文冠果果實表型性狀和種仁功能成分的品系差異

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（1.山西農業大學 a.林學院；b.北方功能油料樹種培育與研發山西省重點實驗室，山西 太谷 030801；2.山西省管涔山國有林管理局大石洞林場，山西 寧武 036700）

植物種內基礎變異普遍存在，因此研究林木基礎性狀變異規律、確定其育種方向及具體措施已成為目前相關研究的發展趨勢[1-2]。林木表型變異可以反映生物變異情況，而對其表型性狀指標與育種目標之間關系的研究，可以有效地促進良種選育工作進程[3-4]。文冠果的果實與種子變異是其遺傳變異的重要特征之一，研究其變異程度和各指標間的相互關系對于文冠果的育種、選優繁優、工業生產等都有重要意義[5-6]。到目前為止，關于文冠果優良性狀指標的研究也有一些初步成果，但其品種選育目標著眼于單株或單位面積種子產量、生長性狀、種子性狀、果形和花序[7-11]。牟洪香等[12]調查了14 個分布區文冠果的15 個表型性狀，他們分析得出，種子數、果寬與經緯度有關，而其余13 個指標與地理位置均無關。常月梅[13]研究發現，文冠果優系間每序果數、果內種子數及千粒質量的變異范圍均大，因此，這3 個指標均可作為篩選高產品系的重要指標。然而，如果文冠果種子的功能成分在品種或類型之間的差異都很大，那么種子產量指標與最終的油脂、蛋白等產量指標之間的正相關關系也許會不一致。因此，研究文冠果表型性狀特征與種子功能成分之間的關系，這也是良種選育所要面對的現實問題。為了闡明文冠果果實種子產量與種仁功能成分的關系，進一步明確育種導向，加快育種進程，本研究以25 個文冠果優良品系的果實為試驗材料，對其果實的6 個表型性狀指標（果實橫徑、果實縱徑、單果種子粒數、種子百粒質量、種仁百粒質量、出仁率）和種仁的3 個功能成分指標（種仁含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量）的分異性與關系進行了測定和分析，以了解與文冠果產量相關的果實表型性狀指標在品種間的變異情況及其與種子功能成分之間的關系，為加快文冠果優良品種選育進程提供參考依據。

1 試驗地概況

試驗地位于山西農業大學文冠果良種繁育基地，其地理位置為37°25′27″N、112°34′42″E，海拔790 m，暖溫帶大陸性氣候，四季分明。年平均日照時數2 500 ～2 600 h，年均溫為5 ～10 ℃，7月均溫24 ℃，1月均溫-6.4 ℃，年降水量480 mm，無霜期180 d。基地內地勢平坦，土壤為褐土，pH值為7.6 ～7.8，土壤有機質含量為1.79%。

2 材料與方法

2.1 材 料

本課題組采用根插和幼苗嫁接的方式將收集到的105 株野生文冠果優良單株的根及接穗于2008年定植在山西農業大學文冠果優良品系繁育基地內。經過本課題組成員的初步觀察，從中挑選出表現較好、長勢良好、已進入盛果期的25 個初選優良品系作為試驗材料，其品系代碼分別分TG（A/G/B）、TZ、LX、DX、YP，分別來自于太谷、天鎮、臨縣、代縣、原平。

2.2 果實表型性狀指標的測定

用游標卡尺測量所采果實樣品的橫徑和縱徑，記錄單果種子數。種子風干后，將各品系種子混合均勻，用四分法取混合種子100 粒，取3 個重復樣品，用千分位天平稱量種子百粒質量、種仁百粒質量，計算種子出仁率，計算公式如下：

出仁率(%)=種仁質量/種子質量×100%。（1）

2.3 種仁功能成分的測定

將粉碎后過100 目篩的種仁及濾紙置于電熱鼓風干燥箱中于65 ℃下干燥至恒重。采用索氏提取法[14]測定種仁含油率，采用凱氏定氮法測定剩余油粕產品中粗蛋白的含量，采用紫外分光光度法測定類黃酮含量；計算公式分別如下：

