20個(gè)無患子種源經(jīng)濟(jì)性狀差異分析與種源區(qū)劃分

李寶銀，周 楊，周俊新，薛 婷，常云妮

（1.福建師范大學(xué)，福建 福州 350000；2.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000）

無患子（Sapindus mukorossi Gaertn），別名木患子、油患子、洗手果、假龍眼等，高大落葉喬木，高可達(dá)20 m；一回羽狀復(fù)葉，小葉互生；圓錐花序，頂生及側(cè)生；兩性花，雄蕊小，花絲有軟毛。花期6—7月，果期9—11月，核果球形，熟時(shí)黃色或棕黃色；種子黑色，球形或水滴形。原產(chǎn)中國長江流域以南和中南半島各地，以及印度、日本[1]。性喜光，稍耐陰，較耐寒，耐干旱，不耐水濕；深根性，對土壤要求不嚴(yán)，抗風(fēng)力強(qiáng)。無患子果皮富含無患子皂苷，主要成分為表面活性物質(zhì)三萜皂苷，民間用于制作洗頭粉、洗澡粉、洗衣粉等，屬于環(huán)保的天然表面活性劑；種仁油脂含量可高達(dá)40.7%，種仁油的酸值（KOH）為4.132 mg/g，皂化值（KOH）為190.26 mg/g，碘值（I）為102.36 g/100 g，含有13種脂肪酸，其中不飽和脂肪酸含量高達(dá)84.63%，相對含量較高的為油酸(48.41%)、順-11-二十碳烯酸(27.58%)、亞油酸(6.37%)等[2]，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值。文中對位于福建屏南無患子種源試驗(yàn)林進(jìn)行調(diào)查、采樣分析，并用單純形法投影尋蹤技術(shù)（MSM-PP）與聚類分析相結(jié)合的數(shù)學(xué)手段[3]，綜合評價(jià)無患子各種源的主要經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)，進(jìn)行種源區(qū)劃分，篩選優(yōu)良種源，為福建高海拔地區(qū)無患子能源林用途的種苗調(diào)撥提供理論依據(jù)。

一、材料與方法

（一）材料來源和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.試驗(yàn)材料來源

2009年10-12月，對福建黑龍山能源林有限公司從福建、江西、浙江、廣西、廣東、云南、四川等7個(gè)省份當(dāng)?shù)仄鹪吹哪笜渖喜杉?0份不同產(chǎn)地（種源）無患子種子隨機(jī)取樣，濕沙層積貯藏。20個(gè)采種點(diǎn)及其代碼見表1。2010年2月初，將貯藏的各種源種子用80℃熱水浸泡至自然冷卻，24 h后瀝干，分區(qū)播種育苗；2011年1月中旬進(jìn)行各區(qū)苗木調(diào)查，選擇平均水平的苗木，參加無患子種源造林對比試驗(yàn)。

表1 采種點(diǎn)及其代碼Tab.1 The collection sites and codes of provenance

2.試驗(yàn)點(diǎn)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)點(diǎn)地安排在屏南縣棠口鎮(zhèn)鳳林村福建黑龍山能源林有限公司黑龍山無患子種植基地。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包含20個(gè)因素（種源），3個(gè)處理（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3種立地類型），每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。3株單列小區(qū)，小區(qū)面積48m2。各立地類型林地概況和土壤營養(yǎng)元素含量見表2。屏南縣棠口鎮(zhèn)2018年、2019年、2020年的年均溫分別為17.2、17.8、17.5℃，年均降水量分別為1 793、1 722、1 635 cm。

表2 各立地類型基本情況Tab.2 The basic situation of site types

（二）苗木定植

2010年9月份劈雜、煉山；10月份帶狀整地，清理樹頭、石塊，挖明穴，施基肥，穴規(guī)格60 cm×60 cm×40 cm，基肥施放量為腐熟雞糞、牛糞混合肥1 kg/穴?；乇硗梁?，再施鈣鎂磷0.15 kg/穴。2011年2月雨后，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)裸根苗造林，株行距4m×4m。2011年4月檢查造林成活率，對死缺株進(jìn)行補(bǔ)植。

（三）幼林撫育

2011年8月份撫育1次，塊狀墾復(fù)并施肥；以后連續(xù)3年，每年2次，分別在4月、9月對林地進(jìn)行帶狀墾復(fù)、除草、施肥。施肥量均為國產(chǎn)N、P、K復(fù)合肥0.5 kg/株，擴(kuò)穴施肥。2015年起隔年春季施肥1次，施肥量為國產(chǎn)N、P、K復(fù)合肥1 kg/株，沿樹冠滴水線開溝施肥，溝深30 cm。

