無患子種實性狀評價與優(yōu)良單株初選

謝凱瑤， 張 珉， 吳際友, 龐文勝， 姚鴻翼, 程 勇,司紅英， 王 兵, 吳其軍， 魏志恒， 盛克寨

(1.湖南綠村生態(tài)科技有限公司， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 3.平江縣林業(yè)局， 湖南 平江 410400； 4.湖南無患子農(nóng)林發(fā)展有限公司， 湖南 石門 415300)

無患子SapindusmukorossiGaertn為無患子科Sapindaceae無患子屬Sapindus落葉喬木，別名洗手果、肥皂樹、菩提子等，是良好的園林綠化樹種，主要分布于我國南部、西南部、東部及其相鄰國家[1-2]。同時，由于其果實所產(chǎn)生的皂苷具有良好的去污能力和抗菌、抗腫瘤等藥效，無患子被廣泛應用于醫(yī)學和日化用品領(lǐng)域[3-4]，對它的研究也越來越受到國內(nèi)外科學家的重視。

近年來，我國無患子的栽培面積越來越大，但在生產(chǎn)上還存在著果實質(zhì)量差、產(chǎn)量低等問題[5]。無患子的果肉主要生產(chǎn)皂苷，種仁生產(chǎn)油脂，因此，無患子的種實性狀是其重要的經(jīng)濟性狀[6]。本研究對無患子的種實性狀進行了評價，對其良種選育有著重要的指導意義。

1 試驗區(qū)概況

試驗用無患子果實來自于湖南省的吉首市、平江縣、石門縣、常德市、長沙市。各產(chǎn)地的氣候因子及地理位置如表1所示。湖南省地處長江中游，年平均氣溫在15～18℃之間，降水量在1200～1700mm之間，雨水充沛。

表1 各無患子產(chǎn)地氣候因子及地理位置Tab.1 Climatic factors and geographical location of differ-ent habitats of Sapindus mukorossi采集地經(jīng)度/(°E)緯度/(°N)海拔/m年均氣溫/℃年均降水量/mm吉首市28.21 113.36 25617.5 1 425平江縣28.42113.3533716.81 451石門縣29.58 111.38 22716.8 1 654常德市29.06 111.68 13416.7 1 667長沙市28.13 113.00 7417.2 1 361

2 研究方法

2.1 果實采集及種實性狀測量

分別于吉首市、平江縣、石門縣、常德市、長沙市等地采集成熟的無患子果實，各地均選擇生長良好、結(jié)實正常的無患子單株6株，共30株作為樣株，樣株間間距保持在50m以上。所選無患子單株的編號見表2。在選擇好的樣株上隨機采集3kg左右果實樣本，然后從采集的果實樣本中隨機抽取30粒果實，測量果橫徑、果縱徑、鮮果質(zhì)量、種子質(zhì)量、果皮質(zhì)量、種子橫徑、種子縱徑和種子側(cè)徑等種實性狀指標，并計算以下反映果實和種子形態(tài)特征及質(zhì)量的指標。

果肉果核比=果皮質(zhì)量/種子質(zhì)量；

果實形態(tài)指數(shù)=果橫徑/果縱徑；

種子形態(tài)指數(shù)=種子橫徑/種子縱徑；

果實大小指數(shù)=果橫徑×果橫徑×果縱徑；

種子大小指數(shù)=種子橫徑×種子縱徑×

種子側(cè)徑。

表2 供試無患子單株Tab.2 The individual Sapindus mukorossi for test編號單株編號單株編號單株JS1吉首1號SM1石門1號CD13常德13號JS2吉首2號SM3石門3號CD15常德15號JS3吉首3號CD1常德1號CD18常德18號JS4吉首4號CD2常德2號CD19常德19號PJ1平江1號CD4常德4號CD24常德24號PJ3平江3號CD5常德5號CD25常德25號PJ5平江5號CD6常德6號CD26常德26號PJ7平江7號CD7常德7號CD27常德27號PJ10平江10號CD8常德8號CD30常德30號CS4長沙4號CD9常德9號CD36常德36號

2.2 主成分分析

采用主成分分析法[7]對數(shù)據(jù)進行分析。將無患子單株的鮮果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、種子質(zhì)量、果肉果核比、果實形態(tài)指數(shù)、種子形態(tài)指數(shù)、果實大小指數(shù)、種子大小指數(shù)等8個種實性狀的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，計算8個種實性狀相關(guān)矩陣的特征向量和特征根，根據(jù)所得的特征根和原變量數(shù)值計算各個主成分的貢獻率和方差貢獻率，依據(jù)特征值和方差累積貢獻率提取主成分因子。

