文冠果果實(shí)表型性狀和種仁功能成分的品系差異

， ，，，

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) a.林學(xué)院；b.北方功能油料樹種培育與研發(fā)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太谷 030801；2.山西省管涔山國有林管理局大石洞林場，山西 寧武 036700）

植物種內(nèi)基礎(chǔ)變異普遍存在，因此研究林木基礎(chǔ)性狀變異規(guī)律、確定其育種方向及具體措施已成為目前相關(guān)研究的發(fā)展趨勢[1-2]。林木表型變異可以反映生物變異情況，而對其表型性狀指標(biāo)與育種目標(biāo)之間關(guān)系的研究，可以有效地促進(jìn)良種選育工作進(jìn)程[3-4]。文冠果的果實(shí)與種子變異是其遺傳變異的重要特征之一，研究其變異程度和各指標(biāo)間的相互關(guān)系對于文冠果的育種、選優(yōu)繁優(yōu)、工業(yè)生產(chǎn)等都有重要意義[5-6]。到目前為止，關(guān)于文冠果優(yōu)良性狀指標(biāo)的研究也有一些初步成果，但其品種選育目標(biāo)著眼于單株或單位面積種子產(chǎn)量、生長性狀、種子性狀、果形和花序[7-11]。牟洪香等[12]調(diào)查了14 個(gè)分布區(qū)文冠果的15 個(gè)表型性狀，他們分析得出，種子數(shù)、果寬與經(jīng)緯度有關(guān)，而其余13 個(gè)指標(biāo)與地理位置均無關(guān)。常月梅[13]研究發(fā)現(xiàn)，文冠果優(yōu)系間每序果數(shù)、果內(nèi)種子數(shù)及千粒質(zhì)量的變異范圍均大，因此，這3 個(gè)指標(biāo)均可作為篩選高產(chǎn)品系的重要指標(biāo)。然而，如果文冠果種子的功能成分在品種或類型之間的差異都很大，那么種子產(chǎn)量指標(biāo)與最終的油脂、蛋白等產(chǎn)量指標(biāo)之間的正相關(guān)關(guān)系也許會(huì)不一致。因此，研究文冠果表型性狀特征與種子功能成分之間的關(guān)系，這也是良種選育所要面對的現(xiàn)實(shí)問題。為了闡明文冠果果實(shí)種子產(chǎn)量與種仁功能成分的關(guān)系，進(jìn)一步明確育種導(dǎo)向，加快育種進(jìn)程，本研究以25 個(gè)文冠果優(yōu)良品系的果實(shí)為試驗(yàn)材料，對其果實(shí)的6 個(gè)表型性狀指標(biāo)（果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、單果種子粒數(shù)、種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量、出仁率）和種仁的3 個(gè)功能成分指標(biāo)（種仁含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量）的分異性與關(guān)系進(jìn)行了測定和分析，以了解與文冠果產(chǎn)量相關(guān)的果實(shí)表型性狀指標(biāo)在品種間的變異情況及其與種子功能成分之間的關(guān)系，為加快文冠果優(yōu)良品種選育進(jìn)程提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文冠果良種繁育基地，其地理位置為37°25′27″N、112°34′42″E，海拔790 m，暖溫帶大陸性氣候，四季分明。年平均日照時(shí)數(shù)2 500 ～2 600 h，年均溫為5 ～10 ℃，7月均溫24 ℃，1月均溫-6.4 ℃，年降水量480 mm，無霜期180 d?；貎?nèi)地勢平坦，土壤為褐土，pH值為7.6 ～7.8，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.79%。

2 材料與方法

2.1 材 料

本課題組采用根插和幼苗嫁接的方式將收集到的105 株野生文冠果優(yōu)良單株的根及接穗于2008年定植在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文冠果優(yōu)良品系繁育基地內(nèi)。經(jīng)過本課題組成員的初步觀察，從中挑選出表現(xiàn)較好、長勢良好、已進(jìn)入盛果期的25 個(gè)初選優(yōu)良品系作為試驗(yàn)材料，其品系代碼分別分TG（A/G/B）、TZ、LX、DX、YP，分別來自于太谷、天鎮(zhèn)、臨縣、代縣、原平。