式（3）中：V1為樣品消耗的硫酸標準液的體積（mL），V2為試劑空白消耗的硫酸標準液的體積（mL)；N為硫酸標準液的濃度；m為樣品質量；F為以氮換算蛋白質的系數（6.25）。式（4）中：C為樣品中類黃酮的濃度，M為所取樣品的質量。

2.4 數據處理

利用Excel 軟件進行數據整理、前處理及繪制表格，采用SPSS 軟件對不同品系文冠果果實的6 個表型性狀及種仁的3 種功能成分進行方差分析、相關分析、主成分分析及聚類分析，計算公式分別如下：

式（5）中：X表示數據的標準化值。式（6）中：F表示綜合得分；Z表示主成分的得分，b表示主成分的貢獻率。

3 結果與分析

3.1 文冠果果實及種仁特征指標的品系差異

對25 個品系文冠果果實的6 個表型性狀指標進行了統計分析，結果見表1。表1顯示：不同品系文冠果果實的表型性狀之間有較大的差異。不同品系文冠果果實的主要表現為橫徑大，縱徑也大，果實橫徑、縱徑的最大差值分別為31.27、37.21 mm，其變異系數分別為12.87、14.78，果實橫徑、縱徑均為6 個表型指標中變異較小的指標。果實體積最大的品系為G17，最小的為DX83。在25 個品系文冠果的果實中，平均單果種子粒數，最多的為25.80 粒，最少的為10.40 粒，前者為后者的2.48 倍。文冠果種子百粒質量最大的品系為G17，其種子百粒質量為166.92 g；種子百粒質量最小的品系為B001，其種子百粒質量僅為60.27 g。種子百粒質量大于100 g 的品系個數占供試品系總數的40%，種仁百粒質量大于50 g 的品系個數占供試品系總數的48%，出仁率高于50%的品系個數占供試品系總數的36%。種仁百粒質量的變異最大，其變異系數為34.80%；種子出仁率主要集中為40%～50%，其變異系數為14.97%。

表1 文冠果果實各表型性狀指標的品系差異Table1 Variation analysis of phenotypic characters of different X.sorbifolia strains

3.2 文冠果種仁功能成分的品系差異

25 個文冠果優良品系種仁的3 種功能成分的測定結果見表2。由表2可知，進入盛果期的不同品系文冠果在相同生長環境條件下其含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量均存在不同程度的差異，不同品系文冠果含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量的均值分別為55.42%、27.50 mg/g、16.37 mg/g。25 個文冠果優良品系的種仁含油率集中為50%～60%；其中，LX01-1 的種仁含油率最高，為60.53%；G40 的種仁含油率最低，為49.23%；僅有G40、G60 這2 個優良品系的含油率小于50%。在25 個品系中，有23 個品系的種仁粗蛋白含量均在25%以上；其中，種仁粗蛋白含量最高的品系為A092，其含量為30.59 mg/g，顯著高于其他優良品系。種仁中類黃酮含量最高的優良品系為YP06，其含量為20.57 mg/g；其含量最少的品系為G40，其含量僅有12.46 mg/g。3 種功能成分的變異系數由大到小依次為：類黃酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。這一測定結果說明，種仁中類黃酮含量的離散程度明顯高于種仁中粗蛋白含量和含油率的離散程度，不同品系種仁中的油脂和粗蛋白這兩種營養成分的含量均相對集中。

表2 文冠果種仁含油率及油品功能成分的品系差異?Table2 Difference analysis of oil content and functional components of X.sorbifolia

3.3 不同文冠果優良品系主要性狀分析

將25 個文冠果優良品系種仁的含油率（X1）、粗蛋白含量（X2）、類黃酮含量（X3）這3 種功能成分指標和果實縱徑（X4）、果實橫徑（X5）、單果種子粒數（X6）、種子百粒質量（X7）、種仁百粒質量（X8）、出仁率（X9）這6 個表型性狀指標的測定值按公式（5）進行標準化處理后再進行相關性分析，結果見表3。表3表明：文冠果果實橫徑與縱徑間呈極顯著正相關關系；單果種子粒數與種子百粒質量和種仁百粒質量之間、種仁百粒質量與出仁率之間均呈顯著正相關關系。種仁含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量分別與種子百粒質量、種仁百粒質量、出仁率呈顯著正相關關系。可見，9 個指標中的部分指標所提供的信息出現了明顯的交叉現象，說明評價指標間還有縮減的空間。