2.3 優(yōu)良單株選擇

通過比較無患子各單株果實的主成分得分值和綜合得分值來進行優(yōu)良單株選擇。根據(jù)各個主成分的特征向量列出計算公式，再根據(jù)公式計算得出無患子各單株的果實主成分得分值和綜合得分值。具體計算公式如下：

Yi=∑Fi×Xj。

(1)

式中:i表示各個主成分；j表示各主成分因子；Yi為各單株的主成分得分值；Fi為各主成分因子的特征向量值；Xj為各個主成分所對應的指標值。

Y=∑Yi×yi。

(2)

式中:Y為各單株的綜合得分值；yi為對應的各主成分因子的貢獻率。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007、SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 無患子單株種實性狀的差異

30株無患子單株的種實性狀指標統(tǒng)計結(jié)果見表3。由表3可以看出：30個無患子單株種實性狀指標的變異系數(shù)在5.22%～32.54%之間，其中果肉質(zhì)量的變異系數(shù)最大，為32.54%；種子形態(tài)指數(shù)的變異系數(shù)最小，為5.22%；鮮果質(zhì)量、種子質(zhì)量、果實大小指數(shù)和種子大小指數(shù)的變異系數(shù)均較大，分別為20.88%、20.89%、23.73%和21.83%。除種子形態(tài)指數(shù)和果實形態(tài)指數(shù)外，其他種實性狀指標在無患子單株間均存在顯著差異，表明參選的無患子單株具有可選擇性。

表3 30個無患子單株種實性狀指標統(tǒng)計結(jié)果Tab.3 The statistical results of the seed traits of 30 plant species of Sapindus mukorossi指標均值標準差變異系數(shù)/%鮮果質(zhì)量5.33 g1.11 g20.88種子質(zhì)量1.80 g0.38 g20.89果實形態(tài)指數(shù)0.860.067.13果實大小指數(shù)12.042.8623.73果肉質(zhì)量3.53 g1.15 g32.54果肉果核比1.550.1610.34種子形態(tài)指數(shù)0.100.055.22種子大小指數(shù)2.960.6521.83

3.2 無患子種實性狀的主成分分析

由表4、表5可知：前3個主成分的特征值均大于1，累計方差貢獻率為85.479%，符合累積方差貢獻率大于80%的主成分選取原則。第一主成分的方差貢獻率為45.131%，特征值為3.61，其構(gòu)成因子為最重要的主成分因子；在第一主成分中，鮮果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、果實大小指數(shù)和種子大小指數(shù)等因子表現(xiàn)顯著，因此將第一主成分定義為構(gòu)成種實質(zhì)量和體積的因子，即種實產(chǎn)量因子。第二主成分的方差貢獻率為27.131%，特征值為2.17；在第二主成分中，種子質(zhì)量和果肉果核比表現(xiàn)顯著，因此將第二主成分定義為出果出仁因子。第三主成分的方差貢獻率為13.217%，特征值為1.057；在第三主成分中，果實形態(tài)指數(shù)和種子形態(tài)指數(shù)表現(xiàn)為顯著，因此將第三主成分定義為種實形態(tài)因子。前3個主成分能顯著地的反映無患子果實的主要種實性狀特征。

表4 無患子種實性狀主成分的方差貢獻率Tab.4 Variance contribution rate of the main components of the seed and cone traits Sapindus mukorossi解釋的總方差成分初始特征值提取平方和載入合計方差/%累積/%合計方差/%累積/%F13.61045.13145.1313.61045.13145.131F22.17027.13172.2622.17027.13172.262F31.05713.21785.4791.05713.21785.479F40.5116.39191.870F50.3204.00095.870F60.1361.70297.572F70.1151.43399.005F80.0800.995100.000 注:F1表示第一主成分;F2表示第二主成分;以此類推。下同。

表5 無患子種實性狀主成分特征向量及其顯著性Tab.5 Principal component eigenvectors and significant factors of the seed and cone traits Sapindus mukorossi指標主成份F1F2F3鮮果質(zhì)量0.261?-0.0150.154果肉質(zhì)量0.211?-0.1880.349種子質(zhì)量0.1920.303?-0.086果肉果核比-0.0760.394?-0.308果實形態(tài)指數(shù)-0.0790.2870.470?種子形態(tài)指數(shù)-0.1140.1450.686?果實大小指數(shù)0.243?-0.0120.038種子大小指數(shù)0.209?0.274-0.069 注:?表示顯著(P<0.05)。

3.3 無患子優(yōu)良單株選擇

依據(jù)公式(1)和公式(2)分別計算各單株3個主成分的得分值和綜合得分值，將其中三個主成分得分值和綜合得分值排在前5位的單株列入表6。

表6 各主成分得分值和綜合得分值排名Tab.6 Ranking of scores of each principal component and comprehensive score排名株號F1株號F2株號F3株號綜合1JS20.514CD20.918JS30.674JS20.6032JS10.486CD130.897JS10.636JS10.5483SM30.388JS20.835JS40.620CD20.5414JS40.358CD150.828CS40.557SM30.5235PJ100.353CD70.803CD360.557CD130.513

