西伯利亞杏種仁油脂積累及脂肪酸組分變化規(guī)律

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（1.內蒙古農業(yè)大學 林學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2.內蒙古農業(yè)大學 草原與資源環(huán)境學院 草地資源教育部重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010011）

隨著社會快速發(fā)展和人口不斷增加，世界各國必將面臨耕地減少和糧油短缺兩大難題[1-2]。中國作為全球最大的發(fā)展中國家，也是全球人口最多的國家，其耕地縮減和糧油虧缺的問題極其嚴峻[3]。木本糧油樹種出油率高、油脂品質優(yōu)，可廣泛用于食用、藥用、保健和化妝[4-5]；此外，木本糧油樹種適應性和抗逆性強，管理技術簡單，一次種植多年收獲，可上山下灘，不與糧爭地，可直接種植于我國廣袤的山地、荒地和沙地等生態(tài)脆弱區(qū)，具有極高的開發(fā)利用潛力[6]。

西伯利亞杏Armeniaca sibirica.Lam 屬薔薇科李亞科杏屬植物，常為落葉灌木或小喬木，樹高可達2 ～5 m，廣泛分布于我國東北、華北以及西北地區(qū)，其種質資源極為豐富[7-8]。西伯利亞杏具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特點，是目前我國北方干旱、半干旱荒漠化區(qū)退耕還林、防風固沙、水土保持等生態(tài)建設的首選樹種[9-11]。與此同時，西伯利亞杏種仁富含油脂、蛋白、維生素和氨基酸等營養(yǎng)成分，可直接食用，還可加工成杏仁油、杏仁露、杏仁豆腐、杏仁蛋白粉等產品[12-13]。其中，西伯利亞杏種仁油脂品質優(yōu)，富含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，屬于高油酸、高亞油酸植物油，是可直接食用的高級食用油[14-15]。目前，關于西伯利亞杏的研究主要集中于抗寒抗干旱生理、種仁成分提取與純化、花器官分化與發(fā)育機理、表型遺傳多樣性和種群遺傳學等方面[15-16]，而關于西伯利亞杏種仁的油脂累積特點及脂肪酸組分變化規(guī)律的研究卻鮮有報道。因此，在西伯利亞杏的生產實踐中無法確定果實的最佳采收期，在發(fā)育期種仁的栽培管理中也無法采取科學、高效、有針對性的栽培管理措施，進而嚴重影響西伯利亞杏種仁油的產量和品質。本研究采集西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁，測定各發(fā)育期種仁的單仁質量、含油率和脂肪酸組分含量，分析其種仁生長發(fā)育特點、油脂累積和脂肪酸組分變化規(guī)律，探討其油脂累積過程中各脂肪酸組分間的相關性，以期為西伯利亞杏果實的適時采收和發(fā)育期種仁的栽培管理提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試西伯利亞杏種仁材料采集于2019年4—8月期間，以內蒙古農業(yè)大學林學院苗圃中生長情況良好、長勢正常的西伯利亞杏良種‘蒙杏1 號’為試材，從花后10 d 開始至種仁成熟，每7 天采集西伯利亞杏果實，選取大小一致、無病蟲害的果實，剝去果皮和果核，取出種仁置于常溫風干至恒重，用于單仁質量測定、油脂提取和脂肪酸組分的測定；本研究自花后10 d（果實開始膨大）開始至種仁成熟期103 d，共采集14 次樣品，分別為花后10、17、24、31、38、45、52、59、66、73、80、87、94、101 d 的西伯利亞杏種仁。

1.2 單仁質量測定

分別將采摘10 ～101 d 果實的果皮和果核去除，將所獲得的種仁置于常溫風干至恒重，用電子天平分別稱量其干質量，測定重復3 次。

1.3 油脂和脂肪酸組分的提取、測定與分析

分別稱取西伯利亞杏花后10、17、24、31、38、45、52、59、66、73、80、87、94、101 d 的8 g 干種仁，利用低溫研磨儀進行研磨，參照國家標準GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的測定》，采用索氏抽提法提取各發(fā)育期種仁的油脂。參照國家標準GB/T17376-2008《動植物油脂脂肪酸甲酯制備》，對各發(fā)育期種仁油脂進行甲酯化，再參照國家標準GB/T17377-2008《動植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》的方法，在配有DB-23 柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）的Agilent 6890N 氣相色譜儀上進行脂肪酸組分類型和含量的分析。以氮氣作為載氣，設定初始柱溫為180 ℃，并以6 ℃/min升溫速度將柱溫升至200 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min 升溫速度升至240 ℃，保持8 min，進樣口溫度為240 ℃。通過與脂肪酸標準品比較，對所測脂肪酸進行定性，根據峰面積法進行相對定量，以甲酯標準品測定所測脂肪酸的絕對含量。

