龍眼種質資源果實性狀多樣性分析

郭棟梁，王 靜，黃石連，韓冬梅，李建光

（廣東省農業科學院果樹研究所/農業農村部南亞熱帶果樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室/廣東省熱帶亞熱帶果樹研究重點實驗室，廣東 廣州 510641）

【研究意義】龍眼（Dimocarpus longanLour.）為無患子科（Sapindaceae）龍眼屬（Dimocarpus）植物，因其果實清甜鮮美且營養價值豐富成為我國熱帶、亞熱帶地區具有代表性的名優特珍稀水果之一［1］。我國收集龍眼種質最多的資源圃是位于福州的國家果樹種質（福州）龍眼圃，收集保存來自中國、泰國、越南、印度尼西亞、美國等國種質資源343 份［2］。廣東省農業科學院果樹研究所龍眼種質資源圃現收集有來自泰國、越南、福建、廣西、四川、海南及廣東本地資源150 份。雖然我們一直以來非常注重龍眼種質資源保存，但是隨著經濟及社會環境的發展，不少獨特的龍眼野生、半野生資源、地方栽培品種等優稀種質資源正瀕臨消失，而這些優良品種和優稀種質資源在遺傳育種研究上具有特殊價值，及時對保存的龍眼種質資源開展調查和評價成為當前最重要的任務，這對龍眼新品種選育及品種結構改良具有積極意義。【前人研究進展】目前果樹科研工作者不僅分析了蘋果、桃等大宗水果的果實性狀指標［3-4］，還觀察、記錄及分析了黃皮、南酸棗、大別山山核桃、草莓、核桃、野生毛花獼猴桃、沙棘、余甘子等地方性果樹資源及野生型果樹資源的果實性狀指標［5-12］。陳虎等［13］應用主成分分析法和聚類分析法對廣西主要龍眼種質資源進行遺傳多樣性研究，陳秀萍等［14］連續3 年對國家果樹種質（福州）龍眼圃內不同基因型的40 份龍眼種質的果實性狀進行測定與穩定性評價。馬若寒等［15］對重慶6 個龍眼主栽品種的果實品質進行測定和分析，確定了適合重慶地區推廣的龍眼品種。彭杰椿等［16］對廣西5 個龍眼早熟品種的果實生長和品質變化規律進行研究，發現成熟期的桂龍早果實品質在廣西地區綜合評價最佳。李建光等［17］對19 個龍眼品種成熟果實的表觀性狀和品質指標進行詳細觀察和記載，運用聚類分析法對果實性狀指標進行分類，并用主成分分析法簡化龍眼果實品質的評價指標。郭棟梁等［18］對34 個龍眼種質資源的25 個果實性狀進行多樣性分析，并根據果實性狀指標的遺傳多樣性對龍眼品種進行分類。【本研究切入點】表型性狀是由基因和環境因子相互影響而成，可以直觀表達資源的特性，是資源分析鑒定的首選方式。表型性狀評價是資源合理開發應用的重要依據，聚類分析、主成分分析及變異分析廣泛應用于資源表型性狀評價。表型性狀的多樣性可作為遺傳標記并與數量分類學結合用于種質資源的鑒定、遺傳多樣性分析及核心種質構建等研究。【擬解決的關鍵問題】本研究對99 份龍眼種質資源的果實表型性狀指標進行測定，分析各品種間的遺傳多樣性，通過對各品種果實品質的調查為龍眼種質資源的品質改良、利用及新品種選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的99 份龍眼資源均來自廣東省農業科學院果樹研究所龍眼種質資源圃，其生長結果期間的管理水平一致。99 份資源中，引自廣東的資源40 份、引自福建的資源24 份、引自廣西的資源5 份、引自四川的資源5 份，引自國外的資源4 份，剩余21 份為本課題組近年雜交獲得的優良單株（表1）。99 份種質資源均種植于2010 年，從2015 年開始對99 份龍眼種質資源果實的表觀性狀和品質指標進行持續觀察和記載。本文以2018、2019 年兩年數據作為分析依據，這兩年氣候條件相近，果實表型數據特征一致。果實9 成熟時采樣進行數據性狀指標調查，果實成熟度判斷參照《龍眼種質資源圖鑒》［19］。

