无刺梅花椒‘武选1号’区域试验

任 苗，王 勃，杨建雷，武 衡，林 云，朱德琴

（陇南市经济林研究院 花椒研究所，甘肃 武都 746000）

花椒Zanthoxylum bungeanum为芸香科Rutaceae花椒属Zanthoxylum落叶灌木或小乔木，原产于我国中西部，其果实是传统的调味品、香辛料和中药材。花椒果实的主要化学成分有烯烃类、酰胺类、黄酮类、生物碱等，现代医学研究结果表明花椒还具有抗氧化及抗癌功效[1-2]。

我国花椒栽植面积和产量均居世界第1 位。花椒树枝条密生皮刺，其果实采摘不易，人力成本高。目前，市面上虽然已有一些采摘机械和化学制剂，但尚无完全有效替代手工采摘的方法[3]。日本和韩国的无刺花椒选育取得了一些研究成果[4-5]，国内无刺花椒品种选育也开始在各地兴起[3,6-8]。

甘肃省陇南市花椒研究所从2004年开始进行无刺花椒树选优工作，并在武都区角弓镇下猴子村发现梅花椒无刺（稀刺）单株[9]，经过3年跟踪调查，2007年将其确定为优树。经过嫁接繁育试验、大田栽培试验，以及测定其性状稳定性和采摘功效，2016年起在前期试验结果的基础上[8]，在武都区鱼龙镇、文县丹堡镇、礼县石桥镇，对‘武选1 号’无刺梅花椒进行不同海拔、不同纬度的区域试验。为给‘武选1 号’无刺梅花椒在陇南市全境以及其他花椒产区推广种植提供参考，针对目前陇南市境内梅花椒较‘大红袍’花椒栽培范围小、适应海拔低的实际[10]，对‘武选1 号’无刺梅花椒和对照实生‘大红袍’花椒在3 个区试点的物候期、产量、果实和皮刺表型性状进行了比较、主成分分析和相关性分析，并分析了表型性状的遗传距离。

1 材料与方法

1.1 区试点概况

在陇南市境内花椒主栽区域选取3 个代表性区试点：文县区试点、武都区区试点、礼县区试点。

文县区试点位于丹堡镇杨杜沟村，海拔1 680 m， 地理坐标104°45′20″E，32°35′46″N，属亚热带向暖温带过渡区，年平均气温为15 ℃，降水量为400～1 000 mm，年平均日照1 800 h，无霜期280 d，园地为梯田，土层深厚。武都区区试点位于鱼龙镇仓河坝村，海拔1 560 m，地理坐标105°8′60″E，33°31′57″N，属亚热带向暖温带过渡区，年平均气温15 ℃，降水量400 ～900 mm，年平均日照 1 870 h，无霜期210 d，园地为河坝地，土层厚度中等。礼县区试点位于石桥镇圣泉村，海拔1 560 m， 地理坐标105°10′34″E，34°8′55″N，属温带大陆性季风气候区，年平均气温10 ℃，降水量500 mm，年平均日照1 960 h，无霜期180 d，园地为缓坡地，土层深厚。为了更好地贴近生产实际，各试验点制定统一的栽培管理技术指导意见，由参试农户自主经营。

1.2 试验材料

试验苗木‘武选1 号’无刺梅花椒（图1）为2015年夏季以‘八月椒’作砧木嵌芽接繁育而成，对照选择2015年秋季播种的陇南市主栽品种‘大红袍’[11]的实生苗。2016年秋季在3 个区试点同时栽植。采集数据时，排除边缘效应，每个区试点每品种各选择3 株大小相对均衡且生长健壮的样树进行观测、取样和指标测定。

图1 ‘武选1 号’无刺梅花椒样株Fig.1 Sample tree of Z.bungeanum ‘Wuxuan No.1’ Prickless

1.3 试验方法

1.3.1 物候期观测

选择萌芽、现蕾、展叶、开花、果实成熟、落叶6 个主要物候期进行观测。物候现象变化较快的季节每周观测1 次，以3 株样树均出现物候现象的时间为物候期[12]。

1.3.2 果实表型性状及经济性状观测

统计每株样树的全部果穗数，然后任选1 个标准枝，间隔摘取5 个果穗作为样穗。统计单穗果粒数，称量单穗鲜果质量，根据平均单穗鲜果质量估算单株样树鲜果产量。选任1 个样穗，等距离抽取5 粒鲜果测量纵横径，计算果形指数。样穗统一烘干后，称量每穗干果皮和种子质量，计算干制率和出皮率。

1.3.3 皮刺表型性状观测

每株样树选择5 根当年新梢，测量枝条长度、无刺枝段长度、皮刺数量。任选其中1 根枝条，等距离摘取5 枚皮刺，测量皮刺的高、宽、厚3 个指标。计算无刺枝段比例和单位有刺枝段皮刺数。

