晉中地區(qū)26個核桃品種堅果表型性狀變異及主成分分析

李夏媛， 田 鑫， 武彥霞， 史高川

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所， 山西 太原 030031)

核桃(Juglansregia)又稱胡桃、羌桃，是胡桃科植物，與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”樹種。其堅果不僅風(fēng)味獨特，而且具有極高的營養(yǎng)、保健和藥用價值[1-2]。核桃種質(zhì)資源豐富，主要分布和栽培于我國華北、西北地區(qū)以及中南部大部分地區(qū)、華東地區(qū)北部和四川與西藏東南地區(qū)等[2]。山西省地處黃土高原東部，是我國優(yōu)質(zhì)核桃的生產(chǎn)區(qū)之一[3]。表型性狀是遺傳變異與環(huán)境多樣性的綜合表現(xiàn)，是基因型與生態(tài)環(huán)境互作的結(jié)果[4]。對植物表型性狀的研究是最直觀和基礎(chǔ)的植物種質(zhì)資源遺傳多樣性研究，也是植物優(yōu)良品種選育的基礎(chǔ)[5]。對植物種質(zhì)資源表型性狀的鑒定和評價是其挖掘利用的前提[6]。研究表型性狀的遺傳多樣性可為親本選育和雜交育種提供依據(jù)。賀娜等[7]研究發(fā)現(xiàn)，22個云南核桃主栽品種的堅果縱徑、橫徑、側(cè)徑及三徑均值的變異系數(shù)均較小，單果質(zhì)量和仁質(zhì)量變異系數(shù)均較大。于秋香等[8]對核桃果實表型變異的研究發(fā)現(xiàn)，核桃單果質(zhì)量、種殼厚度和出仁率的變異系數(shù)均在20%以上。大多數(shù)學(xué)者[7-8]都是通過對核桃果實表型性狀1年的研究得出相應(yīng)結(jié)論，很少進行多年度的試驗。本研究對26個核桃品種堅果在2018年、2019年、2020年等3個年度的表型變異系數(shù)及主成分進行了分析，目的是篩選適宜山西晉中地區(qū)種植的核桃品種，為核桃良種推廣及新品種選育提供參考。

1 試驗區(qū)概況

試驗地設(shè)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所核桃資源圃，位于112°32′E，37°32′N，海拔820～900m，地下水位150m左右；東西長4km，南北寬1.5km，自然形成一個彎鉤形狀。該區(qū)為黃土高原丘陵區(qū)，其年平均氣溫為10.6℃，極端高溫為38.5℃，極端低溫為-23.6℃，無霜期為160～180d，全年日照時數(shù)為2300h，年降雨量為400～600mm[9]。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試的26個核桃品種的堅果采自于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所核桃資源圃。

2.2 研究方法

2.2.1 堅果采集 2018—2020年每年采集26個核桃品種的堅果。

2.2.2 堅果表型性狀測量

(1)堅果質(zhì)量。核桃果實采集后，選取30粒完全成熟的青果去掉果皮后帶回實驗室，用烘干機將堅果烘干，用電子天平稱量，取平均值；單位為“g”。

(2)核殼厚。用千分尺進行測量；單位為“mm”。

(3)縱、橫、側(cè)徑。用游標(biāo)卡尺測量；單位為“mm”。

(4)出仁率。出仁率指核仁質(zhì)量占成熟堅果質(zhì)量的比例，取平均值；單位為“%”。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和表型變異分析；用SPSS 21.0進行主成分分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 堅果表型性狀變異

由表1可知：2018年26個核桃品種單果質(zhì)量在10.77～18.19 g之間，平均值為13.55 g，變異系數(shù)為0.1454；堅果縱徑在35.09～44.20mm之間，平均值為39.94mm，變異系數(shù)為0.0856；堅果橫徑在29.10～36.85mm之間，平均值為33.45mm，變異系數(shù)為0.0575；堅果側(cè)徑在33.34～39.46mm之間，平均值為35.43mm，變異系數(shù)為0.0441；堅果三徑均值在33.75～39.78mm之間，平均值為36.27mm，變異系數(shù)為0.0479；堅果殼厚在0.93～1.70mm之間，平均值為1.25mm，變異系數(shù)為0.1869；堅果出仁率在46.77%～59.98%之間，平均值為54.49%，變異系數(shù)為0.0625。

