红松无性系和优树种子性状及营养成分分析

王玮槐　陈雨桐　党乾顺　侯丹　李志新　张含国　王金宁　赵长海

摘要：目的：以9個无性系及21个优树的红松种子作为研究对象，研究各性状在无性系水平及优树间的变化规律。方法：测定其表型性状及营养成分，并利用变异分析、方差分析及主成份分析等方法进行分析。结果：种子表型性状的变异系数为9.78%～18.58%，变异最小的是种子宽，最大的是种仁重;种仁营养成分的变异系数为0.22%～55.17%，变异最小的是脂肪酸，最大的是多糖。除种仁含水率及脂肪酸含量外，其他性状在整体、无性系及优树上基本皆达到差异显著或极显著水平。表型性状表现良好的无性系为省69、省67及省51，优树为北007、北024、北028及1086;营养成分表现良好的无性系为省45、省67及省71，优树为北024、北026、017及1063。结论：9个无性系12个性状前3个主分量累计贡献率为87%， Zk 值排前3位的是省51、省67及省69。

关键词：红松：种子;营养成分;变异;方差分析;主成份分析

中图分类号：S791.247文献标识码：A文章编号：1006-8023（2019）02-0011-10

Analysis of Characters and Nutritional Components of Pinus

koraiensis Seeds on Clones and Superior Trees

WANG Weihuai 1，CHEN Yutong 1，DANG Qianshun 1，HOU Dan 1，LI Zhixin 1，ZHANG Hanguo 1，WANG Jinning 2， ZHAO Changhai 3

（1. State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding， Northeast Forestry University， Harbin 150040; 2. Bohai Forest Seed Orchard in Ning'an City， Mudanjiang 157400; 3. Xiaobeihu Mother Forest Farm， Mudanjiang 157400）

Abstract：Taking  Pinus koraiensis  seeds of the 9 clones and 21 superior trees as research objects， and the change regulation of all characters between the clones and superior trees were studied. The phenotypic characters and nutritional components were determined， and the mainly analysis methods used in this study included variation analysis， variance analysis and principal component analysis. The main research results were as follows： the coefficient of variation of seed phenotypic characters was 9.78-18.58%. The variation of seed width was the smallest and seed kernel weight was the largest. The variation coefficient of nutritional components characters was 0.22-55.71%. The variation of fatty acid was the smallest and polysaccharide was the largest. There were significant or extremely significant differences in all traits at the level of entirety， clones and superior trees， except for water content in seed kernel and fatty acids. The clones with good phenotypic traits were bs69， bs67 and bs51， and the superior trees with good phenotypic traits were b007， b024， b028 and 1086. The clones with good nutritional components traits were bs45， bs67 and bs71， and the superior trees with good nutritional components traits were b024， b026， 017 and 1063. The conclusions were as follows： the total contribution rate of the 3 principal components of the 12 characters in 9 clones was 87%. The top 3 clones by  Zk  value were bs51， bs67 and bs69.

Keywords： Pinus koraiensis ; seed; nutritional components; variation; variance analysis; principal component analysis

0引言

红松（ Pinus koraiensis ），松科松属，常绿乔木，其果实营养丰富，是东北地区主要经济林树种，也是主要建群种之一 [1]。红松种子形态和营养成分存在丰富的变异 [2-3]，其作为坚果林的经济价值得到重视和开发， 食用药用价值也逐渐被利用 [4]。松仁富含粗蛋白、粗脂肪、多糖、维生素、矿物质以及多种微量元素，具有很好的医疗保健和营养价值 [5-6]，如不饱和脂肪酸对机体细胞因子具有促进和保护作用 [7-8]，所含必需氨基酸对人体也大有裨益。

本研究以9个无性系、21个优树的红松种子为研究对象，结合变异分析、方差分析、相关分析及主成份分析等对表型性状及种仁营养成分进行分析，为红松无性系选育及坚果林营建提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

红松种子来源于宁安市渤海种子园无性系和小北湖林场天然母树林优树，其中，无性系9个、优树21个。渤海红松无性系种子园始建于1985年，接穗来源于小北湖林场天然母树林。种子园1994年开始零星挂果，1997年大部分优树进入结实期，2000年结实量逐步增大，目前已逐渐进入结实盛期。红松优树是从中龄林或成熟林的母树林中选择的。

