《Plants》：Evaluation of Sesame (Sesamum indicum L.) Genotypes for Agronomic Performance and Seed Quality Under Subtropical Australian Conditions
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摘要：芝麻（Sesamum indicum L.）是一种重要的油料作物，因其油脂、优良的脂肪酸谱和促进健康的植物化学成分而备受重视。然而，关于芝麻基因型在澳大利亚种植条件下的农艺表现和种子品质特性的信息仍然有限。本研究利用在昆士兰州金格罗伊（Kingaroy）
摘要：芝麻（Sesamum indicum L.）是一种重要的油料作物，因其油脂、优良的脂肪酸谱和促进健康的植物化学成分而备受重视。然而，关于芝麻基因型在澳大利亚种植条件下的农艺表现和种子品质特性的信息仍然有限。本研究利用在昆士兰州金格罗伊（Kingaroy）和埃默拉尔德（Emerald）进行的互补田间试验，评估了芝麻基因型在澳大利亚条件下的表现。在金格罗伊，对三个基因型（BLACK 2、WHITE 5和WHITE 3）在两个生长季节（2023/2024和2024/2025）进行了评价，以提供关于油产量和种子品质特性的探索性观察。由于这些基因型以单一田间条带种植，且收获的种子在基因型内混合，金格罗伊的数据被视为描述性观察，而非统计学上重复的基因型或季节效应。在埃默拉尔德，采用随机完全区组设计（randomised complete block design, RCBD）对五个基因型（WHITE 6、BLACK 5、BLACK 2、WHITE 5和WHITE 3）进行了四次生物学重复评价，从而可以对基因型对农艺和种子品质性状的影响进行统计评估。基因型显著影响作物建植、第一蒴果高度、螺旋压榨油产量、植物化学成分组成和脂肪酸谱，而大多数其他生长和产量性状在基因型间无显著差异。在重复的埃默拉尔德试验中，最终植株密度范围为17.5至43.8株/m2，螺旋压榨油产量为35.7%至39.7%，总酚含量（total phenolic content, TPC）、FRAP和CUPRAC分别为64.8至111.6 mg GAE/100 g DW、87.3至124.8 mg TE/100 g DW和587.1至806.3 mg TE/100 g DW，芝麻素（sesamin）和芝麻林素（sesamolin）分别为107.9至281.5 mg/100 g DW和96.6至138.9 mg/100 g DW。WHITE 3在多项植物化学特性（包括TPC、抗氧化能力和芝麻素浓度）上普遍表现出较高值。金格罗伊的评价显示，不同基因型-季节组合在油产量和种子品质特性上存在数值变异，提供了补充性的探索信息，但不构成基因型或季节效应的统计学证据。总体而言，重复的埃默拉尔德试验证明了若干农艺和种子品质特性存在显著的基因型变异，凸显了通过基因型选择改善澳大利亚条件下芝麻生产和种子品质的潜力。需要进一步开展重复的多季节和多地点研究，以评估这些性状在澳大利亚生产环境中的稳定性。
澳大利亚亚热带条件下芝麻基因型农艺性状与种子品质的系统评价
一、研究背景与意义
芝麻（Sesamum indicum L.）是世界上最古老的栽培油料作物之一，以其高营养价值和功能性品质而闻名。芝麻种子和油脂富含不饱和脂肪酸（主要为油酸和亚油酸），以及多种生物活性成分，特别是酚类化合物和木脂素类物质。芝麻油中特有的芝麻素（sesamin）和芝麻林素（sesamolin）已被证实具有降低胆固醇、调节血压、参与脂质代谢以及抗氧化和抗炎活性等健康促进作用。这些特性使芝麻成为功能性食品作物和健康导向食品工业的重要原料。
尽管芝麻在全球热带和亚热带地区广泛种植，且已有大量研究评估了其在亚洲、非洲和南美洲的基因型表现，但关于芝麻基因型在澳大利亚种植条件下的农艺表现和种子品质的信息仍然十分有限。目前，澳大利亚的芝麻市场完全依赖进口，而国内对芝麻生产的兴趣正在增加。由于海外生产环境下观察到的基因型响应不一定能反映其在澳大利亚条件下的表现，因此亟需在澳大利亚农业气候条件下评估芝麻基因型，以筛选具有优良农艺表现和理想品质性状的基因型。本研究正是在这一背景下开展，旨在通过互补的田间试验，系统评估芝麻基因型在澳大利亚亚热带条件下的农艺适应性、产量潜力以及种子营养和功能品质特性。