表1 供試99 份龍眼種質資源Table 1 A list of 99 longan germplasm resources for test

1.2 試驗方法

參照《熱帶作物種質資源數據標準》［20］中對龍眼種質資源的描述標準，調查99 份供試龍眼種質資源的24 個描述性狀指標，包括3 個掛果能力性狀評價指標（豐產性、成熟特性、裂果特性），7 個果實外觀性狀指標（果實形狀、果色、果肩形狀、果頂形狀、龜裂片、疣狀突、放射紋），9個果實內在品質評價指標（果肉透明度、果肉顏色、果肉風味、化渣、表面流汁、果肉是否離核、汁液多少、質地、香氣），5個種子外觀性狀指標（種子顏色、種子形狀、種頂面觀、種臍顏色、種臍大小）。同時，調查21 個數量性狀指標，包括5個果穗相關指標（果穗長度、果穗寬度、果穗分枝數、果穗粒數、果穗質量），10 個果實外觀相關指標〔果實色差值、單果質量、長橫徑、短橫徑、縱徑、果形指數（長）、果形指數（短）、果皮厚度、果肉厚度、可食率〕，6 個果實內在品質評價指標（TSS 含量、酸含量、Vc 含量、全糖含量、還原糖含量、蔗糖含量）。每個表型性狀指標測量30 個樣品。

采用SPSS 14.0 軟件對表型性狀數據進行統計分析，遺傳多樣性指數（H′）的計算公式為：

H′=-ΣPilnPi（i=1，2，3，……，s）

式中，s為表型分類數，Pi為該性狀中各個分類出現的頻率［21］。

參照《農作物種質資源鑒定規程-龍眼（NYT1305-2007）》，對已調查的質量性狀指標進行分級，并根據表型給予賦值（表2）。

表2 龍眼種質資源描述性狀指標分類及賦值Table 2 Classification and quantified values of the descriptive characters indexes of longan germplasm resources

1.3 數據處理

利用Excel 進行原始數據的整理，計算各描述性狀類型分布頻率以及各數量性狀的最小值、最大值、平均值、標準差和變異數據。使用標準差標準化法對原始數據進行處理，然后利用DPS 7.05 軟件采用平均歐氏距離、離差平均和法對原始數據矩陣進行Q 型聚類分析［22］。R 型聚類分析的方法同上，聚類距離為相關系數。采用SPSS 16.0 統計軟件對45 個果實表型性狀進行主成分分析，根據累計貢獻率大于80%的原則確定主成分個數。

2 結果與分析

2.1 龍眼果實24 個描述性狀指標的多樣性評價

本研究統計了24 個龍眼果實描述性狀指標，共統計出82 個變異表型，平均每個性狀的變異表型為3.42 個，各個變異表型出現頻率不同，其中果實顏色和果肉質地觀察到的變異表型最多、果頂形狀變異表型最少（表3）。

表3 99 份龍眼種質資源果實描述性狀類型分布情況Table 3 Distribution of fruit descriptive characters in 99 longan germplasm resources

2.1.1 果實外觀性狀指標 7 個果實外觀性狀指標中，果實形狀以近圓形占比最多（41.67%），心形占比最少、僅9.26%；果肩形狀以平廣形占比最大；果頂形狀指標中，鈍圓和渾圓分布較為均勻，供試材料未發現尖圓形；果皮顏色以黃褐色為主，占比最大為50%；龜裂片、疣狀突和放射紋指標中不明顯類型在3 個性狀指標中均占比最大。

2.1.2 果實內在品質評價指標 9 個果實內在品質評價指標中，果肉質地有6 個類型，香氣有4個類型，其余指標均有3 個類型。果肉顏色以黃白色和乳白色為主；果肉半透明類型占58%，不透明類型10%；果肉流汁性狀中，不流汁類型占比最高達43%；果肉汁液多少性狀中，汁液多占58%，汁液少占8%；果肉離核性狀以易離核為主；果肉質地性狀以軟韌和韌脆類型占比較多，細嫩、稍脆和脆類型占比較少；果肉化渣性狀中68%的種質果實化渣；果肉風味性狀中甜類型占比最高為46.46%；果實香氣性狀中，86%的種質無香氣，9%的種質香氣較淡，只有5%的種質有較濃的香氣，供試的99 份種質中未發現有異味的種質。

