黑老虎表型性状相关性及主成分分析

洪荣艳，王 森，邵凤侠，左毅成，杨昌宏

(1.中南林业科技大学经济林培育与保护教育部重点实验室，湖南 长沙 410004；2.湖南省南方丘陵山地生态经济林产业工程技术研究中心，湖南 长沙 410004；3.通道黑老虎中药材合作社，湖南 通道 418500)

黑老虎[Kadsuracoccinea(Lem.) A. C. Sm. var.coccinea]又名冷饭团、大血藤[1]，为五味子科[2]南五味子属黑老虎种，多年生常绿藤本植物，是一种药食两用新型野生水果[3]。黑老虎果实富含丰富的木脂素、氨基酸、花青素等微量元素[4]，根、藤、果、籽均可入药，具有抗肝炎、抗氧化和神经保护等功能[5]，经常食用，延年益寿，故侗族同胞称之为“布福娜”，意为长寿之果。黑老虎为常绿攀援藤本，喜光好温、耐阴耐寒，生于海拔500～1 000 m的山地疏林中，在温度18～25 ℃、微酸性至中性土壤、温暖湿润的条件下生长良好，常缠绕于大树上，长3～6 m，茎下部僵伏土中，上部缠绕，枝圆柱形，棕褐色，疏生白色点状皮孔。在山区、坡地均可种植黑老虎,既可园林绿化，也可防坡固土，是“四季果园”的最佳新品种[6]，其主产于华中和华南地区，分布于湖南、江西、海南、广西、四川、福建等地，以野生品种为主。

黑老虎为单性花，雌雄同株异花授粉植物，遗传多样性使其后代分离现象严重，产量低且差异显著。目前，前人对黑老虎有关分类学[7-8]、药理活性[9]、药物化学[10]等方面的研究报道较多，但对其综合性状的相关性研究报导罕见[11]。毛云玲等[12]分析结果表明，不同单株间营养指标变化较大,优良单株可选择性较强；谢碧霞等[13]通过对华中五味子果实性状进行相关性分析，结果表明，单穗质量与穗长、穗粗、柄长、种粒纵径、单穗质量、千粒质量、千粒果皮质量等果实性状均表现显著差异；白鑫磊等[14]对树高等21个表型性状分析，结果表明，单果产量、单株产量、果实产量、叶形、种形、果形、树形共7个重要指标对其贡献率较大。为探明各性状相互关系对综合性状的影响，对50株黑老虎单株25个性状指标(茎长、新梢节间数、新梢皮孔数、地径、叶片纵径、叶片横径、叶片厚度、叶密度、果实横径、果实纵径、果粒质量、果皮厚度、果皮质量、果肉质量、种粒横径、种粒纵径、单果种粒数、单果种粒质量、单株结果数、单果质量、单株果实质量、单株百粒质量、可食率、出籽率、含油率)进行观测，并采用遗传变异、相关性分析和主成分分析等方法，对影响其主要因素进行分析与探讨，以期为黑老虎良种选育及利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于湖南省通道县红香村，自然条件优越，植物资源丰富，其地理位置为东经109°25′～110°02′，北纬25°51′～26°30′，属于亚热带湿润季风气候，气候温和，降水充沛，年平均气温为16.6 ℃，平均降雨量为1 480.8 mm。

1.2 试验材料

在通道县红香村人工林内随机选取当地生长健壮的50株5年生黑老虎实生单株，株行距为2 m×3 m。

1.3 试验方法

调查试验于2018年10月至2019年11月中旬进行，分两个阶段完成：2018年果实成熟期(10～11月),初次进行黑老虎各表型性状及相关产量调查；2019年重点观测、解剖与提油。各表型性状均在室外测量，果实带回室内进行内部结构解剖，油在实验室用索氏提取。