二、研究设计与技术方法
研究人员从AgriVentis Technologies Pty Ltd获取了五个芝麻基因型（WHITE 6、WHITE 3、WHITE 5、BLACK 5和BLACK 2），在澳大利亚昆士兰州两个地点开展了田间试验。金格罗伊试验点（26.58° S, 151.83° E）对三个基因型在两个连续生长季节进行了探索性评价，每个基因型以单一田间条带种植，收获种子在基因型内混合。埃默拉尔德试验点（23.52° S, 148.20° E）采用随机完全区组设计（randomised complete block design, RCBD）对五个基因型进行了四次生物学重复评价。
研究采用的主要技术方法包括：田间农艺性状测定（植株密度、株高、第一蒴果高度、侧枝数、蒴果数、生物量、种子产量、收获指数等）；螺旋压榨法测定油产量；Folin–Ciocalteu法测定总酚含量（total phenolic content, TPC）；FRAP（ferric reducing antioxidant power）和CUPRAC（cupric reducing antioxidant capacity）法评估抗氧化能力；高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）定量芝麻素和芝麻林素；气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS）分析脂肪酸组成。统计分析采用线性混合效应模型，基因型为固定效应，区组为随机效应，并使用Pearson相关分析评估各变量间的关系。
三、主要研究结果
3.1 基因型对作物建植的影响
作物建植是芝麻生产力的关键决定因素。研究显示，五个基因型在整个生长季节的植株密度存在显著差异。WHITE 6始终保持最高植株密度，从播种后7天的51.9株/m2降至收获时的43.8株/m2，WHITE 5也表现出较强的建植和群体保持能力。相比之下，BLACK 2和WHITE 3的群体密度显著较低，最终植株密度仅为17.5和22.5株/m2。这些差异在播种后7天即已显现并持续至收获，表明基因型主要影响出苗和早期建植而非后期存活。各基因型的存活率（76.3%至84.8%） remarkably 相似，进一步证实最终植株密度的差异主要由建植成功而非出苗后差异死亡驱动。
3.2 基因型对生长特性的影响
除第一蒴果高度外，各基因型在株高和侧枝数等生长特性上无显著差异。株高范围为WHITE 3的74.3 cm至WHITE 5的87.1 cm，平均79.4 cm。侧枝数范围为每株1.0至1.9个。第一蒴果高度在BLACK 2的26.0 cm至WHITE 5的45.1 cm之间变化，WHITE 6、BLACK 5和WHITE 5显著高于BLACK 2。第一蒴果高度对机械化收获适应性具有重要农艺意义，WHITE 5的较高第一蒴果位置代表了有利于机械化生产体系的理想株型性状。
3.3 基因型对产量性状的影响
蒴果数、种子容重和千粒重等产量性状在基因型间均无显著差异。蒴果数范围为BLACK 5的37.9个/株至WHITE 6的55.7个/株，平均45.6个/株。种子容重范围为610.0至623.0 kg/m3，千粒重范围为2.5至2.8 g/1000粒。尽管建植存在显著差异，但单株蒴果产量在各基因型间保持相对一致，可能反映了补偿性生长的存在。
3.4 基因型对产量的影响
地上部生物量、种子产量和收获指数在基因型间无显著差异。生物量范围为WHITE 3的3.4吨/ha至WHITE 6的5.3吨/ha，平均4.3吨/ha。人工收获种子产量范围为BLACK 5的0.5吨/ha至WHITE 6的0.9吨/ha，平均0.7吨/ha。机械收获产量范围为0.3至0.5吨/ha。收获指数范围为13.4%至18.2%。值得注意的是，尽管建植存在显著差异，但最终种子产量并未呈现比例性差异，进一步支持了补偿性生长的可能性。螺旋压榨油产量在基因型间存在数值差异，范围为BLACK 5的34.0%至BLACK 2的39.7%，BLACK 2表现出最高的油脂回收率。
