元江干熱河谷牛角瓜種質資源調查及果實性狀的多元統(tǒng)計分析

鄭 元 ，高 柱 ，羅明燦 ，劉 鵬 ，黃 北 ，唐軍榮 ，王連春 ，馬煥成 ，劉惠民

（1.西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224；2.江西省科學院，江西 南昌 330096）

元江干熱河谷牛角瓜種質資源調查及果實性狀的多元統(tǒng)計分析

鄭 元1，高 柱2，羅明燦1，劉 鵬1，黃 北1，唐軍榮1，王連春1，馬煥成1，劉惠民1

（1.西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224；2.江西省科學院，江西 南昌 330096）

對元江干熱河谷區(qū)29個牛角瓜種質資源地點進行實地調查，并對收集的不同種源牛角瓜的18個果實性狀進行了相關分析、變異度分析、主成分分析、方差分析、聚類分析。結果表明：該區(qū)大量分布的野生牛角瓜種質資源具有豐富的多樣性；牛角瓜果實的單果長、單果寬、單果高、單果鮮質量、果殼鮮質量這5個指標相互之間均呈極顯著正相關，果實各組分的含水量與單果干質量的相關性高于單果鮮質量，果實長度、果實干質量、種子干質量是影響單果棉干質量與出棉率這2個重要棉紡指標的關鍵因子；果實性狀指標的變異度范圍在3.99%～42.84%之間，表明調查區(qū)內牛角瓜果實在不同種源之間存在廣泛的遺傳變異性；篩選出單果長、單果干質量、單果棉干質量、單果含水量、芯含水量、種子含水量、單果種子數(shù)、出棉率為牛角瓜的主要果實性狀指標；篩選出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同種源地點的優(yōu)良單株，表現(xiàn)為果實品質性狀與棉紡經濟性狀均較高，確定紅河、個舊為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同地理分布的優(yōu)良種源。

牛角瓜；種質資源；果實性狀；干熱河谷；云南元江

牛角瓜Calotropis gigantea，隸屬于蘿藦科Asclepiadaceae牛角瓜屬Calotropis，在干熱河谷、鹽堿地、沿海沙灘等生態(tài)脆弱環(huán)境下生長迅速，長勢良好，花期果期幾乎全年，作為干熱河谷區(qū)陽性適生代表樹種，具有改善該區(qū)脆弱生境與防止水土流失的生態(tài)功能[1]。同時，牛角瓜近年來被發(fā)現(xiàn)具有多種用途的資源開發(fā)價值，在醫(yī)學藥用、生物藥劑、紡織原料、能源植物等方面均具廣闊的開發(fā)應用前景，是干熱河谷地區(qū)不可多得的生態(tài)經濟型資源植物[1-4]。然而目前由于國內對牛角瓜的認識嚴重不足，尚未對其開展針對性的野生馴化栽培措施，導致牛角瓜的集約化種植與生態(tài)經濟價值推廣受到極大限制。

種質資源工作的最終目的在于有效利用優(yōu)良種源，而前期對種質資源全面客觀的評價是種質資源工作的中心環(huán)節(jié)，只有在正確評價的基礎上才能做到對種質資源的有效利用[5-6]。當前，國內外學者對牛角瓜的研究主要集中在藥理活性[7-11]、抑菌活性[12]、生物源殺蟲劑[13-14]、纖維性能[15]、育苗技術[16]等方面，但是針對牛角瓜特有的藥用和纖維資源特色，關于其種質資源的調查、收集與評價等方面研究卻一直未見報道。為此，本研究以元江干熱河谷大量分布的牛角瓜為調查對象，對其種質資源進行了系統(tǒng)調查和收集整理，并綜合分析了不同種源果實性狀之間的相關性和差異性，旨在為牛角瓜優(yōu)良種源與優(yōu)良單株的篩選以及種質資源評價體系的建立提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調查地概況

調查地位于云南省中南部的元江干熱河谷，屬西南地區(qū)最熱的干熱河谷，氣候條件極其嚴酷， 地 理 位 置 為 N23°00′～ 25°00′，E100°30′～103°30′[17]。元江干熱河谷由于開發(fā)時間早，人口密度大，植被破壞嚴重，已成為我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一。元江河谷整體呈東南走向，其西南一側與哀牢山系平行，阻擋了來自印度洋的暖濕氣流，成為西南季風和西風急流的風屏，形成雨陰效應與焚風效應地帶，最終使得深陷的元江河谷形成以干熱為典型特征的河谷型氣候[18]。

