四川穗狀核桃優(yōu)良單株堅果綜合性狀評價研究

陳善波，王 莎，金銀春，楊文淵，吳濘孜，王 麗，吳宗興，宋小軍

(1.四川省林業(yè)科學研究院生物技術與良種研究所，四川 成都 610081；2.四川省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，四川 成都 610066；3.黑水縣環(huán)境保護和林業(yè)局，四川 黑水 623500)

核桃是四川重要的經(jīng)濟林樹種之一，現(xiàn)有栽培面積約86.67萬hm2，居全國第二，年產(chǎn)量約40.8萬 t，居全國第三，已成為山區(qū)、少數(shù)民族地區(qū)脫貧致富的重要支柱產(chǎn)業(yè)。核桃在四川的栽培歷史悠久，分布范圍廣泛，種質(zhì)資源豐富，主要分布有普通核桃(JuglansregiaL.)、泡核桃(JuglanssigillataDode)和野核桃(JuglanscathayensisDode)3個種。其中普通核桃(JuglansregiaL.)的栽培范圍最廣，經(jīng)濟產(chǎn)量和價值最高[1]。針對我國核桃實生農(nóng)家品種資源，俞德浚教授根據(jù)某些突出的生物學特性和堅果性狀，將核桃分為露仁核桃、綿核桃、夾核桃、穗狀核桃和隔年核桃5個品種群[2～4]。其中穗狀核桃，又名串狀核桃，在植物形態(tài)學方面屬于特異性狀，為核桃的特異資源，具有坐果率高、結實量大、抗逆性強、產(chǎn)量高等特點。

目前，四川調(diào)查發(fā)現(xiàn)呈穗狀結果的核桃樹，一般樹齡較大、且品種來源不清楚，多數(shù)為野生或自然雜交后代資源；在植物學上表現(xiàn)為，葉片有5～9片，7片居多；也有9～11片，11片居多；雌花多，4朵以上，座果數(shù)在4～6個以上，呈聚生和散生狀結果；穗狀結果率達到30%以上[5]。近年來，穗狀核桃主要集中在資源調(diào)查、栽培、遺傳鑒定等方面的研究[6～10]，而對于堅果綜合性狀評價、優(yōu)株篩選的報道較少，且四川尚未報道。為進一步發(fā)掘四川核桃的特異種質(zhì)資源，在前期穗狀核桃種質(zhì)資源調(diào)查的基礎之上，應用主成分分析法和核桃堅果品質(zhì)評分標準，開展穗狀核桃堅果三徑值、單果重、核仁重、出仁率、核殼厚、粗脂肪和粗蛋白等指標的綜合分析，探討穗狀核桃堅果主成分分析指標體系，掌握堅果綜合性狀評價數(shù)量化選優(yōu)的方法，為核桃優(yōu)樹選擇、良種選育及新品種培育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為穗狀核桃母樹，分別為阿壩州黑水縣(HSLH和HSZML)、廣元市朝天區(qū)(CTYM)、南充市順慶區(qū)(SQLG)、南充市蓬安縣(PAXH)、成都市新津縣(XJPX)，共計6份材料。

1.2 優(yōu)樹標準

在前期種質(zhì)資源調(diào)查的基礎之上，按照《核桃豐產(chǎn)與堅果品質(zhì)》、《核桃堅果質(zhì)量等級》等標準，開展優(yōu)樹篩選工作[11～12]。

1.3 研究內(nèi)容與方法

根據(jù)《核桃豐產(chǎn)與堅果品質(zhì)》、《核桃遺傳資源調(diào)查編目技術規(guī)程(試行)》、《泡核桃遺傳資源調(diào)查編目技術規(guī)程(試行)》等標準[11，13～14]，開展穗狀核桃堅果測定與綜合評價，具體方法如下。

(1)堅果外觀測定：每株樹隨機抽取30個青果，去青皮以后，按順序編號，經(jīng)烘箱烘干后，用游標卡尺測量三徑和核殼厚，用天平稱量單果重、核仁重量，并計算出仁率，統(tǒng)計核仁內(nèi)褶壁、橫隔膜、核仁飽滿度、核仁皮色、堅果均勻度等。

