云南八角果实形态多样性研究及种质潜力分析

余兴华，李玉祥，陶永宏，孟凡来，滕娟，黄兴粉

（文山州农业科学院，云南 文山 663099）

八角Illicium verum又称八角茴香，属木兰科Magnoliaceae八角属Illicium植物，为常绿乔木[1]，是我国北热带和南亚热带地区特有的经济林树种，果为著名的调味香料[2]。全世界八角属植物约有50种，分布于东南亚和北美洲，以东亚的中国为主，主要分布于广东、广西、云南等省区，在我国约有30种，能直接作为食用的只有八角这1种[3]。广西是我国八角的主产区，产量居全国第一，云南位居第二，主要分布在东南部的文山州[4]。

八角在食品[5-6]、药用[7-8]、饲用[9]、天然杀虫剂[10]、天然防腐[11]等方面均有较广泛的应用。自然条件下，八角的叶、花、果、树形等具有丰富的遗传多样性[12]，其果实为蓇葖果，可食部位为干燥的成熟果，果实形状可分为肥大正圆、瘦小不匀、肥大不匀、瘦小正形；分春果和秋果，花期较早的八角，幼果当年膨大，次年3—4月成熟，形成春果；花期较晚的，果实以幼果越冬，次年9—10月成熟，形成秋果，产量以秋果为主[2-3]。目前，对八角果用林的选育及遗传多样性研究已取得一定成效。例如，潘晓芳等[12]对广西和云南的八角果用林进行了优树选择，共选出136株优树。孙雪阳[1]应用分子标记AFLP评价了广西八角种质的遗传多样性，结果表明八角的花、果、叶、分枝习性差异显著，表型多样性丰富。陈海云等[13]应用RAPD评价了云南23个优良八角种质，结果表明无性系间遗传基础丰富，多态性较高。八角种质长期以实生种子繁殖，形成了类型众多、产量差异大、果期不一、性状各异的单株，其可挖掘的良种资源潜力巨大。

果实性状作为实生选育的重要指标，但针对八角果实性状多样性的研究仍不够详细。本研究对采自云南的八角单株果实性状进行了调查研究，以期评选出果实性状优良的类型，建立良种基因库，为我国优异八角种质的发掘与利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年9月，在八角果（秋果）成熟期，选取云南省文山壮族苗族自治州的富宁县、文山县、西畴县、麻栗坡县、砚山县共5个县的八角单株为采样母株，测试母株均为人工栽培八角，半野生粗放管理，每个来源地随机选取19～ 21株树龄为18年左右的单株，共计100株单株，测试材料具体信息见表1。

表1 试验材料详细信息Table 1 Provenances of seeds

1.2 研究方法

对测试单株中部枝条的果实性状进行调查，调查其果径、果厚、果柄长、单果鲜质量、千克果实数、饱满率、果角数、角瓣长、角瓣宽、角瓣厚、种子长、种子宽和种子厚共13个数量性状指标，种子通过新鲜果实的蓇葖果背面利用小刀划开并取出。每株样本随机选取30个果实，用游标卡尺测量果径、果厚、果柄长、角瓣长、角瓣宽、角瓣厚、种子长、种子宽、种子厚，取平均值，精确到0.01 mm。用电子天平测定单果鲜质量，取平均值，精确到0.01 g。计算千克果实数。果角数为每一个蓇葖果的角数。饱满率/%=（饱满角数/总角数）×100%。

1.3 数据分析

应用Excel 2010进行果实性状的数据整理，应用SPSS 21.0软件对13个果实数量性状进行平均值、标准差、最大值、最小值、极差、变异系数的统计分析；对其果实性状指标进行相关性、主成分分析。

植物多样性指数采用Shannon-Wiener多样性指数（H′）[14]，计算公式为：

式中，Pi为某性状第i级别内的材料份数占总份数的百分比。

采用DPS 9.01计算不同种质间的欧式遗传距离，将其遗传距离导入Mega 6.0中应用类平均法（UPGMA）绘制并优化聚类图[15]。

2 结果与分析

2.1 云南八角果实性状描述和统计

云南八角果实性状的形态描述统计分析见表2。由表2可知，八角的果径、果厚、果柄长等13个数量性状的变异系数在6.34%～ 23.67%，其中千克果实数的变异系数最大，其多样性指数在0.98～ 2.04，其中以单果鲜质量的多样性指数最高；平均果径、果厚、果柄长分别为2.95 cm、1.11 cm、3.70 cm，其中果柄长的变化比较丰富，最大值为5.00 cm，最小值为2.49 cm，变异系数为15.84 %；单果鲜质量与果实数的变化最大，平均单果鲜质量、千克果实数分别为3.59 g、293.95个，单果鲜质量最大值为5.79 g，最小值为1.84 g，千克果实数量最大值为543.33个，最小值为172.67个，呈现出八角果实大小不一的特征，千克果实数量具有明显的差异。鲜果的平均饱满率为69.19%，其最大值与最小值分别为90.83%、49.52%，说明八角果实在发育过程中具有一定的不均一性。平均果角数为8.17个，角数最多的为11.30个，最少的为7.30个；鲜果平均角瓣长、宽、厚分别为1.68 cm、1.17 cm、0.85 cm，其大小存在差异，极差分别为0.78 cm、0.64 cm、0.45 cm；种子的平均长、宽、厚分别为0.81 cm、0.54 cm、0.36 cm，极差分别为0.78 cm、0.64 cm、0.45 cm。综合云南八角果实性状形态的统计分析，表明其果实形态遗传变异丰富。

