无患子种实性状评价与优良单株初选

谢凯瑶， 张 珉， 吴际友, 庞文胜， 姚鸿翼, 程 勇,司红英， 王 兵, 吴其军， 魏志恒， 盛克寨

(1.湖南绿村生态科技有限公司， 湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 3.平江县林业局， 湖南 平江 410400； 4.湖南无患子农林发展有限公司， 湖南 石门 415300)

无患子SapindusmukorossiGaertn为无患子科Sapindaceae无患子属Sapindus落叶乔木，别名洗手果、肥皂树、菩提子等，是良好的园林绿化树种，主要分布于我国南部、西南部、东部及其相邻国家[1-2]。同时，由于其果实所产生的皂苷具有良好的去污能力和抗菌、抗肿瘤等药效，无患子被广泛应用于医学和日化用品领域[3-4]，对它的研究也越来越受到国内外科学家的重视。

近年来，我国无患子的栽培面积越来越大，但在生产上还存在着果实质量差、产量低等问题[5]。无患子的果肉主要生产皂苷，种仁生产油脂，因此，无患子的种实性状是其重要的经济性状[6]。本研究对无患子的种实性状进行了评价，对其良种选育有着重要的指导意义。

1 试验区概况

试验用无患子果实来自于湖南省的吉首市、平江县、石门县、常德市、长沙市。各产地的气候因子及地理位置如表1所示。湖南省地处长江中游，年平均气温在15～18℃之间，降水量在1200～1700mm之间，雨水充沛。

表1 各无患子产地气候因子及地理位置Tab.1 Climatic factors and geographical location of differ-ent habitats of Sapindus mukorossi采集地经度/(°E)纬度/(°N)海拔/m年均气温/℃年均降水量/mm吉首市28.21 113.36 25617.5 1 425平江县28.42113.3533716.81 451石门县29.58 111.38 22716.8 1 654常德市29.06 111.68 13416.7 1 667长沙市28.13 113.00 7417.2 1 361

2 研究方法

2.1 果实采集及种实性状测量

分别于吉首市、平江县、石门县、常德市、长沙市等地采集成熟的无患子果实，各地均选择生长良好、结实正常的无患子单株6株，共30株作为样株，样株间间距保持在50m以上。所选无患子单株的编号见表2。在选择好的样株上随机采集3kg左右果实样本，然后从采集的果实样本中随机抽取30粒果实，测量果横径、果纵径、鲜果质量、种子质量、果皮质量、种子横径、种子纵径和种子侧径等种实性状指标，并计算以下反映果实和种子形态特征及质量的指标。

果肉果核比=果皮质量/种子质量；

果实形态指数=果横径/果纵径；

种子形态指数=种子横径/种子纵径；

果实大小指数=果横径×果横径×果纵径；

种子大小指数=种子横径×种子纵径×

种子侧径。

表2 供试无患子单株Tab.2 The individual Sapindus mukorossi for test编号单株编号单株编号单株JS1吉首1号SM1石门1号CD13常德13号JS2吉首2号SM3石门3号CD15常德15号JS3吉首3号CD1常德1号CD18常德18号JS4吉首4号CD2常德2号CD19常德19号PJ1平江1号CD4常德4号CD24常德24号PJ3平江3号CD5常德5号CD25常德25号PJ5平江5号CD6常德6号CD26常德26号PJ7平江7号CD7常德7号CD27常德27号PJ10平江10号CD8常德8号CD30常德30号CS4长沙4号CD9常德9号CD36常德36号

2.2 主成分分析

采用主成分分析法[7]对数据进行分析。将无患子单株的鲜果质量、果肉质量、种子质量、果肉果核比、果实形态指数、种子形态指数、果实大小指数、种子大小指数等8个种实性状的原始数据进行标准化处理，计算8个种实性状相关矩阵的特征向量和特征根，根据所得的特征根和原变量数值计算各个主成分的贡献率和方差贡献率，依据特征值和方差累积贡献率提取主成分因子。