1.2 調查方法

于2013年8月在地處元江干熱河谷典型氣候區(qū)的元江、紅河、建水、元陽、個舊共5個縣市進行實地調查，共計調查牛角瓜散生或集中分布的種源地點29個（元江9、紅河6、建水5、元陽2、個舊7），各種源地選擇1株長勢健壯、無病蟲害、正常結果的代表性樣樹，采用鋼卷尺、圍尺、GPS等調查工具，實時記錄樣樹的編號、樹齡、樹高、地徑、冠幅、分枝數(shù)、結果數(shù)，以及樣樹所在地的種源地點、海拔、地理坐標、主要植被、林分狀況、分布位置等。

每個種源地選取樣樹及周圍長勢一致植株不同方位的成熟飽滿果實共30個，分別測量單果長（X1）、單果寬（X2）、單果高（X3）、單果鮮質量（X4）、單果干質量（X5）、果殼鮮質量（X6）、果殼干質量（X7）、單果棉濕質量（X8）、單果棉干質量（X9）、單果種子數(shù)（X10）、芯濕質量（X11）、芯干質量（X12）、種子濕質量（X13）、種子干質量（X14）等果實性狀指標，并按下式計算單果含水量（X15）、出棉率（X16）、芯含水量（X17）、種 子 含 水 量（X18）。X15=(X4-X5)/X4×100%；X16=X9/X5×100%；X17=(X11-X12)/X11×100%；X18=(X13-X14)/X13×100%。采用游標卡尺測量果實形態(tài)指標，采用電子天平稱量果實質量指標。

1.3 統(tǒng)計分析

文中數(shù)據(jù)的多元統(tǒng)計分析包括相關分析、變異度分析、方差分析、聚類分析、主成分分析均通過SPSS 13.0軟件（SPSS Inc., Chicago, USA）完成。

2 結果與分析

2.1 牛角瓜的種質資源調查

在元江干熱河谷區(qū)，共調查了29個牛角瓜種質資源地點，在219～608 m海拔范圍內均有分布，樹齡在2～12 a之間（見表1）。不同種源牛角瓜的樹高、地徑、冠幅、分枝數(shù)、結果數(shù)均呈現(xiàn)較大差異，其中樹高、地徑、冠幅的差異主要與樹齡有關，而分枝數(shù)與樹齡之間并未表現(xiàn)出明顯的相關性，單株結果數(shù)最多的可達118個，最少的僅有5個。牛角瓜不同種源地的植被主要有合歡Albizia julibrissin、印楝Azadirachta indica、膏桐Jatropha carcas、木棉Bombax ceiba、車桑子Dodonaea viscosa、芒果Mangifera indica、酸角Tamarindus indica等，均具有喜光照、耐干熱的典型陽性樹種特點。牛角瓜的分布范圍廣泛，在山頂、山腰、山腳、江邊等地均有分布。由以上調查結果可以看出，元江干熱河谷牛角瓜的種質資源具有豐富的多樣性。

表1 元江干熱河谷牛角瓜的種質資源調查Table 1 Survey of germplasm resources of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

2.2 果實性狀的相關分析

對元江干熱河谷牛角瓜的18個果實性狀進行相關分析，結果見表2。在形態(tài)指標方面，單果長（X1）與13個性狀指標呈極顯著正相關，其中與單果寬（X2）、單果高（X3）、單果鮮質量（X4）、果殼鮮質量（X6）、果殼干質量（X7）、單果棉干質量（X9）、種子濕質量（X13）的相關系數(shù)較大；單果寬（X2）與16個性狀指標呈極顯著或顯著正相關，其中與單果長（X1）、單果高（X3）、單果鮮質量（X4）、果殼鮮質量（X6）、芯濕質量（X11）、芯干質量（X12）的相關系數(shù)較大；單果高（X3）與14個性狀指標呈極顯著或顯著正相關，其中與單果長（X1）、單果寬（X2）、單果鮮質量（X4）、果殼鮮質量（X6）、芯濕質量（X11）的相關系數(shù)較大。因此，單果長（X1）、單果寬（X2）、單果高（X3）、單果鮮質量（X4）、果殼鮮質量（X6）這5個指標相互之間均呈極顯著正相關，說明隨著果實逐漸發(fā)育成熟，其體積與單果和果殼鮮質量的增長趨勢基本同步。

表2 元江干熱河谷牛角瓜果實性狀的相關分析?Table 2 Correlation analysis of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

