核桃待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)主成分分析及綜合評(píng)判

梁珊珊 ，呂芳德 ，蔣 瑤 ，李建安 ，王 森 ，李凡松 ，袁 陽(yáng) ，陳麗莉

（中南林業(yè)科技大學(xué)a.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c.經(jīng)濟(jì)林培育與利用湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

核桃待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)主成分分析及綜合評(píng)判

梁珊珊a-c，呂芳德a-c，蔣 瑤a-c，李建安a-c，王 森a-c，李凡松a-c，袁 陽(yáng)a-c，陳麗莉a-c

（中南林業(yè)科技大學(xué)a.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c.經(jīng)濟(jì)林培育與利用湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

為給湖南省核桃優(yōu)株篩選和育種提供參考，以14個(gè)核桃待選優(yōu)株為試材，測(cè)定了各品種18個(gè)堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)，并進(jìn)行了變異分析、相關(guān)分析和主成分分析。結(jié)果表明：大部分堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性達(dá)到顯著水平或極顯著性水平；堅(jiān)果品質(zhì)綜合表現(xiàn)較優(yōu)的為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25，品質(zhì)較差的為石門-6、石門-23、石門-8。石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25可作為候選優(yōu)株。

核桃；堅(jiān)果品質(zhì)；主成分分析；綜合評(píng)判

核桃Juglans regiaL.為胡桃科Juglandaceae胡桃屬Juglans多年生落葉喬木，是優(yōu)良的用材樹(shù)種，又是珍貴的食用干果和油料樹(shù)種[1]，在實(shí)現(xiàn)國(guó)家糧油安全和新能源戰(zhàn)略中居重要地位。湖南省核桃資源雖然豐富，但沒(méi)有自己的良種資源，長(zhǎng)期引種栽培成效較差。核桃在湖南省主要分布在常德市石門縣、懷化靖州苗族侗族自治縣等地。經(jīng)調(diào)查得知，現(xiàn)存一定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良、風(fēng)味獨(dú)特的適生優(yōu)良單株，可推廣種植，以解決良種匱乏的問(wèn)題。

良種選育一直是湖南核桃生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，堅(jiān)果品質(zhì)的優(yōu)劣在單株選擇中極為重要。堅(jiān)果品質(zhì)性狀評(píng)價(jià)的指標(biāo)較多，單純依據(jù)某個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)使得評(píng)價(jià)結(jié)果不全面，因此，要進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)分析。但多年來(lái)在核桃選種上，一直采用人為加權(quán)打分的方法進(jìn)行品種性狀指標(biāo)的比較，這種方法既缺少理論依據(jù)，又耗時(shí)長(zhǎng)，選種程序繁瑣，同時(shí)帶有一定的人為主觀因素。近年來(lái)，因子評(píng)價(jià)、層次評(píng)價(jià)、模糊函數(shù)評(píng)價(jià)等方法已被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而主成分分析方法是目前品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的一種有效方法[3-9]。

本文中研究了石門縣和靖州苗族侗族自治縣14株待選核桃優(yōu)株的堅(jiān)果品質(zhì)，筆者在測(cè)定其堅(jiān)果13個(gè)品質(zhì)數(shù)量指標(biāo)和5個(gè)感官指標(biāo)的基礎(chǔ)上，借助相關(guān)性分析、主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)取得的各相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)值進(jìn)行綜合分析，以期為湖南核桃優(yōu)良單株的選擇和高品質(zhì)育種提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

石門縣隸屬于湖南省常德市，位于湖南省西北部，地處東經(jīng) 110°29′～ 111°33′，北緯 29°16′～30°08′之間。全縣海拔42.5～2 098.7 m，平均海拔在500 m。屬中亞熱帶向亞熱帶過(guò)渡的季風(fēng)氣候區(qū)。境內(nèi)年平均氣溫16.7 ℃，月平均氣溫5.0～28.6 ℃，全年無(wú)霜期282 d，日照1 646.9 h，年平均降雨量1 540 mm。土壤以紅壤、黃壤、石灰土為主。其中，壺瓶山位于湖南石門縣西北部，海拔一般在2 000 m以上，主峰高達(dá)2 098.7 m。屬典型的季風(fēng)氣候區(qū)，為亞熱帶山地氣候。全區(qū)年均氣溫9.2 ℃，氣溫為－15.0～38.2 ℃，年平均日照1 509.9 h，年降水量1 898.5 mm，年均雪日42.2 d。土壤以山地黃壤、黃色石灰土為主。

