5個樹莓品種紅外光譜差異性及其親緣關系分析

李雕，楊靜慧，楊仁杰，張偉玉，吳楠，張超

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5個樹莓品種紅外光譜差異性及其親緣關系分析

李雕1a，楊靜慧1a,通信作者，楊仁杰1b，張偉玉1b，吳楠1b，張超1b

（1. 天津農學院 a. 園藝園林學院，b. 工程技術學院，天津 300384）

為比較不同樹莓品種的差異，了解品種間的親緣關系，本文通過紅外光譜差譜峰、面域差、相關性分析和聚類分析等方法，對5個樹莓品種的種子進行了差異性及其親緣關系分析。結果表明：在普通紅外光譜圖中，5個樹莓品種種子的紅外光譜圖相似。但是，通過其差減光譜發(fā)現，在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都出現了差譜峰；吸光度差異最大的峰為2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近，對應的官能團為淀粉類物質亞甲基C—H、油脂類成分酯羰基C＝O、多糖類C—O；‘諾娃’與‘香妃’的面域差最大，親緣關系最遠，‘紅寶’與‘諾娃’的面域差最小，親緣關系最近；各樹莓品種的紅外光譜曲線的相關性較高，相關系數為0.934～0.993。聚類分析將5個樹莓品種分為4類，其中‘紅寶’與‘諾娃’為同一類，與面域差分析結果一致。

樹莓；品種；紅外光譜；差譜；親緣關系

樹莓為薔薇科（Rosaceae）懸鉤子屬（L.）多年生半灌木性果樹，其果實營養(yǎng)極其豐富，被稱為“維生素寶庫”、“天然綠色食品”[1-3]。樹莓成熟果實風味獨特，色澤宜人，富含多種人體必需的營養(yǎng)元素，擁有食品、美容、醫(yī)療保健等多領域的開發(fā)利用價值[4-6]。樹莓品種較多，分為紅樹莓、黃樹莓、紫樹莓和黑樹莓。但以紅樹莓為主，紅樹莓主要品種有‘諾娃’、‘哈瑞太茲’、‘紅寶’、‘莎妮’、‘香妃’、‘澳洲紅’、‘紅玉’、‘威拉米特’、‘費爾杜德’等[7-8]。

目前，對樹莓品種的研究主要集中在理化性質方面，而傳統的化學分析、色譜、質譜等儀器分析方法需對樣品進行分離提取，這些方法分析時間長，且產生一定化學污染[9-10]。紅外光譜（IR）能夠對復雜樣品進行全組分測定，較為完整地反映整個體系的信息[11-12]，且具有需樣量小、無需分析提取、安全無毒害、誤差較小的特點，能快速宏觀地對樣品進行多組分檢測[13-14]，通過紅外光譜與統計分析相結合的方法可以比較品種差異和親緣關系[15]。本文采用差譜面域法、相關性和聚類分析等方法，對不同樹莓品種種子的紅外光譜進行了差異性分析，旨在為譜圖的解析、品種的親緣關系、組織中組分含量的變化等提供依據。

1 材料與方法

供試樹莓品種分別為‘諾娃’（NW）、‘哈瑞太茲’（HRTZ）、‘紅寶’（HB）、‘莎妮’（SN）、‘香妃’（XF）。試驗用樹莓果實于2015年9月采集于天津農學院園藝實驗基地（該基地土壤為黏壤土、肥料中等、土壤pH 7.5、土壤含鹽量0.25%），樹莓植株為2年生。苗木采用扦插繁殖，栽植株行距1.5 m×2.5 m，每個品種栽植4行，每行栽植10株。采用籬壁式整枝、生長季摘心、冬季埋土防寒等管理措施。土肥水管理采用常規(guī)管理方法。栽培管理中未發(fā)現病蟲害。

每品種隨機選擇5株，單株重復，重復5次。采集植株中部的果實進行分析。每株采集10個成熟果實。將果實中種子取出，立即放入電熱鼓風干燥箱中烘干（80 ℃，48 h），再用FW-5壓片機（天津博天勝達科技發(fā)展有限公司）進行壓片，用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀（PerkinElmer公司生產，Frontier型，光譜范圍400～4 000 cm-1）進行紅外光譜掃描。運用Omnic8.0軟件對原始數據進行自動基線校正，自動平滑處理。運用Origin7.5軟件進行紅外光譜分析。運用Matlab進行差譜法求解和聚類分析，差譜法即依據吸光度光譜差減法將2個光譜相減得到差減光譜，并通過求差譜面積來對樣品進行相似性比較。運用Matlab進行相關系數求解。

