酸含量分别为 47.77% 和 47.18%,明显高于乌旦塔拉元宝枫种仁脂肪酸含量(42.86%)。
图1 不同地点元宝枫古树种仁脂肪酸含量特点Fig.1 Fatty acid content of Acer truncatum ancient tree kernel in different sites
从脂肪酸种类及其各组成含量变化看(表2),在科尔沁沙地3个自然保护区内,神经酸(二十四碳烯酸)含量存在明显差异,而其他成分含量则无显著差异。其中,代钦塔拉的元宝枫古树种仁神经酸含量最低,为 4.77%,乌旦塔拉、松树山的元宝枫古树种仁神经酸含量分别为 5.56% 和 5.27%。此外,元宝枫古树种仁脂肪酸组成中均包括5种饱和脂肪酸(即棕榈酸、硬脂酸、花生酸、二十二碳酸、二十四碳酸)和9种不饱和脂肪酸(即棕榈烯酸、油酸、亚油酸、γ-亚麻酸、α-亚麻酸、顺-11-二十碳烯酸、11,14-二十碳二烯酸、13-二十二碳酸、二十四碳烯酸),其含量没有显著差异。另外,由表2可知,代钦塔拉的元宝枫古树种仁饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量分别为 8.16% 和 91.84%,乌旦塔拉分别为 7.79% 和 92.21%,松树山分别为 8.32% 和 91.68%。由此表明,在科尔沁沙地3个自然保护区百年以上树龄的元宝枫古树种仁不饱和脂肪酸含量均在 90.00% 以上。
表2 不同地点元宝枫古树种仁脂肪酸各组分含量特点Tab.2 Content of each component in fatty acid of Acer truncatum ancient tree kernel in different sites
3.2 天然元宝枫种仁脂肪酸含量的群体分布特征
元宝枫种仁脂肪酸含量除遗传因素影响外,和其生长地环境条件及种仁发育状况有一定关系。从表3可以看出,科尔沁沙地3个自然保护区中,元宝枫古树单株种仁脂肪酸含量具有明显的区域分布特征。其中,松树山种仁脂肪酸含量大于 50.00% 的株数占采集总株数的 9.09%;种仁脂肪酸含量为 45.00%～50.00% 的株数最多,占采集总株数的 65.91%;种仁脂肪酸含量为 40.00%～45.00% 的株数占采集总株数的 25.00%。代钦塔拉元宝枫种仁脂肪酸含量大于 50.00% 的单株占比高达 24.39%,种仁脂肪酸含量在 45.00%～50.00% 的单株占采集总株数的 58.54%,种仁脂肪酸含量在 40.00%～45.00% 的单株只占采集总株数的 14.63%。乌旦塔拉几乎不存在种仁脂肪酸含量大于 50.00% 的单株,而种仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 的株数占采集总株数只有 25.00%,种仁脂肪酸 40.00%～45.00% 的株数占采集总株数的 58.33%,种仁脂肪酸含量低于 40.00% 的株数占采集总株数的 16.67%。研究表明,元宝枫种仁含油量大多在 35.00%～45.00% 之间[8,10-12],本研究区元宝枫古树高脂肪酸含量的特点较为突出,因此,结合本项研究中元宝枫种群意义上的实际情况,我们将科尔沁沙地元宝枫群落进行高含油种群划分。根据种仁脂肪酸含量在 45.00% 以上单株占采集总株数的比例大于 58.00%,或者 45.00% 以下单株占采集总株数的比例大于 58.00%,可以将科尔沁地区的元宝枫古树自然分布种群划分为种仁脂肪酸含量极高种群和种仁脂肪酸含量较高种群。其中,代钦塔拉和松树山的元宝枫古树为种仁脂肪酸含量极高种群,乌旦塔拉元宝枫古树划分为种仁脂肪酸含量较高种群,上述研究可为选育高含油种质资源提供丰富的实物材料。
表3 元宝枫古树种仁脂肪酸含量株数分布特征Tab.3 Distributing feature of tree number of fatty acid content in Acer truncatum ancient tree kernel