為了分析9 個指標的作用，對此9 個指標進行了主成分分析，即從原有的9 個指標中提取出3 個相互獨立的綜合指標（即F1、F2、F3這3 個主成分），其累計貢獻率達81.679%，說明這3 個主成分可以解釋9 個指標原有信息中的絕大部分信息。然后，根據各品系在3 個主成分中的得分情況進行綜合評價和排序，結果見表4。由表4可知，排在前5 名的優良品系依序為：LX01-1、G17、A034、YP06、A092。

最后采用歐氏距離聚類分析法，以種仁含油率、果實橫徑、單果種子數、種仁百粒質量這4 個主要性狀指標對25 個文冠果優良品系進行分類，結果如圖1所示。由圖1可知，以歐氏距離10 為劃分標準，可將25 個文冠果品系劃分為如下4 類。第1 類 包 括G40、G60、TG04、A176、A430、B001、G25、G13、A064、G67、G73 等10 個品系，其表現為：種仁含油率、粗蛋白含量和類黃酮含量均較少；其果徑集中為50 ～65 mm，單果種子粒數為10 ～16 粒，種子百粒質量為60 ～90 g，種仁百粒質量為25 ～40 g，出仁率為30%～45%。此結果與主成分分析綜合評分較低品系的表現結果一致。第2 類包括TZ03、G76、LX65、A065、DX83、YP06、A067、G43、A034、A283、A092、A099 等12 個品系，其表現為：種仁的含油率、粗蛋白含量和類黃酮含量均較高；其果徑集中為50 ～75 mm，單果種子數為11 ～19 粒，種子百粒質量87 ～150 g，種仁百粒質量47 ～80 g，出仁率45%～60%。此結果與主成分分析綜合評價結果較好的品系表現一致。第3 類為G17，其單果種子粒數最多且種子百粒質量最大。第4 類為LX01-1，其種仁含油率和粗蛋白含量均最高。

表3 不同品系文冠果種仁的3 種功能成分與果實的6 個表型性狀之間的相關分析結果?Table3 Correlation analysis between 3 kernel functional components and 6 fruit phenotype characters of different strains

表4 文冠果優良品系的主成分得分及綜合評價結果Table4 Principal component score and ranking of 25 strains of X.sorbifolia

比較文冠果種仁功能成分含量高和含量低的品系可知，各品系在種子百粒質量、種仁百粒質量、出仁率上均存在更加明顯的差異；而其在果徑、單果種子粒數上的差異均相對較小。如果以種仁功能成分含量為目的進行品種篩選，那么果徑、單果種子粒數等果實表型性狀指標就都沒有什么參考意義了，而其種子百粒質量、種仁百粒質量、出仁率則均可作為相關參考指標。

4 討論與結論

4.1 討 論

4.1.1 文冠果果實表型性狀的品系差異分析

目前國內外十分重視表型多樣性的研究，有關研究者認為，表型多樣性是遺傳多樣性與環境多樣性的綜合表現，是遺傳多樣性研究的先導和基礎，也是遺傳多樣性研究的重要內容。利用表型性狀研究群體的遺傳多樣性，具有簡便快速的優點，至今仍然是十分重要且行之有效的[15-16]。變異系數作為表型多樣性的重要指標，反映出種質差異的范圍和程度，決定著資源選擇的空間[17-18]。白鑫磊等[19]對160 株文冠果21 個性狀變異程度的分析結果表明：各指標之間均有不同程度的變異，其中，單株果實個數、果實質量等指標的變異系數均高達80%以上，試驗樣株表現出了較為豐富的遺傳多樣性。本研究結果表明，文冠果在表型性狀上具有明顯的差異類型且其差別較大。種仁百粒質量變異系數最大的為34.80%，單果種子粒數、種子百粒質量的變異系數均集中為20%～30%，果徑、出仁率的變異系數均小于15%，說明這兩種表型性狀在品系間的變化均相對穩定。而文冠果25 個品系果實橫徑的變異系數最小，僅為12.87%，這說明25 個品系文冠果的果實和種子的表型性狀在種源間存在著豐富的遺傳多樣性。

