內(nèi)蒙古翁牛特旗文冠果優(yōu)良單株的選擇

張 毅，敖 妍

（北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京 100083）

文冠果Xanthoceras sorbifolium又名文燈果、文官果，為無患子科文冠果屬植物[1]。文冠果結(jié)實早、含油量高，具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)性，是造林綠化、防風(fēng)固沙、退耕還林的首選樹種，也是國家林業(yè)局推進(jìn)“林油一體化”中重點發(fā)展的生物質(zhì)能源樹種之一[2-3]。文冠果在中國天然分布于北緯32°～46°、東經(jīng)100°～127°地區(qū)，在內(nèi)蒙古、河南、河北等16個省市區(qū)均栽植有大面積人工林[4-6]，但其大部分林分產(chǎn)量低下且缺乏穩(wěn)定性[7]，因此，選育具有高產(chǎn)量、高含油率的文冠果優(yōu)良單株，用于高產(chǎn)高油品系（種）選育，對于發(fā)展文冠果生態(tài)能源林具有重要意義。

內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗是我國文冠果資源的集中分布區(qū)[8]，其栽培歷史悠久，全國很多文冠果資源均引種此地區(qū)。但由于管理粗放，樹體老化，目前該地區(qū)文冠果資源生長狀況并不理想，植株間生長和產(chǎn)量性狀差異較大，亟需選擇出優(yōu)良種質(zhì)資源，用于無性系化推廣和低產(chǎn)林分改造?；诖耍狙芯繃@文冠果高產(chǎn)量、高含油率選優(yōu)目標(biāo)，對內(nèi)蒙古翁牛特旗經(jīng)濟(jì)林場的文冠果進(jìn)行觀測，依據(jù)12個種實性狀進(jìn)行了優(yōu)良單株選擇，以期為今后該地區(qū)文冠果良種選育提供理論參考。

1 試驗地概況

試驗地位于內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗經(jīng)濟(jì)林場（WD），處于東經(jīng)119°00′、北緯42°57′，海拔623 m。土壤類型為沙質(zhì)栗鈣土，土層厚60～100 cm，母巖類型為石灰?guī)r。該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，年溫差較大并且干旱少雨，年均氣溫5.8 ℃，絕對最高氣溫39.8 ℃，絕對最低氣溫-33.8 ℃，≥10 ℃年積溫2 640 ℃，年日照時數(shù)2 923 h，年降水量320 mm，年蒸發(fā)量2 235 mm，無霜期為130 d。主要林下植被有草麻黃Ephedra sinica、甘草Glycyrrhiza uralensis、蒺藜Tribulus terrester等。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試文冠果為實生播種苗，林齡50 a，林分郁閉度0.5～0.7，株行距4 m×4 m，健康狀況良好，平均樹高3.47 m，平均地徑9.25 cm，平均冠幅8.29 m2。在林地踏查的基礎(chǔ)上，選擇樹勢強健、結(jié)果枝粗壯、無病蟲害、無機械損傷的單株，共390株候選株（記為WD-001至WD-390）。

2.2 種實性狀的觀測

于2014年至2016年連續(xù)3 a對390株候選樹進(jìn)行性狀觀測，主要觀測單位投影面積種子產(chǎn)量（X1）、每果種子數(shù)（X2）、結(jié)果數(shù)（X3）、果質(zhì)量（X4）、果長（X5）、果寬（X6）、果皮厚（X7）、果形指數(shù)（X8）、種長（X9）、種寬（X10）、種形指數(shù)（X11）、種子含油率（X12）等性狀，并將以上觀測指標(biāo)分為產(chǎn)量性狀（X1～X4）、種實形態(tài)性狀（X5～X11）以及產(chǎn)油性狀（X12）三大類。

果實完全成熟后，按照單株收集所有觀測植株的果實、種子，測量各樣株果實和種子鮮質(zhì)量，同時記錄單株結(jié)果數(shù)。每株樹采用四分法選取20個果實，記錄每果種子數(shù)，用游標(biāo)卡尺測量果長、果寬、果皮厚；在選取的20個果實中，采用四分法選取50粒種子，測定種長、種寬。種子含油率的測定方法參照GB/T15690—1995[9]，采用HCY-10核磁共振（NMR）含油量測量儀（武漢航空儀表有限公司）測定。計算單位投影面積種子產(chǎn)量、果形指數(shù)和種形指數(shù)，計算公式如下。