2.1.3 種子外觀性狀指標 5 個種子外觀性狀指標中，種子顏色和種臍形狀有5 個變異類型，種子形狀有4 個變異類型，種頂面觀和種臍大小分別有3 個變異類型。果實種子形狀中，扁圓形占比最高（達55%），橢圓形占比最少（4%）；種頂面觀性狀中，橢圓形占比最大、達70.71%，菱形占比最小、為3.03%，供試材料中未發現不規則類型。種子顏色性狀中，紅褐色和赤褐色占比最大，紫黑色和漆黑色占比最小；種臍形狀中，不規則形占比最多，橢圓形次之，長橢圓形和近橢圓形最少；種臍大小性狀中，種臍中等達占比最多、達48.348%，種臍大占比最少、為17.17%（表3）。

2.1.4 掛果能力評價指標 豐產性、成熟特性、裂果3 個性狀被統計，豐產性好的種質占比57.14%，豐產性差的種質只有4.29%；早熟種質占19.54%，中熟種質占41.38%，晚熟種質占39.08%；易裂果種質占2.56%，不易裂果種質占84.62%。

2.2 龍眼果實21 個數量性狀指標的多樣性分析

龍眼果實21 項數量性狀指標調查統計結果見表4，從表4 可以看出，99 份龍眼種質資源的21個數量性狀指標的遺傳變異系數介于0.04～0.93，與果穗性狀相關的指標遺傳變異系數較大，與果實外在品質和內在品質相關的指標遺傳變異系數較小。

表4 99 份龍眼種質資源果實數量性狀多樣性統計分析Table 4 Diversity analysis of fruit quantitative characters in 99 longan germplasm resources

2.2.1 糖酸含量指標多樣性分析 調查了TSS、總糖、還原糖、蔗糖、酸、Vc 含量等6 個果實品質指標，其中TSS 含量最高為鳳梨朵，總糖含量和蔗糖含量最高為0806 優株，還原糖含量最高為卷葉，酸含量最高為雞蛋本，Vc 含量最高為河垌龍眼；果實TSS、總糖和蔗糖含量最低為蜀冠，還原糖含量最低為后壁埔，酸含量最低為香眼，Vc 含量最低為后壁埔。

2.2.2 果實外觀性狀指標多樣性分析 統計與果實外觀性狀相關的10 個性狀指標發現，平均單果質量9.94 g，平均可食率為62.86%，平均果肉厚度為4.60 mm，平均果皮厚度為0.75 mm。10 個性狀指標的遺傳變異系數在0.04～0.93，果實色差的變異系數最小，果實縱徑的變異系數最大。單果質量、可食率和果肉厚度最高為0806 優株，果實縱徑最大為良圓，果實長橫徑最大為桂明，果實短橫徑最大為大果，果皮最厚為蜀冠；單果質量最小為0731 優株，可食率最低為紅核子，果肉最薄為白花木；果實縱徑和果實短橫徑最小為20180731 優株，果實長橫徑最小為0807-03 優株；果皮最薄為20180723 優株。

2.2.3 果穗性狀指標多樣性分析 統計5 個龍眼果穗性狀指標發現，果穗長度、寬度平均值分別為23.4 cm、15.45 cm，每穗果平均有7.09 個分枝、25.45 粒果實，平均果穗質量243.85 g。果穗相關性狀指標的變異系數在0.52～0.64，果穗寬度和果穗質量的變異系數最小，平均單穗質量的變異系數最大。白花木的果穗最長，綠珠的果穗最寬，普明庵的果穗長度和寬度最小；1801 雜交優株的平均單穗質量最大，紅核果穗的穗粒數最多，0906 優株的果穗分枝數最多，東壁果穗的平均質量、穗粒數和果穗分枝數均最低。

2.3 龍眼果實數量性狀指標相關性研究

根據龍眼果實內在品質、外觀性狀和果實掛果能力評價指標，分別對21 個數量性狀進行相關性研究，結果（表5）表明8 個果實內在品質性狀指標中，TSS 含量與總糖、蔗糖、Vc、酸、還原糖含量等指標呈極顯著正相關。單果質量與TSS、還原糖、Vc、酸含量等指標呈極顯著負相關，與可食率呈極顯著正相關。蔗糖含量與總糖含量呈極顯著正相關，與還原糖含量呈極顯著負相關。Vc 含量與還原糖含量呈極顯著正相關，因此可以推斷果實較小的種質其TSS 含量較高，TSS 含量高主要是由于蔗糖含量高。

表5 龍眼果實內在品質性狀相關性分析Table 5 Correlation analysis of the longan fruit internal quality characters