1.2种实表型性状的测定

千粒重（g）的测定：随机选取30粒种子测重，换算成千粒重;出仁率（%）的测定：随机选取30粒种子， 出仁率 = 脱皮后的松仁质量/种子质量×100%;种子长（mm）、种子宽（mm）的测定：每株随机选取30粒种子用电子游标卡尺进行测定，种子的纵轴为其种长，垂直种脐種面最大横向宽度为种宽，以上性状皆设置3组重复。

1.3种仁营养组分和含量的测定

油脂含量的测定采用索氏提取法（GB / T5009.6-2003）;蛋白质含量的测定采用超声波辅助提取，紫外分光光度法测定，标准曲线为

Y  = 7.394 3  x  + 0.028 80。

式中： Y 为吸光值（ λ  = 595 nm），mg/ml;多糖测定采用苯酚-硫酸法，标准曲线为：

Y  = 5.2411  x  + 0.063 1.  R  2 = 0.991 4。

式中： Y 为吸光值（ λ  = 490 nm）; x 是多糖含量，mg/ml。

水分（%）测定采用GB / T5009.3-2010，灰分（%）测定采用GB / T5009.4-2010，每个实验均设置3次平行实验。

脂肪酸含量测定采用Agilent GC 6890-MS 5973N型气相色谱-质谱联用仪，色谱柱为HP-88（100 m×0.25 mm， 0.20 μm film thickness，J&W Sci. USA），色谱条件设定为进样口温度250 ℃，载气He，流速1 mL/min。采用程序升温方式，由室温升至160 ℃保持2 min，然后以2.5 ℃/ min升至250 ℃，保持2 min，不分流进样。质谱条件设定为MS 离子源在230 ℃全扫描。电子影响模式70 eV，速度扫描50～550 m/z。此次主要测定4种脂肪酸含量，它们分别是9-十八烯酸（9-Octadecenoic acid）、9-12-十八碳二烯酸（9，12-Octadecadienoic acid）、硬脂酸（Octadecanoic acid）及棕榈酸（Hexadecanoic acid）。

氨基酸组分测定采用日立（L-8800）氨基酸自动分析仪，对红松松仁中17种氨基酸组分进行测定，测定指标包括7种人体必需氨基酸：苏氨酸（Thr）、缬氨酸（Val）、甲硫氨酸（Met）、异亮氨酸（lle）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、赖氨酸（Lys），其中色氨酸由于实验方法限制，结构会被破坏，故无法测定;10种非必需氨基酸：天冬氨酸（Asp）、脯氨酸（Pro）、丝氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、半胱氨酸（Cys）、酪氨酸（Tyr）、组氨酸（His）及精氨酸（Arg）。

1.4数据的处理和分析

数据分析主要包括变异分析、方差分析、多重比较、相关分析及主成份分析，采用Excel 2016、Spss 18.0及Minitab 16.0处理与分析。出仁率等百分率性状经过反正弦转换后进行方差分析。

2结果与分析

2.1无性系和优树变异分析

2.1.1总体变异分析

30个处理整体变异分析见表1，种子表型性状的变异系数为9.78%～18.58%，平均变异为13.82%，变异最小的是种子宽，最大的是种仁重;种仁营养成分的变异系数为0.22%～55.17%，平均变异为22.53%，变异最小的是脂肪酸含量，最大的是多糖含量。检测出的4种脂肪酸的变异系数为0.22%～0.92%，平均变异为0.44%。检测出的10种非必须氨基酸变异系数为25.78%～95.68%，平均变异为55.23%，变异最小的是甘氨酸，最大的是精氨酸;检测出的7种必须氨基酸变异系数为26.38%～41.98%，平均变异为31.69%，变异最小的是甲硫氨酸，最大的是苏氨酸。无性系及优树各性状变异与整体变异类似。

2.1.2种子表型性状变异分析

9个无性系种子表型性状变异见表2，种子长变异系数为2.56～18.00%，平均变异为6.00%，变异最小的无性系是省71，变异最大的是省69;种子宽变异系数为7.24%～12.51%，平均变异为9.12%，变异最小的无性系是省45，变异最大的是省51;种子重变异系数为1.52～5.09%，平均变异为3.64%，变异最小的无性系是省41，变异最大的是省67;种仁重变异系数为1.34%～19.24%，平均变异为9.69%，变异最小的无性系是省69，变异最大的是省26;千粒重变异系数为1.52%～5.09%，平均变异为3.64%，变异最小的无性系是省41，变异最大的是省67;出仁率变异系数为1.78%～20.51%，平均变异为8.03%，变异最小的无性系是省67，变异最大的是省26。

