蒜頭果種子外觀質量分級標準初步研究

楊玉玲，王序英，魏 波，趙大偉

（1.文山壯族苗族自治州農業科學院，云南文山 663099；2.紅河學院生命科學與技術學院，云南蒙自 661100）

蒜頭果(Malania oleifera)又名馬蘭木和山桐果等，為鐵青樹科（Olacaceae）蒜頭果屬常綠喬木，是我國特有的單屬單種鐵青樹科古老植物，是國家二級珍稀瀕危保護樹種和二類珍貴用材樹種，也是云南省極小種群重點拯救和保護對象[1-2]。野生蒜頭果自然分布區域狹窄，主要分布在云南東南部和廣西西部的狹長區域[3-5]。云南主要分布在廣南縣的蓮城、曙光、董堡、舊莫、黑支果和壩美等鄉鎮以及富寧縣[6-7]；廣西主要分布在百色右江區、巴馬、鳳山及馬山等縣，均屬較為溫暖濕潤的季風性氣候[8]。

蒜頭果的化學成分主要包括揮發油、脂肪酸和其他成分（多糖、總黃酮、蒜頭果毒蛋白和木質素等）。其中蒜頭果油的研究較多，不僅可作為食用油，還是重要的醫藥、食品和化工等原料。蒜頭果果仁中的油脂含量為50% ～60%，其中脂肪酸主要以油酸、硬脂酸、棕櫚酸、芥酸、花生酸、亞油酸、亞麻酸和神經酸為主（C18～C24），是迄今發現的含神經酸物質最高的木本植物，相對含量高達40% ～60%[9-11]，神經酸具有恢復神經末梢活性、促進和刺激神經細胞生長發育的功效[12]。蒜頭果油也是合成十五內酯、麝香酮和大環內酯以及配制高級香水和化妝品的優質原料，經濟價值較高，并已用于醫藥工業[13-16]。

種子特征不僅是植物的重要經濟性狀，也是野生植株選優和人工定向培育新品種的基礎。目前，關于蒜頭果野生植株種子特征的相關研究較少。郭方斌等[17]觀測了廣南縣6 個采集地蒜頭果野生植株的結實量，并分析了果實、果核（種子）和果皮等主要的果實性狀特征，結果顯示蒜頭果果核（種子）、外形尺寸（橫徑和縱徑）和重量均有不同程度的變化，果核重變化幅度最大，最重與最輕相差3.75 倍。為進一步了解蒜頭果的種子特征，本研究對蒜頭果的種子外觀質量進行分級，對保證苗木質量、提高造林成活率和充分發揮林地生產力有重要意義，也可為蒜頭果的種子繁育或榨油提供科學依據，促進蒜頭果產業的發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019年9月20日，在文山壯族苗族自治州廣南縣舊莫鄉和董堡鄉采集成熟的新鮮蒜頭果，將其帶回實驗室，剝去外種皮，洗凈種子，陰干備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 指標測定

將采集的蒜頭果種子混合，隨機選取123粒種子進行測定，指標包括鮮重（g）、橫徑（mm）和縱徑（mm）3項指標。鮮重采用電子天平稱量（精確至0.1 g），橫徑和縱徑采用電子游標卡尺進行測定（精確至0.01 mm），計算最大值、最小值、均值、標準差及變異系數。

1.2.2 分級標準制定

使用SPSS 13.0 統計分析軟件，采用系統聚類的K-均值聚類算法[18]對鮮重、縱徑及橫徑等數據進行標準化處理，所得的綜合指標即可形成一些自然類。隨機選取K 個對象作為初始的聚類中心，然后計算每個對象與各個種子聚類中心間的距離，把每個對象分配給距離最近的聚類中心。聚類中心以及分配的對象代表1 個聚類。全部對象都被分配后，根據聚類中現有的對象重新計算每個聚類的聚類中心。不斷重復該過程，直到滿足某個終止條件。終止條件可以是以下任何一個：沒有（或最小數目）對象被重新分配給不同的聚類；沒有（或最小數目）聚類中心再發生變化；誤差平方和局部最小。一般來說，靠近大數的類一般應屬一級種子，靠近最小數的類應屬于等外級。

2 結果與分析

2.1 蒜頭果種子外觀性狀指標統計

蒜頭果種子鮮重變異幅度為7.1 ～25.5 g，最重與最輕相差3.59 倍，變異系數為21.9%，均值為15.71 g；縱徑為23.90 ～34.07 mm，最大值與最小值相差1.43倍，變異系數為7.3%，均值為29.39 mm；橫徑為24.65 ～38.80 mm，最大值與最小值相差1.57倍，變異系數為8.1%，均值為32.22 mm（表1）。種子的重量差別比大小差別更明顯。

表1 蒜頭果種子外觀性狀Tab.1 Appearance traits of M.oleifera seeds

續表1 Continued

續表1 Continued

2.2 蒜頭果種子外觀指標K-均值聚類分析

種子分級太多不利于生產操作，分級太少不能較好地區分種子質量，通過調整不同K 值進行聚類分析，以指標最低一類（等外）種子標準比例10%以下為止。對種子鮮重、縱徑和橫徑的測定結果進行聚類分析，逐步計算K值。結果表明，當K=5時，指標值最低類種子為8.13%，以K=5時的聚類結果為依據進行蒜頭果種子分級（表2）。