1.4 数据分析

试验数据使用Excel 2010 和SPSS 23.0 统计软件分别进行单因素方差分析、相关性分析、主成分分析和系统聚类等。

2 结果与分析

2.1 无刺梅花椒和对照的物候期

各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的物候期见表1。由表1 可知，以旬为统计单位时，各区试点的‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’物候期表现一致。但纬度对物候期有明显的影响，武都区区试点和礼县区试点海拔相同，但纬度偏低的武都区区试点各物候期均早5 d 左右。海拔对物候期也有一定影响，文县区试点较武都区区试点纬度偏低，但其海拔高出120 m，物候期与武都区区试点基本一致。

表1 各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的物候期Table 1 Phenological periods of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

2.2 无刺梅花椒和对照的果实表型和经济性状

各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的果实表型和经济性状见表2。由表2 可知，在各项果实表型性状指标中，3 个区试点的‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’花椒的果形指数差异不显著，其余供试指标均有显著差异 （P＜0.05）。

单穗果粒数、千粒鲜果质量、单穗鲜质量和单穗干果皮质量均与产量密切相关，单穗果粒数反映数量，千粒鲜果质量反映质量，单穗鲜质量、单穗干果皮质量综合体现经济性能。各区试点间，‘武选1 号’无刺梅花椒以上指标均无显著差异；礼县‘大红袍’的单穗果粒数与武都区和文县‘大红袍’及礼县和文县‘武选1 号’差异显著；文县‘大红袍’的千粒鲜果质量与武都区和礼县‘大红袍’及3 个区试点的‘武选1 号’差异显著；文县‘大红袍’与礼县‘大红袍’的单穗干果皮质量差异显著。

干制率和出皮率是影响花椒经济性状的重要指标，比率越高，说明经济性状越优。文县‘大红袍’与文县‘武选1 号’、礼县‘武选1 号’及礼县‘大红袍’的干制率差异显著，礼县‘武选1 号’与武都‘武选1 号’及武都‘大红袍’干制率差异显著；文县‘大红袍’与其他区试点的‘大红袍’及各区试点的‘武选1 号’的出皮率差异显著。

因此，在果实表型和经济指标方面，‘武选1 号’无刺梅花椒在不同区试点之间差异不显著，较对照‘大红袍’性状更稳定。

2.3 无刺梅花椒和对照的皮刺表型性状

皮刺表型性状是无刺花椒选育中最重要的检验指标，皮刺大小（高、宽、厚）和数量（无刺枝段比例、单位长度有刺枝段皮刺数）是评价无刺花椒性状的直接依据。各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的皮刺表型性状见表3。由表3 可知，各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’花椒的新梢长无显著差异，其余指标均差异显著（P＜0.05）。

表2 各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的果实表型和经济性状†Table 2 Fruit phenotypic and economic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

表3 各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的皮刺表型性状Table 3 Prickle phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

就皮刺数量而言，在同一区试点，‘武选1 号’与对照‘大红袍’间无刺枝段比例、单位长度有刺枝段皮刺数有显著差异，且‘武选1 号’的各指标优于‘大红袍’。其中，礼县‘武选1 号’的无刺枝段比例最高，礼县‘大红袍’的最低，前者比后者高出69 百分点；礼县‘武选1 号’的单位有刺枝段皮刺数最少，礼县‘大红袍’的最多，前者仅为后者的40%。

皮刺的高、宽、厚从三维层面反映花椒皮刺的大小。在不同区试点‘武选1 号’皮刺的高、宽、厚无显著差异；在同一区试点，就皮刺的高和宽而言，‘武选1 号’与对照‘大红袍’间有显著差异，就皮刺厚而言，仅礼县区试点‘武选1 号’与对照‘大红袍’间有显著差异。所有区试点‘武选1 号’皮刺的高、宽、厚均小于对照‘大红袍’，其中武都‘武选1 号’的皮刺最短，礼县‘大红袍’的最长；文县‘武选1 号’的皮刺最窄，礼县‘大红袍’的最宽；文县‘武选1 号’的皮刺最薄，礼县‘大红袍’的最厚。

因此，在3 个区试点‘武选1 号’无刺梅花椒皮刺性状与对照‘大红袍’区别明显，表现出良好的无刺性状，同时各区试点‘武选1 号’无刺性状差异不显著，说明‘武选1 号’无刺梅花椒无刺性状稳定性较好，受环境的影响较小。

2.4 无刺梅花椒和对照的皮刺性状及产量稳定性

2.4.1 皮刺稳定性

‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的无刺性状变异系数见表4。由表4 可知，‘武选1 号’的无刺枝段比例和皮刺宽的变异系数低于对照‘大红袍’，‘武选1 号’的单位有刺枝段皮刺数、皮刺高、皮刺厚等性状的变异系数高于对照‘大红袍’。因此，在不同区试点，‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’的皮刺性状稳定性基本相同。

表4 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的皮刺性状变异系数Table 4 Variation coefficient of prickle traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.4.2 产量稳定性

‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的单株鲜果质量和变异系数见表5。由表5 可知，3 个区试点‘武选1 号’的变异系数为26.97%，对照‘大红袍’变异系数为37.13%，说明在各区试点，‘武选1 号’的产量较‘大红袍’稳定。