（四）樹形管理

2013年9月進(jìn)行一次修剪定干，保留主干高度1m，刪除樹干0.7m高度以下的側(cè)枝；2014年9月，對一級側(cè)枝進(jìn)行修剪，培養(yǎng)二級側(cè)枝。2017年初果后，每年11—12月結(jié)合采果，對當(dāng)年結(jié)果枝進(jìn)行1次短截，增加分枝級數(shù)。

（五）數(shù)據(jù)采集及處理

1.數(shù)據(jù)采集

2018—2020年連續(xù)3年分區(qū)采果，調(diào)查各試驗(yàn)小區(qū)的果實(shí)產(chǎn)量，計(jì)算單位面積果實(shí)產(chǎn)量，并隨機(jī)取樣測定各小區(qū)果皮率、百果重、果皮總皂苷含量、種仁含油率等無患子主要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。以香草醛-冰醋酸-高氯酸為顯色體系，采用分光光度計(jì)測定果皮總皂苷含量[4]。以乙醇為浸提液，采用索氏抽提器進(jìn)行種仁油脂含量測定[5]。

單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率、百果重、種源遺傳力、選擇響應(yīng)、遺傳增益計(jì)算公式如下：

單位面積果實(shí)產(chǎn)量=試驗(yàn)小區(qū)鮮果全重/試驗(yàn)小區(qū)面積；

果皮率%=烘干果皮重/（烘干果皮重+烘干種子重）×100；

選擇響應(yīng)R=SH2，其中：S為選擇差；H2為種源遺傳力。

遺傳增益△G=R/X，其中：R為選擇響應(yīng)；X為種源參試群體平均值。

按種源統(tǒng)計(jì)單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率、百果重、果皮總皂苷含量、種仁含油率2018—2020年3年的平均值，結(jié)果見表3。

表3 改進(jìn)單純形法投影尋蹤總體評價(jià)指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)表Tab.3 The evaluation value of sample data of Magnolia based on MSM-PP

3.數(shù)據(jù)處理

用GLM分析模型對單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率、百果重、果皮總皂苷含量、種仁含油率等性狀表現(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并估算種源遺傳力，結(jié)果見表4。種源綜合評價(jià)采用改進(jìn)單純形法投影尋蹤技術(shù)[6]，以表3各種源性狀表現(xiàn)統(tǒng)計(jì)值為評價(jià)指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)；將樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，構(gòu)建種源評價(jià)指標(biāo)體系，并構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)；估計(jì)最佳投影方向，以最佳投影方向時(shí)各種源的投影值Zi（i=1～n），作為該種源的評價(jià)值[3]。以各種源評價(jià)值為樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)行聚類分析，劃分種源區(qū)。改進(jìn)單純形法投影尋蹤技術(shù)使用SPSS軟件編程處理，結(jié)果見表6。聚類分析采用DPS軟件處理，結(jié)果見表7。

表4 方差分析與種源遺傳力估算Tab.4 Variance analysis and calculated provenance heritability

二、結(jié)果與分析

（一）種源性狀表現(xiàn)的差異性分析

從表4可知，單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)性狀，均在種源水平上存在極顯著差異，說明了無患子種源間根據(jù)經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)進(jìn)一步選擇的必要性。在立地類型水平上，單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率、百果重性狀表現(xiàn)存在極顯著差異，果皮總皂苷含量、種仁含油率性狀表現(xiàn)存在顯著差異，說明了無患子經(jīng)濟(jì)性狀均對生長環(huán)境具有較高的敏感性。在種源×立地類型的交互作用上，5個(gè)性狀差異均達(dá)到極顯著水平，各種源對環(huán)境變化的反應(yīng)存在極其明顯的差異。5個(gè)性狀同一立地類型的不同重復(fù)之間的表現(xiàn)差異，均未達(dá)顯著水平，說明在相似的環(huán)境里，各種源的5個(gè)性狀表現(xiàn)相對穩(wěn)定。

（二）種源遺傳力估算

從表4可知，單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀種源遺傳力分別達(dá)到0.753、0.784、0.825、0.840、0.724，均具有較高的種源內(nèi)親-子遺傳傳遞能力。

