论文部分内容阅读
【摘 要】麻疯树是极具潜力的生物质能源树种之一。开发无损、快速的麻疯树种子含油率分析技术，有助于高含油率品种选育和种子质量检测。论文介绍了利用核磁共振技术和种子性状相关性开发无损、快速检测单粒麻疯树种子含油率的技术，经过检测的麻疯树种子仍然保持活力，可正常发育成植株。
【Abstract】Jatropha curcas L. is one of the biomass energy trees with great potential. The development of non-destructive and rapid seed oil yield analysis technology is helpful to the breeding of high oil yield varieties and seed quality testing. In this paper， the techniques of non-destructive and rapid testing of oil content in the single seed of Jatropha curcas L. were introduced by NMR and seed character correlation. The tested Jatropha curcas L. seeds remain viable and can develop into plants.
【關键词】麻疯树;单粒种子;含油率;核磁共振
【Keywords】Jatropha curcas L.; single seed; oil content; NMR
【中图分类号】S565.9 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）09-0139-02
1 引言
麻疯树生长速度快，适应能力强，耐干旱瘠薄，种子含油量高、品质好，是目前最有发展潜力的生物质能源树种之一。国内外的研究表明，培育出高产、优质的麻疯树品种是影响该产业发展的重要因素之一[1]。麻疯树种子含油率与单位面积种子产油量直接相关，培育高含油率麻疯树育种材料和品种是增加产油量的重要途径。种子含油率分析技术则贯穿于高含油率品种选育的全过程。同时，在麻疯树种子的生产过程中，需要对种子含油率进行检测，为后续油脂压榨和成本核算等提供重要数据。因此，开发出高效、快速，同时又不影响被检测种子萌发的分析技术，对培育高含油率麻疯树品种和生产检测具有重要意义。
目前，脂肪测定方法主要以化学法为主，如索氏抽提法、酸水解法、盖勃法、三氯甲烷冷浸法以及全自动脂肪分析仪测定等[2]，常用的经典方法是GB 5009.6—2016标准中的索氏抽提法，但这些方法的溶剂用量较大，容易造成环境污染，损坏检测样本，操作费时费力[3]。研究显示，核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技术可以很好地适用于油脂的分析检测[4]，如检测食品中脂肪的含量与分布。与索氏抽提法相比，核磁共振检测技术不需要溶剂，对环境友好，操作简单，具有快速、无损等特点[5]。
本文主要介绍了两种快速、无损的麻疯树单粒种子含油率检测技术[6-7]，该技术除了用于分析麻疯树种子的含油率外，还可为其他植物种子含油率分析技术的研发提供借鉴。
2 核磁共振法
该方法首先利用索氏法提取麻疯树种子油脂，建立该油脂的不同梯度量与核磁共振信号相对应的标准曲线;在分析单粒种子含油率时，种子通过核磁共振仪扫描可以获得该粒种子的核磁共振信号，根据已建立的标准曲线计算出单粒种子油脂含量，同时，称取单粒种子的重量，再根据公式“单粒种子含油率=单粒种子油脂含量/单粒种子重量”计算出单粒种子的含油率。在该方法推行之初，研究者用600多粒种子样本对该测定方法的准确度、精度以及稳定性进行了分析;研究显示，该方法与经典的索氏提取法测定的种子含油率正相关系数可达到0.99，可以很好地用于麻疯树种子含油率分析。该技术的分析过程为：将麻疯树种子放置在透明试管中，再将试管插入样品孔，运行测试软件，同时，在软件中输入单粒种子的重量，在60秒以内即可完成单粒种子的含油率分析，如图1所示。
3 种子性状相关系数法
利用核磁共振法测量单粒麻疯树种子含油率虽然快速、无损，但所需的设备昂贵，而且只能在实验室完成测量工作。设计一种可在野外操作，所需工具简单的测量方法，可为更多的科研工作者和生产者对种子含油率进行检测提供方便，也是对单粒种子含油率分析技术体系的拓展。
种子性状相关系数法是通过测定麻疯树种子和种仁的宽度和厚度，然后通过已获得的方程计算出种子的含油率。研究显示，麻疯树种子由外面黑色的坚硬种皮和里面白色的种仁构成，种子的油脂储存在种仁中，种仁发育越饱满则种子含油率越高，体现在三维结构上，种仁与种皮间的空隙越小。因此，研究者将上千粒种子作为分析样本，通过测定单粒种子和种仁的三维测量数据，如图2所示，结合核磁共振技术测定同一种子的含油率，建立了单粒种子含油率与种子三维特性的相关性方程。研究发现，麻疯树种子含油率主要与种仁、种子的宽度和厚度乘积的相关性较高，而与种子的长度相关性不高，从而通过简单地测量种子和种仁的宽度和厚度，即可计算出种子的含油率。该方法可在野外完成，操作简单，只需要一个游标卡尺即可完成单粒麻疯树种子含油率的无损测量，测量后的种仁仍然可以萌发成正常植株。 該方法的具体测量步骤如下：