表5 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的单株鲜果产量及其变异系数Table 5 Fresh fruit yield and variation coefficient of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.5 无刺梅花椒和对照表型性状的相关性分析

各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒和对照实生‘大红袍’的果实及皮刺表型性状间的相关系数见表6。由表6 可知，无刺枝段比例与单位有刺枝段皮刺数、皮刺宽、皮刺厚、皮刺高呈极显著负相关；单位有刺枝段皮刺数与干制率、皮刺厚呈显著正相关，与出皮率、皮刺宽、皮刺高呈极显著正相关；单穗果粒数与单穗干果皮质量呈极显著正相关；果形指数与出皮率呈显著正相关；千粒鲜果质量与干制率、出皮率呈极显著负相关。

表6 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的表型性状相关系数†Table 6 Correlations analysis between phenotypic characteristic indexes of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.6 无刺梅花椒和对照表型性状的主成分分析

在不损失原有数据信息的前提下，将相关的多个性状指标通过降维的方法综合成数量较少且相互独立的几个因子代表原有多个变量的信息[13]，对3 个区试点‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’花椒的果实及皮刺表型性状数据进行主成分分析，结果见表7。由表7 可知，前5 个主成分累计贡献率为86.379%，说明其能较完整地反映原始数据的信息。

前5个主成分中各性状指标的特征向量见表8。 由表8 可知，第1 主成分贡献率为31.964%，其中单穗鲜质量、单穗干果皮质量、单穗种子质量和单穗果粒数的贡献率系数较大，这4 个性状指标可归纳为单穗产量因子；第2 主成分贡献率为26.903%，其中皮刺高和皮刺宽贡献率系数较大，可归纳为皮刺大小因子；第3 主成分贡献率为10.480%，其中千粒鲜果质量贡献率系数较大；第4 主成分贡献率为8.839%，其中新梢长贡献率系数较大；第5 主成分贡献率为8.194%，其中果形指数贡献率系数较大。

表7 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的表型性状的主成分分析Table 7 Principal component analysis on phenotypic characteristic indexes of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

表8 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的表型性状前5 个主成分的特征向量Table 8 Eigenvectors of the former five principal components of phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.7 无刺梅花椒和对照表型性状的聚类分析

各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’花椒的果实及皮刺表型性状的聚类结果如图2 所示。由图2 可见，相较于文县和礼县区试点‘大红袍’，武都区区试点‘大红袍’与3 个区试点‘武选1 号’无刺梅花椒的表型性状的欧氏距离更接近，符合‘武选1 号’试验苗木在武都区繁育出圃的实际情况；礼县区试点‘大红袍’单独聚为一类，符合礼县区试点与武都区和文县区试点气候有差异的实际；在欧式距离为5处，3 个区试点‘武选1 号’无刺梅花椒聚为一类，说明在3 个区试点不同地理条件下‘武选1 号’无刺梅花椒性状一致。

图2 ‘武选1 号’无刺梅花椒和实生‘大红袍’的 表型性状聚类Fig.2 Cluster analysis of phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

3 结论与讨论

本试验中对2019年陇南市3 个不同纬度、不同海拔区试点的‘武选1 号’无刺梅花椒与对照实生‘大红袍’花椒的物候期、产量、果实表型性状、皮刺表型性状等进行了测定与分析。结果表明，各区试点‘武选1 号’无刺梅花椒物候期基本一致；在果实经济指标方面，同一区试点‘武选1 号’与对照‘大红袍’差异不显著，‘武选1 号’的产量稳定性略优于‘大红袍’；在皮刺性状方面，‘武选1 号’表现出良好的无刺性状和稳定性。通过对果实和皮刺表型性状的主成分分析，选出了5 个主要因子。果实和皮刺表型性状的系统聚类分析结果表明，当欧式距离为5 时，‘武选1 号’无刺梅花椒聚为1 类，说明在不同的地理条件下‘武选1 号’无刺梅花椒性状保持一致。因此，‘武选1 号’无刺梅花椒经济性状和无刺性状良好且稳定，具有较大的推广价值。

植物表型性状是遗传基因表达的结果，是较为直接且易操作的研究指标[14-17]。本试验结果表明，种源生长变异主要受遗传控制，受区域环境因子影响较小[18]。区域试验结果直观体现出‘武选1 号’在不同区试点的适应性及稳定性。

主成分分析法被广泛用于经济树种的选优工作，如核桃楸[19]、麻疯树[20]等。在无刺花椒区域试验中涉及的生物学性状较多，信息也会出现重叠，利用主成分分析法既能把握品种的综合表现，又能简化选择程序[21]。本试验中通过对果实和皮刺表型性状的主成分分析，研究了各指标间的关联性和各指标作用的大小，筛选出5 个主要因子。在无刺花椒选育推广工作中，既要重视优良品种的选育，又要重视多点区域试验[22-23]。本试验中区试点范围较小，下一步应在海拔和纬度方面扩大区试点范围，另外，更多的生长结实、无刺性状与分布环境之间的互作效应也有待进一步研究。