黑老虎表型性狀相關(guān)性及主成分分析

洪榮艷，王 森，邵鳳俠，左毅成，楊昌宏

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟林培育與保護教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；2.湖南省南方丘陵山地生態(tài)經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004；3.通道黑老虎中藥材合作社，湖南 通道 418500)

黑老虎[Kadsuracoccinea(Lem.) A. C. Sm. var.coccinea]又名冷飯團、大血藤[1]，為五味子科[2]南五味子屬黑老虎種，多年生常綠藤本植物，是一種藥食兩用新型野生水果[3]。黑老虎果實富含豐富的木脂素、氨基酸、花青素等微量元素[4]，根、藤、果、籽均可入藥，具有抗肝炎、抗氧化和神經(jīng)保護等功能[5]，經(jīng)常食用，延年益壽，故侗族同胞稱之為“布福娜”，意為長壽之果。黑老虎為常綠攀援藤本，喜光好溫、耐陰耐寒，生于海拔500～1 000 m的山地疏林中，在溫度18～25 ℃、微酸性至中性土壤、溫暖濕潤的條件下生長良好，常纏繞于大樹上，長3～6 m，莖下部僵伏土中，上部纏繞，枝圓柱形，棕褐色，疏生白色點狀皮孔。在山區(qū)、坡地均可種植黑老虎,既可園林綠化，也可防坡固土，是“四季果園”的最佳新品種[6]，其主產(chǎn)于華中和華南地區(qū)，分布于湖南、江西、海南、廣西、四川、福建等地，以野生品種為主。

黑老虎為單性花，雌雄同株異花授粉植物，遺傳多樣性使其后代分離現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)量低且差異顯著。目前，前人對黑老虎有關(guān)分類學(xué)[7-8]、藥理活性[9]、藥物化學(xué)[10]等方面的研究報道較多，但對其綜合性狀的相關(guān)性研究報導(dǎo)罕見[11]。毛云玲等[12]分析結(jié)果表明，不同單株間營養(yǎng)指標(biāo)變化較大,優(yōu)良單株可選擇性較強；謝碧霞等[13]通過對華中五味子果實性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，單穗質(zhì)量與穗長、穗粗、柄長、種?？v徑、單穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、千粒果皮質(zhì)量等果實性狀均表現(xiàn)顯著差異；白鑫磊等[14]對樹高等21個表型性狀分析，結(jié)果表明，單果產(chǎn)量、單株產(chǎn)量、果實產(chǎn)量、葉形、種形、果形、樹形共7個重要指標(biāo)對其貢獻(xiàn)率較大。為探明各性狀相互關(guān)系對綜合性狀的影響，對50株黑老虎單株25個性狀指標(biāo)(莖長、新梢節(jié)間數(shù)、新梢皮孔數(shù)、地徑、葉片縱徑、葉片橫徑、葉片厚度、葉密度、果實橫徑、果實縱徑、果粒質(zhì)量、果皮厚度、果皮質(zhì)量、果肉質(zhì)量、種粒橫徑、種?？v徑、單果種粒數(shù)、單果種粒質(zhì)量、單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量、單株果實質(zhì)量、單株百粒質(zhì)量、可食率、出籽率、含油率)進(jìn)行觀測，并采用遺傳變異、相關(guān)性分析和主成分分析等方法，對影響其主要因素進(jìn)行分析與探討，以期為黑老虎良種選育及利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖南省通道縣紅香村，自然條件優(yōu)越，植物資源豐富，其地理位置為東經(jīng)109°25′～110°02′，北緯25°51′～26°30′，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，降水充沛，年平均氣溫為16.6 ℃，平均降雨量為1 480.8 mm。

1.2 試驗材料

在通道縣紅香村人工林內(nèi)隨機選取當(dāng)?shù)厣L健壯的50株5年生黑老虎實生單株，株行距為2 m×3 m。

1.3 試驗方法

調(diào)查試驗于2018年10月至2019年11月中旬進(jìn)行，分兩個階段完成：2018年果實成熟期(10～11月),初次進(jìn)行黑老虎各表型性狀及相關(guān)產(chǎn)量調(diào)查；2019年重點觀測、解剖與提油。各表型性狀均在室外測量，果實帶回室內(nèi)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖，油在實驗室用索氏提取。