表1 2018—2020年26個核桃品種堅果表型性狀平均變異情況Tab.1 Average variation of nut phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020堅果表型性狀年度最大值最小值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)平均變異系數(shù)201818.1910.7713.551.970.145 4單果質(zhì)量/g201916.878.8812.562.080.165 60.150 2202019.1712.2014.862.070.139 5201844.2035.0939.943.420.085 6縱徑/mm201942.6930.0836.403.100.085 30.085 6202047.5334.9239.263.370.085 8201836.8529.1033.451.920.057 5橫徑/mm201935.7626.1732.272.210.068 40.055 9202037.5332.0434.421.440.041 8201839.4633.3435.431.560.044 1側(cè)徑/mm201938.8228.9933.072.280.069 00.051 7202038.9932.2735.751.500.041 9201839.7833.7536.271.740.047 9三徑均值/mm201939.0531.9135.261.860.052 80.050 0202040.9833.9736.481.800.049 220181.700.931.250.230.186 9殼厚/mm20191.750.951.320.190.140 60.178 220201.650.711.130.230.207 2201859.9846.7754.493.410.062 5出仁率/%201960.6836.4948.134.960.103 00.078 3202064.6151.2757.493.990.069 5

2019年26個核桃品種單果質(zhì)量在8.88～16.87g之間，平均值為12.56g，變異系數(shù)為0.1656；堅果縱徑在30.08～42.69mm之間，平均值為36.40mm，變異系數(shù)為0.0853；堅果橫徑在26.17～35.76mm之間，平均值為32.27mm，變異系為數(shù)0.0684；堅果側(cè)徑在28.99～38.82mm之間，平均值為33.07mm，變異系數(shù)為0.0690；堅果三徑均值在31.91～39.05mm之間，平均值為35.26mm，變異系數(shù)為0.0528；堅果殼厚在0.95～1.75mm之間，平均值為1.32mm，變異系數(shù)為0.1406；堅果出仁率在36.49%～60.68%之間，平均值為48.13%，變異系數(shù)為0.1030。

2020年26個核桃品種單果質(zhì)量在12.20～19.17g之間，平均值為14.86g，變異系數(shù)為0.1395；堅果縱徑在34.92～47.53mm之間，平均值為39.26mm，變異系數(shù)為0.0858；堅果橫徑在32.04～37.53mm之間，平均值為34.42mm，變異系數(shù)為0.0684；堅果側(cè)徑在32.27～38.99mm之間，平均值為35.75mm，變異系數(shù)為0.0419；堅果三徑均值在33.97～40.98mm之間，平均值為0.3648mm，變異系數(shù)為0.0492；堅果殼厚在0.71～1.65mm之間，平均值為1.13mm，變異系數(shù)為0.2075；堅果出仁率在51.27%～64.61%之間，平均值為57.49%，變異系數(shù)為0.0695。

2018—2020年，26個核桃品種單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、側(cè)徑、三徑均值、殼厚和出仁率3年的平均變異系數(shù)分別為0.1502、0.0856、0.0559、0.0517、0.0500、0.1782和0.0783，堅果表型性狀3年的平均變異系數(shù)排序為殼厚>單果質(zhì)量>縱徑>出仁率>橫徑>側(cè)徑>三徑均值。

3.2 堅果表型性狀的主成分

由表2可知：2018年26個核桃品種堅果表型性狀第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到76.56%，其中第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為51.28%，第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為25.28%。2019年26個核桃品種堅果表型性狀第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到87.54%，其中第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為65.88%，第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為21.66%。2020年26個核桃品種堅果表型性狀第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到87.16%，其中第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為57.41%,第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為29.75%。2018—2020年堅果表型性狀第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率均在75%以上。

