文冠果果实表型性状和种仁功能成分的品系差异

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（1.山西农业大学 a.林学院；b.北方功能油料树种培育与研发山西省重点实验室，山西 太谷 030801；2.山西省管涔山国有林管理局大石洞林场，山西 宁武 036700）

植物种内基础变异普遍存在，因此研究林木基础性状变异规律、确定其育种方向及具体措施已成为目前相关研究的发展趋势[1-2]。林木表型变异可以反映生物变异情况，而对其表型性状指标与育种目标之间关系的研究，可以有效地促进良种选育工作进程[3-4]。文冠果的果实与种子变异是其遗传变异的重要特征之一，研究其变异程度和各指标间的相互关系对于文冠果的育种、选优繁优、工业生产等都有重要意义[5-6]。到目前为止，关于文冠果优良性状指标的研究也有一些初步成果，但其品种选育目标着眼于单株或单位面积种子产量、生长性状、种子性状、果形和花序[7-11]。牟洪香等[12]调查了14 个分布区文冠果的15 个表型性状，他们分析得出，种子数、果宽与经纬度有关，而其余13 个指标与地理位置均无关。常月梅[13]研究发现，文冠果优系间每序果数、果内种子数及千粒质量的变异范围均大，因此，这3 个指标均可作为筛选高产品系的重要指标。然而，如果文冠果种子的功能成分在品种或类型之间的差异都很大，那么种子产量指标与最终的油脂、蛋白等产量指标之间的正相关关系也许会不一致。因此，研究文冠果表型性状特征与种子功能成分之间的关系，这也是良种选育所要面对的现实问题。为了阐明文冠果果实种子产量与种仁功能成分的关系，进一步明确育种导向，加快育种进程，本研究以25 个文冠果优良品系的果实为试验材料，对其果实的6 个表型性状指标（果实横径、果实纵径、单果种子粒数、种子百粒质量、种仁百粒质量、出仁率）和种仁的3 个功能成分指标（种仁含油率、粗蛋白含量、类黄酮含量）的分异性与关系进行了测定和分析，以了解与文冠果产量相关的果实表型性状指标在品种间的变异情况及其与种子功能成分之间的关系，为加快文冠果优良品种选育进程提供参考依据。

1 试验地概况

试验地位于山西农业大学文冠果良种繁育基地，其地理位置为37°25′27″N、112°34′42″E，海拔790 m，暖温带大陆性气候，四季分明。年平均日照时数2 500 ～2 600 h，年均温为5 ～10 ℃，7月均温24 ℃，1月均温-6.4 ℃，年降水量480 mm，无霜期180 d。基地内地势平坦，土壤为褐土，pH值为7.6 ～7.8，土壤有机质含量为1.79%。

2 材料与方法

2.1 材 料

本课题组采用根插和幼苗嫁接的方式将收集到的105 株野生文冠果优良单株的根及接穗于2008年定植在山西农业大学文冠果优良品系繁育基地内。经过本课题组成员的初步观察，从中挑选出表现较好、长势良好、已进入盛果期的25 个初选优良品系作为试验材料，其品系代码分别分TG（A/G/B）、TZ、LX、DX、YP，分别来自于太谷、天镇、临县、代县、原平。

2.2 果实表型性状指标的测定

用游标卡尺测量所采果实样品的横径和纵径，记录单果种子数。种子风干后，将各品系种子混合均匀，用四分法取混合种子100 粒，取3 个重复样品，用千分位天平称量种子百粒质量、种仁百粒质量，计算种子出仁率，计算公式如下：

出仁率(%)=种仁质量/种子质量×100%。（1）

2.3 种仁功能成分的测定

将粉碎后过100 目筛的种仁及滤纸置于电热鼓风干燥箱中于65 ℃下干燥至恒重。采用索氏提取法[14]测定种仁含油率，采用凯氏定氮法测定剩余油粕产品中粗蛋白的含量，采用紫外分光光度法测定类黄酮含量；计算公式分别如下：

式（3）中：V1为样品消耗的硫酸标准液的体积（mL），V2为试剂空白消耗的硫酸标准液的体积（mL)；N为硫酸标准液的浓度；m为样品质量；F为以氮换算蛋白质的系数（6.25）。式（4）中：C为样品中类黄酮的浓度，M为所取样品的质量。