2.3 优良单株选择

通过比较无患子各单株果实的主成分得分值和综合得分值来进行优良单株选择。根据各个主成分的特征向量列出计算公式，再根据公式计算得出无患子各单株的果实主成分得分值和综合得分值。具体计算公式如下：

Yi=∑Fi×Xj。

(1)

式中:i表示各个主成分；j表示各主成分因子；Yi为各单株的主成分得分值；Fi为各主成分因子的特征向量值；Xj为各个主成分所对应的指标值。

Y=∑Yi×yi。

(2)

式中:Y为各单株的综合得分值；yi为对应的各主成分因子的贡献率。

2.4 数据处理

利用Excel 2007、SPSS 19.0进行数据统计与分析。

3 结果与分析

3.1 无患子单株种实性状的差异

30株无患子单株的种实性状指标统计结果见表3。由表3可以看出：30个无患子单株种实性状指标的变异系数在5.22%～32.54%之间，其中果肉质量的变异系数最大，为32.54%；种子形态指数的变异系数最小，为5.22%；鲜果质量、种子质量、果实大小指数和种子大小指数的变异系数均较大，分别为20.88%、20.89%、23.73%和21.83%。除种子形态指数和果实形态指数外，其他种实性状指标在无患子单株间均存在显著差异，表明参选的无患子单株具有可选择性。

表3 30个无患子单株种实性状指标统计结果Tab.3 The statistical results of the seed traits of 30 plant species of Sapindus mukorossi指标均值标准差变异系数/%鲜果质量5.33 g1.11 g20.88种子质量1.80 g0.38 g20.89果实形态指数0.860.067.13果实大小指数12.042.8623.73果肉质量3.53 g1.15 g32.54果肉果核比1.550.1610.34种子形态指数0.100.055.22种子大小指数2.960.6521.83

3.2 无患子种实性状的主成分分析

由表4、表5可知：前3个主成分的特征值均大于1，累计方差贡献率为85.479%，符合累积方差贡献率大于80%的主成分选取原则。第一主成分的方差贡献率为45.131%，特征值为3.61，其构成因子为最重要的主成分因子；在第一主成分中，鲜果质量、果肉质量、果实大小指数和种子大小指数等因子表现显著，因此将第一主成分定义为构成种实质量和体积的因子，即种实产量因子。第二主成分的方差贡献率为27.131%，特征值为2.17；在第二主成分中，种子质量和果肉果核比表现显著，因此将第二主成分定义为出果出仁因子。第三主成分的方差贡献率为13.217%，特征值为1.057；在第三主成分中，果实形态指数和种子形态指数表现为显著，因此将第三主成分定义为种实形态因子。前3个主成分能显著地的反映无患子果实的主要种实性状特征。

表4 无患子种实性状主成分的方差贡献率Tab.4 Variance contribution rate of the main components of the seed and cone traits Sapindus mukorossi解释的总方差成分初始特征值提取平方和载入合计方差/%累积/%合计方差/%累积/%F13.61045.13145.1313.61045.13145.131F22.17027.13172.2622.17027.13172.262F31.05713.21785.4791.05713.21785.479F40.5116.39191.870F50.3204.00095.870F60.1361.70297.572F70.1151.43399.005F80.0800.995100.000 注:F1表示第一主成分;F2表示第二主成分;以此类推。下同。

表5 无患子种实性状主成分特征向量及其显著性Tab.5 Principal component eigenvectors and significant factors of the seed and cone traits Sapindus mukorossi指标主成份F1F2F3鲜果质量0.261∗-0.0150.154果肉质量0.211∗-0.1880.349种子质量0.1920.303∗-0.086果肉果核比-0.0760.394∗-0.308果实形态指数-0.0790.2870.470∗种子形态指数-0.1140.1450.686∗果实大小指数0.243∗-0.0120.038种子大小指数0.209∗0.274-0.069 注:∗表示显著(P<0.05)。