①利用游标卡尺等长度测量工具测定发育正常、成熟的单粒麻疯树种子的宽度和厚度;
②小心去掉该粒麻疯树种子的坚硬种皮，注意不要损伤种仁，获得发育正常的白色种仁，使用游标卡尺等长度测量工具测定该粒麻疯树种仁的宽度和厚度;
③根据测量获得的单粒麻疯树种子和种仁的宽度和厚度，计算出参数X值，X=（种仁宽度×种仁厚度）/（种子宽度×种子厚度）。研究显示，X值与麻疯树种子含油率正相关系数达到0.92;
④将X值代入公式Y（%）=-4.6582+61.6586X，测得麻疯树单粒种子含油率Y。该公式是研究者对上千粒麻疯树种子研究获得的，随着研究样本的增加，公式还可进一步优化。
借鉴麻疯树种子的相关研究，种仁可分离且存储油脂的植物种子的含油率与种仁发育程度密切相关，可考虑使用上述方法进行测量，通过简单测量种子的三维性状与分析种子含油率的相关性，开发单粒种子含油率分析技术，其中，方程涉及的性状参数除了宽带和厚度外，还可能涉及长度。
【参考文献】
【1】Daemon Fairless.Biofuel： The little shrub that could–maybe[J].Nature，2007，449（7163）：652-655.
【2】程月红，鲍连艳，王健，等.食品中脂肪测定方法对比研究[J].现代农业科技，2018（16）：234-240.
【3】曹玉坡，刘义军，黄晖，等.应用低场核磁共振技术测定腰果仁中的含油量[J].食品与发酵科技，2016（5）：71-74.
【4】周航，李泽荣，李保国.核磁共振技术在食品品质分析中的研究进展[J].农产品加工：学刊.2009（3）：47-49.
【5】肖新生，杨交如，唐满生，等.核磁共振技术在食用油脂分析中的应用研究进展[J].中国油脂，2018（12）：134-139.
【6】Jun Wu， Yiran Guo， Yuan Liu， et al.Rapid Determination of Oil Content in Seed of Jatropha Curcas by NMR[J].Journal of Biobased Materials and Bioenergy，2010，4（04）：436-439.
【7】Jun Wu， Shun Gao， Lin Tang， et al.The Traits， Oil Content and Correlation Studies of Seed and Kernel in Jatropha curcas L[J].African Journal of Agricultural Research，2012，7（10）：1487-1491.
【Abstract】Jatropha curcas L. is one of the biomass energy trees with great potential. The development of non-destructive and rapid seed oil yield analysis technology is helpful to the breeding of high oil yield varieties and seed quality testing. In this paper， the techniques of non-destructive and rapid testing of oil content in the single seed of Jatropha curcas L. were introduced by NMR and seed character correlation. The tested Jatropha curcas L. seeds remain viable and can develop into plants.
【關键词】麻疯树;单粒种子;含油率;核磁共振
【Keywords】Jatropha curcas L.; single seed; oil content; NMR
【中图分类号】S565.9 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）09-0139-02
1 引言
麻疯树生长速度快，适应能力强，耐干旱瘠薄，种子含油量高、品质好，是目前最有发展潜力的生物质能源树种之一。国内外的研究表明，培育出高产、优质的麻疯树品种是影响该产业发展的重要因素之一[1]。麻疯树种子含油率与单位面积种子产油量直接相关，培育高含油率麻疯树育种材料和品种是增加产油量的重要途径。种子含油率分析技术则贯穿于高含油率品种选育的全过程。同时，在麻疯树种子的生产过程中，需要对种子含油率进行检测，为后续油脂压榨和成本核算等提供重要数据。因此，开发出高效、快速，同时又不影响被检测种子萌发的分析技术，对培育高含油率麻疯树品种和生产检测具有重要意义。