3.5 基因型对植物化学成分的影响
与农艺性状不同，植物化学特性表现出显著的基因型变异。总酚含量（TPC）范围为BLACK 5的64.8 mg GAE/100 g DW至WHITE 3的111.6 mg GAE/100 g DW，平均91.2 mg GAE/100 g DW。FRAP和CUPRAC抗氧化能力分别为87.3至124.8 mg TE/100 g DW和587.1至806.3 mg TE/100 g DW。芝麻素浓度范围为107.9至281.5 mg/100 g DW，芝麻林素为96.6至138.9 mg/100 g DW。WHITE 3在TPC、FRAP、CUPRAC、芝麻素和芝麻林素方面均表现出最高值，而BLACK 5在多数指标上最低。金格罗伊的探索性观察显示，2024/2025生长季节的植物化学值普遍高于2023/2024季节。
3.6 基因型对脂肪酸组成的影响
脂肪酸组成分析鉴定出四种主要脂肪酸：棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1 n-9）和亚油酸（C18:2 n-6）。各基因型间脂肪酸组成存在显著差异。棕榈酸范围为9.1%至10.9%，硬脂酸为5.7%至6.4%，总饱和脂肪酸（saturated fatty acids, SFA）为15.6%至16.9%，油酸为38.4%至40.7%，亚油酸为43.1%至45.6%，总不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acids, UFA）为83.0%至84.3%，UFA/SFA比值为4.9至5.4。BLACK 2表现出最低的SFA浓度和最高的UFA及UFA/SFA比值，WHITE 5则相反。
3.7 相关性分析
Pearson相关分析揭示了多项重要关系：株高与侧枝数正相关（r = 0.592），生物量与侧枝数（r = 0.791）和蒴果数（r = 0.493）正相关，种子产量与生物量强正相关（r = 0.757）。TPC与FRAP（r = 0.640）和CUPRAC（r = 0.532）正相关，FRAP与CUPRAC强相关（r = 0.880）。芝麻素与螺旋压榨油（r = 0.587）和FRAP（r = 0.545）正相关，芝麻林素与芝麻素（r = 0.737）正相关。油酸与亚油酸显著负相关（r = -0.870），反映了脂肪酸脱饱和途径的协调调控。
四、讨论与结论
本研究通过互补的田间试验设计，系统评估了芝麻基因型在澳大利亚亚热带条件下的农艺表现和种子品质特性。重复的埃默拉尔德试验提供了基因型效应的统计证据，表明基因型显著影响作物建植、第一蒴果高度、螺旋压榨油产量、植物化学成分组成和脂肪酸谱。尽管建植差异显著，但并未转化为生物量、种子产量等主要农艺性状的显著差异，这可能与补偿性生长机制有关。相比之下，种子品质性状（特别是植物化学特性和脂肪酸组成）表现出更为显著的基因型变异，表明通过基因型选择可以实质性地改善种子营养品质。
研究结论指出，在澳大利亚生产条件下，芝麻基因型在农艺表现、种子品质、植物化学成分、抗氧化能力、木脂素浓度和脂肪酸谱方面存在显著变异。金格罗伊的观察提供了跨两个生长季节的探索性信息，显示植物化学值在2024/2025季节普遍较高，而脂肪酸组成相对稳定，但由于缺乏独立的生物学田间重复，这些观察应视为初步和探索性的。埃默拉尔德试验表明，基因型与多项种子品质和植物化学性状的变异相关，这些基因型相关差异在种子品质性状上比种子产量更为显著。
研究结果强调了在澳大利亚芝麻品种选育中同时考虑农艺性状和品质性状的重要性，特别是在附加值油脂和植物化学性状作为重要选择标准的情况下。虽然各基因型间种子产量差异相对较小，但油产量、抗氧化能力、木脂素浓度和脂肪酸组成的变异为针对特定终端用途品质属性进行定向选择提供了机会。然而，关于适合高端油脂、功能性食品或营养保健品应用的声明需要进一步评估产品性能、稳定性以及营养或功能特性。未来需要开展重复的多地点和多季节试验，以确定基因型表现在澳大利亚各环境中的稳定性，并正式评估基因型×环境互作效应。
