主成分分析法在枝花木奶果優樹選擇中的應用

陳國德，杜尚嘉，吳海霞，鐘圣赟，邱明紅

(海南省林業科學研究所，海南 海口 571100)

枝花木奶果(Baccaurearamiflora)為大戟科木奶果屬常綠喬木。目前主要分布于印度、緬甸、泰國、馬來西亞、越南等東南亞國家，在我國主要分布于西南部地區，是熱帶雨林植物代表種類之一[1]。枝花木奶果富含維生素C、總糖及多種人體所需的微量元素，既可以鮮吃，又可以加工為果醬、果脯、果酒。其樹體優美，果實美味，是集觀賞、食用、藥用為一體的多用途樹種，也是一種經濟價值開發潛力極高的植物[2-3]。

海南省有豐富的枝花木奶果種質資源，品質差異大。筆者通過主成分分析法確定枝花木奶果果實性狀和果肉物質含量的影響因素，并基于性狀的綜合表現確定優良單株，以期初步篩選出果實品質優良的實生單株，為枝花木奶果的品種選育及優良品種的推廣種植奠定基礎。

1 研究區域概況

枝花木奶果的自然分布區域主要為山區，集中在北緯18°23′—19°18′、東經108°48′—109°57′的地帶，整個分布區跨緯度1°11′、經度0°55′，其中以五指山市、屯昌縣、瓊中縣分布較多較廣，但資源零星分散。枝花木奶果的自然垂直分布區域海拔199～724 m，高差較大，最低在屯昌縣，海拔199 m；最高在昌江縣，海拔724 m。年均氣溫22.6～24.5 ℃，最熱月均溫25.9～27.5 ℃，最冷月均溫 16.0～19.4 ℃，年極端最高氣溫37.1～41.0 ℃，年均降水量1771.8～1896.1 mm[4-7]。

2 研究材料與方法

于2016—2017年連續2 a對枝花木奶果花果期(5—7月)進行野生資源調查，并及時對采摘到的熟果進行相關測定。

2.1 初選優樹的確定

通過參照其他木本用果經濟樹種優樹選擇的方法[8-9]，并結合枝花木奶果的生物學特性，采用5株優勢木對比法在71棵候選樹中確定初選優樹28株。

采用“路線法”對枝花木奶果野生資源分布的海南省五指山市、三亞市、樂東縣、昌江縣、保亭縣、瓊中縣、屯昌縣等7個市縣進行實地調查，共調查到146株枝花木奶果。由于野外調查過程中發現枝花木奶果野生資源分布相對集中，最終確定以市縣為單位作為樣地，在每個樣地(市縣)選擇1株樹冠均勻開張、樹干通直、病蟲害程度輕或無，結果量大的植株作為候選優樹[10]，為了避免樹齡差異對結果產生干擾，本研究采用樹高和胸徑比，以其相對值代替實測值進行主成分分析。以候選優樹為標準，在該樣地中選擇5株生長性狀僅次于候選優樹的植株作為優勢木，并將所選候選優樹及其優勢木進行統一編號(M1為候選優樹，M1-1、M1-2、M1-3、M1-4、M1-5為M1的優勢木，M2、M3、M4、M5以此類推)并記錄，同時在植株上掛牌標記。由于三亞和屯昌的植株在2 a的調查過程中均未發現開花結果，因此本研究未將此兩地納入優樹選擇范圍。M1、M2、M3、M4、M5分別為保亭縣、瓊中縣、昌江縣、樂東縣、五指山市的候選優樹。

2.2 初選優樹的性狀調查

采用皮尺、胸徑尺測量其冠幅、樹高、胸徑，并計算徑高比；采用游標卡尺測定果實的縱徑、橫徑及果皮厚度，并計算其果形指數；采用電子天平、電子秤測定單果重及單株產量；采用PRO-101型糖度計測定可溶性固形物含量。果實味感采用口嘗鑒評的方法測定[11]；維生素C采用鉬藍比色法測定[12]；總酸參照GB/T 12456—2008測定[13]；總糖參照GB/T 5009.7—2016測定[14]。病情指數=單株病葉數/單株總葉片數；蟲情指數=單株蟲害葉片數/單株總葉片數。