靖州苗族侗族自治縣位于湖南省西南懷化市境內(nèi)。氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)氣候區(qū)，為常綠闊葉林地帶，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，無(wú)霜期長(zhǎng)，嚴(yán)寒酷暑時(shí)間短；土壤以紅壤為主。年內(nèi)降雨分布呈雙峰型，集中于4～7月。植被以松、杉、竹、湖南山核桃為主[10]。

2 材料與方法

2.1 材 料

14份優(yōu)株核桃樣品的編號(hào)、采集地、樹(shù)齡見(jiàn)表1。

2.2 方 法

2014年9月果實(shí)充分成熟后各品種采集1 kg左右的堅(jiān)果，65 ℃條件下烘干后待測(cè)。根據(jù)GB/T20398-2006[11]，采用常規(guī)方法測(cè)定每個(gè)品種30個(gè)堅(jiān)果的數(shù)量指標(biāo)：堅(jiān)果質(zhì)量、仁質(zhì)量、堅(jiān)果三徑、胴部硬殼的厚度，參照文獻(xiàn)[12]將質(zhì)量指標(biāo)核仁充實(shí)度、飽滿度、顏色、風(fēng)味、取仁難易分級(jí)。利用福斯SCINO ST310型索氏提取儀，以石油醚為溶劑提取仁油，計(jì)算出油率?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)法，利用萊伯科技公司的UV9100D型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，在595 nm波長(zhǎng)比色測(cè)定。脂肪酸組分的測(cè)定參照文獻(xiàn)[10]將待測(cè)樣品進(jìn)行甲酯化后，采用日本島津GC-2014型氣相色譜儀測(cè)定。氣相色譜條件[13]：初始柱溫50 ℃，保持2 min；10 ℃/min升溫至170 ℃，保持10 min；2 ℃/min升溫至180 ℃，保持10 min，5 ℃/min升溫至220 ℃保持10 min。進(jìn)樣口和檢測(cè)口溫度分別為250 ℃和300 ℃；N2流量10 mL/min；進(jìn)樣量1 μL。定量方法采用面積歸一法，即單個(gè)脂肪酸甲酯的含量是各個(gè)組分峰值面積占色譜圖上的所有組分峰面積總和的百分比。

表1 樣品的來(lái)源和樹(shù)齡Table 1 Sources and ages of the samples

2.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件，先對(duì)堅(jiān)果橫徑等13個(gè)數(shù)量指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化，再進(jìn)行皮爾森Pearson積矩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析。數(shù)量指標(biāo)中的負(fù)向指標(biāo)硬殼厚度、棕櫚酸含量、硬脂酸含量采用取倒數(shù)的方法正向化，參照文獻(xiàn)[14]，采用賦值法，將核仁充實(shí)度等感官指標(biāo)數(shù)量化（見(jiàn)表1），綜合18個(gè)品質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行主成分分析和綜合評(píng)判。聚類分析采用The Ward系統(tǒng)聚類法。