（三）主要經(jīng)濟(jì)性狀與環(huán)境因子的相關(guān)分析

按年度統(tǒng)計(jì)單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀平均值，與2017—2020年4年的年均溫、年降水量進(jìn)行相關(guān)分析；按立地類型統(tǒng)計(jì)單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率等5個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀的平均值，分別與各土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果見表5。

表5 性狀表現(xiàn)與環(huán)境因子的相關(guān)分析Tab.5 The results of correlation analysis between environmental factors and performance of characters

表5相關(guān)分析結(jié)果可知，無患子5個(gè)主要經(jīng)濟(jì)性狀，與年均溫、年降水量，以及前1年的年均溫、年降水量之間，均不存在明顯線性相關(guān)關(guān)系。這可能是由于2017—2020年4年間的年均溫、年降水量差異不大，也可能是無患子明顯的結(jié)實(shí)大小年現(xiàn)象，干擾了年均溫、年降水量對5個(gè)主要經(jīng)濟(jì)性狀的影響。土壤腐殖質(zhì)含量與單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率均存在較密切的線性相關(guān)，與果皮總皂苷含量存在一定的線性相關(guān)，與種仁含油率之間無線性相關(guān)；土壤速效N含量，與百果重之間呈密切線性相關(guān)，與單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率間存在較密切的線性相關(guān)，與果皮總皂苷含量、種仁含油率之間有一定的線性相關(guān)；土壤速效P含量，與單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重間存在較密切的線性相關(guān)，與果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率之間有一定的線性相關(guān)；土壤速效K含量，與百果重間呈較密切線性相關(guān)，與果皮率、種仁含油率間存在一定的線性相關(guān)，與單位面積果實(shí)產(chǎn)量呈弱相關(guān)，與果皮總皂苷含量間無明顯線性相關(guān)。

（四）種源綜合評價(jià)

將表3樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，應(yīng)用MSM-PP優(yōu)化求解目標(biāo)函數(shù)，獲得最大投影指標(biāo)函數(shù)值為25.4892，最大投影方向?yàn)椋?.564 8，0.468 8，0.389 7，0.372 2，0.422 3，0.103 3），投影效果理想。根據(jù)投影方向值計(jì)算獲得各種源投影值Zi（i=1～n）[3,4]，結(jié)果見表6。種源投影值Zi越大，表示該種源的綜合表現(xiàn)越好。參試種源投影值Zi的變化范圍0.062 7～1.771 2，變化幅度很大。其中，最高的是GX03，最低的是SC02。Zi≥1.5的種源有GX01、GX03、GD01、GD02，綜合評價(jià)高；1≤Zi＜1.5的種源有GX02、FJ01、FJ02、FJ03、YN01等5個(gè)，綜合評價(jià)較高。0.5≤Zi＜1的種源有FJ042、YN02等9個(gè)，Zi＜0.5的種源只有SC01、SC02等2個(gè)種源。

表6 各種源樣本投影結(jié)果Tab.6 The result of MSM-PP of provenance samples

（五）種源選擇與遺傳增益估算

1.投影值聚類分析與種源區(qū)劃分

為了更好地區(qū)分種源，以各種源的投影值Zi為樣本集，采用系統(tǒng)聚類方法，進(jìn)行種源區(qū)劃分。根據(jù)聚類分析結(jié)果，將20個(gè)無患子種源劃分為優(yōu)良種源、可利用種源、一般種源、不適宜種源等4個(gè)種源區(qū)。種源區(qū)劃分結(jié)果及各種源區(qū)單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率平均值見表7。

表7 各種源區(qū)平均表現(xiàn)與選擇效果評價(jià)Tab.7 The average performance of each grade and effect evaluation of provenance selection

2.選擇響應(yīng)和遺傳增益估算

根據(jù)優(yōu)良種源、可利用種源兩個(gè)種源區(qū)各性狀平均值和種源遺傳力估算選擇響應(yīng)和遺傳增益。結(jié)果見表7。與參試群體平均水平相比較，單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)性狀上，優(yōu)良種源具有較高的選擇響應(yīng)和遺傳增益，可以在生產(chǎn)上使用；7個(gè)可利用種源，性狀表現(xiàn)也有小幅度的提高，可以適當(dāng)利用。