(2)堅果品質(zhì)測定：根據(jù)堅果外觀測定所用的30個果實，粗脂肪測定按照《食品中脂肪的測定》進行檢測[15]；粗蛋白測定按照《食品中蛋白質(zhì)的測定》進行檢測[16]。

(3)堅果評分標準：在主成分分析的基礎之上，對穗狀核桃的堅果綜合性狀進行量化評定，按照堅果品質(zhì)累計積分和外觀特性開展綜合評價(見表1和表2)[17]。根據(jù)劃分標準，求出不同單株所對應的指數(shù)值，將各項指數(shù)值累加得出不同單株的綜合性狀評價指數(shù)，評分大于85分為優(yōu)良單株。

表1核桃堅果品質(zhì)評分標準(一)

Tab. 1 Quality evaluation standards of walnut nuts (Ⅰ)

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

主成分分析是將多個性狀指標經(jīng)正交變換轉化為較少個數(shù)新的綜合指標，而新的綜合指標又能綜合反映原來多個性狀指標的主要信息，從而簡化數(shù)據(jù)結構，尋找變量間的線性關系。由于主成分為綜合變量，且相互獨立，所以用主成分值作為優(yōu)株選擇指標，能較準確地了解各性狀的綜合表現(xiàn)[18～21]。利用SPSS 22.0和Excel 2007對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。首先通過KMO 和Bartlett的檢驗，然后計算出每個主成分的貢獻率和方差貢獻率，以每個指標累積方差貢獻率達到85%以上確定主成分個數(shù)，并根據(jù)其特征向量列出主成分方程。

表2核桃堅果品質(zhì)評分標準(二)

Tab. 2 Quality evaluation standards of walnut nuts (Ⅱ)

2 結果與分析

2.1 穗狀核桃堅果綜合性狀的主成分分析

2.1.1 堅果綜合性狀公因子方差分析

在主成分分析中，初始值表示每個變量可以被所有因素所能解釋的方差，提取表示變量的共同度。由表3可知，所有因子提取在0.71～0.98之間，可見因子分析的變量共同度都非常高，表明變量中的大部分信息均能夠被因子提取，說明因子分析的結果是有效的。

2.1.2 堅果綜合性狀主成分方差貢獻率和累計方差貢獻率

方差代表了性狀在主成分分析中主成分方向上的分散程度，方差越大，說明該主成分在樣本數(shù)據(jù)分析中所起的作用越大口[19]。由表4可知，主成分1～3的累計方差貢獻率已高達88.49%，表明前3個主成分已經(jīng)代表了全部性狀88.49%的綜合信息，后4個主成分僅為11.51%。因此，選取前3個主成分為穗狀核桃堅果綜合性狀的重要主成分。

表3穗狀核桃堅果綜合性狀公因子方差

Tab. 3 The common factor variance of the comprehensive character of spicate walnut nuts

序號Number堅果性狀Charactersofnuts初始值Initialvalue提取Extractingvalue1三徑值Threediametervalue(cm)1．0000．9292單果重Singlefruitweight(g)1．0000．9583核仁重Kernelweight(g)1．0000．9794出仁率Kernelrate(%)1．0000．9325核殼厚Walnutshellthickness(cm)1．0000．7516粗脂肪Crudefat(%)1．0000．9347粗蛋白Crudeprotein(%)1．0000．712

提取方法：主成分分析，下同。

表4穗狀核桃堅果綜合性狀主成分方差貢獻率和累計方差貢獻率

Tab. 4 Principal component variance contribution rate and cumulative variance contribution rate of the comprehensive character of spicate walnut nuts

