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植物油脂是重要的食用和工业用原料.由于人口众多,土地资源有限,我国油脂供应缺口巨大,50﹪依赖进口维持国内市场供应.评价油料植物种质资源、选育高产油脂植物良种和开发利用新型植物油脂资源以满足工业和食用对原料油的需求,具有战略的意义.
光皮树(Swida,wilsoniana)是一种果实高含油脂的油料树种,干全果含油率33-36﹪,果肉含油率高达50～55﹪,果核(种子)含油率8～17﹪,盛果期大树株产油10～25kg.光皮树水平集中分布于长江流域至西南各地的石灰岩区,黄河及以南流域也有分布,垂直分布于海拔100m-1000m的河谷荒山荒坡上,是石灰岩山地造林的理想树种,在少数地区有作为木本食用油料植物栽培历史.光皮树适应性广,油产量高,加工成本相对较低,脂肪酸组成以油酸和亚油酸为主,被称之为生物柴油的理想原料.长期以来,光皮树处于野生或半人工栽培状态,种质资源及其遗传性状系统评价、鉴定和良种选育、果实发育、脂肪酸积累规律研究工作几乎处于空白状态,果实脂肪酸理化特性缺乏系统、深入的研究.建立在对光皮树种群和群落经济性状和生物学特进行多年调查分析基础上,作者采用形态学标记、等位酶标记和ISSR标记3类技术方法评价和研究了来自不同产地群落的16株光皮树优株遗传性状和遗传规律.与此同时,野外调查、观测和室内测定结合研究了优株果实发育和脂肪酸积累规律,分析并评价了优良单株脂肪酸含量、脂肪酸组成差异,完善和优化光皮树果实油脂酯交换生产生物柴油的工艺技术,获得主要研究结果如下:
1、采用形态学标记、等位酶标记和ISSR标记3类技术方法结合评价和研究了光皮树优株遗传多样性和遗传规律,构建和形成了果实含油植物…光皮树重要遗传性状观察记载的方法、评价标准,并建立了数量遗传模型.
2、建立在光皮树居群和群落生物学特性和经济性状广泛调查并制定优株选择标准的基础上,对江西、湖南和湖北3个主要产区自然分布的野生光皮树群落进行调查,经预选、初选、复选后,收集和评价了35株复选优株材料.通过对复选优株的调查数据进行统计分析,综合指标评价出可用于生产的16株光皮树优株.
3、采用形态学标记技术,对16株光皮树优株的25个表型性状进行遗传多样性分析,统计分析表明光皮树优株存在丰富遗传变异类型.在表型形态性状中,有效分枝数具有最高的变异水平,变异系数(CV)为81.70﹪.树高、枝下高、枝条疏密度、叶片长度、果实横纵径等都存在不同程度的变异.光皮树优株间的平均多样性指数(H)为1.581,说明优株间具有较大的遗传多样度.聚类分析结果表明,不同地区的光皮树优株可大致分为5类.形态变异的欧氏平均距离范围为3.12-11.11,平均遗传距离为6.52.主成分分析将调查的25个形态性状简化为6个主成分,累计贡献率达78.52﹪(>72﹪),说明这6个主成分基本涵盖了25个形态性状的所有信息.
4、采用AAT、MDH、PGM和ADH等4种酶系统对来自3个省,11个县代表理地理种源的16株光皮树优株进行等位酶分析.结果表明,光皮树优株间存在一定程度的差异,等位基因频率从0.094变化到0.750,每位点平均等位基因数(A)为2.55,平均有效等位基因(A<,e>)为2.14,Shannon多样性信息指数(I)平均值为0.757,多态位点数目为9,多态位点的百分数为81.82﹪,光皮树优株间的一致度均值为0.756,其变化范围是0.595-0.939;遗传距离均值为0.287,变化范围是0.063-0.519,说明优株间的变异程度较大.