分析果實縱徑、果實長橫徑、果實短橫徑、果形指數（長）、果形指數（短）、果肉厚度、果皮厚度等外觀指標與TSS 含量的相關性，結果（表6）表明果形指數（長）與果實長橫徑呈極顯著負相關，果形指數（短）與果實短橫徑呈極顯著負相關，果肉厚度與果實縱徑呈極顯著正相關。果實縱徑與TSS 含量呈極顯著負相關。

表6 龍眼果實外觀品質性狀相關性分析Table 6 Correlation analysis of the longan fruit appearance quality characters

分析果穗長度、果穗寬度、果穗分枝數、穗粒數和果穗質量5 個指標的相關性，結果（表7）表明果穗長度與果穗寬度呈極顯著正相關，果穗分枝數與穗粒數呈極顯著正相關，穗粒數與果穗質量呈極顯著正相關。

表7 龍眼果穗性狀指標相關性研究Table 7 Correlation analysis of the longan ear characters of longan

2.4 Q 型聚類分析

99 份龍眼種質資源的Q 型聚類分析結果見圖1，當歐式距離為22.9839 時，Q 型聚類分析將99份龍眼種質資源分為4 個類群：第1 類群包含17個品種，這個類群的果實特點為以中早熟為主，果皮青褐色和黃褐色，果肉黃白色，表面不流汁，汁液少，離核，果肉質地以韌脆和爽脆為主，風味甜或濃甜。第2 類群包含18 個品種，這個類群的果實特點為以中早熟為主，果皮青褐色和黃褐色，果肉黃白色，表面流汁，汁液少，易離核，果肉質地以韌脆和軟韌為主，風味甜或濃甜。第3 類群包含35 個品種，這個類群的果實特點是以中晚熟為主，果皮灰褐色或黃褐色，果肉乳白色或黃白色，汁液多，風味甜。第4 類群包含29 個品種，這個類群的果實特點是成熟晚，果皮青褐色或黃褐色，果肉黃白色，汁液少，表面流汁，風味甜，部分有香味，種子以紅褐色或赤褐色為主，種子形狀扁圓或近圓形。

圖1 基于表型性狀的Q 型聚類分析結果Fig.1 Result of Q-cluster analysis based on phenotypic characters

2.5 R 型聚類分析

對采集到的45 個龍眼果實性狀評價指標進行聚類分析，當歐式距離為2.0471 時，R 型聚類分析將45 個龍眼果實評價指標為分為4 個類群（圖2）。第1 類群包括果實形狀、果肩形狀、龜裂紋、瘤狀突起、放射紋、果肉透明度、果肉表面流汁、汁液多少、果肉質地、果肉風味、種子形狀、種頂面觀、種臍大小、胎座束突起程度和形狀、裂果、果穗長度、果穗寬度、果穗分枝數、穗粒數、果穗質量、豐產性等21 個性狀因子；第2 類群包括果穗疏密、果實整齊度、果頂形狀、果皮顏色、果肉顏色、離核難易、化渣、香氣、種子顏色、種臍形狀共10 個性狀因子；第3 類群包括TSS 含量、酸含量、Vc 含量、還原糖含量、蔗糖含量、總糖含量、單果質量、可食率共8 個性狀因子；第4 類群包括果實縱徑、果實長橫徑、果實短橫徑、果形指數（長）、果形指數（短）、果皮厚度共6 個性狀因子。

圖2 R 型聚類分析結果Fig.2 Result of R-cluster analysis

2.6 龍眼果實性狀評價指標主成分分析

對99 份龍眼種質資源的45 個性狀進行主成分分析，結果（表8）表明，前15 個主成分的累計貢獻率為85.956%，可以基本表達45 個性狀所代表的遺傳信息。第一主成分的貢獻率為12.071%，主要由單果質量、果實縱徑、果實長橫徑、果實短橫徑、果穗質量、果穗分枝數、果穗疏密度、果頂形狀、果皮顏色、瘤狀突起、放射紋、汁液多少、離核難易等指標組成，主要反映果實大小、外觀性狀和果穗特征；第二主成分的貢獻率為9.465%，主要由果肉質地、香氣、種子形狀、種頂面觀、TSS 含量、還原糖含量、蔗糖含量、總糖含量等指標組成，主要反映果實內在品質和種子性狀。

表8 各主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率Table 8 Eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of various principal components