在質量指標方面，單果鮮質量（X4）與16個性狀指標呈極顯著正相關，其中與單果長（X1）、單果寬（X2）、單果高（X3）、果殼鮮質量（X6）、單果棉濕質量（X8）、種子濕質量（X13）的相關系數(shù)較大；單果干質量（X5）與12個性狀指標呈極顯著或顯著正相關，其中與果殼干質量（X7）、單果棉干質量（X9）、出棉率（X16）、種子濕質量（X13）、種子干質量（X14）的相關系數(shù)較大，而與5個性狀指標呈極顯著負相關，其中與單果含水量（X15）、芯含水量（X17）、種子含水量（X18）的相關系數(shù)較大，說明果實各組分的含水量與單果干質量的相關性高于單果鮮質量。

在棉紡指標方面，單果棉干質量（X9）與13個性狀指標呈極顯著正相關，其中與單果長（X1）、單果干質量（X5）、出棉率（X16）、種子干質量（X14）的相關系數(shù)較大，而與4個性狀指標呈極顯著或顯著負相關，其中與種子含水量（X18）的相關系數(shù)較大；出棉率（X16）與12個性狀指標呈極顯著或顯著正相關，其中與單果干質量（X5）、單果棉干質量（X9）的相關系數(shù)較大，而與3個性狀指標呈極顯著或顯著負相關，但相關系數(shù)均較小。由此可見，果實長度、果實干質量、種子干質量是影響牛角瓜單果棉干質量與出棉率這2個重要棉紡指標的關鍵因子。

2.3 果實性狀的變異度分析

對元江干熱河谷牛角瓜的18個果實性狀進行變異度分析，結果見表3。各性狀指標的變異度范圍在3.99%～42.84%之間，其中單果長（X1）、單果含水量（X15）、芯含水量（X17）的變異系數(shù)均較小，說明此3個性狀指標表現(xiàn)最為穩(wěn)定，而單果棉濕質量（X8）、芯濕質量（X11）、種子干質量（X14）的變異系數(shù)最大，說明其可以作為牛角瓜種質資源果實選育工作中的重點性狀指標加以利用。

2.4 果實性狀的主成分分析

對元江干熱河谷牛角瓜的18個果實性狀進行主成分分析，結果見表4。根據(jù)主成分變量特征根大于或等于1的原則，提取出前4個主成分的特征根，分別為6.34、5.71、1.83、1.01，每個主成分的貢獻率分別為35.24%、31.73%、10.19%、5.60%，則4個主成分的累積貢獻率達到82.76%，已超過80%以上，無需再增加主成分。

表3 元江干熱河谷牛角瓜果實性狀的變異系數(shù)?Table 3 Variation coefficients of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

表4 元江干熱河谷牛角瓜果實性狀的主成分變量特征根及貢獻率Table 4 Principal component eigenvalues and contribution rates of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

牛角瓜果實性狀的主成分特征向量見表5。第1主成分主要包含單果長（X1）、單果干質量（X5）、單果棉干質量（X9）的信息，它們具有較大的載荷；第2主成分主要包含單果含水量（X15）、芯含水量（X17）、種子含水量（X18）；第3主成分主要包含單果種子數(shù)（X10）；第4主成分主要包含出棉率（X16）。因此，提取出的上述8個指標可以代表元江干熱河谷牛角瓜的主要果實性狀。

表5 元江干熱河谷牛角瓜果實性狀的主成分特征向量Table 5 Principal component eigenvectors of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

2.5 不同種源果實性狀的方差分析

對元江干熱河谷牛角瓜不同種源的果實性狀進行方差分析，結果見表6。針對主成分分析提取出的重要果實性狀指標，主要分析單果長（X1）、單果干質量（X5）、單果棉干質量（X9）、單果含水量（X15）、芯含水量（X17）、種子含水量（X18）、單果種子數(shù)（X10）、出棉率（X16）這8個指標在牛角瓜不同種源之間的差異顯著性。由表6可以看出，GJ05、HH01、HH06表現(xiàn)為果實長度、干質量、棉干質量較大，果實各組分含水量較低，種子數(shù)量較多，出棉率較高；GJ02、GJ04、JS03表現(xiàn)為果實長度、干質量、棉干質量較大，果實各組分含水量較低，種子數(shù)量雖少，但出棉率較高；YJ09、YJ04、GJ01、YY02、JS05、JS02表現(xiàn)為果實長度一般，但果實干質量或棉干質量較大，果實各組分含水量變化各異，種子數(shù)量較多，出棉率較高；YJ06表現(xiàn)為雖然果實長度和干質量較大，但由于各組分含水量較高，導致果實棉干質量與出棉率很低；而JS04、GJ06、YJ07、YJ08則表現(xiàn)為果實長度、干質量、棉干質量、出棉率均很小。根據(jù)上述結果，篩選出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同種源地點的優(yōu)良單株。