21个优树变异中种子长变异系数为2.79%～8.59%，平均变异为4.75%，变异小的优树是1259及北008，变异大的是北023、北043及1175;种子宽变异系数为6.16%～9.82%，平均变异为8.12%，变异小的优树是1063及北043，变异大的是1239、北023及1259;种子重变异系数为0.46%～10.90%，平均变异为3.35%，变异小的优树是北012及1063，变异大的是北045、1259及1268;种仁重变异系数为0.52%～19.79%，平均变异为6.85%，变异小的优树是1175及1037，变异大的是北023、1259及1240;千粒重变异系数为0.46%～10.90%，平均变异为3.35%，变异小的优树是北012及1063，变异大的是北045、1259及1268;出仁率变异系数为0.82%～23.78%，平均变异为6.17%，变异小的优树是017及1175，变异大的是北023、北008及北045。

2.1.3种仁营养成分变异分析

9个无性系种仁营养成分变异见表3，油脂含量变异系数为2.13%～21.08%，平均变异为7.21%，变异最小的无性系是省26，变异最大的是省45;蛋白质含量变异系数为8.85%～59.79%，平均变异为18.59%，变异最小的无性系是省41，变异最大的是省26;多糖含量变异系数为4.03%～58.05%，平均变异为21.86%，变异最小的无性系是省69，变异最大的是省73;4种脂肪酸相对含量的变异皆小，变异系数为0.03%～0.46%;非必须氨基酸含量变异系数为0.21%～5.25%，平均变异为1.82%;必须氨基酸含量变异系数为0.15%～4.76%，平均变异为1.97%。

21个优树变异中油脂含量变异系数为2.95%～20.18%，平均变异为7.64%，变异小的优树是北043及1037，变异大的是北026、1175及北012;蛋白质含量变异系数为3.00%～51.92%，平均变异为14.62%，变异小的优树是1157及北023，变异大的是北028、1268及017;多糖含量变异系数为3.90%～65.92%，平均变异为29.45%，变异小的优树是北008及北028，变异大的是1175、017及1063;4种脂肪酸相对含量的变异皆小，变异系数为0.03%～3.42%;非必须氨基酸含量变异系数为0.43%～19.51%，平均变异为3.63%;必须氨基酸含量变异系数为0.07%～11.57%，平均变异为2.48%。

2.2各性状差异显著性分析

种子表型性状中（表4）种子长、种子宽、种子长宽比、种子重、种皮重、种仁重及千粒重在整体上、无性系间及优树间皆达到了差异极显著水平;种仁重/种皮重及出仁率在整体上及优树间达到差异极显著水平，在无性系间达到差异显著水平;空壳率在整体上及优树间达到差异极显著水平，在无性系间差异不显著。

种仁营养成分中（表4）灰分含量、蛋白质含量及各类氨基酸含量在整体上、无性系间及优树间皆达到了差异极显著水平;多糖含量在整体上及优树间达到差异极显著水平，在无性系间达到差异显著水平;油脂含量在整体上、无性系间及优树间皆达到了差异显著水平;种仁含水率及4类脂肪酸相对含量在整体上、无性系间及优树间皆差异不显著。

无性系与优树各性状比较结果表明，无性系的种子长和种子长宽比显著大于优树的，无性系的蛋白质含量显著小于优树的，其他性状在无性系和优树两个群体间差异不显著。

2.3无性系及优树间各性状多重比较

2.3.1种子表型性状比较分析

9个无性系多重比较分析见表5，种子长排前2的为省51及省67，分别比平均值大22.22%及22.07%，比最小的系号省69大39.27%及39.10%;种子宽排前2的为省67及省69，分别比平均值大6.01%及1.85%，比最小的省45大17.15%及12.55%;30粒种子重排前2的为省69及省67，分别比平均值大10.65%及8.13%，比最小省45大47.94%及44.57%;30粒種皮重排后2的为省45及省71，比平均值小12.92%，比最大省41小20.78%;30粒种仁重排前2的为省69及省67，比平均值大21.59%及21.48%，比最小省45大69.60%及69.44%;种仁重/种皮重排前2的为省67及省69，比平均值大16.73%，比最小省41大51.07%;千粒重排前2的为省69及省67，比平均值大10.65%及8.13%，比最小省45大47.94%及44.57%;出仁率排前2的为省67及省69，比平均值大12.66%及10.36%，比最小省41大35.12%及32.37%;种仁含水率排后2的为省70及省51，比平均值小26.10%，比最大省67小44.90%. 总之，表现好的无性系为省69、省67及省51。