種子鮮重、縱徑和橫徑在5 個類間差異極顯著（P＜0.01）（表3）。F值表現為種子鮮重＞橫徑＞縱徑，可將此3 項指標作為蒜頭果種子外觀分級的指標。

表2 蒜頭果種子外觀指標K類中心聚類的最終類中心值Tab.2 Final cluster centers of K-means cluster analysis of M.oleifera seed appearance indexes

表3 蒜頭果種子外觀指標的方差分析Tab.3 Variance analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

根據類間距離大小分析，第1 類與第3 類、第2類與第4 類中心距離最小，第1 類與第5 類、第2 類與第3類中心距離次之，第4類與第5類中心距離最大，說明蒜頭果種子外觀可分為5 個質量等級（表4）。結合種子外觀指標進行綜合分析，第5類和第1類種子為一級質量種子，第3類為二級質量種子，第2類為三級質量種子，第4類為等外種子。

表4 蒜頭果種子外觀指標最終聚類各類間中心距離Tab.4 Distances between final cluster centers of appearance indexes of M.oleifera seeds

2.3 蒜頭果種子外觀質量分級標準

根據最終聚類中心值和方差分析結果，結合生產實際，劃分出蒜頭果種子外觀等級標準。結果顯示，各指標值最高的種子（第5 類）僅占0.81%，因此，將指標值相近的第1 類和第5 類合并為一類。最終，蒜頭果種子外觀質量劃分為4個等級，其中合格外觀種子約占總數的91.9%，等外種子（不合格種子）約占8.1%（表5）。

表5 蒜頭果種子外觀質量分級標準Tab.5 Grading standard of appearance quality of M.oleifera seeds

利用SPSS 對各外觀指標間的相關性進行分析（表6）。各指標間均呈極顯著正相關，橫徑與鮮重關系最密切（R=0.969）。

分級時，首先看種子鮮重指標，以鮮重所達到的級別確定種子級別，種子鮮重達Ⅰ級種要求，種子可為Ⅰ級，依此類推。種子鮮重達到要求后，按縱徑和橫徑指標分級；當橫徑和縱徑不屬同一等級時，以橫徑所屬級別為準。

表6 蒜頭果種子外觀指標相關性分析Tab.6 Correlation analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

3 結論與討論

本研究中，蒜頭果種子的重量與大小均呈現了一定程度的變化，種子鮮重變化幅度最大，最重與最輕相差3.59 倍，變異系數為21.9%，與郭方斌等[17]的研究結果一致，說明種子重量這一表型性狀存在廣泛的多樣性[17,19]。種子大小與重量為蒜頭果的重要經濟性狀（內含油脂豐富的種仁），較為豐富的種子表型性狀多樣性可為蒜頭果的人工定向培育提供多樣的種質資源，也可用于物種的保護研究。

種子是植物生產最基本的物質基礎，其質量將直接影響植物的產量、主要成分含量及質量，制定種子分級標準是保障種子質量、提高種子產量與品質的有效途徑[20-22]。近幾年來，關于種子質量分級標準的研究逐漸增多，于凱強等[23]采用標準差法對銀柴胡（Stellaria dichotomavar.lanceolata）的種子質量進行分級，艾倫強等[24]通過主成分分析、系統聚類分析和K-聚類分析3 種統計學方法對續斷（Phlomis umbrosa）的種子質量進行分級，甘嬌娥[25]通過K-均值聚類算法對黃連（Coptis chinensis）的種子質量進行分級。本研究測定了云南廣南縣123個蒜頭果種子的主要外觀質量指標并進行K-均值聚類分析，結合生產實際，將種子單粒鮮重、橫徑和縱徑3 項指標作為蒜頭果種子外觀質量分級指標，并制定分級標準。K-均值聚類算法簡單易用，適合蒜頭果種子外觀分級標準的研究。蒜頭果種子的外觀質量可分為3 個等級：一級種子單粒鮮重≥18.7 g，縱徑＞32.76 mm，橫徑＞34.49 mm；二級種子單粒鮮重14.7 ～18.7 g，縱徑29.71 ～32.76 mm，橫徑32.16 ～34.49 mm；三級種子單粒鮮重11.1 ～＜14.7 g，縱徑27.13 ～≤29.71 mm，橫徑29.21 ～≤32.16 mm。新鮮蒜頭果種子的含水率在50%以上，種子殼（內果皮）在種子未成熟時已經很堅硬，在果實未成熟時種子內也是充盈的（含水量高、種子較重）；種子的大小在植株間有較大差異，小種子未必就是差種子；有時種子很大，但內果皮相對較大，陰干后發現里面的種仁很小。因此，僅以種子鮮重和大小作為種子外觀質量分級標準的主要指標存在一定的不合理性，但本研究結果可為蒜頭果種子繁育、提高苗木成活率及榨油率提供一定的參考。今后，應從種子形態特征（發芽試驗、不同生育期）、生化特性、遺傳特性及分子生物學等方面進行綜合評價，為蒜頭果人工培育提供更科學的依據。

種子質量是保障植物種植后穩產和高產以及達到國家規定可控指標的關鍵，尤其是純天然和無公害的植物生產更離不開種子的質量監控[26]。本研究采用K-均值聚類算法對蒜頭果種子外觀質量進行分級，分級數量少，操作簡單，可為蒜頭果種子的選擇及未來蒜頭果種子質量標準體系的建立提供一定的參考。