表2 2018—2020年26個核桃品種堅果表型性狀主成分表Tab.2 Principal components of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度堅果表型性狀第1主成分第2主成分20180.904-0.1792019單果質(zhì)量0.9680.15020200.947-0.22320180.6750.1052019縱徑0.7960.45320200.881-0.21820180.7520.3352019橫徑0.927-0.09820200.7790.48220180.7510.2122019側(cè)徑0.961-0.13720200.8160.38220180.9450.2562019三徑均值0.9520.08920200.9850.09920180.517-0.7892019殼厚0.0280.90220200.136-0.8842018-0.1640.9392019出仁率0.593-0.6632020-0.2890.903201851.2825.282019方差貢獻(xiàn)率/%65.8821.66202057.4129.75201876.562019累計貢獻(xiàn)率/%87.54202087.16

核桃品種堅果表型性狀中在第1主成分中起主要作用的是單果質(zhì)量和三徑均值，說明第1主成分主要反映了堅果質(zhì)量和大小的綜合指標(biāo)；在第2主成分中起主要作用的是殼厚和出仁率，殼厚與出仁率呈負(fù)相關(guān)。這與駱翔等[10]的研究結(jié)果一致。

3.3 26個核桃品種的綜合得分排名

參照賀娜等[7]對云南主栽品種堅果表型性狀主成分構(gòu)建的綜合評價模型：

C=a1Z1+a2Z2

(1)

式中：C代表綜合得分；a1、a2分別代表第1、2主成分的方差貢獻(xiàn)率；Z1、Z2分別代表第1主成分和第2主成分。

計算2018—2020年山西26個核桃品種堅果表型性狀主成分平均綜合得分，并進行排名，結(jié)果見表3。

表3 2018—2020年26個核桃品種堅果表型性狀主成分平均綜合得分和排名Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of pheno-typic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品種Z1Z2綜合得分平均綜合得分排名2018-1.013-3.432-1.3872019魯果1號0.1421.7760.478-0.4481620200.154-2.160-0.55420181.5391.6921.2172019魯果2號0.736-0.5810.3590.40992020-0.426-0.355-0.35020184.572-0.9572.1032019魯果5號3.7761.5612.8262.203220203.278-0.6801.68020183.056-1.0831.2942019魯果6號1.6972.0331.5581.105520201.528-2.3010.1932018-1.3350.062-0.6692019魯果7號-0.083-0.418-0.145-0.543182020-1.309-0.211-0.81420180.370-0.5960.0392019魯果8號1.0150.3890.7530.422820200.2331.1440.47420180.282-1.147-0.1452019魯果9號-1.1162.448-0.205-0.430142020-0.517-2.167-0.9412018-1.7711.045-0.6442019遼寧1號-0.126-1.595-0.429-0.432152020-1.5632.266-0.2232018-1.4961.423-0.4082019遼寧2號-2.588-0.514-1.817-0.667192020-0.8412.3760.2242018-1.756-2.786-1.6042019遼寧3號-2.4540.398-1.531-1.614262020-2.361-1.181-1.7072018-1.8561.235-0.6402019遼寧4號-1.1180.091-0.717-0.530172020-1.6432.392-0.232