3.3 无患子优良单株选择

依据公式(1)和公式(2)分别计算各单株3个主成分的得分值和综合得分值，将其中三个主成分得分值和综合得分值排在前5位的单株列入表6。

表6 各主成分得分值和综合得分值排名Tab.6 Ranking of scores of each principal component and comprehensive score排名株号F1株号F2株号F3株号综合1JS20.514CD20.918JS30.674JS20.6032JS10.486CD130.897JS10.636JS10.5483SM30.388JS20.835JS40.620CD20.5414JS40.358CD150.828CS40.557SM30.5235PJ100.353CD70.803CD360.557CD130.513

由表6可知：第一主成分得分值高的为吉首2号、吉首1号、石门3号、吉首4号和平江10号，第二主成分得分值高的有常德2号、常德13号、吉首2号、常德15号、常德7号，第三主成分得分值高的有吉首3号、吉首1号、吉首4号、长沙4号和常德36号；综合得分值高的有吉首2号、吉首1号，常德2号，石门3号和常德13号。依据产量因子，出果出仁率等主要种实性状筛选优良单株。考虑高产果型，则选择吉首2号、吉首1号、石门3号等为优良单株；考虑高产果肉型，则选择常德2号、常德13号、吉首2号等为优良单株。

4 结论与讨论

4.1 结论

4.1.1 无患子单株的果实性状存在显著差异 无患子的初选单株间，除种子形态指数和果实形态指数外，其他种实性状的差异均显著，其中果肉质量的变异系数达到了32.54%，另外鲜果质量、种子质量、果实大小指数和种子大小指数的变异系数均较大，分别为20.88%，20.89%，23.73%和21.83%，而种子形态指数和果实形态指数的变异系数仅为5.22%和7.13%。说明参选无患子单株的种实质量性状变异较大，形态性状变异小，相对较稳定。表明可以以本试验所选取的无患子种实性状指标进行优良单株选择，并按照不同生产目标选择和推广应用优良单株。

4.1.2 无患子种实性状的主成分 选择鲜果质量、果肉质量、种子质量、果肉果核比、果实形态指数、种子形态指数、果实大小指数、种子大小指数等指标进行主成分分析，得出累积方差贡献率为85.479%的三个主成分，其累积方差贡献率大于80%，具有生物学意义。三个主成分分别为种实产量因子、出果出仁因子和种实形态因子，其中种实产量因子的特征向量较大的为鲜果质量、果肉质量、果实大小指数和种子大小指数，出果出仁因子的特征向量较大的为种子质量和果肉果核比，种实形态因子的特征向量较大的为果实形态指数和种子形态指数。表明，在优良单株选择时，应该选取果实体积和质量大且形态较圆的单株。

4.1.3 参选无患子的种实性状评价和优良单株选择 第一主成分得分值高的为吉首2号、吉首1号，第二主成分得分值高的有常德2号、常德13号，第三主成分得分值高的有吉首3号、吉首1号；综合得分值高的有吉首2号、吉首1号，常德2号，石门3号和常德13号。因此，在参选的30株无患子中，以提取出来的三个主成分为指标，充分考虑选择目标，考虑高产果型，则选择吉首2号、吉首1号为优良单株；考虑高产果肉型，则选择常德2号、常德13号为优良单株。综合种实性状表现良好的单株有吉首2号、吉首1号、常德2号、石门3号和常德13号，这些单株优势明显，可选为综合表现良好的优良单株。

4.2 讨论

物种的表型多样性是多种因素共同作用的结果，其中影响较大的除环境因素外，基因型也是一个重要的影响因素[8-9]。对于无患子这种经济树种来说，果实是最重要的部位，种实性状差异越大，说明无患子单株间可能存在的遗传变异也越大，因此，以无患子的种实性状作为优良单株选择的依据具有非常重要的意义。研究发现，参选无患子的种实性状具有显著的差异，尤其是果肉质量、鲜果质量、种子质量、果实大小指数和种子大小指数等的变异系数均较高，说明无患子单株选择对其遗传改良有着重要的意义。

对于无患子而言，种仁中的油脂和果肉中的皂苷是最重要的经济因子[10-11]。本研究尚未对油脂和皂苷因子进行分析，存在着一定的局限性。在未来的研究中，将重点开展无患子种仁中油脂和果肉中皂苷的研究，以期为无患子的良种选育奠定更为坚实的基础。