2.2 果實(shí)表型性狀指標(biāo)的測定

用游標(biāo)卡尺測量所采果實(shí)樣品的橫徑和縱徑，記錄單果種子數(shù)。種子風(fēng)干后，將各品系種子混合均勻，用四分法取混合種子100 粒，取3 個(gè)重復(fù)樣品，用千分位天平稱量種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量，計(jì)算種子出仁率，計(jì)算公式如下：

出仁率(%)=種仁質(zhì)量/種子質(zhì)量×100%。（1）

2.3 種仁功能成分的測定

將粉碎后過100 目篩的種仁及濾紙置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于65 ℃下干燥至恒重。采用索氏提取法[14]測定種仁含油率，采用凱氏定氮法測定剩余油粕產(chǎn)品中粗蛋白的含量，采用紫外分光光度法測定類黃酮含量；計(jì)算公式分別如下：

式（3）中：V1為樣品消耗的硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的體積（mL），V2為試劑空白消耗的硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的體積（mL)；N為硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的濃度；m為樣品質(zhì)量；F為以氮換算蛋白質(zhì)的系數(shù)（6.25）。式（4）中：C為樣品中類黃酮的濃度，M為所取樣品的質(zhì)量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、前處理及繪制表格，采用SPSS 軟件對不同品系文冠果果實(shí)的6 個(gè)表型性狀及種仁的3 種功能成分進(jìn)行方差分析、相關(guān)分析、主成分分析及聚類分析，計(jì)算公式分別如下：

式（5）中：X表示數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值。式（6）中：F表示綜合得分；Z表示主成分的得分，b表示主成分的貢獻(xiàn)率。

3 結(jié)果與分析

3.1 文冠果果實(shí)及種仁特征指標(biāo)的品系差異

對25 個(gè)品系文冠果果實(shí)的6 個(gè)表型性狀指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。表1顯示：不同品系文冠果果實(shí)的表型性狀之間有較大的差異。不同品系文冠果果實(shí)的主要表現(xiàn)為橫徑大，縱徑也大，果實(shí)橫徑、縱徑的最大差值分別為31.27、37.21 mm，其變異系數(shù)分別為12.87、14.78，果實(shí)橫徑、縱徑均為6 個(gè)表型指標(biāo)中變異較小的指標(biāo)。果實(shí)體積最大的品系為G17，最小的為DX83。在25 個(gè)品系文冠果的果實(shí)中，平均單果種子粒數(shù)，最多的為25.80 粒，最少的為10.40 粒，前者為后者的2.48 倍。文冠果種子百粒質(zhì)量最大的品系為G17，其種子百粒質(zhì)量為166.92 g；種子百粒質(zhì)量最小的品系為B001，其種子百粒質(zhì)量僅為60.27 g。種子百粒質(zhì)量大于100 g 的品系個(gè)數(shù)占供試品系總數(shù)的40%，種仁百粒質(zhì)量大于50 g 的品系個(gè)數(shù)占供試品系總數(shù)的48%，出仁率高于50%的品系個(gè)數(shù)占供試品系總數(shù)的36%。種仁百粒質(zhì)量的變異最大，其變異系數(shù)為34.80%；種子出仁率主要集中為40%～50%，其變異系數(shù)為14.97%。

表1 文冠果果實(shí)各表型性狀指標(biāo)的品系差異Table1 Variation analysis of phenotypic characters of different X.sorbifolia strains

