無患子種實性狀評價與優良單株初選

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.湖南綠村生態科技有限公司， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業科學院， 湖南 長沙 410004； 3.平江縣林業局， 湖南 平江 410400； 4.湖南無患子農林發展有限公司， 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學和日化用品領域[3-4]，對它的研究也越來越受到國內外科學家的重視。

近年來，我國無患子的栽培面積越來越大，但在生產上還存在著果實質量差、產量低等問題[5]。無患子的果肉主要生產皂苷，種仁生產油脂，因此，無患子的種實性狀是其重要的經濟性狀[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、鮮果質量、種子質量、果皮質量、種子橫徑、種子縱徑和種子側徑等種實性狀指標，并計算以下反映果實和種子形態特征及質量的指標。

果肉果核比=果皮質量/種子質量；

果實形態指數=果橫徑/果縱徑；

種子形態指數=種子橫徑/種子縱徑；

果實大小指數=果橫徑×果橫徑×果縱徑；

種子大小指數=種子橫徑×種子縱徑×

種子側徑。

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]對數據進行分析。將無患子單株的鮮果質量、果肉質量、種子質量、果肉果核比、果實形態指數、種子形態指數、果實大小指數、種子大小指數等8個種實性狀的原始數據進行標準化處理，計算8個種實性狀相關矩陣的特征向量和特征根，根據所得的特征根和原變量數值計算各個主成分的貢獻率和方差貢獻率，依據特征值和方差累積貢獻率提取主成分因子。

2.3 優良單株選擇

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良單株選擇。根據各個主成分的特征向量列出計算公式，再根據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 數據處理

利用Excel 2007、SPSS 19.0進行數據統計與分析。

3 結果與分析

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計結果見表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在5.22%～32.54%之間，其中果肉質量的變異系數最大，為32.54%；種子形態指數的變異系數最小，為5.22%；鮮果質量、種子質量、果實大小指數和種子大小指數的變異系數均較大，分別為20.88%、20.89%、23.73%和21.83%。除種子形態指數和果實形態指數外，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計結果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/%鮮果質量5.33 g1.11 g20.88種子質量1.80 g0.38 g20.89果實形態指數0.860.067.13果實大小指數12.042.8623.73果肉質量3.53 g1.15 g32.54果肉果核比1.550.1610.34種子形態指數0.100.055.22種子大小指數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，其構成因子為最重要的主成分因子；在第一主成分中，鮮果質量、果肉質量、果實大小指數和種子大小指數等因子表現顯著，因此將第一主成分定義為構成種實質量和體積的因子，即種實產量因子。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，種子質量和果肉果核比表現顯著，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，果實形態指數和種子形態指數表現為顯著，因此將第三主成分定義為種實形態因子。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鮮果質量0.261?-0.0150.154果肉質量0.211?-0.1880.349種子質量0.1920.303?-0.086果肉果核比-0.0760.394?-0.308果實形態指數-0.0790.2870.470?種子形態指數-0.1140.1450.686?果實大小指數0.243?-0.0120.038種子大小指數0.209?0.274-0.069 注:?表示顯著(P<0.05)。

3.3 無患子優良單株選擇

依據公式(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。依據產量因子，出果出仁率等主要種實性狀篩選優良單株。考慮高產果型，則選擇吉首2號、吉首1號、石門3號等為優良單株；考慮高產果肉型，則選擇常德2號、常德13號、吉首2號等為優良單株。

4 結論與討論

4.1 結論

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，除種子形態指數和果實形態指數外，其他種實性狀的差異均顯著，其中果肉質量的變異系數達到了32.54%，另外鮮果質量、種子質量、果實大小指數和種子大小指數的變異系數均較大，分別為20.88%，20.89%，23.73%和21.83%，而種子形態指數和果實形態指數的變異系數僅為5.22%和7.13%。說明參選無患子單株的種實質量性狀變異較大，形態性狀變異小，相對較穩定。表明可以以本試驗所選取的無患子種實性狀指標進行優良單株選擇，并按照不同生產目標選擇和推廣應用優良單株。

4.1.2 無患子種實性狀的主成分 選擇鮮果質量、果肉質量、種子質量、果肉果核比、果實形態指數、種子形態指數、果實大小指數、種子大小指數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量因子、出果出仁因子和種實形態因子，其中種實產量因子的特征向量較大的為鮮果質量、果肉質量、果實大小指數和種子大小指數，出果出仁因子的特征向量較大的為種子質量和果肉果核比，種實形態因子的特征向量較大的為果實形態指數和種子形態指數。表明，在優良單株選擇時，應該選取果實體積和質量大且形態較圓的單株。

4.1.3 參選無患子的種實性狀評價和優良單株選擇 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，考慮高產果型，則選擇吉首2號、吉首1號為優良單株；考慮高產果肉型，則選擇常德2號、常德13號為優良單株。綜合種實性狀表現良好的單株有吉首2號、吉首1號、常德2號、石門3號和常德13號，這些單株優勢明顯，可選為綜合表現良好的優良單株。

4.2 討論

物種的表型多樣性是多種因素共同作用的結果，其中影響較大的除環境因素外，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良單株選擇的依據具有非常重要的意義。研究發現，參選無患子的種實性狀具有顯著的差異，尤其是果肉質量、鮮果質量、種子質量、果實大小指數和種子大小指數等的變異系數均較高，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。