目前，脂肪测定方法主要以化学法为主，如索氏抽提法、酸水解法、盖勃法、三氯甲烷冷浸法以及全自动脂肪分析仪测定等[2]，常用的经典方法是GB 5009.6—2016标准中的索氏抽提法，但这些方法的溶剂用量较大，容易造成环境污染，损坏检测样本，操作费时费力[3]。研究显示，核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技术可以很好地适用于油脂的分析检测[4]，如检测食品中脂肪的含量与分布。与索氏抽提法相比，核磁共振检测技术不需要溶剂，对环境友好，操作简单，具有快速、无损等特点[5]。
本文主要介绍了两种快速、无损的麻疯树单粒种子含油率检测技术[6-7]，该技术除了用于分析麻疯树种子的含油率外，还可为其他植物种子含油率分析技术的研发提供借鉴。
2 核磁共振法
该方法首先利用索氏法提取麻疯树种子油脂，建立该油脂的不同梯度量与核磁共振信号相对应的标准曲线;在分析单粒种子含油率时，种子通过核磁共振仪扫描可以获得该粒种子的核磁共振信号，根据已建立的标准曲线计算出单粒种子油脂含量，同时，称取单粒种子的重量，再根据公式“单粒种子含油率=单粒种子油脂含量/单粒种子重量”计算出单粒种子的含油率。在该方法推行之初，研究者用600多粒种子样本对该测定方法的准确度、精度以及稳定性进行了分析;研究显示，该方法与经典的索氏提取法测定的种子含油率正相关系数可达到0.99，可以很好地用于麻疯树种子含油率分析。该技术的分析过程为：将麻疯树种子放置在透明试管中，再将试管插入样品孔，运行测试软件，同时，在软件中输入单粒种子的重量，在60秒以内即可完成单粒种子的含油率分析，如图1所示。
3 种子性状相关系数法
利用核磁共振法测量单粒麻疯树种子含油率虽然快速、无损，但所需的设备昂贵，而且只能在实验室完成测量工作。设计一种可在野外操作，所需工具简单的测量方法，可为更多的科研工作者和生产者对种子含油率进行检测提供方便，也是对单粒种子含油率分析技术体系的拓展。
种子性状相关系数法是通过测定麻疯树种子和种仁的宽度和厚度，然后通过已获得的方程计算出种子的含油率。研究显示，麻疯树种子由外面黑色的坚硬种皮和里面白色的种仁构成，种子的油脂储存在种仁中，种仁发育越饱满则种子含油率越高，体现在三维结构上，种仁与种皮间的空隙越小。因此，研究者将上千粒种子作为分析样本，通过测定单粒种子和种仁的三维测量数据，如图2所示，结合核磁共振技术测定同一种子的含油率，建立了单粒种子含油率与种子三维特性的相关性方程。研究发现，麻疯树种子含油率主要与种仁、种子的宽度和厚度乘积的相关性较高，而与种子的长度相关性不高，从而通过简单地测量种子和种仁的宽度和厚度，即可计算出种子的含油率。该方法可在野外完成，操作简单，只需要一个游标卡尺即可完成单粒麻疯树种子含油率的无损测量，测量后的种仁仍然可以萌发成正常植株。 該方法的具体测量步骤如下：
①利用游标卡尺等长度测量工具测定发育正常、成熟的单粒麻疯树种子的宽度和厚度;
②小心去掉该粒麻疯树种子的坚硬种皮，注意不要损伤种仁，获得发育正常的白色种仁，使用游标卡尺等长度测量工具测定该粒麻疯树种仁的宽度和厚度;
③根据测量获得的单粒麻疯树种子和种仁的宽度和厚度，计算出参数X值，X=（种仁宽度×种仁厚度）/（种子宽度×种子厚度）。研究显示，X值与麻疯树种子含油率正相关系数达到0.92;
④将X值代入公式Y（%）=-4.6582+61.6586X，测得麻疯树单粒种子含油率Y。该公式是研究者对上千粒麻疯树种子研究获得的，随着研究样本的增加，公式还可进一步优化。
借鉴麻疯树种子的相关研究，种仁可分离且存储油脂的植物种子的含油率与种仁发育程度密切相关，可考虑使用上述方法进行测量，通过简单测量种子的三维性状与分析种子含油率的相关性，开发单粒种子含油率分析技术，其中，方程涉及的性状参数除了宽带和厚度外，还可能涉及长度。
【参考文献】
【1】Daemon Fairless.Biofuel： The little shrub that could–maybe[J].Nature，2007，449（7163）：652-655.
【2】程月红，鲍连艳，王健，等.食品中脂肪测定方法对比研究[J].现代农业科技，2018（16）：234-240.
【3】曹玉坡，刘义军，黄晖，等.应用低场核磁共振技术测定腰果仁中的含油量[J].食品与发酵科技，2016（5）：71-74.
【4】周航，李泽荣，李保国.核磁共振技术在食品品质分析中的研究进展[J].农产品加工：学刊.2009（3）：47-49.
【5】肖新生，杨交如，唐满生，等.核磁共振技术在食用油脂分析中的应用研究进展[J].中国油脂，2018（12）：134-139.
【6】Jun Wu， Yiran Guo， Yuan Liu， et al.Rapid Determination of Oil Content in Seed of Jatropha Curcas by NMR[J].Journal of Biobased Materials and Bioenergy，2010，4（04）：436-439.
【7】Jun Wu， Shun Gao， Lin Tang， et al.The Traits， Oil Content and Correlation Studies of Seed and Kernel in Jatropha curcas L[J].African Journal of Agricultural Research，2012，7（10）：1487-1491.