5、应用ISSR分子标记技术对代表地理种源的16株光皮树优株为试材进行遗传多样性研究.采用改良的CTAB法可以提取到质量较好适合基因组DNA,选择出10个稳定性、重复性、高效性的ISSR引物,对16个光皮树优株材料DNA进行PCR扩增.发现10个引物共扩增出106条带,多态性带有90条,多态性比率为84.9﹪,电泳条带大小介于100-2000bp之间,平均每个引物只获得10.6个位点,多态位点百分率为75-100﹪.观察等位基因数为1.8401,有效等位基因数为1.403,Nei多样性指数为0.2878,Shannon信息多样性指数为0.4472.光皮树优株材料间的遗传距离在0.3333-0.8901之间,其中14与15最小为0.333,3与10最大为0.8901.
6、果实油脂等内含物测定和形态解剖技术手段结合,以优株果实为试材,系统研究了光皮树优株座果特性、果实生长发育、果实油脂含量和积累规律.结果表明,优株间座果率差异大,被调查的光皮树优株的座果率9.2﹪～64.8﹪.优株果实生长发育(重量)表现为慢-快-慢-快-慢型即双"S"型.形态解剖结果表明,光皮树优株油脂由果实中白色体体转化为小油滴形成.油滴分布于果皮和种子中,依据果实生长发育过程中叶绿素含量变化、果实的形态学特征解剖学鉴定和果实油脂含量,确定果实油脂形成初期为6月中旬,油脂累积初步划分为4个阶段:①幼果胚发育初期--白色体形成,时间从5月中旬花凋谢可见幼果形成至6月初,幼果表皮密被毛,外果皮皮层细胞开始栓质化,同时内果皮开始石细胞化叶绿体和白色体同时存在,未见油滴形成.②果实油脂形成初期:6月中旬开始至9月中旬,白色体开始逐渐转化为油体,果皮果肉细胞中有桔黄色油滴,油滴数量是从内向外增多.分离出胚和胚乳、胚乳有桔黄色小油滴。③果实生长高峰期:光皮树果实发育过程中只现1次生长高峰,即9月下旬,此时果皮增厚,果实膨大迅速,表皮毛开始脱落,果皮转紫色,果实内含物进行转化,果实种子细胞中积累大量桔黄色油滴.④果实成熟期,时间从10月中旬至10月底,果实外形大小不再变化,果皮颜色由黄红变成暗紫色.
7、比较和分析了超临界CO<,2>、超声波和微波3种方法萃取光皮树优株果实油脂工艺条件和得率.GC-MS分析和确定了果实油脂肪酸化学成分.超临界CO<,2>萃取最佳工艺条件为:萃取压力37MPa,萃取温度30℃,CO<,2>流量30kg/h和时间80rain,得率34.79﹪;微波萃取最佳工艺条件为:溶剂为石油醚,物料与溶剂比例1:3,辐射时间7min,辐射功率720w,得率28.12﹪.超声波萃取最佳工艺条件为:物料与溶剂比例1:7,溶剂为正已烷,浸泡时间18h,得率27.75﹪.由萃取率可知,超临界CO<,2>萃取光皮树果实油品质最好,而且萃取率也最高,质量最稳定.超临界CO<,2>萃取的光皮树果实油与超声波和微波的主要化学成分有差异,超临界CO<,2>萃取的油酸含量最高,并且品质高,质量稳定,处理工艺简单;而后二者亚油酸含量最高,品质较低,质量不稳定,需要脱色,处理工艺复杂.:超临界CO<,2>萃取的光皮树果实油更具天然性和稳定性.
8、研究和分析了光皮树优株果实油酯交换反应制取生物柴油工艺和技术,并对所得生物柴油产品理化性质进行了测定.L9(3<4>)正交试验研究确定光皮树油酯交换反应最佳工艺条件是A<,1>B<,3>C<,2>D<,1>,即A醇油物质的摩尔量比5:1;B催化剂质量分数1.1﹪;C温度60℃;D反应时间60 min.结果表明,果实油脂为原料通过酯化反应制取的生物柴油与O<＃>柴油燃烧性能相似,是一种安全(闪点>105℃)、洁净(灰分<0.003)的生物质燃料油.