1.4 統(tǒng)計分析

西伯利亞杏各發(fā)育期種仁的油脂提取和脂肪酸組分測定實驗均設置3 次生物學重復，使用Microsoft Excel 2019 軟件進行數據統(tǒng)計和分析，以SPSS 25.0 軟件進行脂肪酸組分間的方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中單仁質量變化

西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁單仁質量的動態(tài)變化如表1所示，從花后10 ～101 d，西伯利亞杏單仁質量的累積變化為0.021 ～0.353 g，不同發(fā)育期種仁質量變化差異顯著（P＜0.01）。其中，10 ～66 d，西伯利亞杏種仁干質量由0.021 g 累積增至0.332 g，其變化差異顯著，累積量約占整個累積量的88%。在66 ～101 d，種仁發(fā)育期占總發(fā)育期的35%，但其單仁質量累積變化僅為0.021 g（0.332 ～0.353 g），單仁質量變化不明顯，說明此期間西伯利亞杏種仁的質量變化差異較小。因此，根據發(fā)育期種仁質量的變化特點，可將西伯利亞杏種仁的發(fā)育過程劃分為兩個階段，即快速生長期（10 ～66 d）和緩慢生長期（66 ～101 d）。

表1 西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁單仁質量?Table 1 Single kernel mass in different developing stages of A.sibirica

2.2 西伯利亞杏種仁油脂累積規(guī)律

通過測定西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁的含油量，初步掌握了西伯利亞杏種仁油脂累積的動態(tài)規(guī)律，其變化情況如圖1所示。西伯利亞杏種仁油脂累積呈“慢—快—慢”的S 型動態(tài)變化模式，根據油脂累積變化規(guī)律，可將種仁油脂累積過程劃分為3 個階段，分別為油脂緩慢累積期、油脂快速累積期和油脂減緩累積期。其中，花后10 ～45 d，西伯利亞杏種仁含油量從6.60%累積增值到17.10%，油脂日平均增量僅為0.30%，該期間為油脂緩慢累積期；花后45 ～73 d，西伯利亞杏種仁含油量快速提高，逐漸進入油脂快速累積期，該階段油脂平均增量高達1.26%，并在花后73 d 油脂累積達到最大值（53.5%）。而花后73 ～101 d，種仁油脂累積緩慢下降，進入種仁油脂減緩累積期，其種仁油脂由53.5%降至51.70%。

圖1 西伯利亞杏種仁油脂累積的動態(tài)變化Fig.1 Variation of oil accumulation in A.sibirica kernel

2.3 西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中脂肪酸組分的變化規(guī)律

對西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁油脂主要組分進行GC-MS 檢測分析，發(fā)現(xiàn)其種仁發(fā)育過程中共檢測到8 種脂肪酸（圖2），分別為屬于飽和脂肪酸（SFA）的硬脂酸（C18:0）、花生酸（C20:0）和棕櫚酸（C16:0），屬于單不飽和脂肪酸（MUFA）的二十碳烯酸（C20:1）、棕櫚油酸（C16:1）、油酸（C18:1）和屬于多不飽和脂肪酸（PUFA）的亞油酸（C18:2）和亞麻酸（C18:3）。油酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚酸和二十碳烯酸為西伯利亞杏種仁油脂的主要脂肪酸組分，在種仁發(fā)育過程中，這5種脂肪酸組分含量變化均存在顯著差異，其中油酸含量具有連續(xù)增加的趨勢，從31.00%累積增至76.00%；亞油酸含量則呈先增后減的規(guī)律，由最初的28.63%增至45.20%，再降至18.15%；而棕櫚酸、二十碳烯酸和硬脂酸的變化趨勢相似，棕櫚酸含量從10.30%遞減至3.59%，二十碳烯酸含量從20.10 %遞減至消失，硬脂酸含量從8.63%減少至1.25%。西伯利亞杏種仁油脂累積過程中，其它非主要脂肪酸如棕櫚油酸和亞麻酸的變化趨勢相似，在種仁油脂緩慢累積期基本未檢測到棕櫚油酸和亞麻酸，進入油脂快速累積期后才能檢測到微量棕櫚油酸（＜0.52%）和亞麻酸（＜0.38%）；而花生酸從種仁油脂緩慢累積期的0.72%逐漸遞減至消失。