3.2 文冠果種仁功能成分的品系差異

25 個(gè)文冠果優(yōu)良品系種仁的3 種功能成分的測定結(jié)果見表2。由表2可知，進(jìn)入盛果期的不同品系文冠果在相同生長環(huán)境條件下其含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量均存在不同程度的差異，不同品系文冠果含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量的均值分別為55.42%、27.50 mg/g、16.37 mg/g。25 個(gè)文冠果優(yōu)良品系的種仁含油率集中為50%～60%；其中，LX01-1 的種仁含油率最高，為60.53%；G40 的種仁含油率最低，為49.23%；僅有G40、G60 這2 個(gè)優(yōu)良品系的含油率小于50%。在25 個(gè)品系中，有23 個(gè)品系的種仁粗蛋白含量均在25%以上；其中，種仁粗蛋白含量最高的品系為A092，其含量為30.59 mg/g，顯著高于其他優(yōu)良品系。種仁中類黃酮含量最高的優(yōu)良品系為YP06，其含量為20.57 mg/g；其含量最少的品系為G40，其含量僅有12.46 mg/g。3 種功能成分的變異系數(shù)由大到小依次為：類黃酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。這一測定結(jié)果說明，種仁中類黃酮含量的離散程度明顯高于種仁中粗蛋白含量和含油率的離散程度，不同品系種仁中的油脂和粗蛋白這兩種營養(yǎng)成分的含量均相對集中。

表2 文冠果種仁含油率及油品功能成分的品系差異?Table2 Difference analysis of oil content and functional components of X.sorbifolia

3.3 不同文冠果優(yōu)良品系主要性狀分析

將25 個(gè)文冠果優(yōu)良品系種仁的含油率（X1）、粗蛋白含量（X2）、類黃酮含量（X3）這3 種功能成分指標(biāo)和果實(shí)縱徑（X4）、果實(shí)橫徑（X5）、單果種子粒數(shù)（X6）、種子百粒質(zhì)量（X7）、種仁百粒質(zhì)量（X8）、出仁率（X9）這6 個(gè)表型性狀指標(biāo)的測定值按公式（5）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。表3表明：文冠果果實(shí)橫徑與縱徑間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；單果種子粒數(shù)與種子百粒質(zhì)量和種仁百粒質(zhì)量之間、種仁百粒質(zhì)量與出仁率之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。種仁含油率、粗蛋白含量、類黃酮含量分別與種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量、出仁率呈顯著正相關(guān)關(guān)系?？梢姡? 個(gè)指標(biāo)中的部分指標(biāo)所提供的信息出現(xiàn)了明顯的交叉現(xiàn)象，說明評價(jià)指標(biāo)間還有縮減的空間。

為了分析9 個(gè)指標(biāo)的作用，對此9 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，即從原有的9 個(gè)指標(biāo)中提取出3 個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)（即F1、F2、F3這3 個(gè)主成分），其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.679%，說明這3 個(gè)主成分可以解釋9 個(gè)指標(biāo)原有信息中的絕大部分信息。然后，根據(jù)各品系在3 個(gè)主成分中的得分情況進(jìn)行綜合評價(jià)和排序，結(jié)果見表4。由表4可知，排在前5 名的優(yōu)良品系依序?yàn)椋篖X01-1、G17、A034、YP06、A092。

最后采用歐氏距離聚類分析法，以種仁含油率、果實(shí)橫徑、單果種子數(shù)、種仁百粒質(zhì)量這4 個(gè)主要性狀指標(biāo)對25 個(gè)文冠果優(yōu)良品系進(jìn)行分類，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，以歐氏距離10 為劃分標(biāo)準(zhǔn)，可將25 個(gè)文冠果品系劃分為如下4 類。第1 類 包 括G40、G60、TG04、A176、A430、B001、G25、G13、A064、G67、G73 等10 個(gè)品系，其表現(xiàn)為：種仁含油率、粗蛋白含量和類黃酮含量均較少；其果徑集中為50 ～65 mm，單果種子粒數(shù)為10 ～16 粒，種子百粒質(zhì)量為60 ～90 g，種仁百粒質(zhì)量為25 ～40 g，出仁率為30%～45%。此結(jié)果與主成分分析綜合評分較低品系的表現(xiàn)結(jié)果一致。第2 類包括TZ03、G76、LX65、A065、DX83、YP06、A067、G43、A034、A283、A092、A099 等12 個(gè)品系，其表現(xiàn)為：種仁的含油率、粗蛋白含量和類黃酮含量均較高；其果徑集中為50 ～75 mm，單果種子數(shù)為11 ～19 粒，種子百粒質(zhì)量87 ～150 g，種仁百粒質(zhì)量47 ～80 g，出仁率45%～60%。此結(jié)果與主成分分析綜合評價(jià)結(jié)果較好的品系表現(xiàn)一致。第3 類為G17，其單果種子粒數(shù)最多且種子百粒質(zhì)量最大。第4 類為LX01-1，其種仁含油率和粗蛋白含量均最高。