3 結(jié)果與分析

3.1 堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)變異及相關(guān)性分析

核仁充實(shí)度等感官指標(biāo)數(shù)量化結(jié)果見(jiàn)表2。待選核桃優(yōu)株的13個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，靖州-1硬殼厚度最大（2.24 mm），石門-21最小（0.88 mm）；石門-3出仁率最高（71.78%），靖州-1出仁率最低（42.42%）。石門-21出油率最低（49.45%），石門-4出油率最高（76.39%）；石門-21可溶性蛋白含量最高（7.39 mg/g），石門-1最低（4.46 mg/g）；靖州-1堅(jiān)果質(zhì)量最重（17.73 g），石門-8最輕（7.15 g）；靖州-1堅(jiān)果橫徑、縱徑最大。脂肪酸組分中，棕櫚酸含量最多的是石門-6（7.534%），最少的為石門-4（2.911%）；石門-23硬脂酸含量最高（3.106%），石門-22最低（1.350%）；油酸含量最多的為石門-2（35.923%），最少的為石門-22（11.472%）；亞油酸含量最多的為石門-25（72.716%），最少的為石門-2（52.087%）；亞麻酸含量最多的為石門-21（12.182%），最少的為石門-4（3.478%）。品種間各品質(zhì)性狀間的變異系數(shù)差異較大，變異范圍為6.94%～38.63%，變異系數(shù)最大的為油酸，變異最小為堅(jiān)果橫徑。表明核桃優(yōu)株品質(zhì)性狀存在較大變異，變異范圍廣，遺傳變異豐富，選擇潛力大。

表2 待選優(yōu)株核仁感官指標(biāo)數(shù)量化Table 2 Quantification of sensory indexes of the alternative fine individuals

對(duì)14棵核桃優(yōu)樹(shù)的13個(gè)堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，大部分指標(biāo)間相關(guān)性達(dá)到顯著水平或極顯著性水平。其中，硬殼厚度與其它指標(biāo)均有顯著相關(guān)性；棕櫚酸含量和硬脂酸含量均與除堅(jiān)果縱徑外的11個(gè)指標(biāo)顯著相關(guān)；出油率與硬殼厚度、亞油酸含量、棕櫚酸含量、硬脂酸含量這4個(gè)指標(biāo)顯著相關(guān)；其余指標(biāo)均與其它5～8個(gè)指標(biāo)有顯著相關(guān)性。

3.2 堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)主成分分析及綜合評(píng)判

由于各品種之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，若直接利用品質(zhì)性狀指標(biāo)對(duì)各待選優(yōu)株進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)導(dǎo)致大量的信息重疊，評(píng)價(jià)結(jié)果不理想，因此需要對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。主成分分析的目的之一就是利用原變量間具有較強(qiáng)的相關(guān)性的特點(diǎn)，對(duì)原變量進(jìn)行降維分析，用少量的因素來(lái)描述多種指標(biāo)或因素之間的關(guān)系[15]。對(duì)18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差最大旋轉(zhuǎn)法主成分分析，各主成分對(duì)原始指標(biāo)的總體描述情況見(jiàn)表5。由表5可以看出，總方差的86.119%的貢獻(xiàn)來(lái)自前6個(gè)因素，所以用這6個(gè)主成分能較好地代替上述18個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)待選核桃優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)。

第1主成分與堅(jiān)果質(zhì)量、堅(jiān)果橫徑、堅(jiān)果縱徑、堅(jiān)果側(cè)徑顯著正相關(guān)，與硬殼厚度顯著負(fù)相關(guān)；第2主成分與出仁率、棕櫚酸含量、取仁難易顯著正相關(guān)，與硬脂酸含量顯著負(fù)相關(guān)；第3主成分與油酸含量顯著正相關(guān)，與亞油酸含量顯著負(fù)相關(guān)；第4主成分與核仁飽滿度、核仁顏色顯著正相關(guān)。第5主成分與出油率顯著正相關(guān)，與亞麻酸含量顯著負(fù)相關(guān)；第6主成分與核仁充實(shí)度顯著正相關(guān)?？偡讲罱?5%的貢獻(xiàn)來(lái)自前3個(gè)主因素，所以可認(rèn)為堅(jiān)果質(zhì)量、堅(jiān)果三徑、出仁率和出油率是評(píng)價(jià)核桃品質(zhì)的重要指標(biāo)，油酸和亞油酸是核桃脂肪酸的重要組分。