莖長(X1，m)采用米尺測量；新梢節(jié)間數(shù)(X2，個)與新梢皮孔數(shù)(X3，個 · cm-2)采用人工計數(shù)法，每一單株選取3個新梢；地徑(X4，mm)采用游標(biāo)卡尺測量, 精確到0.01 mm；葉片縱徑(X5，cm)、葉片橫徑(X6，cm)、葉片厚度(X7，mm)采用游標(biāo)卡尺測量, 從樹體的東、西、南、北4個方向分別隨機采取3個枝條和10片成熟葉片；葉密度(X8，個)人工計數(shù)每個新梢的葉片數(shù)，從樹體的東、西、南、北4個方向分別采摘3個新梢，取平均值; 果實橫徑(X9，mm)、果實縱徑(X10，mm)、果皮厚度(X12，mm)均采用游標(biāo)卡尺測量，從每一單株中隨機挑選3個成熟優(yōu)良果實；果粒質(zhì)量(X11，g)、果皮質(zhì)量(X13，g)、果肉質(zhì)量(X14，g)均采用千分之一的電子臺秤測量；種粒橫徑(X15，mm)、種?？v徑(X16，mm)采用游標(biāo)卡尺測量, 從每一單株中隨機抽取50粒；單果種粒數(shù)(X17，個)、單株結(jié)果數(shù)(X19，個)均采用人工計數(shù)法；單果種粒質(zhì)量(X18，g)、單果質(zhì)量(X20，g)、單株果實質(zhì)量(X21，g)、單株百粒質(zhì)量(X22，g)均采用百分之一的電子臺秤測量，精確到0.01 g；可食率(X23， %)：果肉質(zhì)量/果實質(zhì)量×100；出籽率(X24， %)：單株種粒質(zhì)量/單株果實質(zhì)量×100；含油率(X25， %)： [1-(m2-m濾紙)]/[(m1-m濾紙)]×100[m1為樣品質(zhì)量(g)，m2為取出樣品烘至恒溫質(zhì)量(g),m濾紙為濾紙質(zhì)量(g)]。均進(jìn)行3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0和Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀變異分析

由表1可知，50株黑老虎的25個性狀指標(biāo)變異具多樣性,其性狀指標(biāo)變異程度顯著，變異系數(shù)在9.21%～35.49%之間。根據(jù)變異系數(shù)的大小，變異程度由高到低為：果肉質(zhì)量(X14)>單株結(jié)果數(shù)(X19)>可食率(X23)>果粒質(zhì)量(X11)>莖長(X1)、地徑(X4)>新梢皮孔數(shù)(X3)>葉片橫徑(X6)>果皮厚度(X12)>果皮質(zhì)量(X13)>單果質(zhì)量(X20)>出籽率(X24)>單果種粒質(zhì)量(X18)>單株百粒質(zhì)量(X22)>單株果實質(zhì)量(X21)>單果種粒數(shù)(X17)>葉片厚度(X7)>果實縱徑(X10)>葉密度(X8)>種?？v徑(X16)>新梢節(jié)間數(shù)(X2)>含油率(X25)>果實橫徑(X9)>葉片縱徑(X5)>種粒橫徑(X15)。其中，變異程度最大為果肉質(zhì)量(X14)，最大值為9.36 g，變異系數(shù)為35.49%，表明單株之間果肉質(zhì)量差別顯著；變異程度最小為種粒橫徑(X15)，最小值為7.33 g，變異系數(shù)為9.21%，表明其變化相對穩(wěn)定。根據(jù)變異程度的大小將其劃分為兩種類型，即10%≤變異系數(shù)<80%為中變異型，0%≤變異系數(shù)<10%為弱變異型。其中果肉質(zhì)量(X14)、地徑(X4)、莖長(X1)、單株結(jié)果數(shù)(X19)、可食率(X23)、新梢皮孔數(shù)(X3)、葉片橫徑(X6)、果皮厚度(X12)、果皮質(zhì)量(X13)、單果質(zhì)量(X20)、出籽率(X24)、單果種粒質(zhì)量(X18)、單株百粒質(zhì)量(X22)、單株果實質(zhì)量(X21)、單果種粒數(shù)(X17)、果粒質(zhì)量(X11)、葉片厚度(X7)、葉密度(X8)、果實縱徑(X10)、果實橫徑(X9)、種?？v徑(X16)、新梢節(jié)間數(shù)(X2)、含油率(X25)共23個性狀指標(biāo)均為中變異型；弱變異型包括2個性狀指標(biāo)，即葉片縱徑(X5)、種粒橫徑(X15)。