表3 不同品系文冠果種仁的3 種功能成分與果實(shí)的6 個(gè)表型性狀之間的相關(guān)分析結(jié)果?Table3 Correlation analysis between 3 kernel functional components and 6 fruit phenotype characters of different strains

表4 文冠果優(yōu)良品系的主成分得分及綜合評價(jià)結(jié)果Table4 Principal component score and ranking of 25 strains of X.sorbifolia

比較文冠果種仁功能成分含量高和含量低的品系可知，各品系在種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量、出仁率上均存在更加明顯的差異；而其在果徑、單果種子粒數(shù)上的差異均相對較小。如果以種仁功能成分含量為目的進(jìn)行品種篩選，那么果徑、單果種子粒數(shù)等果實(shí)表型性狀指標(biāo)就都沒有什么參考意義了，而其種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量、出仁率則均可作為相關(guān)參考指標(biāo)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

4.1.1 文冠果果實(shí)表型性狀的品系差異分析

目前國內(nèi)外十分重視表型多樣性的研究，有關(guān)研究者認(rèn)為，表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合表現(xiàn)，是遺傳多樣性研究的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，也是遺傳多樣性研究的重要內(nèi)容。利用表型性狀研究群體的遺傳多樣性，具有簡便快速的優(yōu)點(diǎn)，至今仍然是十分重要且行之有效的[15-16]。變異系數(shù)作為表型多樣性的重要指標(biāo)，反映出種質(zhì)差異的范圍和程度，決定著資源選擇的空間[17-18]。白鑫磊等[19]對160 株文冠果21 個(gè)性狀變異程度的分析結(jié)果表明：各指標(biāo)之間均有不同程度的變異，其中，單株果實(shí)個(gè)數(shù)、果實(shí)質(zhì)量等指標(biāo)的變異系數(shù)均高達(dá)80%以上，試驗(yàn)樣株表現(xiàn)出了較為豐富的遺傳多樣性。本研究結(jié)果表明，文冠果在表型性狀上具有明顯的差異類型且其差別較大。種仁百粒質(zhì)量變異系數(shù)最大的為34.80%，單果種子粒數(shù)、種子百粒質(zhì)量的變異系數(shù)均集中為20%～30%，果徑、出仁率的變異系數(shù)均小于15%，說明這兩種表型性狀在品系間的變化均相對穩(wěn)定。而文冠果25 個(gè)品系果實(shí)橫徑的變異系數(shù)最小，僅為12.87%，這說明25 個(gè)品系文冠果的果實(shí)和種子的表型性狀在種源間存在著豐富的遺傳多樣性。

圖1 不同文冠果優(yōu)良品系主要性狀的聚類分析結(jié)果Fig.1 Cluster analysis of main characters of different X.sorbifolia strains

4.1.2 文冠果種仁功能成分含量的品系差異分析

文冠果種仁富含多種功能活性成分。前人研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的文冠果之間其營養(yǎng)及功能活性成分含量均存在較大差異。孫丙寅等[20]的研究結(jié)果表明，我國西北地區(qū)4 個(gè)產(chǎn)地的文冠果種仁的3 種功能成分含量不同，其蛋白質(zhì)含量為11.32%～18.20%，其脂肪含量為54.06%～57.95%，其總糖含量為2.18%～3.17%。本研究結(jié)果證明，收集于山西省不同市縣的野生優(yōu)良單株在同一地區(qū)定植其功能成分含量仍不相同，種仁含油率高低差值最大的為11.30%，粗蛋白含量高低最大相差16.4 mg，類黃酮含量高低最大相差8.01 mg。這一結(jié)果說明，原先不同產(chǎn)地的植物均有其適地適樹的品種特性及生長規(guī)律，這就決定了個(gè)體間的遺傳結(jié)構(gòu)和變異特征，因而表現(xiàn)出豐富的表型多樣性和遺傳多樣性[27]。