3 討論

表型性狀是由物種本身遺傳物質和所處環境所決定的，表型性狀多樣性是物種在長期自然進化過程中為適應不同氣候條件而產生的，通過對表型性狀進行調查分析，不僅有助于了解物種資源本身的遺傳背景，也有助于研究物種長期進化過程［23］。

本研究分析和比較來源于不同產地的99 份龍眼種質資源的45 個果實品質性狀，發現不同龍眼種質的果實性狀指標存在巨大差異，其中果穗性狀相關指標、果實外觀性狀指標的變異較大。黃愛萍等［24］對國家龍眼資源圃保存的130 份龍眼種質資源的資源多樣性分析結果表明，與描述性狀指標相比，數量性狀指標的遺傳多樣性較小，而果穗性狀相關指標和果實外觀指標最容易受到環境的影響而改變。

對21 個數量性狀指標的相關性進行分析發現，TSS 含量與總糖、蔗糖、Vc、酸、還原糖含量等指標達到極顯著正相關，單果質量與TSS、還原糖、Vc、酸含量等指標達到極顯著負相關；馬若寒等［15］對6 份重慶地區主栽龍眼品種的品質調查中發現可滴定酸含量與TSS 含量呈顯著負相關，TSS 含量較高的品種其總酸度較低，這與本研究結果存在差異。果實品質指標之間存在較為復雜的關系，表現為既有差異性也有相關性。

24 個果實描述性狀指標中各類型分布的頻率差異較大，有5 個描述類型占比較大（＞60%），分別是易離核、化渣、無香氣、種頂面觀橢圓形和不易裂果。12 個描述類型占比較小（＜5%），分別是果皮顏色指標中的黃白色、棕褐色和赤褐色，果肉質地指標中的稍脆類型和脆類型，化渣性狀指標中的難化渣，香氣性狀指標中的較強香氣，種子形狀指標中的橢圓形，種頂面觀性狀指標中的菱形，種子顏色指標中的紫黑色和漆黑色，裂果性狀指標中的不易裂果類型。黃愛萍等［24］、陳秀萍等［14］、李建光等［17］、郭棟梁等［18］在龍眼種質資源調查中發現相同現象，因此可以認定描述類型占比較少的資源為特殊稀缺資源，需要重點保存利用，如具有較強香氣的資源香眼、桂花味等。

利用數學方法建立計算機模型，通過對收集到的資源表型性狀的數據進行分析，實現對生物種群的定量比較和系譜分析。本文基于采集到的龍眼種質果實表型性狀指標，用Q 型聚類分析法將99 份龍眼種質資源分為4 個類群。各類種群間果實性狀指標差異較為明顯，沒有完全按照資源產地分開，來源于不同地方的同一品種因為受環境影響也被分為不同類群。第1 類群、第2 類群以廣東地方資源為主；第3 類群包含來自廣西、福建、廣東、四川的資源；第4 類群以福建資源為主，來自泰國的資源也歸為這一類群。黃愛萍等［24］對龍眼種質資源的遺傳群體分析結果表明，130 份資源分為5 類，其中一類包含所有產地的資源，來源于泰國的資源與福建的資源聚為一類，另外3 個類群均為來源于福建的資源。這與我們的聚類結果部分一致，如在兩個研究中同樣都是來自泰國的資源與福建資源聚為一類。但是，因為黃愛萍等研究所用資源以福建資源為主，本研究所用資源以廣東資源為主，因此聚類結果有部分差異。黃愛萍等［24］、陳秀萍等［14］、李建光等［17］、郭棟梁等［18］研究表明龍眼種質來源地、種質類型具有一定的地理相關性，但是來源于同一地方的種質資源并不能完全聚類成一個種群。本研究僅從果實性狀指標對龍眼種質資源進行評價和分類，具有較大局限性，尚需綜合表型組學、細胞學、分子標記等多種技術手段對其進行更深入的鑒評。

4 結論

龍眼果實表型性狀不僅受遺傳基因影響，同時也受環境條件影響。45 份龍眼種質資源的果實表型性狀指標數據變異明顯，且各個變異表型出現頻率也不相同，表現出明顯的遺傳多樣性。各性狀指標存在明顯的相關性，TSS 含量與總糖、蔗糖、Vc、酸、還原糖含量呈極顯著正相關，單果質量與TSS、還原糖、Vc、酸含量等指標呈極顯著負相關。主成分分析結果與聚類分析結果基本一致，來自同一地區的龍眼種質資源并未完全按照來源地分開。