茎长(X1，m)采用米尺测量；新梢节间数(X2，个)与新梢皮孔数(X3，个 · cm-2)采用人工计数法，每一单株选取3个新梢；地径(X4，mm)采用游标卡尺测量, 精确到0.01 mm；叶片纵径(X5，cm)、叶片横径(X6，cm)、叶片厚度(X7，mm)采用游标卡尺测量, 从树体的东、西、南、北4个方向分别随机采取3个枝条和10片成熟叶片；叶密度(X8，个)人工计数每个新梢的叶片数，从树体的东、西、南、北4个方向分别采摘3个新梢，取平均值; 果实横径(X9，mm)、果实纵径(X10，mm)、果皮厚度(X12，mm)均采用游标卡尺测量，从每一单株中随机挑选3个成熟优良果实；果粒质量(X11，g)、果皮质量(X13，g)、果肉质量(X14，g)均采用千分之一的电子台秤测量；种粒横径(X15，mm)、种粒纵径(X16，mm)采用游标卡尺测量, 从每一单株中随机抽取50粒；单果种粒数(X17，个)、单株结果数(X19，个)均采用人工计数法；单果种粒质量(X18，g)、单果质量(X20，g)、单株果实质量(X21，g)、单株百粒质量(X22，g)均采用百分之一的电子台秤测量，精确到0.01 g；可食率(X23， %)：果肉质量/果实质量×100；出籽率(X24， %)：单株种粒质量/单株果实质量×100；含油率(X25， %)： [1-(m2-m滤纸)]/[(m1-m滤纸)]×100[m1为样品质量(g)，m2为取出样品烘至恒温质量(g),m滤纸为滤纸质量(g)]。均进行3次重复。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0和Excel 2019软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 表型性状变异分析

由表1可知，50株黑老虎的25个性状指标变异具多样性,其性状指标变异程度显著，变异系数在9.21%～35.49%之间。根据变异系数的大小，变异程度由高到低为：果肉质量(X14)>单株结果数(X19)>可食率(X23)>果粒质量(X11)>茎长(X1)、地径(X4)>新梢皮孔数(X3)>叶片横径(X6)>果皮厚度(X12)>果皮质量(X13)>单果质量(X20)>出籽率(X24)>单果种粒质量(X18)>单株百粒质量(X22)>单株果实质量(X21)>单果种粒数(X17)>叶片厚度(X7)>果实纵径(X10)>叶密度(X8)>种粒纵径(X16)>新梢节间数(X2)>含油率(X25)>果实横径(X9)>叶片纵径(X5)>种粒横径(X15)。其中，变异程度最大为果肉质量(X14)，最大值为9.36 g，变异系数为35.49%，表明单株之间果肉质量差别显著；变异程度最小为种粒横径(X15)，最小值为7.33 g，变异系数为9.21%，表明其变化相对稳定。根据变异程度的大小将其划分为两种类型，即10%≤变异系数<80%为中变异型，0%≤变异系数<10%为弱变异型。其中果肉质量(X14)、地径(X4)、茎长(X1)、单株结果数(X19)、可食率(X23)、新梢皮孔数(X3)、叶片横径(X6)、果皮厚度(X12)、果皮质量(X13)、单果质量(X20)、出籽率(X24)、单果种粒质量(X18)、单株百粒质量(X22)、单株果实质量(X21)、单果种粒数(X17)、果粒质量(X11)、叶片厚度(X7)、叶密度(X8)、果实纵径(X10)、果实横径(X9)、种粒纵径(X16)、新梢节间数(X2)、含油率(X25)共23个性状指标均为中变异型；弱变异型包括2个性状指标，即叶片纵径(X5)、种粒横径(X15)。

表1 黑老虎表型性状的变异分析结果Table 1 Variation analysis results for phenotypic characteristics in K. coccinea

2.2 表型性状相关性分析

黑老虎表型性状的相关性分析见表2。单果质量(X20)与单株果实质量(X21)、果实纵径(X10)均呈极显著正相关；单株结果数(X19)与茎长(X1)呈极显著正相关；单株百粒质量(X22)与单株果实质量(X21)呈极显著正相关；果实纵径(X10)与果实横径(X9)、种粒横径(X15)、单果质量(X20)、单株果实质量(X21)均呈极显著正相关；新梢节间数(X2)与果皮质量(X13)呈极显著正相关；叶片横径(X6)与叶密度(X8)呈极显著正相关；种粒纵径(X16)与横径(X15)、单株果实质量(X21)、单果质量(X20)、茎长(X1)均呈显著正相关；可食率(X23)与果肉质量(X14)、果粒质量(X11)、地径(X4)均呈极显著正相关，与果皮厚度(X12)、果皮质量(X13)呈显著负相关。