續(xù)表3 2018—2020年26個核桃品種堅果表型性狀主成分平均綜合得分和排名Continued Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品種Z1Z2綜合得分平均綜合得分排名2018-2.3161.117-0.9052019遼寧5號-2.905-0.069-1.929-1.050232020-1.2401.333-0.3162018-1.6511.227-0.5362019遼寧6號-2.7310.272-1.740-0.783212020-0.7471.199-0.0722018-0.871-1.515-0.8302019遼寧7號-4.044-1.203-2.925-1.2132420200.376-0.3350.1162018-1.589-0.567-0.9582019遼寧8號-2.488-1.255-1.911-0.942222020-0.8691.8210.04320180.2911.1790.4472019薄豐0.0360.1930.065-0.704202020-1.604-0.992-1.2162018-0.6100.327-0.2312019晉香1.5820.9941.2580.025102020-1.307-0.678-0.9522018-1.3810.182-0.6622019香玲-1.073-0.894-0.900-1.220252020-2.833-1.580-2.09720183.1150.3781.6932019上宋6號0.823-0.2210.4941.351320202.9560.5731.86720180.549-0.9840.0332019清香0.636-0.0770.4020.617720201.8381.2171.41720183.0820.6891.7542019西嶺4.171-2.1172.2891.09362020-1.069-0.501-0.7632018-0.5810.735-0.1122019扎3431.0860.5560.836-0.101112020-0.883-1.749-1.02720182.2121.9811.6352019禮品2號4.283-2.4302.2962.275120204.5171.0092.8932018-1.7100.062-0.8612019金薄豐1號-0.3170.040-0.200-0.3081320200.609-0.7190.136

續(xù)表3 2018—2020年26個核桃品種堅果表型性狀主成分平均綜合得分和排名Continued Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品種Z1Z2綜合得分平均綜合得分排名2018-0.0250.3420.0742019金薄香1號1.0631.4871.0221.245420204.740-0.2742.64020180.891-0.6080.3032019中林1號-0.001-0.862-0.187-0.101112020-1.0140.552-0.418

由表3可知：2018—2020年堅果表型性狀主成分3年的平均得分排名依次為：禮品2號、魯果5號、上宋6號、金薄香1號、魯果6號、西嶺、清香、魯果8號、魯果2號、晉香、扎343、中林1號、金薄豐1號、魯果9號、遼寧1號、魯果1號、遼寧4號、魯果7號、遼寧2號、薄豐、遼寧6號、遼寧8號、遼寧5號、遼寧7號、香玲和遼寧3號。前3的核桃品種是禮品2號、魯果5號和上宋6號。

4 結(jié)論與討論

表型是各種形態(tài)特征的組合，物種表型性狀的變異對其進化具有重要意義?？茖W(xué)分析植物表型性狀的變異有助于了解其遺傳穩(wěn)定性和育種潛力，對其種質(zhì)利用和創(chuàng)新具有重要意義[11]。表型具有可塑性，在由基因型決定的同時，也受環(huán)境的影響[12]。包文泉等[13]通過對西藏地區(qū)光核桃群體的研究發(fā)現(xiàn)，不同群體間存在地理區(qū)域特性和海拔梯度的遺傳變異。變異大小在某種程度上說明了物種對不同環(huán)境適應(yīng)能力的高低[14]。郭傳友等[15]認(rèn)為，變異系數(shù)大說明性狀對環(huán)境適應(yīng)性強，不穩(wěn)定；變異系數(shù)小說明性狀相對穩(wěn)定，不易受到環(huán)境等因素的影響。劉娟等[16]認(rèn)為，變異系數(shù)在10%以上的表型變異分化較明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，單果質(zhì)量和殼厚的變異系數(shù)較大，說明這2個性狀受環(huán)境影響較大；縱徑、橫徑、側(cè)徑及三徑均值的變異系數(shù)較小，說明26個核桃品種堅果大小較均勻。

2018—2020年，晉中地區(qū)26個核桃品種堅果表型性狀3年的平均變異系數(shù)排序為殼厚>單果質(zhì)量>縱徑>出仁率>橫徑>側(cè)徑>三徑均值。堅果表型性狀第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率均在75%以上。2018年、2019年、2020年第1主成分和第2主成分的累計貢獻(xiàn)率分別為76.56%、87.54%和87.16%。堅果表型性狀主成分3年的平均綜合得分排前3名的是禮品2號、魯果5號和上宋6號，該3個品種的綜合表現(xiàn)較好，適宜在晉中地區(qū)栽培和推廣。