2.3 數據處理方法

利用Excel軟件進行數據匯總和變異度分析后，以SPSS V.23.0軟件進行主成分分析。

3 結果與分析

3.1 選優指標的變異分析

通過對候選優樹和優勢木的變異系數分析(表1)發現，各市縣的枝花木奶果選優性狀差異明顯，具有豐富的差異性。其中，變異系數最大的為病葉指數，其次為單株產量。變異系數最小的為果形指數，其次為可溶性固形物。變異系數大小依次為：病情指數>單株產量>果實味感>Vc=冠幅>蟲情指數>單果重=總糖>總酸>胸徑樹高比>果皮厚度>可溶性固形物>果形指數。可見樹木的健康狀況和產量在不同個體間的變異度很大，果實形態及其果肉物質含量則變化不大，樹形態的變異度居中。

表1 選優性狀的變異系數分析

3.2 選優指標的主成分分析

3.2.1 主成分分析及主要選擇指標的確定 特征值和貢獻率是主成分分析中選擇主成分的依據。在主成分的提取上，提取特征值大于1，且累計貢獻率大于80%的前n個主成分。隨著特征值的下降，各主成分的貢獻率依次下降。根據枝花木奶果13個選優性狀的主成分分析可知(表2)，1～7主成分的累積貢獻率大于80%，說明前7個主成分能表達枝花木奶果綜合特征信息的85.802%。由于僅有1～5主成分的特征值大于1，且第一主成分的貢獻率最大，緊隨其后的各主成分貢獻率急劇下降。因此，根據選優原則，選擇前5個主成分作為優樹選擇的綜合指標。分別為F1、F2、F3、F4、F5。

由表3可知，第一主成分與總糖(0.892)、胸徑樹高比(0.631)存在較強的正相關，與總酸(-0.795)存在較強的負相關，且貢獻率達到22.083%，明顯高于第二主成分。因此，在優樹選擇時，可僅依據第一主成分選擇胸徑株高比、總糖以及總酸作為枝花木奶果表型因子選擇的主要指標，將它們作為選優的標準。

3.2.2 優良單株的選擇 將候選優樹和優勢木共28個樣本的13個選優性狀原始值xi進行標準化，然后代入主成分方程，分別計算基于13個性狀標準化值的主成分得分Fj(j=1～5，Fj=相應性狀的主成分得分系數*ZXi+……+ZXn)，然后以主成分的方差貢獻率作為權重Cj(j=1～5)，求得28株初選優樹的綜合得分F(F=C1F1+C2F2+……+CjFj)，并對綜合得分進行排序(表4)，排序靠前者為優良單株。本次研究選出的優良單株共5株，按得分排序分別為M5，M3，M1-3，M1，M5-1。

表2 主成分分析的特征值、貢獻率、累積貢獻率

表3 各變量旋轉因子負荷量

表4 主成分得分及綜合得分

表4(續)

4 討論與結論

枝花木奶果是目前尚未被開發的野生熱帶水果資源。根據前期調查發現其具有較高的研究和開發價值。因此，在對其進行選優時，既要考慮生長性狀，也要保證經濟產出指標。本研究根據枝花木奶果的生長特性，在其花果期采用“路線法”對海南島熱帶雨林地區的野生枝花木奶果資源進行了較為充分的調查。發現枝花木奶果生長環境較為一致，均位于林分下層，以沙土或腐殖質較厚的土壤為主，靠近水源，郁閉度高。其生境的較大一致性給在5株優勢木對比法下的主成分分析的選優精確性提供了很大保障。此外，根據變異系數的分析，其存在豐富的變異度，這給選優提供了良好的前提條件。變異系數最大的為病葉指數，其次為單株產量。說明不同個體的枝花木奶果生長病害和單株產量是它們差異的主要因素之一。變異系數最小的為果形指數，其次為可溶性固形物。說明不同的枝花木奶果個體間的果肉物質含量相對穩定。總體來看，樹木的健康狀況和產量在不同個體間的變異度很大，而果實形態及其果肉物質含量則變化不大，而樹形態的變異度居中，說明枝花木奶果既具有支持選優的差異性，又具有穩定的特征。

但是，本次選優是以母樹的表型作為依據，并不能保證其子代具有與母樹一樣的穩定遺傳性狀。因此，應該對所選優樹進行子代的連續觀測，以保證選優和遺傳育種的一致性，提高選優的準確性。