2.6 不同種源果實性狀的聚類分析

對元江干熱河谷牛角瓜不同種源的果實性狀進行聚類分析，結果見圖1。從圖1中可以看出，牛角瓜29個種源地點按其果實性狀指標可分為4類：第1類共有18個種源地點，分布于個舊2個、紅河6個、元江7個、建水2個、元陽1個，總體表現(xiàn)為果實體積較大，各組分的鮮質量和干質量也較大，種子數(shù)量較多，出棉率較高；第2類共有9個種源地點，分布于個舊3個、元江2個、建水3個、元陽1個，總體表現(xiàn)為果實體積較小，各組分的鮮質量和干質量也較小，種子數(shù)量較少，但出棉率較高；第3類僅有1個種源地點（GJ07），表現(xiàn)為果實體積和鮮質量大，含水量高，而棉干質量較小，出棉率較低；第4類也僅有1個種源地點（GJ06），表現(xiàn)為果實體積、質量、含水量、種子數(shù)量、出棉率等各項指標均為最低。

根據(jù)上述結果，只有紅河的6個種源地全部包含在第1類中，其它縣市的不同種源地則散布于4個聚類類別。盡管如此，結合方差分析與聚類分析結果可知，雖然個舊存在較差的種源地點，但其分布著更多不同種源地點的優(yōu)良單株。整體上來看，紅河、個舊的果實性狀最優(yōu)，元江其次，而建水、元陽較差。因此，確定紅河、個舊為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同地理分布的優(yōu)良種源。

3 討 論

本研究對元江干熱河谷29個種源地點的牛角瓜種質資源進行了系統(tǒng)調查，結果表明該區(qū)大量分布的野生牛角瓜種質資源具有豐富的多樣性。如何對這些資源進行分類，進而充分地開發(fā)和利用是需要通過大量調查和分析才能得出的結果[19-21]。

表6 元江干熱河谷牛角瓜不同種源果實性狀的方差分析?Table 6 Variance analysis of fruit characters of C.gigantea from different provenances in Yuanjiang dry-hot valley

圖1 元江干熱河谷牛角瓜不同種源果實性狀的聚類分析Fig.1 Cluster analysis on fruit characters of C.gigantea from different provenances in Yuanjiang dry-hot valley

果實品質性狀是育種及品種改良的重要指標，已有學者主要針對一些重要經濟林果的可食性果實性狀做了許多研究工作。葉春海等[22]對廣東省雷州半島的菠蘿蜜種質資源進行調查，并分析其21個果實性狀的相關性。在此基礎上，王耀輝等[23]的研究結果表明雷州半島的菠蘿蜜種質資源具有豐富的遺傳變異性，并通過因子分析從菠蘿蜜26個果實性狀中篩選出果實縱徑、單果質量、果軸質量等17個影響較大的果實性狀。李松剛等[24]對海南野生荔枝種質資源果實的主要性狀進行鑒定評價，結果表明其果實形狀、果實大小、果皮顏色、可食率、可溶性固形物含量、維生素C含量等方面均存在豐富的遺傳多樣性。張立杰等[25]對枇杷種質資源果實的單果質量、可溶性固形物含量、可食率、果實直徑、果形指數(shù)等11個性狀的相關性進行了研究，著重分析了枇杷單果質量、可食率、果形指數(shù)與其它性狀指標的顯著相關性。李國鵬等[26]調查分析了怒江干熱河谷芒果種質資源果實性狀的相關性及多樣性。吳麗艷等[27]比較研究了櫻桃番茄種質資源果實性狀的相關性與多樣性。姚小華等[28]在廣西、貴州、江西等地篩選出小果油茶的76株優(yōu)良單株，對其主要經濟性狀指標進行了測定，通過通徑分析、聚類分析及關聯(lián)分析確定了32株候選優(yōu)樹用以復選，并按種質資源收集保存標準，嫁接保存這些優(yōu)良種質資源，建成了小果油茶的種質資源庫。宋丹等[29]對內蒙古山杏優(yōu)良單株的果實變異程度、變異類型、果實性狀與產量和出仁率之間的相關性進行了系統(tǒng)分析，結果表明山杏果實各性狀指標與產量無顯著相關，而單果質量、果長、果寬、果徑與出仁率顯著相關。董博文等[30]對河南山茱萸主產區(qū)8個居群種質資源的主要表型指標進行了變異度和相關性分析，結果表明果實縱橫經是影響果實百粒質量和果肉干質量的重要因素，而果肉干質量則是影響山茱萸出肉率和出藥率的關鍵指標。在纖維性果實性狀研究方面，高柱等[31]對云南的吉貝種質資源及其果實性狀進行了系統(tǒng)調查與分析，弄清了吉貝在云南的分布情況及不同種源間種質的差異情況。