圖2 西伯利亞杏發(fā)育期種仁的脂肪酸組分及含量Fig.2 Composition and content of fatty acid in A.sibirica kernel

續(xù)圖2Continuation of Fig.2

2.4 飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量的變化規(guī)律

從西伯利亞杏不同發(fā)育期種仁中飽和脂肪酸（SFA）與不飽和脂肪酸（UFA）含量的動態(tài)變化分析可知（圖3），在油脂緩慢累積期和油脂快速累積期（10 ～73 d），SFA、MUFA 和PUFA的含量均有顯著變化，并且其含量變化趨勢存在較大的差異。其中，PUFA 含量的變化趨勢與MUFA 的變化相反，如PUFA 含量呈先增后減的趨勢，自30.00%遞增至最大值45.00%，后又逐漸降低至19.00%；而MUFA 的含量先出現(xiàn)微減再呈劇增趨勢，由52.00%遞減至46.00%，后又增至76.00%，其變化差異極顯著；SFA 含量則呈先減少后穩(wěn)定的趨勢，由18.00%逐漸降至5.00%。西伯利亞杏種仁油脂累積過程中，SFA、PUFA 和MUFA的含量進入油脂減緩累積期后均保持穩(wěn)定，其含量變化差異均不顯著。

圖3 西伯利亞杏種仁飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of saturated fatty acids and unsaturated fatty acids in A.sibirica kernel

2.5 西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中各脂肪酸含量間的相關性及相關系數

西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中脂肪酸組分間的相關性分析表明（表2），西伯利亞杏種仁累積過程中油酸、亞麻酸、棕櫚油酸3 者間呈顯著正相關，相關性系數分別為0.755（亞麻酸與棕櫚油酸）、0.981（油酸與亞麻酸）和0.792（油酸與棕櫚油酸）；棕櫚酸、硬脂酸和二十碳烯酸三者間同樣呈顯著正相關，其相關性系數分別為0.981（硬脂酸與棕櫚酸）、0.966（二十碳烯酸與棕櫚酸）和0.942（二十碳烯酸與硬脂酸）；而油酸和亞麻酸分別與棕櫚酸、硬脂酸、亞油酸、二十碳烯酸呈顯著負相關，其相關性系數均大于0.700。

表2 西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中各脂肪酸含量間的相關性及相關系數?Table 2 Correlation and coefficient of fatty acid contents during the development of A.sibirica kernel

3 討 論

含油率是評價木本油料樹種的重要指標之一。隨著種仁不斷發(fā)育，西伯利亞杏種仁質量和含油量均發(fā)生顯著的動態(tài)變化，其單仁質量的累積可分為快速生長期（10 ～66 d）和緩慢生長期（66 ～101 d）2 個階段；而種仁油脂累積呈“S”型累積模式，可劃分為油脂緩慢累積期、油脂快速累積期和油脂減緩累積期3 個階段，這與范思琪[17]對山杏種仁形態(tài)變化特點與油脂累積特征的研究結果基本一致，也與絕大多數木本油料樹種，如文冠果（Xanthoceras sorbifoliumBunge）[18]、麻風樹（Jatropha curcasL.）[19]、黃連木（Pistacia chinensisBunge）[20]、白檀（Symplocos paniculataMiq.）[21]等的種仁生長發(fā)育和油脂累積規(guī)律相似。西伯利亞杏種仁發(fā)育初期（10 ～45 d）油脂累積緩慢，油脂日增量僅為0.3%，這可能與西伯利亞杏種仁發(fā)育初期個體脆弱的同化能力有關，也可能是由于處在油脂合成初期，相關酶及蛋白的活性不高有關[22]。隨著西伯利亞杏種仁的發(fā)育，其個體的同化能力和相關酶的活性顯著提高，從花后50 d 開始西伯利亞杏種仁油脂平均日增量高達1.34%，進入油脂快速累積期，于花后73 d 西伯利亞杏種仁油脂含量達最大值（54.67%）。此時，應加強水肥管理，以期進一步提高西伯利亞杏油脂含量，并制定采收計劃，注意及時采收。而自花后第73 天開始，西伯利亞杏種仁油脂含量出現(xiàn)先微量下降再處于穩(wěn)定的趨勢，進入油脂減緩累積期，這在山杏、文冠果等木本油料樹種中也比較常見[18-19]，這可能與種仁發(fā)育后期含水量降低而阻礙了脂肪酸的合成有關[15]，也可能與種仁發(fā)育后期脂肪酸轉化相關酶活性降低有關[25]。