表1 黑老虎表型性狀的變異分析結(jié)果Table 1 Variation analysis results for phenotypic characteristics in K. coccinea

2.2 表型性狀相關(guān)性分析

黑老虎表型性狀的相關(guān)性分析見表2。單果質(zhì)量(X20)與單株果實質(zhì)量(X21)、果實縱徑(X10)均呈極顯著正相關(guān)；單株結(jié)果數(shù)(X19)與莖長(X1)呈極顯著正相關(guān)；單株百粒質(zhì)量(X22)與單株果實質(zhì)量(X21)呈極顯著正相關(guān)；果實縱徑(X10)與果實橫徑(X9)、種粒橫徑(X15)、單果質(zhì)量(X20)、單株果實質(zhì)量(X21)均呈極顯著正相關(guān)；新梢節(jié)間數(shù)(X2)與果皮質(zhì)量(X13)呈極顯著正相關(guān)；葉片橫徑(X6)與葉密度(X8)呈極顯著正相關(guān)；種?？v徑(X16)與橫徑(X15)、單株果實質(zhì)量(X21)、單果質(zhì)量(X20)、莖長(X1)均呈顯著正相關(guān)；可食率(X23)與果肉質(zhì)量(X14)、果粒質(zhì)量(X11)、地徑(X4)均呈極顯著正相關(guān)，與果皮厚度(X12)、果皮質(zhì)量(X13)呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.3 表型性狀主成分分析

由表3可知，前7個主成分的特征值均大于1，累積貢獻(xiàn)率為72.961%，能夠反映25個性狀指標(biāo)的綜合信息。

由表4可知，主成分1中貢獻(xiàn)較高的有單果質(zhì)量(X20)、果肉質(zhì)量(X14)、果粒質(zhì)量(X11)等指標(biāo)，最高累積貢獻(xiàn)率為25.705%，主要表示果實產(chǎn)量指標(biāo)；主成分2中貢獻(xiàn)較高的有單株結(jié)果數(shù)(X19)、單株果實質(zhì)量(X21)，最高累積貢獻(xiàn)率為34.133%，主要表示單株產(chǎn)量指標(biāo)；主成分3中貢獻(xiàn)較高的有果實縱徑(X10)、果實橫徑(X9)，最高累積貢獻(xiàn)率為43.695%，主要表示果形指標(biāo)；主成分4中貢獻(xiàn)較高的有新梢節(jié)間數(shù)(X2)、果皮質(zhì)量(X13)、莖長(X1)、地徑(X4)，最高累積貢獻(xiàn)率為52.255%，主要表示樹形指標(biāo)；主成分5中貢獻(xiàn)較高的有種?？v徑(X16)、種粒橫徑(X15)，最高累積貢獻(xiàn)率為60.187%，主要表示種形指標(biāo)；主成分6中貢獻(xiàn)較高的有葉片橫徑(X6)、葉片縱徑(X5)、葉密度(X8)，最高累積貢獻(xiàn)率為66.492%，主要代表葉形指標(biāo)；主成分7中貢獻(xiàn)較高的有可食率(X23)、出籽率(X24)，最高累積貢獻(xiàn)率為72.961%，主要表示經(jīng)濟品質(zhì)指標(biāo)。