21个优树多重比较分析表明，种子长排前3的为北008、北028及北024，比平均值大24.42%、11.07%及11.00%，比最小的优树1259大35.45%、20.92%及20.85%;种子宽排前3的为北024、1086及北007，比平均值大12.73%、9.58%及6.13%，比最小1259大24.08%、20.61%及16.82%; 30粒种子重排前3的为北024、1086及北007，比平均值大21.63%、19.37%及17.48%，比最小1259大68.26%、65.15%及62.53%;30粒种皮重排后3的为1259、北008及1229，比平均值小20.90%，比最大1086小36.60%;30粒种仁重排前3的为北007、北024及北028，比平均值大30.57%、29.23%及19.86%，比最小1259大95.09%、93.08%及79.08%;种仁重/种皮重排前3的为北029、北007及1268，比平均值大21.04%，比最小北045大76.83%;千粒重排前3的为北024、1086及北007，比平均值大21.63%、19.37%及17.48%，比最小1259大68.26%、65.15%及62.53%;出仁率排前3的为北029、北007及1268，比平均值大21.21%、11.41%及9.48%，比最小北045大58.89%、46.05%及43.51%;种仁含水率排后3的为1086、北012及北043，比平均值小25.68%，比最大1259小52.86%，总之，表现好的优树为北007、北024、北028及1086。

2.3.2营养成分比较分析

9个无性系多重比较分析见表5，油脂含量排前2的为省73及省45，比平均值大10.84%及8.13%，比最小的系号省51大36.61%及33.27%;灰分含量排后3的为省71及省67，比平均值小14.99%，比最大省41小24.71%;蛋白质含量排前3的为省67及省51，比平均值大100.27%及0.50%，比最小省73大196.51%及48.80%;多糖含量排前3的为省71及省51，比平均值大46.02%及32.65%，比最小省73大102.45%及83.91%. 总之，表现好的无性系为省45、省67及省71.

21个优树多重比较结果表明，油脂含量排前3的为北026、1229及北007，比平均值大16.42%、10.01%及7.73%，比最小的优树1175大32.23%、24.96%及22.36%;灰分含量排后3的为北026、017及1175，比平均值小40.55%，比最大北012小60.67%;蛋白质含量排前3的为北024、1239及017，比平均值大106.13%、98.63%及56.82%;多糖含量排前3的为北023、1086及北024，比平均值大129.50%、79.99%及72.27%. 总之，表现好的优树为北024、北026、017及1063.

2.3.3氨基酸比较分析

9个无性系多重比较结果表明，必须氨基酸排前2的为省71及省51，比平均值大31.83%及22.19%，比最小的系号省70大82.22%及68.89%，非必须氨基酸排前2的为省71及省51，比平均值大69.29%及41.14%，比最小省70大198.54%及148.91%。必须氨基酸多重比较具体结果见表6：苯丙氨酸排前2的为省51及省45，比平均值大48.63%及25.31%，比最小省70大219.28%及169.18%;甲硫氨酸排前2的为省51及省41，比平均值大37.97%及22.50%，比最小省73大75.83%及56.12%;亮氨酸排前2的为省45及省51，比平均值大26.58%及23.51%，比最小省70大109.22%及104.15%;苏氨酸排前2的为省71及省69，比平均值大72.18%及62.66%，比最小省67大161.53%及147.07%;缬氨酸排前2的为省51及省45，比平均值大46.87%及4.13%，比最小省73大105.19%及45.48%;异亮氨酸排前2的为省51及省71，比平均值大31.25%及14.48%，比最小省70大70.09%及48.36%;赖氨酸排前2的为省71及省45，比平均值大65.56%及18.37%，比最小省70大144.33%及74.68%。