2.4 数据处理

利用Excel 软件进行数据整理、前处理及绘制表格，采用SPSS 软件对不同品系文冠果果实的6 个表型性状及种仁的3 种功能成分进行方差分析、相关分析、主成分分析及聚类分析，计算公式分别如下：

式（5）中：X表示数据的标准化值。式（6）中：F表示综合得分；Z表示主成分的得分，b表示主成分的贡献率。

3 结果与分析

3.1 文冠果果实及种仁特征指标的品系差异

对25 个品系文冠果果实的6 个表型性状指标进行了统计分析，结果见表1。表1显示：不同品系文冠果果实的表型性状之间有较大的差异。不同品系文冠果果实的主要表现为横径大，纵径也大，果实横径、纵径的最大差值分别为31.27、37.21 mm，其变异系数分别为12.87、14.78，果实横径、纵径均为6 个表型指标中变异较小的指标。果实体积最大的品系为G17，最小的为DX83。在25 个品系文冠果的果实中，平均单果种子粒数，最多的为25.80 粒，最少的为10.40 粒，前者为后者的2.48 倍。文冠果种子百粒质量最大的品系为G17，其种子百粒质量为166.92 g；种子百粒质量最小的品系为B001，其种子百粒质量仅为60.27 g。种子百粒质量大于100 g 的品系个数占供试品系总数的40%，种仁百粒质量大于50 g 的品系个数占供试品系总数的48%，出仁率高于50%的品系个数占供试品系总数的36%。种仁百粒质量的变异最大，其变异系数为34.80%；种子出仁率主要集中为40%～50%，其变异系数为14.97%。

表1 文冠果果实各表型性状指标的品系差异Table1 Variation analysis of phenotypic characters of different X.sorbifolia strains

3.2 文冠果种仁功能成分的品系差异

25 个文冠果优良品系种仁的3 种功能成分的测定结果见表2。由表2可知，进入盛果期的不同品系文冠果在相同生长环境条件下其含油率、粗蛋白含量、类黄酮含量均存在不同程度的差异，不同品系文冠果含油率、粗蛋白含量、类黄酮含量的均值分别为55.42%、27.50 mg/g、16.37 mg/g。25 个文冠果优良品系的种仁含油率集中为50%～60%；其中，LX01-1 的种仁含油率最高，为60.53%；G40 的种仁含油率最低，为49.23%；仅有G40、G60 这2 个优良品系的含油率小于50%。在25 个品系中，有23 个品系的种仁粗蛋白含量均在25%以上；其中，种仁粗蛋白含量最高的品系为A092，其含量为30.59 mg/g，显著高于其他优良品系。种仁中类黄酮含量最高的优良品系为YP06，其含量为20.57 mg/g；其含量最少的品系为G40，其含量仅有12.46 mg/g。3 种功能成分的变异系数由大到小依次为：类黄酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。这一测定结果说明，种仁中类黄酮含量的离散程度明显高于种仁中粗蛋白含量和含油率的离散程度，不同品系种仁中的油脂和粗蛋白这两种营养成分的含量均相对集中。

表2 文冠果种仁含油率及油品功能成分的品系差异†Table2 Difference analysis of oil content and functional components of X.sorbifolia

3.3 不同文冠果优良品系主要性状分析

将25 个文冠果优良品系种仁的含油率（X1）、粗蛋白含量（X2）、类黄酮含量（X3）这3 种功能成分指标和果实纵径（X4）、果实横径（X5）、单果种子粒数（X6）、种子百粒质量（X7）、种仁百粒质量（X8）、出仁率（X9）这6 个表型性状指标的测定值按公式（5）进行标准化处理后再进行相关性分析，结果见表3。表3表明：文冠果果实横径与纵径间呈极显著正相关关系；单果种子粒数与种子百粒质量和种仁百粒质量之间、种仁百粒质量与出仁率之间均呈显著正相关关系。种仁含油率、粗蛋白含量、类黄酮含量分别与种子百粒质量、种仁百粒质量、出仁率呈显著正相关关系。可见，9 个指标中的部分指标所提供的信息出现了明显的交叉现象，说明评价指标间还有缩减的空间。

