蒜頭果種子外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)初步研究

楊玉玲，王序英，魏 波，趙大偉

（1.文山壯族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南文山 663099；2.紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南蒙自 661100）

蒜頭果(Malania oleifera)又名馬蘭木和山桐果等，為鐵青樹科（Olacaceae）蒜頭果屬常綠喬木，是我國特有的單屬單種鐵青樹科古老植物，是國家二級珍稀瀕危保護(hù)樹種和二類珍貴用材樹種，也是云南省極小種群重點(diǎn)拯救和保護(hù)對象[1-2]。野生蒜頭果自然分布區(qū)域狹窄，主要分布在云南東南部和廣西西部的狹長區(qū)域[3-5]。云南主要分布在廣南縣的蓮城、曙光、董堡、舊莫、黑支果和壩美等鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及富寧縣[6-7]；廣西主要分布在百色右江區(qū)、巴馬、鳳山及馬山等縣，均屬較為溫暖濕潤的季風(fēng)性氣候[8]。

蒜頭果的化學(xué)成分主要包括揮發(fā)油、脂肪酸和其他成分（多糖、總黃酮、蒜頭果毒蛋白和木質(zhì)素等）。其中蒜頭果油的研究較多，不僅可作為食用油，還是重要的醫(yī)藥、食品和化工等原料。蒜頭果果仁中的油脂含量為50% ～60%，其中脂肪酸主要以油酸、硬脂酸、棕櫚酸、芥酸、花生酸、亞油酸、亞麻酸和神經(jīng)酸為主（C18～C24），是迄今發(fā)現(xiàn)的含神經(jīng)酸物質(zhì)最高的木本植物，相對含量高達(dá)40% ～60%[9-11]，神經(jīng)酸具有恢復(fù)神經(jīng)末梢活性、促進(jìn)和刺激神經(jīng)細(xì)胞生長發(fā)育的功效[12]。蒜頭果油也是合成十五內(nèi)酯、麝香酮和大環(huán)內(nèi)酯以及配制高級香水和化妝品的優(yōu)質(zhì)原料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，并已用于醫(yī)藥工業(yè)[13-16]。

種子特征不僅是植物的重要經(jīng)濟(jì)性狀，也是野生植株選優(yōu)和人工定向培育新品種的基礎(chǔ)。目前，關(guān)于蒜頭果野生植株種子特征的相關(guān)研究較少。郭方斌等[17]觀測了廣南縣6 個(gè)采集地蒜頭果野生植株的結(jié)實(shí)量，并分析了果實(shí)、果核（種子）和果皮等主要的果實(shí)性狀特征，結(jié)果顯示蒜頭果果核（種子）、外形尺寸（橫徑和縱徑）和重量均有不同程度的變化，果核重變化幅度最大，最重與最輕相差3.75 倍。為進(jìn)一步了解蒜頭果的種子特征，本研究對蒜頭果的種子外觀質(zhì)量進(jìn)行分級，對保證苗木質(zhì)量、提高造林成活率和充分發(fā)揮林地生產(chǎn)力有重要意義，也可為蒜頭果的種子繁育或榨油提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)蒜頭果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2019年9月20日，在文山壯族苗族自治州廣南縣舊莫鄉(xiāng)和董堡鄉(xiāng)采集成熟的新鮮蒜頭果，將其帶回實(shí)驗(yàn)室，剝?nèi)ネ夥N皮，洗凈種子，陰干備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 指標(biāo)測定

將采集的蒜頭果種子混合，隨機(jī)選取123粒種子進(jìn)行測定，指標(biāo)包括鮮重（g）、橫徑（mm）和縱徑（mm）3項(xiàng)指標(biāo)。鮮重采用電子天平稱量（精確至0.1 g），橫徑和縱徑采用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測定（精確至0.01 mm），計(jì)算最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)。