3.3 天然元宝枫种仁脂肪酸含量单株变异特征
对科尔沁沙地3个自然保护区的元宝枫古树单株种仁脂肪酸含量变化幅度特征进行统计分析(表4)。结果表明,代钦塔拉分布的元宝枫古树资源,除种仁脂肪酸含量在 45.00%～50.00% 范围外,其他种仁脂肪酸含量范围的单株间变异较小(标准差值小于1);而在松树山分布的元宝枫种仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 范围的单株间变异较小;在乌旦塔拉分布的古树资源种仁脂肪酸含量小于 40.00% 的单株间变异较小。说明,在代钦塔拉更容易选育出种仁脂肪酸含量大于 50.00% 的优良单株,在松树山更容易选育出种仁脂肪酸含量 45.00%～50.00% 范围的优良单株。此结论进一步说明,代钦塔拉和松树山分布的元宝枫古树资源,可以作为选育高含油单株的优良种群。
表4 元宝枫古树单株间种仁脂肪酸含量变化特征Tab.4 Changing feature of fatty acid content of Acer truncatum individual ancient tree kernel
古树是经历人文历史和自然环境变迁保留下来的优良自然资源。在科尔沁沙地3个自然保护区都分布有大量的元宝枫古树资源。因此,研究元宝枫古树种仁脂肪酸特征,对筛选高油种群、保护古树、并挖掘其优良的种质资源进行品种改良具有现实意义。本研究结果表明,在科尔沁沙地3个自然保护区元宝枫古树单株种仁脂肪酸、神经酸含量均具有明显的区域分布特征,其中,代钦塔拉、松树山元宝枫古树种仁脂肪酸含量分别为 47.77% 和 47.18%,明显高于乌旦塔拉保护区(42.86%);乌旦塔拉、松树山的元宝枫古树种仁神经酸含量分别为 5.56% 和 5.27%,而代钦塔拉保护区元宝枫古树种仁神经酸含量最低,为 4.77%。究其原因,可能与海拔有关。乔谦[5]认为,种仁脂肪酸含量存在随地理纬度、海拔升高而升高的趋势。而本研究结论显示,代钦塔拉、松树山的海拔均高于乌旦塔拉,种仁脂肪酸的变化特点符合乔谦的研究结论。此外,众多学者对元宝枫种仁含油量进行了测定,大多在 35.00%～45.00% 之间[8,10-12],仅魏伊楚等[13]测定代钦塔拉自然保护区元宝枫种仁含油量较高,为 48.55%,这也与本研究的结果较为一致。综合来看,本研究区元宝枫古树高脂肪酸含量的特点较为突出,可为选育元宝枫高含油优质种源地,并对促进元宝枫资源树种的遗传改良和种质资源高效利用提供重要参考依据。
(1)科尔沁沙地元宝枫古树种仁脂肪酸和神经酸含量存在明显差异,其它油脂成分含量则无明显差异。代钦塔拉、松树山分布的元宝枫古树种仁平均脂肪酸含量分别为 47.77% 和 47.18%,明显高于乌旦塔拉(42.86%)。神经酸含量方面,代钦塔拉的元宝枫古树种仁神经酸含量最低,为 4.77%,乌旦塔拉和松树山的元宝枫古树种仁神经酸含量分别为 5.56% 和 5.27%。这表明海拔直接影响着元宝枫古树种仁脂肪酸和神经酸含量。
(2)科尔沁沙地3个自然保护区元宝枫古树单株种仁脂肪酸含量具有明显的区域分布特征。松树山元宝枫古树单株种仁脂肪酸在 45.00%～50.00% 的株数占采集总株数的 65.91%,种仁脂肪酸在 40.00%～45.00% 的株数占采集总株数的 25.00%,代钦塔拉对应上述指标分别为 58.54% 和 14.63%,乌旦塔拉分别为 25.00% 和 58.33%。根据种仁脂肪酸含量在 45.00% 以上单株占采集总株数的比例大于 58.00%,或者 45.00% 以下单株占采集总株数的比例大于 58.00% 的占比关系,划分元宝枫群体的高含油程度,可以将代钦塔拉、松树山保护区的元宝枫古树划分为种仁脂肪酸含量极高种群,把乌旦塔拉自然保护区的元宝枫古树划分为种仁脂肪酸含量较高种群。
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