2 結果與分析

2.1 不同品種樹莓種子紅外光譜比較

圖1為5個樹莓品種果實種子的紅外光譜圖，從圖中可以看出5個樹莓品種的紅外吸收峰基本相同，無差譜峰。在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都有吸收峰，其中3 332 cm-1為O—H的振動吸收峰，2 932 cm-1為亞甲基C—H的反對稱伸縮峰，1 740 cm-1為油脂類成分酯羰基C＝O的伸縮振動吸收峰，1 650 cm-1為脂肪酸C＝O伸縮振動峰或芳酮類C＝O振動吸收峰，1 437 cm-1為黃酮或生物堿類C—H振動吸收峰，1 150 cm-1為多糖類C—O的伸縮振動峰，711 cm-1為含長鏈的C—H的彎曲振動峰。

圖1 5個樹莓品種種子紅外光譜圖

2.2 不同樹莓品種種子紅外光譜差譜峰和面域差比較

表1為5個樹莓品種種子紅外光譜的差譜峰及吸光度。從表中可以看出，不同品種之間的差譜峰及吸光度不同。HB與HRTZ有4個不同的差譜峰（圖2A），與NW有1個不同的差譜峰（圖2B），與SN有3個不同的差譜峰（圖2C），與XF有4個不同的差譜峰（圖2D）；HRZ與NW有3個不同的差譜峰（圖2F），與SN有2個不同的差譜峰（圖2H），與XF有3個不同的差譜峰（圖2E）；NW與SN有4個不同的差譜峰（圖2G），與XF有4個不同的差譜峰（圖2L）；SN與XF有2個不同的差譜峰（圖2M）。

通過表1、圖2可以得出，5個樹莓品種最明顯的差譜峰為2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1，其中2 920 cm-1為淀粉類物質亞甲基C—H反對稱伸縮振動峰；1 740～1 748 cm-1為油脂類成分酯羰基C＝O的伸縮振動；1 036～1 052 cm-1為多糖類C—O的伸縮振動峰。說明不同品種樹莓的種子含有的油脂、多糖的類型、淀粉類物質等不同。

表2為5個樹莓品種種子面域差。從表2中可以得出，5個樹莓品種種子面域差從大到小依次為：NW-XF（392.589 7）、HB-XF（372.750 3）、HRTZ-XF（238.442 5）、HB-SN（231.350 4）、NW-SN（211.511 0）、SN-XF（161.239 3）、HB-HRTZ（154.147 2）、HRTZ-NW（134.307 8）、SN-HRTZ（77.203 2）、HB-NW（19.839 4）。NW與XF的面域差較大，說明NW與XF的親緣關系最遠。HB與NW的面域差最小，說明HB與NW的親緣關系最近。

表1 5個樹莓品種種子差譜峰及吸光度比較

注：- 表示無吸收峰

圖2 5個樹莓品種種子面域差譜圖

（注：A為HB、HRTZ、NW、SN、XF面域；B為HB與HRTZ、HB與NW、HB與SN、HB與XF、HRTZ與NW、HRTZ與SN、HRTZ與XF、NW與SN、NW與XF、SN與XF差譜面域。）

表2 5個樹莓品種種子面域差比較

2.3 不同樹莓品種種子紅外光譜的相關性和聚類分析

表3為任意2個樹莓品種種子紅外光譜曲線的相關系數。相關系數均較高，說明5個樹莓品種的遺傳差異很小。依據相關系數的大小，不同樹莓品種相似性依次為：HB-NW＞HRTZ-NW＞SN-XF＞HB-SN＝NW-SN＞HRTZ-SN＞HB-HRTZ＞HRTZ-XF＞HB-XF＞NW-XF。相比較而言，HB與NW的相似性最大，為0.993 1，親緣關系最近；NW與XF的差異性最小，為0.934 2，說明NW與XF的親緣關系最遠。