21个优树多重比较结果表明，必须氨基酸排前3的为1268、1259及北026，比平均值大32.05%、29.08%及27.60%，比最小1157大122.50%、117.50%及115.00%，非必须氨基酸排前3的为1268、1086及017，比平均值大95.65%、88.86%及65.76%，比最小北008大311.43%、297.14%及248.57%。必须氨基酸多重比较具体结果如下：苯丙氨酸排前3的为北012、1259及北026，比平均值大61.76%、48.60%及37.65%，比最小1175大223.08%、196.79%及174.92%;甲硫氨酸排前3的为北023、北026及1086，比平均值大35.98%、33.47%及32.59%，比最小1157大165.09%、160.20%及158.49%;亮氨酸排前3的为北012、北026及北023，比平均值大66.94%、57.43%及48.73%，比最小1157大328.25%、303.85%及281.54%;纈氨酸排前3的为1268、北026及北012，比平均值大81.91%、35.77%及27.36%，比最小北045大205.81%、128.25%及114.11%;异亮氨酸排前3的为1268、1063及北026，比平均值大78.40%、50.27%及30.23%，比最小1157大198.93%、151.79%及118.22%;赖氨酸排前3的为017、1063及1268，比平均值大67.59%、60.60%及52.82%，比最小北008大271.53%、256.02%及239.77%。

2.4主成份分析

对9个无性系12个差异显著性状进行主成份分析，这12个性状分别为种子长（ X1）、种子宽（X2）、种子重（X3）、种皮重（X4）、种仁重（X5）、千粒重（X6）、出仁率（X7）、油脂含量（X8）、蛋白质含量（X9）、多糖含量（X10）、非必须氨基酸含量（X11）及必需氨基酸含量（X12） 。

9个无性系的12个性状按特征值大于1的3个主成份得到86.887% 的累计贡献率（表8），即表示3个特征因子可以解释超过80%的总方差，这表示提取的特征因子能够很好地反映原始变量的主要信息。

由于21个优树的12个性状按特征值大于1提取的主成份效果不理想，此处只对9个无性系进行分析。

根据0.5原则可知，成份1 可以支配 X2、X3、X4、X5、X6及X7 6个变量，成份2 可以支配X8、X10、X11及X12  4个变量，成份3 可以支配X1、X4、X7及X9  4个变量。成份1 主要反映的是种子表型性状，成份2主要反映的是种仁营养成分性状，成份3主要反映的是种子表型性状及种仁营养成分性状。

采用回归法得到主成份得分函数为：

Fkj =  Σ  βijXki。

式中： βij为因子得分系数; Xki为标准化后的变量值; i = 1，2，…，12; j = 1， 2， 3; k =1，2，…，9。

根據得出的主成份得分函数，构造无性系得分函数：

Zk = Σ  αjFkj。

式中： α表示各成份的方差贡献率;Fkj表示主成份得分; j =1， 2， 3; k =1，2，…，9。

结果表明： 9个无性系的按Zk值从大到小排列，排在前3位的依次为省51（0.792）、省67（0.565）及省69（0.424），这表明省51、省67及省69为表现良好的无性系。

3结论与讨论

遗传变异是生物逐渐适应环境和不断进化的产物，是遗传信息的重要表征 [9]。种实性状表型变异不仅决定着物种的扩散能力和种群的分布格局，也是人类开发利用的重要经济性状，在林木良种选育中具有重要意义 [10-11]。30个处理的种子表型性状的变异系数为9.78%～18.58%，种子宽变异最小，种仁重变异最大，无性系及优树结果也相仿，变异系数皆在20%以下;种仁营养成分的变异系数为0.22%～55.17%，脂肪酸变异最小，检测出的4种脂肪酸变异不超过1.5%，多糖变异最大（优树与总体变异均同），氨基酸的变异较大，且非必须氨基酸变异较必需氨基酸大，这说明种子在外在形态上较稳定，且红松种实性状具有较高的遗传改良潜力 [12-13]。

各性状差异显著性分析中，除种仁含水率及脂肪酸含量外，其他性状在整体、无性系及优树上基本皆达到差异显著或极显著水平。无性系与优树各性状T检验中，无性系的种子长和种子长宽比显著大于优树的，可能与种子园树龄较小有关，多数性状差异不显著的原因可能是种子园的优树也来自与小北湖天然群体（早期属于同一群体）。

主成份分析方法采用降维的思想，将众多性状指标综合为几个因子来代表原来性状的信息，主成份分析能反映各项综合指标，依主成份得分值评价各无性系（优树等）综合性状的优劣 [14-15]。本研究以9个无性系的12个主要性状进行主成份分析，得到了表现良好的3个无性系省51、省67及省69，这与多重比较结果相同。

【参考文献】

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