單位投影面積種子產(chǎn)量=單株種子鮮質(zhì)量/冠幅；

果形指數(shù)=果長／果寬；

種形指數(shù)=種長／種寬[8]。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

利用SPSS 20.0軟件，將連續(xù)3 a觀測的數(shù)據(jù)取平均值，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析法研究文冠果種實性狀變異情況；計算種實性狀間的Pearson相關(guān)系數(shù)[9]；采用主成分分析法選擇高產(chǎn)型（即單位投影面積種子產(chǎn)量高）、高油型（即種子含油率高）、高產(chǎn)高油型優(yōu)良單株，采用主成分分析、模糊隸屬函數(shù)法以及多維空間坐標(biāo)綜合評定值累加法選擇復(fù)合型（綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良）優(yōu)良單株[10-11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 文冠果種實性狀變異分析

文冠果種實性狀變異情況見表1。由表1可見，文冠果各種實性狀在不同單株間的變異程度不同，表明文冠果不同種實性狀的離散程度存在差異。單位投影面積種子產(chǎn)量、結(jié)果數(shù)、果質(zhì)量等產(chǎn)量性狀的變異系數(shù)較大，其中變異系數(shù)最大為單位投影面積種子產(chǎn)量，高達(dá)62.27%；其次為果質(zhì)量，變異系數(shù)達(dá)60.81%；種長、種寬、果長、果寬等種實形態(tài)性狀變異系數(shù)較小；其中變異系數(shù)最小為果形指數(shù)，僅9.47%，說明文冠果種源內(nèi)種實形態(tài)性狀相對穩(wěn)定。

3.2 文冠果種實性狀相關(guān)性分析

計算種實性狀間的Pearson相關(guān)系數(shù)（表2）。產(chǎn)量性狀方面，單位投影面積種子產(chǎn)量與果質(zhì)量、結(jié)果數(shù)和每果種子數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，其中與果質(zhì)量關(guān)系最密切。形態(tài)性狀方面，果長與果寬、果厚、果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，果寬、果皮厚與果形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；種長與種寬、種形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，種寬與種形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；產(chǎn)油性狀方面，種子含油率與果形指數(shù)、種形指數(shù)、每果種子數(shù)呈極顯著正相關(guān)。

表2 文冠果種實性狀相關(guān)分析?Table 2 Correlation analysis among fruit and seed characters of X.sorbifolium

3.3 文冠果種實性狀的主成分分析

對種實性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示，12個種實性狀構(gòu)成了4個主成分，F(xiàn)1主要代表單位投影面積產(chǎn)量、結(jié)果數(shù)等產(chǎn)量性狀，稱為產(chǎn)量因子；F2主要代表種子含油率，稱為含油率因子；F3主要代表果長、果寬等種實形態(tài)性狀，稱為形態(tài)因子；F4主要代表種形指數(shù)和果形指數(shù)。前4個主成分累計方差奉獻(xiàn)率達(dá)90.331%，表明這4個主成分對文冠果種實性狀具有較好的代表性。

表3 文冠果種實性狀主成分分析Table 3 Principal component analysis of fruit and seed characters of X.sorbifolium

根據(jù)因子得分的系數(shù)矩陣和方差奉獻(xiàn)率，可得出各主因子以及綜合性狀的函數(shù)表達(dá)式，為：

F1=0.372X1+0.014X2+0.359X3+0.315X4-0.041X5-0.052X6-0.011X7-0.003X8-0.011X9+0.007X10+0.004X11-0.013X12；

F2=0.103X1+0.005X2+0.033X3+0.079X4-0.014X5-0.045X6-0.071X7-0.031X8+0.169X9+0.122X10+0.114X11+0.633X12；

F3=-0.005X1-0.071X2-0.065X3-0.002X4+0.141X5+0.235X6+0.218X7-0.057X8+0.280X9+0.227X10+0.071X11-0.007X12；

F4=-0.029X1+0.456X2-0.042X3-0.004X4+0.077X5+0.146X6-0.066X7-0.629X8-0.044X9-0.411X10+0.438X11-0.008X12；

高產(chǎn)高油型得分=F1×35.214%+F2×25.313%；復(fù)合型得分=F1×35.214%+F2×25.313%+F3×18.729%+F4×11.075%。

3.4 文冠果優(yōu)良單株選擇

3.4.1 主成分分析法選擇不同類型優(yōu)良單株

利用主成分分析法選擇高產(chǎn)型、高油型、高產(chǎn)高油型優(yōu)良單株，得分前5%的單株入選，排名前10的優(yōu)良單株見表4。結(jié)果顯示，9株文冠果3種選優(yōu)類型排名都在前10，包括WD-385、WD-375、WD-390、WD-380等，說明入選的優(yōu)良單株具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。

表4 不同類型優(yōu)良單株得分值和現(xiàn)實增益（前10名）Table 4 Scores and real gains of different types of superior individuals (Top 10)