表3 不同品種樹莓種子紅外光譜曲線的相關系數分析

圖3是根據5個樹莓品種種子的紅外光譜進行的聚類分析，從圖中可以得出，5個樹莓品種可以分為4類，第1類為HB與NW，第2類為HRTZ，第3類為SN，第4類為XF。

圖3 5個品種樹莓種子樣本距離分布及聚類樹

（注：1為HRTZ、2為HB、3為NW、4為SN、5為XF）

3 討論與結論

紅外光譜分析具有需樣量小、無需分析提取、安全無毒害、誤差較小的特點，能快速宏觀地對樣品進行多組分檢測。從試驗結果得知，紅外光譜結合聚類分析適合對樹莓品種之間的親緣關系進行研究，結果與劉婷[16]對樹莓品種DNA多態(tài)性的聚類分析結果基本一致。紅外光譜面域法能夠直觀地反映樣品間的差別，對樣品無特殊要求，可以對每個評價對象的優(yōu)劣進行排序。從試驗結果看，紅外光譜面域法與紅外光譜聚類法的分析結果一致，與蘇澤春等[17]分析結果基本相符。

通過試驗得出，在普通紅外光譜圖中，5個樹莓品種種子的紅外光譜相似。通過其差減光譜發(fā)現，在2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近吸光度存在差異，對應的官能團為淀粉類物質亞甲基C—H、油脂類成分酯羰基C＝O、多糖類C—O；通過差譜面域法發(fā)現，‘諾娃’與‘香妃’的面域差最大，親緣關系最遠，‘紅寶’與‘諾娃’的面域差最小，親緣關系最近；通過紅外光譜聚類得出，各樹莓品種的紅外光譜曲線的相關性較高，相關系數為0.934～0.993。聚類分析將5個樹莓品種分為4類，其中‘紅寶’與‘諾娃’為同一類，與面域差分析結果一致。

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責任編輯：楊霞

Difference of Infrared Spectra and Genetic Relationship on 5 Varieities of Raspberry

LI Diao1a,YANG Jing-hui1a,Corresponding Author,YANG Ren-jie1b,ZHANG Wei-yu1b,WU Nan1b,ZHANG Chao1b

（1. Tianjin Agricultural University, a. College of Horticulture and Landscape, b. College of Engineering and Technology, Tianjin 300384, China）

In order to compare the difference and to explore the genetic relationship of raspberry varieties, the difference of infrared spectra and genetic relationship on 5 varieties of raspberry was researched by the way of FTIR differential spectra peak, area deviation of spectrum, correlation analysis and hierarchical clustering. The results showed that the infrared spectra of five varieties were similar in the first grade. But the differential peaks were appeared in near 3 332, 2 932, 1 740, 1 650, 1 437, 1 150 and 711cm-1on the basis of the subtraction spectra. The absorbance were most different in near 2 920 cm-1, 1 740～1 748 cm-1, 1 036～1 052 cm-1, corresponding to the functional group of farinaceous substance (the methylene C—H), oil (ester carbonyl group C＝O), polysaccharide (C—O). The genetic relationship of ‘Nova’ and ‘XF’ was the farthest due to their largest area difference, while the genetic relationship of ‘HB’ and ‘Nova’ was the closest due to their smallest area difference among all varieties. There was the higher correlation between the infrared spectrum curves of any two raspberry varieties based on 0.934～0.993 correlation coefficient. The five raspberry varieties were divided into 4 categories by hierarchical clustering, in which ‘HB’ and ‘NW’ were in the same categories. The result was same as area difference analysis.

raspberry; varieties; FTIR; differential spectra; phylogenetic relationship

1008-5394（2017）03-0024-04

S663.2

A

2016-05-13

天津市農業(yè)科技成果轉化與推廣項目“彩葉樹優(yōu)良品種繁殖、栽培技術示范與推廣”（201502100）；天津市科技成果轉化及產業(yè)化推進計劃項目“優(yōu)質彩葉北美海棠新品種種苗的規(guī)?；庇保?4ZXNZNC0040）

李雕（1992-），男，云南大理人，碩士在讀，主要從事農業(yè)環(huán)境與能源工程研究。E-mail：1429980690@qq.com。

楊靜慧（1961 -），女，甘肅蘭州人，教授，博士，主要從事園藝植物栽培、抗逆生理和分子育種研究。E-mail：jinghuiyang2 @aliyun.com。