为了分析9 个指标的作用，对此9 个指标进行了主成分分析，即从原有的9 个指标中提取出3 个相互独立的综合指标（即F1、F2、F3这3 个主成分），其累计贡献率达81.679%，说明这3 个主成分可以解释9 个指标原有信息中的绝大部分信息。然后，根据各品系在3 个主成分中的得分情况进行综合评价和排序，结果见表4。由表4可知，排在前5 名的优良品系依序为：LX01-1、G17、A034、YP06、A092。

最后采用欧氏距离聚类分析法，以种仁含油率、果实横径、单果种子数、种仁百粒质量这4 个主要性状指标对25 个文冠果优良品系进行分类，结果如图1所示。由图1可知，以欧氏距离10 为划分标准，可将25 个文冠果品系划分为如下4 类。第1 类 包 括G40、G60、TG04、A176、A430、B001、G25、G13、A064、G67、G73 等10 个品系，其表现为：种仁含油率、粗蛋白含量和类黄酮含量均较少；其果径集中为50 ～65 mm，单果种子粒数为10 ～16 粒，种子百粒质量为60 ～90 g，种仁百粒质量为25 ～40 g，出仁率为30%～45%。此结果与主成分分析综合评分较低品系的表现结果一致。第2 类包括TZ03、G76、LX65、A065、DX83、YP06、A067、G43、A034、A283、A092、A099 等12 个品系，其表现为：种仁的含油率、粗蛋白含量和类黄酮含量均较高；其果径集中为50 ～75 mm，单果种子数为11 ～19 粒，种子百粒质量87 ～150 g，种仁百粒质量47 ～80 g，出仁率45%～60%。此结果与主成分分析综合评价结果较好的品系表现一致。第3 类为G17，其单果种子粒数最多且种子百粒质量最大。第4 类为LX01-1，其种仁含油率和粗蛋白含量均最高。

表3 不同品系文冠果种仁的3 种功能成分与果实的6 个表型性状之间的相关分析结果†Table3 Correlation analysis between 3 kernel functional components and 6 fruit phenotype characters of different strains

表4 文冠果优良品系的主成分得分及综合评价结果Table4 Principal component score and ranking of 25 strains of X.sorbifolia

比较文冠果种仁功能成分含量高和含量低的品系可知，各品系在种子百粒质量、种仁百粒质量、出仁率上均存在更加明显的差异；而其在果径、单果种子粒数上的差异均相对较小。如果以种仁功能成分含量为目的进行品种筛选，那么果径、单果种子粒数等果实表型性状指标就都没有什么参考意义了，而其种子百粒质量、种仁百粒质量、出仁率则均可作为相关参考指标。

4 讨论与结论

4.1 讨 论

4.1.1 文冠果果实表型性状的品系差异分析

目前国内外十分重视表型多样性的研究，有关研究者认为，表型多样性是遗传多样性与环境多样性的综合表现，是遗传多样性研究的先导和基础，也是遗传多样性研究的重要内容。利用表型性状研究群体的遗传多样性，具有简便快速的优点，至今仍然是十分重要且行之有效的[15-16]。变异系数作为表型多样性的重要指标，反映出种质差异的范围和程度，决定着资源选择的空间[17-18]。白鑫磊等[19]对160 株文冠果21 个性状变异程度的分析结果表明：各指标之间均有不同程度的变异，其中，单株果实个数、果实质量等指标的变异系数均高达80%以上，试验样株表现出了较为丰富的遗传多样性。本研究结果表明，文冠果在表型性状上具有明显的差异类型且其差别较大。种仁百粒质量变异系数最大的为34.80%，单果种子粒数、种子百粒质量的变异系数均集中为20%～30%，果径、出仁率的变异系数均小于15%，说明这两种表型性状在品系间的变化均相对稳定。而文冠果25 个品系果实横径的变异系数最小，仅为12.87%，这说明25 个品系文冠果的果实和种子的表型性状在种源间存在着丰富的遗传多样性。