2.3 表型性状主成分分析

由表3可知，前7个主成分的特征值均大于1，累积贡献率为72.961%，能够反映25个性状指标的综合信息。

由表4可知，主成分1中贡献较高的有单果质量(X20)、果肉质量(X14)、果粒质量(X11)等指标，最高累积贡献率为25.705%，主要表示果实产量指标；主成分2中贡献较高的有单株结果数(X19)、单株果实质量(X21)，最高累积贡献率为34.133%，主要表示单株产量指标；主成分3中贡献较高的有果实纵径(X10)、果实横径(X9)，最高累积贡献率为43.695%，主要表示果形指标；主成分4中贡献较高的有新梢节间数(X2)、果皮质量(X13)、茎长(X1)、地径(X4)，最高累积贡献率为52.255%，主要表示树形指标；主成分5中贡献较高的有种粒纵径(X16)、种粒横径(X15)，最高累积贡献率为60.187%，主要表示种形指标；主成分6中贡献较高的有叶片横径(X6)、叶片纵径(X5)、叶密度(X8)，最高累积贡献率为66.492%，主要代表叶形指标；主成分7中贡献较高的有可食率(X23)、出籽率(X24)，最高累积贡献率为72.961%，主要表示经济品质指标。

表3 主成分的特征值与贡献率Table 3 Eigenvalues, contribution rates, and cumulative contribution rates of the principal components

表4 7个主成分相关矩阵的特征向量Table 4 Eigenvectors of the correlation matrices of seven principal components

3 讨论与结论

遗传变异分析是判定植物群体在生长区内变异水平的高低[15]，其变异系数表示变异幅度和多样性程度[16]。本次试验单株中25个性状指标的变异系数均在9.21%～35.49%之间。遗传变异水平较高的性状指标分别有果肉质量(X14)、果粒质量(X11)、单株结果数(X19)、可食率(X23)，其变异系数达30%以上；其次是茎长(X1)、地径(X4)、新梢皮孔数(X3)、叶片横径(X6)、果皮厚度(X12)及质量(X13)间也均存在变异，其变异系数达20%～30%。由分析结果可知，黑老虎表型性状具丰富性、多样性，并存在复杂的相互关系，与庄红卫等[17]对华中五味子表型多样性在种内均存在显著差异的研究结果一致。表明黑老虎表型变异丰富，因而良种选育已成为必然，同时进一步说明了黑老虎具有很大的选择与优化潜力。

相关性分析是两个或两个以上处于同等地位的随机变量间相关关系的统计方法[18]。由分析结果可知，各表型性状间均存在相互交叉重叠的相关关系，单株果实质量(X21)与单果质量(X20)、果实纵径(X10)、果肉质量(X14)、果皮厚度(X12)、单株结果数(X19)、单株百粒质量(X22)均呈极显著正相关，可食率(X23)与果皮厚度(X12)、新梢皮孔数(X3)呈显著负相关。与谢碧霞等[13]对华中五味子果实性状个体变异规律研究有些类似，其差异可能是因为所选材料的不同而导致，即在进行黑老虎良种选育中可依据以上指标进行综合选择。

主成分分析是把多指标转化为少数几个综合指标(即主成分)，且每个主成分都能够反映原始变量的大部分信息[19]。由分析结果可知：主成分1表示单果产量指标；主成分2表示单株产量指标；主成分3表示果形指标；主成分4表示树形指标；主成分5表示种形指标；主成分6表示叶形指标；主成分7表示经济品质指标，其累积贡献率为72.961%，说明以上7个指标发挥重要作用，有助于推动黑老虎无性系良种选育的进程，为黑老虎遗传育种打下直观、便捷的理论基础。

通过对50株黑老虎25个表型性状的遗传变异分析表明，黑老虎种内群体表型变异遗传系数大，变异丰富，选择空间广，优化潜力大。相关性分析表明，单株果实质量(X21)与单果质量(X20)、果实纵径(X10)、单株百粒质量(X22)均呈极显著正相关；可食率(X23)与果皮厚度(X12)、果皮质量(X13)呈显著负相关。主成分分析表明，单果质量(X20)、单株结果数(X19)、新梢节间数(X2)、果实纵径(X10)、种粒纵径(X16)、叶片横径(X6)、可食率(X23)等可作为初步育种指标，有利于选育出综合性状优良的无性系品系，为黑老虎良种选育奠定基础，进一步提高黑老虎产量。