主成分Principalcomponent初始特征值Initialfeaturevalue提取載荷平方和Extractionsumsofsquaredloadings旋轉載荷平方和Squaresumsofrotationalloads總計Total方差貢獻率Variancecontributionrate(%)累計方差貢獻率Cumulativevariancecontributionrate(%)總計Total方差貢獻率Variancecontributionrate(%)累計方差貢獻率Cumulativevariancecontributionrate(%)總計Total方差貢獻率Variancecontributionrate(%)累計方差貢獻率Cumulativevariancecontributionrate(%)1(Y1)3．65852．25552．2553．65852．25552．2552．84740．66840．6682(Y2)1．89327．04179．2951．89327．04179．2951．69624．23164．8983(Y3)0．6449．19988．4950．6449．19988．4951．65223．59688．4954(Y4)0．4256．07094．5655(Y5)0．2323．31197．8776(Y6)0．1462．08799．9637(Y7)0．0030．037100．000

2.1.3 堅果綜合性狀成分矩陣及得分系數(shù)矩陣

通過對穗狀核桃堅果綜合性狀成分矩陣分析，結果表明，在第1主成分中，堅果三徑值的相關系數(shù)最大，為0.928，其次是單果重及核仁重，堅果大小、重量是影響核桃經(jīng)濟性狀的主要因素，與產(chǎn)量密切相關，可見主要反映了核桃果實大小綜合情況。在第2主成分中，粗脂肪的相關系數(shù)最大，為0.931，反映了核仁營養(yǎng)品質(zhì)的綜合情況。第3主成分中，出仁率的相關系數(shù)最大，為0.938，其次是粗蛋白，同時，核殼厚具有較大的負系數(shù)值，為-0.622，說明了核殼厚薄與出仁率的關系，也反映了核仁的營養(yǎng)品質(zhì)(見表5)。

表5穗狀核桃堅果綜合性狀成分矩陣

Tab. 5 The composition matrix of the comprehensive character of spikes walnut nuts

序號Number堅果性狀Charactersofnuts主成分1Principalcomponent1/Y1主成分2Principalcomponent2/Y2主成分3Principalcomponent3/Y31三徑值Threediametervalue/X10．928-0．059-0．2552單果重Singlefruitweight/X20．9240．318-0．0453核仁重Kernelweight/X30．9090．2540．2974出仁率Kernelrate/X40．071-0．2170．9385核殼厚Walnutshellthickness/X50．1820．575-0．6226粗脂肪Crudefat/X60．1380．931-0．2197粗蛋白Crudeprotein/X7-0．498-0．5310．426

由于主成分是原性狀的線性組合函數(shù)，根據(jù)計算樣本的成分得分系數(shù)矩陣(見表6)，穗狀核桃前3個主成分的函數(shù)表達式分別為：

Y1=0.447X1+0.318X2+0.302X3+0.017X4-0.037X5-0.193X6-0.100X7；

Y2=-0.464X1+0.036X2+0.152X3+0.244X4+0.218X5+0.809X6-0.182X7；

Y3=-0.331X1+0.050X2+0.318X3+0.706X4-0.262X5+0.281X6+0.139X7。

2.1.4 應用主成分分值進行綜合排序

根據(jù)穗狀核桃堅果綜合性狀成分得分系數(shù)矩陣(見表6)及3個主成分的函數(shù)表達式，可計算出各單株的主成分得分。在主成分1得分中，SQLG最高，其次是CTYM ；在主成分2得分中，HSZML最高，其次是PAXH；在主成分3得分中，XJPX最高，其次是HSZML(見表7)。根據(jù)表4中確定的3個主成分方差貢獻率，作為權重對各主成分得分值進行加權求和，建立堅果綜合性狀評價函數(shù)模型為F=0.5905Y1+0.3056Y2+0.1039Y3。然后再根據(jù)各單株的主成分得分和評價函數(shù)模型，計算出綜合得分，并對各單株進行排序(見表7)，可得出各單株順序為SQLG、HSZML、CTYM、PAXH、HSLH、XJPX。

表6穗狀核桃堅果綜合性狀成分得分系數(shù)矩陣

Tab. 6 The component score coefficient matrix of the comprehensive character of spikes walnut nuts