图1 不同文冠果优良品系主要性状的聚类分析结果Fig.1 Cluster analysis of main characters of different X.sorbifolia strains

4.1.2 文冠果种仁功能成分含量的品系差异分析

文冠果种仁富含多种功能活性成分。前人研究发现，不同产地的文冠果之间其营养及功能活性成分含量均存在较大差异。孙丙寅等[20]的研究结果表明，我国西北地区4 个产地的文冠果种仁的3 种功能成分含量不同，其蛋白质含量为11.32%～18.20%，其脂肪含量为54.06%～57.95%，其总糖含量为2.18%～3.17%。本研究结果证明，收集于山西省不同市县的野生优良单株在同一地区定植其功能成分含量仍不相同，种仁含油率高低差值最大的为11.30%，粗蛋白含量高低最大相差16.4 mg，类黄酮含量高低最大相差8.01 mg。这一结果说明，原先不同产地的植物均有其适地适树的品种特性及生长规律，这就决定了个体间的遗传结构和变异特征，因而表现出丰富的表型多样性和遗传多样性[27]。

4.1.3 文冠果优良品系种仁功能成分与果实表型性状之间的关系

文冠果的生物学性状较多，且各个性状之间存在着错综复杂的关系，致使其提供的信息有交叉现象，难以从中得出简明的规律[21]。斯钦毕力格等[22]对内蒙古万家沟地区山杏14 个表型性状与3 个营养成分的变异分析结果表明，3 种营养成分与果径之间均存在相关关系，此研究结果为功能成分高的文冠果优良品种的筛选提供了一定的参考依据。本研究结果表明，以文冠果种仁功能成分含量为目标的良种筛选，其种子百粒质量、种仁百粒质量、出仁率均可作为参考指标。部分研究者证明，油脂和蛋白质合成在一定程度上具有相对独立性[23]。文冠果种仁中的油脂含量和粗蛋白含量具有正相关性，说明可能因为空间阻隔或其他障碍阻止了两者间的联系，导致两者同时积累，也可能因为脂肪代谢与蛋白质代谢并没有相互转化[24]。至于其具体原因，尚待进一步研究。

总的来说，文冠果种源及家系的确定有待加强。前人研究结果表明，以文冠果耐寒性为目标的良种筛选工作还处于树种的确定阶段。所以，本研究所选材料是山西农业大学文冠果良种繁育基地的25 个优良无性系，此研究结果对于其他地区文冠果的选育意义有待进一步考察。而文冠果的种质资源是多样的，同时受到遗传因素与环境因子的共同作用。因此，文冠果果实表型特征与种仁功能成分含量关系的研究仍需进一步从分子水平上进行遗传多样性分析。

4.2 结 论

本研究对山西农业大学文冠果良种繁育基地内25 个初选品系的果实表型性状和种仁功能成分在品系间的差异情况进行了分析，得出了如下研究结果，为文冠果良种品系品种的选育奠定了基础。

1）现有初选文冠果无性系果实表型性状在品系间的遗传变异大，存在丰富的选优潜力。种仁百粒质量的变异系数最大，达到34.80%，种子百粒质量、单果种子粒数、出仁率、果实纵横径的变异系数也都在10%以上。其主要表现为：单果种子粒数越多，种子、种仁质量越重，出仁率则越高。

2）文冠果种仁3 种功能成分含量在品系间的差异也很显著，且其变异系数的大小顺序为：类黄酮含量＞粗蛋白含量＞含油率。其种仁含油率集中为50%～60%，最大差值为11.30%；粗蛋白含量为24.13 ～30.59 mg/g；类黄酮含量为12.46 ～20.57 mg/g。

3）相关性分析、主成分分析及聚类分析结果都表明，果实表型性状在品系内相对稳定，而在品系间的差异却较大，且与种仁功能成分之间的关系密切。果实表型性状较好与种仁功能成分含量较高的品系分别为LX01-1、G17、A034、YP06、A092。种子性状可以作为挑选良种的最易选择的表型性状，而果实性状基本没有参考意义。因此建议，文冠果优良单株的初选参考标准为：种子百粒质量≥90 g，种仁百粒质量≥50 g，出仁率≥48%。