圖1 不同文冠果優良品系主要性狀的聚類分析結果Fig.1 Cluster analysis of main characters of different X.sorbifolia strains

4.1.2 文冠果種仁功能成分含量的品系差異分析

文冠果種仁富含多種功能活性成分。前人研究發現，不同產地的文冠果之間其營養及功能活性成分含量均存在較大差異。孫丙寅等[20]的研究結果表明，我國西北地區4 個產地的文冠果種仁的3 種功能成分含量不同，其蛋白質含量為11.32%～18.20%，其脂肪含量為54.06%～57.95%，其總糖含量為2.18%～3.17%。本研究結果證明，收集于山西省不同市縣的野生優良單株在同一地區定植其功能成分含量仍不相同，種仁含油率高低差值最大的為11.30%，粗蛋白含量高低最大相差16.4 mg，類黃酮含量高低最大相差8.01 mg。這一結果說明，原先不同產地的植物均有其適地適樹的品種特性及生長規律，這就決定了個體間的遺傳結構和變異特征，因而表現出豐富的表型多樣性和遺傳多樣性[27]。

4.1.3 文冠果優良品系種仁功能成分與果實表型性狀之間的關系

文冠果的生物學性狀較多，且各個性狀之間存在著錯綜復雜的關系，致使其提供的信息有交叉現象，難以從中得出簡明的規律[21]。斯欽畢力格等[22]對內蒙古萬家溝地區山杏14 個表型性狀與3 個營養成分的變異分析結果表明，3 種營養成分與果徑之間均存在相關關系，此研究結果為功能成分高的文冠果優良品種的篩選提供了一定的參考依據。本研究結果表明，以文冠果種仁功能成分含量為目標的良種篩選，其種子百粒質量、種仁百粒質量、出仁率均可作為參考指標。部分研究者證明，油脂和蛋白質合成在一定程度上具有相對獨立性[23]。文冠果種仁中的油脂含量和粗蛋白含量具有正相關性，說明可能因為空間阻隔或其他障礙阻止了兩者間的聯系，導致兩者同時積累，也可能因為脂肪代謝與蛋白質代謝并沒有相互轉化[24]。至于其具體原因，尚待進一步研究。

總的來說，文冠果種源及家系的確定有待加強。前人研究結果表明，以文冠果耐寒性為目標的良種篩選工作還處于樹種的確定階段。所以，本研究所選材料是山西農業大學文冠果良種繁育基地的25 個優良無性系，此研究結果對于其他地區文冠果的選育意義有待進一步考察。而文冠果的種質資源是多樣的，同時受到遺傳因素與環境因子的共同作用。因此，文冠果果實表型特征與種仁功能成分含量關系的研究仍需進一步從分子水平上進行遺傳多樣性分析。

4.2 結 論

本研究對山西農業大學文冠果良種繁育基地內25 個初選品系的果實表型性狀和種仁功能成分在品系間的差異情況進行了分析，得出了如下研究結果，為文冠果良種品系品種的選育奠定了基礎。

1）現有初選文冠果無性系果實表型性狀在品系間的遺傳變異大，存在豐富的選優潛力。種仁百粒質量的變異系數最大，達到34.80%，種子百粒質量、單果種子粒數、出仁率、果實縱橫徑的變異系數也都在10%以上。其主要表現為：單果種子粒數越多，種子、種仁質量越重，出仁率則越高。

2）文冠果種仁3 種功能成分含量在品系間的差異也很顯著，且其變異系數的大小順序為：類黃酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。其種仁含油率集中為50%～60%，最大差值為11.30%；粗蛋白含量為24.13 ～30.59 mg/g；類黃酮含量為12.46 ～20.57 mg/g。

3）相關性分析、主成分分析及聚類分析結果都表明，果實表型性狀在品系內相對穩定，而在品系間的差異卻較大，且與種仁功能成分之間的關系密切。果實表型性狀較好與種仁功能成分含量較高的品系分別為LX01-1、G17、A034、YP06、A092。種子性狀可以作為挑選良種的最易選擇的表型性狀，而果實性狀基本沒有參考意義。因此建議，文冠果優良單株的初選參考標準為：種子百粒質量≥90 g，種仁百粒質量≥50 g，出仁率≥48%。