根據(jù)林海明[16-17]等人的研究，在對(duì)各品種堅(jiān)果品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)判時(shí)，要以主成分貢獻(xiàn)率為權(quán)重，根據(jù)前4個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率和主成分得分Fi，可建立堅(jiān)果品質(zhì)綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型。

表3 待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)Table 3 Quality indexes of nuts in the alternative fine individuals

F=(33.863F1＋16.713F2＋10.922F3＋9.590F4＋ 8.485F5＋ 6.545F6)/86.119。

綜合主成分分值F越高，綜合品質(zhì)表現(xiàn)越好。各主成分得分及優(yōu)良度排序見(jiàn)表6。從表6可知，各待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)綜合得分由低到高依次為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25、石門-24、石門-21、石門-1、石門-22、石門-5、石門-27、石門-6、石門-23、石門-8。其中，石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25這5個(gè)待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)綜合得分較高，即其堅(jiān)果品質(zhì)最好；石門-6、石門-23、石門-8這3個(gè)待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)綜合得分最低，即其堅(jiān)果品質(zhì)差；其它待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)居中。

表4 待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)分析?Table 4 Correlation analysis of nut quality indexes

4 小 結(jié)

對(duì)供試待選優(yōu)株的單果質(zhì)量、堅(jiān)果三徑、出仁率等18項(xiàng)堅(jiān)果品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了變異和相關(guān)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，各優(yōu)株各品質(zhì)指標(biāo)間有一定差異，大部分指標(biāo)間相關(guān)性達(dá)到顯著水平或極顯著性水平。

依據(jù)18個(gè)指標(biāo)對(duì)14個(gè)待選優(yōu)株進(jìn)行了主成分分析及綜合評(píng)判，利用前6個(gè)主成分建立了綜合評(píng)判模型，堅(jiān)果品質(zhì)綜合表現(xiàn)最優(yōu)的為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25，品質(zhì)較差的為石門-6、石門-23、石門-8。石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25可作為候選優(yōu)良單株，結(jié)合產(chǎn)量、抗逆性等指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

表5 各主成分對(duì)原始指標(biāo)的描述Table 5 Description of each main component to primary indexes

表6 各主成分得分及優(yōu)良度排名Table 6 Scores of each main component and ranking

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Principal component analysis and comprehensive evaluation of nut quality indexes of alternative superior individuals inJuglans regia

LIANG Shan-shana-c, Lü Fang-dea-c, JIANG Yaoa-c, LI Jian-ana-c, WANG Sena-c, LI Fan-songa-c, YUAN Yanga-c, CHEN Li-lia-c
(a. The Key Lab of Non-wood Forest Cultivation and Protection of Education Ministry; b. The Key Lab of Non-wood Forest Products of Forestry Ministry; c. Hunan Provincial Cooperative Innovation Center of Non-wood Forest Cultivation and Utilization, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to offer a reference for selecting and breeding fine superior individuals inJuglans regiaof Hunan Province, taking 14 alternative superior individuals inJ. regiaas materials, 18 quality indexes of nuts in each variety were measured and analyzed by using the methods of variation analysis, correlation analysis, and principal component analysis.The results showed that the correlation between the most of nut quality indexes reached significant level or extremely significant level; Shimen-2, Jingzhou-1, Shimen-4, Shimen-3, and Shimen-25 had better comprehensive performance on nut quality, while Shiemen-6, Shimen-23, and shiemen-8 had worst comprehensive performance. Shimen-2, jingzhou-1,Shimen-4, Shimen-3, shiemen-25 could be regarded as the options of fine individuals.

Juglans regiaL.; nut quality; principal components analysis; comprehensive evaluation

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.002 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-03-19

湖南省教育廳一般項(xiàng)目（13C1168）。

梁珊珊，碩士研究生。

呂芳德，教授，碩士。E-mail：lvfangde@163.com

梁珊珊,呂芳德,蔣 瑤,等.核桃待選優(yōu)株堅(jiān)果品質(zhì)主成分分析及綜合評(píng)判[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2015,33(3):7－12, 32.

S664.1

A

1003—8981(2015)03—0007—06

[本文編校：聞 麗]