1.2.2 分級標(biāo)準(zhǔn)制定

使用SPSS 13.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用系統(tǒng)聚類的K-均值聚類算法[18]對鮮重、縱徑及橫徑等數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，所得的綜合指標(biāo)即可形成一些自然類。隨機(jī)選取K 個(gè)對象作為初始的聚類中心，然后計(jì)算每個(gè)對象與各個(gè)種子聚類中心間的距離，把每個(gè)對象分配給距離最近的聚類中心。聚類中心以及分配的對象代表1 個(gè)聚類。全部對象都被分配后，根據(jù)聚類中現(xiàn)有的對象重新計(jì)算每個(gè)聚類的聚類中心。不斷重復(fù)該過程，直到滿足某個(gè)終止條件。終止條件可以是以下任何一個(gè)：沒有（或最小數(shù)目）對象被重新分配給不同的聚類；沒有（或最小數(shù)目）聚類中心再發(fā)生變化；誤差平方和局部最小。一般來說，靠近大數(shù)的類一般應(yīng)屬一級種子，靠近最小數(shù)的類應(yīng)屬于等外級。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒜頭果種子外觀性狀指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

蒜頭果種子鮮重變異幅度為7.1 ～25.5 g，最重與最輕相差3.59 倍，變異系數(shù)為21.9%，均值為15.71 g；縱徑為23.90 ～34.07 mm，最大值與最小值相差1.43倍，變異系數(shù)為7.3%，均值為29.39 mm；橫徑為24.65 ～38.80 mm，最大值與最小值相差1.57倍，變異系數(shù)為8.1%，均值為32.22 mm（表1）。種子的重量差別比大小差別更明顯。

表1 蒜頭果種子外觀性狀Tab.1 Appearance traits of M.oleifera seeds

續(xù)表1 Continued

續(xù)表1 Continued

2.2 蒜頭果種子外觀指標(biāo)K-均值聚類分析

種子分級太多不利于生產(chǎn)操作，分級太少不能較好地區(qū)分種子質(zhì)量，通過調(diào)整不同K 值進(jìn)行聚類分析，以指標(biāo)最低一類（等外）種子標(biāo)準(zhǔn)比例10%以下為止。對種子鮮重、縱徑和橫徑的測定結(jié)果進(jìn)行聚類分析，逐步計(jì)算K值。結(jié)果表明，當(dāng)K=5時(shí)，指標(biāo)值最低類種子為8.13%，以K=5時(shí)的聚類結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行蒜頭果種子分級（表2）。

種子鮮重、縱徑和橫徑在5 個(gè)類間差異極顯著（P＜0.01）（表3）。F值表現(xiàn)為種子鮮重＞橫徑＞縱徑，可將此3 項(xiàng)指標(biāo)作為蒜頭果種子外觀分級的指標(biāo)。

表2 蒜頭果種子外觀指標(biāo)K類中心聚類的最終類中心值Tab.2 Final cluster centers of K-means cluster analysis of M.oleifera seed appearance indexes

表3 蒜頭果種子外觀指標(biāo)的方差分析Tab.3 Variance analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

根據(jù)類間距離大小分析，第1 類與第3 類、第2類與第4 類中心距離最小，第1 類與第5 類、第2 類與第3類中心距離次之，第4類與第5類中心距離最大，說明蒜頭果種子外觀可分為5 個(gè)質(zhì)量等級（表4）。結(jié)合種子外觀指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，第5類和第1類種子為一級質(zhì)量種子，第3類為二級質(zhì)量種子，第2類為三級質(zhì)量種子，第4類為等外種子。

表4 蒜頭果種子外觀指標(biāo)最終聚類各類間中心距離Tab.4 Distances between final cluster centers of appearance indexes of M.oleifera seeds

2.3 蒜頭果種子外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)最終聚類中心值和方差分析結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，劃分出蒜頭果種子外觀等級標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果顯示，各指標(biāo)值最高的種子（第5 類）僅占0.81%，因此，將指標(biāo)值相近的第1 類和第5 類合并為一類。最終，蒜頭果種子外觀質(zhì)量劃分為4個(gè)等級，其中合格外觀種子約占總數(shù)的91.9%，等外種子（不合格種子）約占8.1%（表5）。

表5 蒜頭果種子外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Grading standard of appearance quality of M.oleifera seeds

利用SPSS 對各外觀指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析（表6）。各指標(biāo)間均呈極顯著正相關(guān)，橫徑與鮮重關(guān)系最密切（R=0.969）。

分級時(shí)，首先看種子鮮重指標(biāo)，以鮮重所達(dá)到的級別確定種子級別，種子鮮重達(dá)Ⅰ級種要求，種子可為Ⅰ級，依此類推。種子鮮重達(dá)到要求后，按縱徑和橫徑指標(biāo)分級；當(dāng)橫徑和縱徑不屬同一等級時(shí)，以橫徑所屬級別為準(zhǔn)。