4.1.3 文冠果優(yōu)良品系種仁功能成分與果實(shí)表型性狀之間的關(guān)系

文冠果的生物學(xué)性狀較多，且各個(gè)性狀之間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，致使其提供的信息有交叉現(xiàn)象，難以從中得出簡明的規(guī)律[21]。斯欽畢力格等[22]對內(nèi)蒙古萬家溝地區(qū)山杏14 個(gè)表型性狀與3 個(gè)營養(yǎng)成分的變異分析結(jié)果表明，3 種營養(yǎng)成分與果徑之間均存在相關(guān)關(guān)系，此研究結(jié)果為功能成分高的文冠果優(yōu)良品種的篩選提供了一定的參考依據(jù)。本研究結(jié)果表明，以文冠果種仁功能成分含量為目標(biāo)的良種篩選，其種子百粒質(zhì)量、種仁百粒質(zhì)量、出仁率均可作為參考指標(biāo)。部分研究者證明，油脂和蛋白質(zhì)合成在一定程度上具有相對獨(dú)立性[23]。文冠果種仁中的油脂含量和粗蛋白含量具有正相關(guān)性，說明可能因?yàn)榭臻g阻隔或其他障礙阻止了兩者間的聯(lián)系，導(dǎo)致兩者同時(shí)積累，也可能因?yàn)橹敬x與蛋白質(zhì)代謝并沒有相互轉(zhuǎn)化[24]。至于其具體原因，尚待進(jìn)一步研究。

總的來說，文冠果種源及家系的確定有待加強(qiáng)。前人研究結(jié)果表明，以文冠果耐寒性為目標(biāo)的良種篩選工作還處于樹種的確定階段。所以，本研究所選材料是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文冠果良種繁育基地的25 個(gè)優(yōu)良無性系，此研究結(jié)果對于其他地區(qū)文冠果的選育意義有待進(jìn)一步考察。而文冠果的種質(zhì)資源是多樣的，同時(shí)受到遺傳因素與環(huán)境因子的共同作用。因此，文冠果果實(shí)表型特征與種仁功能成分含量關(guān)系的研究仍需進(jìn)一步從分子水平上進(jìn)行遺傳多樣性分析。

4.2 結(jié) 論

本研究對山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文冠果良種繁育基地內(nèi)25 個(gè)初選品系的果實(shí)表型性狀和種仁功能成分在品系間的差異情況進(jìn)行了分析，得出了如下研究結(jié)果，為文冠果良種品系品種的選育奠定了基礎(chǔ)。

1）現(xiàn)有初選文冠果無性系果實(shí)表型性狀在品系間的遺傳變異大，存在豐富的選優(yōu)潛力。種仁百粒質(zhì)量的變異系數(shù)最大，達(dá)到34.80%，種子百粒質(zhì)量、單果種子粒數(shù)、出仁率、果實(shí)縱橫徑的變異系數(shù)也都在10%以上。其主要表現(xiàn)為：單果種子粒數(shù)越多，種子、種仁質(zhì)量越重，出仁率則越高。

2）文冠果種仁3 種功能成分含量在品系間的差異也很顯著，且其變異系數(shù)的大小順序?yàn)椋侯慄S酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。其種仁含油率集中為50%～60%，最大差值為11.30%；粗蛋白含量為24.13 ～30.59 mg/g；類黃酮含量為12.46 ～20.57 mg/g。

3）相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析結(jié)果都表明，果實(shí)表型性狀在品系內(nèi)相對穩(wěn)定，而在品系間的差異卻較大，且與種仁功能成分之間的關(guān)系密切。果實(shí)表型性狀較好與種仁功能成分含量較高的品系分別為LX01-1、G17、A034、YP06、A092。種子性狀可以作為挑選良種的最易選擇的表型性狀，而果實(shí)性狀基本沒有參考意義。因此建議，文冠果優(yōu)良單株的初選參考標(biāo)準(zhǔn)為：種子百粒質(zhì)量≥90 g，種仁百粒質(zhì)量≥50 g，出仁率≥48%。