序號Number堅果性狀Charactersofnuts主成分1Principalcomponent1/Y1主成分2Principalcomponent2/Y2主成分3Principalcomponent3/Y31三徑值Threediametervalue/X10．447-0．464-0．3312單果重Singlefruitweight/X20．3180．0360．0503核仁重Kernelweight/X30．3020．1520．3184出仁率Kernelrate/X40．0170．2440．7065核殼厚Walnutshellthickness/X5-0．0370．218-0．2626粗脂肪Crudefat/X6-0．1930．8090．2817粗蛋白Crudeprotein/X7-0．100-0．1820．139

表7穗狀核桃堅果綜合性狀主成分得分

Tab. 7 The principal component score of the comprehensive character of spicate walnut nuts

2.2 穗狀核桃優(yōu)良單株堅果綜合性狀評價

根據(jù)穗狀核桃堅果綜合性狀主成分分析綜合排序，結合核桃堅果品質(zhì)評分標準(見表1和表2)，將各項指標值累加得出不同單株的綜合品質(zhì)評分，將大于85分確定為優(yōu)良單株(見表8)。結果表明，穗狀核桃堅果評分結果差異較大，共選出優(yōu)良單株3個，分別是HSZML、HSLH和SQLG。

3 結論與討論

核桃堅果的商品價值既要看外觀特征，又要看堅果內(nèi)在品質(zhì)。而堅果大小、單果重、出仁率、核殼厚、營養(yǎng)等指標的高低直接影響著核桃的商品價值，也決定了核桃栽培價值的大小，這幾個指標表現(xiàn)得越好，核桃的商品價值越高，其栽培價值也就越大[22]。前人對核桃堅果經(jīng)濟性狀的研究，主要以產(chǎn)量、堅果大小、重量、出仁率等指標為主，分別篩選出不同育種目標的優(yōu)良單株或良種[23～25]。由于堅果三徑值、單果重、核仁重、出仁率、核殼厚、粗脂肪和粗蛋白等指標，均可形成量化的值，可通過主成分分析，有利于掌握堅果重要性狀的主要信息。對于果形、果面、縫合線、仁色、取仁難易、飽滿度、風味等指標，可通過核桃堅果品質(zhì)評分標準進行評價。由此可見，各指標的選取符合核桃堅果市場發(fā)展需求和價值取向。

表8穗狀核桃堅果品質(zhì)綜合評價

Tab. 8 Comprehensive evaluation on the quality of spicate walnut nuts

通過對穗狀核桃堅果綜合性狀的主成分分析，結果表明，果實在堅果大小、單果重、出仁率、核殼厚和營養(yǎng)品種等方面呈極顯著差異(P<0.01)，進一步反映了堅果的外觀特征和內(nèi)在品質(zhì)差異較大；主成分1～3的累計方差貢獻率為88.49 %，表明了前3個主成分代表全部性狀88.49 %的綜合信息，選取前3個為重要主成分，更為科學地反映了各單株的綜合性狀；確定了3個反映穗狀核桃堅果主要性狀的主成分及其主成分函數(shù)式，計算出各單株的重要主成分值；建立了堅果綜合性狀評價函數(shù)模型，計算出各單株的主成分綜合得分，進行綜合比較和排序，各單株順序為SQLG、HSZML、CTYM、PAXH、HSLH、XJPX。在主成分分析的基礎之上，結合核桃堅果品質(zhì)評分標準，篩選出優(yōu)良單株3個，分別為HSZML、HSLH和SQLG，其結果與待選優(yōu)樹的實際表現(xiàn)，以及前期的研究結果基本相似[5]。因此，可結合選優(yōu)目標，綜合評判各優(yōu)株的生產(chǎn)價值，如HSLH和HSZML表現(xiàn)出粗蛋白、粗脂肪高的特點，而SQLG表現(xiàn)出堅果大、仁重的特點。目前，SQLG已獲得國家林業(yè)局頒發(fā)的植物新品種權證書(現(xiàn)命名為串福)，已在四川、重慶等地進行擴繁推廣。研究只涉及了穗狀核桃7個主要經(jīng)濟性狀，對生長發(fā)育、產(chǎn)量、抗性、出油率、油脂成分等性狀考慮較少。更為合理的優(yōu)樹綜合性狀評價體系還有待于進一步的研究。

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