表6 蒜頭果種子外觀指標(biāo)相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

3 結(jié)論與討論

本研究中，蒜頭果種子的重量與大小均呈現(xiàn)了一定程度的變化，種子鮮重變化幅度最大，最重與最輕相差3.59 倍，變異系數(shù)為21.9%，與郭方斌等[17]的研究結(jié)果一致，說明種子重量這一表型性狀存在廣泛的多樣性[17,19]。種子大小與重量為蒜頭果的重要經(jīng)濟(jì)性狀（內(nèi)含油脂豐富的種仁），較為豐富的種子表型性狀多樣性可為蒜頭果的人工定向培育提供多樣的種質(zhì)資源，也可用于物種的保護(hù)研究。

種子是植物生產(chǎn)最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量將直接影響植物的產(chǎn)量、主要成分含量及質(zhì)量，制定種子分級標(biāo)準(zhǔn)是保障種子質(zhì)量、提高種子產(chǎn)量與品質(zhì)的有效途徑[20-22]。近幾年來，關(guān)于種子質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)的研究逐漸增多，于凱強(qiáng)等[23]采用標(biāo)準(zhǔn)差法對銀柴胡（Stellaria dichotomavar.lanceolata）的種子質(zhì)量進(jìn)行分級，艾倫強(qiáng)等[24]通過主成分分析、系統(tǒng)聚類分析和K-聚類分析3 種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對續(xù)斷（Phlomis umbrosa）的種子質(zhì)量進(jìn)行分級，甘嬌娥[25]通過K-均值聚類算法對黃連（Coptis chinensis）的種子質(zhì)量進(jìn)行分級。本研究測定了云南廣南縣123個(gè)蒜頭果種子的主要外觀質(zhì)量指標(biāo)并進(jìn)行K-均值聚類分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將種子單粒鮮重、橫徑和縱徑3 項(xiàng)指標(biāo)作為蒜頭果種子外觀質(zhì)量分級指標(biāo)，并制定分級標(biāo)準(zhǔn)。K-均值聚類算法簡單易用，適合蒜頭果種子外觀分級標(biāo)準(zhǔn)的研究。蒜頭果種子的外觀質(zhì)量可分為3 個(gè)等級：一級種子單粒鮮重≥18.7 g，縱徑＞32.76 mm，橫徑＞34.49 mm；二級種子單粒鮮重14.7 ～18.7 g，縱徑29.71 ～32.76 mm，橫徑32.16 ～34.49 mm；三級種子單粒鮮重11.1 ～＜14.7 g，縱徑27.13 ～≤29.71 mm，橫徑29.21 ～≤32.16 mm。新鮮蒜頭果種子的含水率在50%以上，種子殼（內(nèi)果皮）在種子未成熟時(shí)已經(jīng)很堅(jiān)硬，在果實(shí)未成熟時(shí)種子內(nèi)也是充盈的（含水量高、種子較重）；種子的大小在植株間有較大差異，小種子未必就是差種子；有時(shí)種子很大，但內(nèi)果皮相對較大，陰干后發(fā)現(xiàn)里面的種仁很小。因此，僅以種子鮮重和大小作為種子外觀質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)存在一定的不合理性，但本研究結(jié)果可為蒜頭果種子繁育、提高苗木成活率及榨油率提供一定的參考。今后，應(yīng)從種子形態(tài)特征（發(fā)芽試驗(yàn)、不同生育期）、生化特性、遺傳特性及分子生物學(xué)等方面進(jìn)行綜合評價(jià)，為蒜頭果人工培育提供更科學(xué)的依據(jù)。

種子質(zhì)量是保障植物種植后穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)以及達(dá)到國家規(guī)定可控指標(biāo)的關(guān)鍵，尤其是純天然和無公害的植物生產(chǎn)更離不開種子的質(zhì)量監(jiān)控[26]。本研究采用K-均值聚類算法對蒜頭果種子外觀質(zhì)量進(jìn)行分級，分級數(shù)量少，操作簡單，可為蒜頭果種子的選擇及未來蒜頭果種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的建立提供一定的參考。