由表6可知：第一主成分得分值高的為吉首2號、吉首1號、石門3號、吉首4號和平江10號，第二主成分得分值高的有常德2號、常德13號、吉首2號、常德15號、常德7號，第三主成分得分值高的有吉首3號、吉首1號、吉首4號、長沙4號和常德36號；綜合得分值高的有吉首2號、吉首1號，常德2號，石門3號和常德13號。依據(jù)產(chǎn)量因子，出果出仁率等主要種實性狀篩選優(yōu)良單株?？紤]高產(chǎn)果型，則選擇吉首2號、吉首1號、石門3號等為優(yōu)良單株；考慮高產(chǎn)果肉型，則選擇常德2號、常德13號、吉首2號等為優(yōu)良單株。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

4.1.1 無患子單株的果實性狀存在顯著差異 無患子的初選單株間，除種子形態(tài)指數(shù)和果實形態(tài)指數(shù)外，其他種實性狀的差異均顯著，其中果肉質(zhì)量的變異系數(shù)達到了32.54%，另外鮮果質(zhì)量、種子質(zhì)量、果實大小指數(shù)和種子大小指數(shù)的變異系數(shù)均較大，分別為20.88%，20.89%，23.73%和21.83%，而種子形態(tài)指數(shù)和果實形態(tài)指數(shù)的變異系數(shù)僅為5.22%和7.13%。說明參選無患子單株的種實質(zhì)量性狀變異較大，形態(tài)性狀變異小，相對較穩(wěn)定。表明可以以本試驗所選取的無患子種實性狀指標進行優(yōu)良單株選擇，并按照不同生產(chǎn)目標選擇和推廣應用優(yōu)良單株。

4.1.2 無患子種實性狀的主成分 選擇鮮果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、種子質(zhì)量、果肉果核比、果實形態(tài)指數(shù)、種子形態(tài)指數(shù)、果實大小指數(shù)、種子大小指數(shù)等指標進行主成分分析，得出累積方差貢獻率為85.479%的三個主成分，其累積方差貢獻率大于80%，具有生物學意義。三個主成分分別為種實產(chǎn)量因子、出果出仁因子和種實形態(tài)因子，其中種實產(chǎn)量因子的特征向量較大的為鮮果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、果實大小指數(shù)和種子大小指數(shù)，出果出仁因子的特征向量較大的為種子質(zhì)量和果肉果核比，種實形態(tài)因子的特征向量較大的為果實形態(tài)指數(shù)和種子形態(tài)指數(shù)。表明，在優(yōu)良單株選擇時，應該選取果實體積和質(zhì)量大且形態(tài)較圓的單株。

4.1.3 參選無患子的種實性狀評價和優(yōu)良單株選擇 第一主成分得分值高的為吉首2號、吉首1號，第二主成分得分值高的有常德2號、常德13號，第三主成分得分值高的有吉首3號、吉首1號；綜合得分值高的有吉首2號、吉首1號，常德2號，石門3號和常德13號。因此，在參選的30株無患子中，以提取出來的三個主成分為指標，充分考慮選擇目標，考慮高產(chǎn)果型，則選擇吉首2號、吉首1號為優(yōu)良單株；考慮高產(chǎn)果肉型，則選擇常德2號、常德13號為優(yōu)良單株。綜合種實性狀表現(xiàn)良好的單株有吉首2號、吉首1號、常德2號、石門3號和常德13號，這些單株優(yōu)勢明顯，可選為綜合表現(xiàn)良好的優(yōu)良單株。

4.2 討論

物種的表型多樣性是多種因素共同作用的結(jié)果，其中影響較大的除環(huán)境因素外，基因型也是一個重要的影響因素[8-9]。對于無患子這種經(jīng)濟樹種來說，果實是最重要的部位，種實性狀差異越大，說明無患子單株間可能存在的遺傳變異也越大，因此，以無患子的種實性狀作為優(yōu)良單株選擇的依據(jù)具有非常重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)，參選無患子的種實性狀具有顯著的差異，尤其是果肉質(zhì)量、鮮果質(zhì)量、種子質(zhì)量、果實大小指數(shù)和種子大小指數(shù)等的變異系數(shù)均較高，說明無患子單株選擇對其遺傳改良有著重要的意義。

對于無患子而言，種仁中的油脂和果肉中的皂苷是最重要的經(jīng)濟因子[10-11]。本研究尚未對油脂和皂苷因子進行分析，存在著一定的局限性。在未來的研究中，將重點開展無患子種仁中油脂和果肉中皂苷的研究，以期為無患子的良種選育奠定更為堅實的基礎(chǔ)。