表3 主成分的特征值與貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues, contribution rates, and cumulative contribution rates of the principal components

表4 7個主成分相關(guān)矩陣的特征向量Table 4 Eigenvectors of the correlation matrices of seven principal components

3 討論與結(jié)論

遺傳變異分析是判定植物群體在生長區(qū)內(nèi)變異水平的高低[15]，其變異系數(shù)表示變異幅度和多樣性程度[16]。本次試驗單株中25個性狀指標(biāo)的變異系數(shù)均在9.21%～35.49%之間。遺傳變異水平較高的性狀指標(biāo)分別有果肉質(zhì)量(X14)、果粒質(zhì)量(X11)、單株結(jié)果數(shù)(X19)、可食率(X23)，其變異系數(shù)達(dá)30%以上；其次是莖長(X1)、地徑(X4)、新梢皮孔數(shù)(X3)、葉片橫徑(X6)、果皮厚度(X12)及質(zhì)量(X13)間也均存在變異，其變異系數(shù)達(dá)20%～30%。由分析結(jié)果可知，黑老虎表型性狀具豐富性、多樣性，并存在復(fù)雜的相互關(guān)系，與莊紅衛(wèi)等[17]對華中五味子表型多樣性在種內(nèi)均存在顯著差異的研究結(jié)果一致。表明黑老虎表型變異豐富，因而良種選育已成為必然，同時進(jìn)一步說明了黑老虎具有很大的選擇與優(yōu)化潛力。

相關(guān)性分析是兩個或兩個以上處于同等地位的隨機變量間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計方法[18]。由分析結(jié)果可知，各表型性狀間均存在相互交叉重疊的相關(guān)關(guān)系，單株果實質(zhì)量(X21)與單果質(zhì)量(X20)、果實縱徑(X10)、果肉質(zhì)量(X14)、果皮厚度(X12)、單株結(jié)果數(shù)(X19)、單株百粒質(zhì)量(X22)均呈極顯著正相關(guān)，可食率(X23)與果皮厚度(X12)、新梢皮孔數(shù)(X3)呈顯著負(fù)相關(guān)。與謝碧霞等[13]對華中五味子果實性狀個體變異規(guī)律研究有些類似，其差異可能是因為所選材料的不同而導(dǎo)致，即在進(jìn)行黑老虎良種選育中可依據(jù)以上指標(biāo)進(jìn)行綜合選擇。

主成分分析是把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)(即主成分)，且每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息[19]。由分析結(jié)果可知：主成分1表示單果產(chǎn)量指標(biāo)；主成分2表示單株產(chǎn)量指標(biāo)；主成分3表示果形指標(biāo)；主成分4表示樹形指標(biāo)；主成分5表示種形指標(biāo)；主成分6表示葉形指標(biāo)；主成分7表示經(jīng)濟品質(zhì)指標(biāo)，其累積貢獻(xiàn)率為72.961%，說明以上7個指標(biāo)發(fā)揮重要作用，有助于推動黑老虎無性系良種選育的進(jìn)程，為黑老虎遺傳育種打下直觀、便捷的理論基礎(chǔ)。

通過對50株黑老虎25個表型性狀的遺傳變異分析表明，黑老虎種內(nèi)群體表型變異遺傳系數(shù)大，變異豐富，選擇空間廣，優(yōu)化潛力大。相關(guān)性分析表明，單株果實質(zhì)量(X21)與單果質(zhì)量(X20)、果實縱徑(X10)、單株百粒質(zhì)量(X22)均呈極顯著正相關(guān)；可食率(X23)與果皮厚度(X12)、果皮質(zhì)量(X13)呈顯著負(fù)相關(guān)。主成分分析表明，單果質(zhì)量(X20)、單株結(jié)果數(shù)(X19)、新梢節(jié)間數(shù)(X2)、果實縱徑(X10)、種?？v徑(X16)、葉片橫徑(X6)、可食率(X23)等可作為初步育種指標(biāo)，有利于選育出綜合性狀優(yōu)良的無性系品系，為黑老虎良種選育奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高黑老虎產(chǎn)量。