西伯利亞杏種仁油脂中共檢測到8 種脂肪酸，隨著種仁不斷發(fā)育，各脂肪酸組分含量出現(xiàn)顯著變化。其中，油酸含量呈連續(xù)上升的趨勢，其含量最高（76%）；而亞油酸含量呈先增后減的趨勢，其含量次之（18.20%）。西伯利亞杏種仁油脂主要由油酸和亞油酸組成與路志芳等[26]和孫家正等[27]的研究結果基本一致，但其油脂含量和各脂肪酸組分含量與上述研究存在一定差異，這可能是西伯利亞杏不同種質間遺傳基礎存在差異所導致[28]。

明確種仁脂肪酸組分轉化規(guī)律及其相關性可為油脂提產提質以及良種選育提供科學依據[29-30]。西伯利亞杏種仁油脂中，油酸和亞油酸占總脂肪酸的90%以上，分別構成主要單不飽和脂肪酸（MUFA）和多不飽和脂肪酸（PUFA），二者的累積模式正好相反，這與油酸是亞油酸生物合成的前體物質相一致[31]。而棕櫚酸、二十碳烯酸和硬脂酸是西伯利亞杏種仁的主要飽和脂肪酸（SFA），三者總量僅占總脂肪酸的5%。說明西伯利亞杏種仁油脂中含有較高比例的MUFA 和較低比例的PUFA、SFA，屬于高品質食用植物油；其營養(yǎng)高，穩(wěn)定性較強。西伯利亞杏種仁發(fā)育過程中，SFA、MUFA 和PUFA 的含量均在油脂含量最大期（第73 天）達到穩(wěn)定。因此，根據西伯利亞杏種仁油脂累積特點和脂肪酸轉化規(guī)律制定適宜的采收時間，對于獲取西伯利亞杏高品質種仁油至關重要。與此同時，本研究發(fā)現(xiàn)西伯利亞杏種仁油脂累積過程中脂肪酸組分間存在一定相關性，后期可根據脂肪酸組分間的相關性，定向選擇其中的脂肪酸組分，培育或改良高品質油用西伯利亞杏種質。而且，油脂累積及脂肪酸組分變化規(guī)律還受土壤、氣溫、降水等環(huán)境因子的影響，并且不同種質間油脂累積規(guī)律可能存在一定的差異[32-33]。因此，后期應增加西伯利亞杏不同種源或種質的樣品，分析其油脂累積及脂肪酸轉化規(guī)律，并與環(huán)境條件和栽培管理相結合，為油用西伯利亞杏的生產實踐提供參考依據。

4 結 論

通過本研究可知，西伯利亞杏種仁發(fā)育期約為100 d，其種仁含油量高、油脂品質優(yōu)，油脂中不飽和脂肪酸含量高達95%，以油酸和亞油酸為主要脂肪酸，屬于高油酸高亞油酸油脂。其種仁油脂累積過程可劃分為3 個階段，呈“慢—快—慢”的“S”型變化模式。西伯利亞杏種仁油脂累積過程中先后出現(xiàn)8 種脂肪酸組分，這些脂肪酸在種仁發(fā)育過程中存在復雜的轉化反應。研究結果可為西伯利亞杏的栽培管理提供依據，還可為進一步研究西伯利亞杏種仁油脂累積及脂肪酸組分轉化的機制提供支撐。