三、結(jié)論與討論

（一）結(jié)論

無患子原產(chǎn)中國長江流域以南各地以及中南半島各地、印度和日本，是優(yōu)良的森林景觀樹種和能源樹種，果皮富含皂苷，可提取制備洗滌劑、表面活性劑；種子富含油脂，可作為天然潤滑油或制備生物柴油[7,8]。從21世紀(jì)初開始，福建、浙江等省份開始重視發(fā)展無患子人工林，但種源混雜，群體、群體內(nèi)個(gè)體間分化嚴(yán)重，果實(shí)產(chǎn)量低等亟待解決的問題[9]。20個(gè)無患子種源造林對比試驗(yàn)結(jié)果表明，不同種源之間在單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)上，存在極顯著差異。利用MSM-PP進(jìn)行多性狀綜合評價(jià)，以各種源投影值Zi（綜合評價(jià)結(jié)果）進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，可劃分出優(yōu)良種源、可利用種源、一般種源和不適宜種源等4個(gè)種源區(qū)。優(yōu)良種源區(qū)包括GX01、GX03、GD01、GD02等4個(gè)種源，其單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)性狀的平均表現(xiàn)，與參試群體總體平均水平相比較，遺傳增益達(dá)到18.34%、9.89%、10.23%、9.83%、7.05%。

相關(guān)分析結(jié)果表明，無患子不同性狀對土壤營養(yǎng)元素含量的反應(yīng)不同。單位面積果實(shí)產(chǎn)量、果皮率均對腐殖質(zhì)、速效N、速效P含量均較為敏感，受速效K含量影響較?。话俟匦誀畋憩F(xiàn)，對腐殖質(zhì)、速效N、速效P、速效K含量均較為敏感，受之影響大；果皮總皂苷含量對腐殖質(zhì)含量較為敏感，對速效N、速效P含量的敏感性較低，對速效K不敏感；種仁含油率受腐殖質(zhì)含量影響很小，對速效N、速效P、速效K含量變化有一定的敏感性。

（二）討論

4個(gè)無患子優(yōu)良種源，廣西、廣東各占2個(gè)；廣西參試種源3個(gè)，2個(gè)為優(yōu)良種源，1個(gè)為可利用種源；廣東參試種源2個(gè)，均為優(yōu)良種源，可見，以果皮皂苷、種仁油脂利用為主時(shí)，廣西、廣東具有明顯的種源優(yōu)勢。福建參試種源4個(gè)，均劃分為可利用種源。試驗(yàn)區(qū)及福建省地理環(huán)境相似的高海拔地區(qū)，發(fā)展無患子能源林，既可利用本地種質(zhì)資源，也可從優(yōu)良種源區(qū)調(diào)撥當(dāng)?shù)仄鹪吹姆N苗。浙江參試的3個(gè)種源、江西參試的4個(gè)種源均被劃分為一般種源，在其它種源繁殖材料充裕的情況下，不宜從該地區(qū)調(diào)撥；四川參試的2個(gè)種源均被劃分為不適宜種源，盡可能不使用。

比較表3中各性狀的種源、立地類型F值大小，可以看出，立地類型對單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、種仁含油率等3個(gè)性狀的影響大于種源影響，選擇好的立地類型造林，有利于提高果實(shí)產(chǎn)量、百果重、種仁含油率；果皮率、果皮總皂苷含量受種源影響大于立地類型，表現(xiàn)出較好的種源遺傳穩(wěn)定性。這與果皮率、果皮總皂苷含量種源遺傳力估算值大于其它3個(gè)性狀的情況是相吻合的。種仁含油率對立地類型敏感，但與土壤腐殖質(zhì)、速效N、速效P、速效K含量的線性相關(guān)程度不高，可能是本試驗(yàn)未檢測的其它環(huán)境因子對其產(chǎn)生了顯著影響，這有待于后續(xù)調(diào)查、分析研究。

本文利用MSM-PP，對各種源單位面積果實(shí)產(chǎn)量、百果重、果皮率、果皮總皂苷含量、種仁含油率等5個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，將各種源的多項(xiàng)指標(biāo)，在最優(yōu)構(gòu)形下投影成一維的指標(biāo)值，獲得一維的投影值，再以投影值為樣本集進(jìn)行相似性聚類歸集，從而實(shí)現(xiàn)種源分類。以MSM-PP聯(lián)合聚類分析的方法，既能夠克服種源選擇中多性狀權(quán)重分配問題，也提高了聚類分析結(jié)果的可靠性[3]。本試驗(yàn)選擇福建屏南作為試驗(yàn)點(diǎn)開展無患子種源造林對比試驗(yàn)，意在為福建高海拔地區(qū)的無患子能源林建設(shè)中的種苗調(diào)撥提供理論依據(jù)。各種源主要經(jīng)濟(jì)性狀在福建屏南的后期表現(xiàn)，有待于進(jìn)一步觀察。