本研究對牛角瓜不同種質資源的18個果實性狀進行了多元統(tǒng)計分析。通過相關分析，發(fā)現(xiàn)單果長、單果寬、單果高、單果鮮質量、果殼鮮質量這5個指標相互之間均呈極顯著正相關，果實各組分的含水量與單果干質量的相關性高于單果鮮質量，果實長度、果實干質量、種子干質量是影響牛角瓜單果棉干質量與出棉率這2個重要棉紡指標的關鍵因子，與高柱等[31]在吉貝上的研究結論基本一致。通過變異度分析，發(fā)現(xiàn)各性狀指標的變異度范圍在3.99%～42.84%之間，表明調查區(qū)內牛角瓜的果實性狀在不同種源之間存在廣泛的遺傳變異性。通過主成分分析，篩選出單果長、單果干質量、單果棉干質量、單果含水量、芯含水量、種子含水量、單果種子數(shù)、出棉率等8個指標為牛角瓜的主要果實性狀指標。通過方差分析，篩選出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同種源地點的優(yōu)良單株，表現(xiàn)為果實品質性狀與棉紡經濟性狀均較高。通過聚類分析，篩選出紅河、個舊為元江干熱河谷區(qū)牛角瓜不同地理分布的優(yōu)良種源。此外，關于分布區(qū)內不同地理種源牛角瓜的生長生理適應性以及纖維品質與產量差異性，還有待于進一步深入研究。

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Investigation on germplasm resources and multivariate statistical analysis on fruit characters ofCalotropis giganteain Yuanjiang dry-hot valley in Yunnan

ZHENG Yuan1, GAO Zhu2, LUO Ming-can1, LIU Peng1, HUANG Bei1, TANG Jun-rong1,WANG Lian-chun1, MA Huan-cheng1, LIU Hui-min1
(1.Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China; 2.Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang 330096, Jiangxi, China)

Twenty-nine germplasm resource sites ofCalotropis giganteain Yuanjiang dry-hot valley were surveyed in the field, and eighteen fruit characters of collected fruits from different provenances were analyzed in multivariables, which including correlation analysis, variation analysis, principal component analysis, variance analysis, and cluster analysis.The results show that the large numbers of germplasm resources of wildC.giganteain the distribution areas had abundant diversities; There were significantly positive correlations among fruit length, fruit width, fruit height, fruit fresh weight, and shell fresh weight ofCalotropis gigantea; Fruit dry weight had higher correlation with the water content of each fruit component than fruit fresh weight did, and cotton dry mass and cotton yield rate are two important cotton indexes, both of which are significantly influenced by fruit length, fruit dry weight, and seed dry weight; The variation degree range of fruit characters varied from 3.99% to 42.84%, indicated that the extensive genetic variability existed among different germplasm resources ofC.gigantea; Fruit length, fruit dry mass, cotton dry weight, fruit water content, core water content, seed water content, seed number, and cotton yeild rate were selected as the main fruit character indexes ofC.gigantea.In Yuanjiang dry-hot valley, GJ05, HH01, HH06, GJ02, GJ04, JS03 were selected as the superior individual from different germplasm resource sites, which present greater fruit quality traits and cotton economic characters.Honghe County and Gejiu City were selected as the superior provenances ofC.giganteain Yuanjiang dry-hot valley.

Calotropis gigantea; germplasm resource; fruit characters; dry-hot valley; Yuanjiang of Yunnan

S718.3

A

1673-923X(2015)09-0013-09

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.003

2014-07-17

林業(yè)公益性行業(yè)科研項目（201304810）

鄭 元，講師，博士 通訊作者：劉惠民，教授，博士；E-mail：hmliu@swfc.edu.cn

鄭 元，高 柱，羅明燦，等.元江干熱河谷牛角瓜種質資源調查及果實性狀的多元統(tǒng)計分析[J].中南林業(yè)科技大學學報，2015, 35(9): 13-21.

[本文編校：謝榮秀]