3.4.2 3種方法選擇復(fù)合型優(yōu)良單株

利用主成分分析、模糊隸屬函數(shù)法以及多維空間坐標(biāo)綜合評定值累加法3種方法選擇復(fù)合型優(yōu)良單株，得分前5%的單株入選，排名前10的優(yōu)良單株見表5。結(jié)果表明，8株文冠果在3種方法中排名都在前10，包括WD-385、WD-375、WD-390等，說明這8株文冠果具有顯著優(yōu)異性，可作為優(yōu)質(zhì)材料在良種選育中推廣應(yīng)用。3種評價方法中，個別優(yōu)良單株在大小排序上存在前后差異，這是由于不同評價法在對各指標(biāo)打分時的權(quán)重不同而造成的，但總體排序上很接近，說明優(yōu)良性整體評定上趨勢相同。

表5 3種方法選擇文冠果復(fù)合型優(yōu)良單株（前10名）Table 5 Compound superior individuals selected by three methods (Top 10)

4 結(jié)論與討論

植物表型性狀的多樣性，是對其優(yōu)良性狀選擇的重要基礎(chǔ)[12]。對于經(jīng)濟(jì)類植物而言，優(yōu)良單株選擇的關(guān)鍵因素是種實性狀的優(yōu)良性[13]?；诖?，本研究將文冠果12個種實性狀分為產(chǎn)量性狀、種實形態(tài)性狀以及產(chǎn)油性狀。方差分析結(jié)果表明，文冠果產(chǎn)量性狀的變異系數(shù)較大，其中變異系數(shù)最大的為單位投影面積種子產(chǎn)量，表明文冠果單株在單位投影面積種子產(chǎn)量性狀上具有較高的選擇空間。種實形態(tài)性狀相對穩(wěn)定，這與無患子Sapindus mukorossi、核桃楸Juglans mandshurica的研究結(jié)果一致[13-14]；種子含油率變異系數(shù)較小，說明其較為穩(wěn)定，這與山胡椒果實含油率表現(xiàn)特征一致[10]。無論是作為食用油還是生物柴油的原料，均需建立在文冠果單株高產(chǎn)的基礎(chǔ)之上。因此，在選優(yōu)程序上，建議優(yōu)先考慮單株產(chǎn)量。種子含油率變異系數(shù)不大，可以在選出高產(chǎn)單株品系后，在此基礎(chǔ)上篩選高含油率品系。

種實性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，單位投影面積種子產(chǎn)量與每果種子數(shù)、結(jié)果數(shù)、果實鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，高產(chǎn)單株選育應(yīng)高度關(guān)注這3個指標(biāo)。種子含油率與單位投影面積種子產(chǎn)量無顯著相關(guān)性，說明二者關(guān)系不明顯。種子含油率與種子數(shù)、果形指數(shù)、種形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，其中果形指數(shù)對種子含油率直接作用最大。在高油單株選擇時建議優(yōu)先考慮每果種子數(shù)多、果形指數(shù)或種形指數(shù)大的單株。

主成分分析法被廣泛用于經(jīng)濟(jì)樹種的選優(yōu)工作，如核桃楸、麻瘋樹Jatropha curcas、紅山茶樹Camellia saluenensis等[14-16]。本研究中文冠果的12個種實性狀構(gòu)成了4個主因子，且各主因子生物學(xué)意義明確。為避免評價結(jié)果存在偏差，使評價結(jié)果更全面可靠，本研究還采用了模糊隸屬函數(shù)法以及多維空間坐標(biāo)向量綜合評定值累加法分別對文冠果綜合型優(yōu)良單株進(jìn)行選擇，對比發(fā)現(xiàn)，總體上選擇結(jié)果較接近，說明所選出的單株具有顯著優(yōu)異性，可作為優(yōu)質(zhì)材料在文冠果良種選育中推廣應(yīng)用。綜合來看，3 種評價結(jié)果的總體排名趨勢一致，說明用3種方法選擇文冠果復(fù)合型優(yōu)良單株具有一定的準(zhǔn)確性和有效性。

本研究主要是基于種實性狀高產(chǎn)、高油目標(biāo)進(jìn)行選優(yōu)，在今后研究工作中可發(fā)掘其綜合利用潛力，根據(jù)不同利用目標(biāo)制定相應(yīng)的選優(yōu)指標(biāo)，充分利用豐富的遺傳變異，從單株、家系、種源等多個層次，大力開展文冠果優(yōu)良種質(zhì)資源選擇工作，并進(jìn)行無性系化推廣。另外，本研究僅對內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗經(jīng)濟(jì)林場的文冠果進(jìn)行優(yōu)良單株選擇，未能對不同種源文冠果單株進(jìn)行比較分析，也未涉及單株的樹體生長性狀，如樹高、胸徑、冠幅和枝下高等。因此，基于綜合性狀對不同地區(qū)文冠果進(jìn)行選優(yōu)將是今后研究的重點，以便從中選出各性狀指標(biāo)均優(yōu)良的單株，為選育出適應(yīng)不同地區(qū)生長的新品種奠定基礎(chǔ)。