表2 八角果实数量性状统计分析Table 2 Fruit traits of I.verum

2.2 云南八角果实性状指标相关性分析

云南八角果实形态指标相关性分析结果见表3。

表3 八角果实性状相关性分析Table 3 Correlation analysis on fruit traits of I.verum

由表3可知，八角的果径与果厚、单果鲜质量、角瓣长、角瓣宽、角瓣厚、种子长、种子宽、种子厚呈极显著正相关关系（P＜0.01），与千克果实数呈极显著负相关（P＜0.01）；果厚与单果鲜质量、角瓣长、角瓣宽、角瓣厚、种子长、种子宽、种子厚呈极显著正相关关系（P＜0.01），与千克果实数、饱满率呈极显著负相关（P＜0.01）；果柄长与单果鲜质量呈极显著正相关（P＜0.01），单果鲜质量与角瓣长、角瓣宽、角瓣厚、种子长、种子宽、种子厚呈极显著正相关（P＜0.01）；角瓣长与角瓣宽、角瓣厚，角瓣宽与角瓣厚存在极显著的正相关关系（P＜0.01）。种子长与种子宽、种子厚，种子宽与种子厚存在极显著的正相关关系（P＜0.01）。

2.3 云南八角果实性状的主成分分析

为了综合评价果实性状遗传变异的主导作用，提取特征值大于1、累计贡献率大于80%的主成分，计算各果实性状的旋转主成分载荷与贡献，13个果实性状的成分载荷矩阵见表4。由表4可知，提取到的5个主成分累计贡献率达84.70%，特征值总和为11.01。第1主成分的特征值为3.36，贡献率为25.85%，主要由单果鲜质量（0.81）、千克果实数（－0.80）、果径（0.76）3个因子决定，反映了果实的大小特征，可称之为果质量因子。第2主成分的特征值为2.51，贡献率为19.33%，对它作用最大的性状依次是饱满率（－0.87）、果厚（0.67）、角瓣宽（0.66）、角瓣长（0.63），可称之为角瓣因子。第3主成分的特征值为2.46，贡献率为18.89%，种子厚（0.89）、种子宽（0.78）和种子长（0.69）起主要作用，可称之为种子因子。第4主成分的特征值为1.41，贡献率为10.84%，果柄长（0.92）具有较高的因子载荷，可称之为柄长因子。第5主成分的特征值为1.27，贡献率为9.79%，果角数（0.96）具有较高的因子载荷，可称之为角数因子。这些主成分可为果用林八角优良单株的选择提供表型依据。

表4 主成分载荷矩阵及贡献率Table 4 Principal component load matrix and contribution rate

2.4 不同单株八角果实性状综合评价

利用八角果实形态做因子分析，计算测试材料的主成分得分，根据5个主成分的贡献率与因子得分进行综合评价，其数学表达式为：

根据得分所评选到的前10位优良单株如表5。由表5可知，综合排名第1位（2020-232）、第3位（2020-230）、第9位（2020-215）的3个单株，为多角种质，其多角率分别为73%、100%和63.33%，果角数分别为9.67个、10.83个和9.00个，果径分别为3.45 cm、3.15 cm和3.15 cm，果厚分别为1.39 cm、1.22 cm和1.27 cm，果柄长分别为4.07 cm、4.12 cm和3.51 cm，单果鲜质量分别为5.42 g、4.50 g和4.55 g，千克果实数分别为184.67个、222.67个和220.00个，角瓣长分别为2.04 cm、1.85 cm和1.73 cm，角瓣宽分别为1.48 cm、1.30 cm和1.29 cm，角瓣厚分别为0.96 cm、0.78 cm和0.87 cm，多角种质呈现出良好的产量性状，具有潜在的增产力。综合排名第2、第4至第8、第10位的7个单株，依次是2020-254、2020-241、2020-231、2020-250、2020-227、2020-225、2020-224，其角数均为8，这些单株呈现出果径大、鲜果厚、角瓣长的特点，可作为八角果用林优良单株的备选种质。

表5 八角种质综合得分及排序Table 5 Comprehensive score and ranking of I.verum germplasm

2.5 不同单株八角果实性状聚类分析

聚类分析可以揭示类群间的遗传差异、相互关系。应用13个八角主要果实性状指标做系统聚类分析，结果如图1。

图1 基于果实形态的八角种质聚类图Figure 1 Clustergram of I.verum germplasm based on fruit morphology

由图1可知，100个测试单株可以聚为四个大类：第一类包括2020-216、2020-220、2020-221、2020-263等共计46个单株，其果柄长、角瓣长均较长，种子较宽，其果径、果厚、单果鲜质量、千克果实数、角瓣宽、角瓣厚中等，果实以此类型占比最多；第二类包括2020-229、2020-250、2020-231、2020-223等共计28个单株，其果径、果厚、单果鲜质量、角瓣宽、角瓣厚、种子长均是最大，千克果实数最小，呈现出较好的果实性状特征，在八角种质繁育、育种中可以作为优良种质加以利用；第三类包括2020-209、2020-297、2020-218、2020-256等共计22个单株，其果实稍小，但果角数发育正常，果实饱满，具有较好的外观形态；第四类包括2020-265、2020-252、2020-251、2020-269共计4个单株，其果厚、单果鲜质量、角瓣宽较小，果径、千克果实数、角瓣长、角瓣宽、角瓣厚均为最小，呈现出果实小的特点。

3 结论与讨论

3.1 讨论

变异系数可反映某一性状数据的离散程度，其系数越大说明对环境的适应性越强，系数小则说明性状相对稳定，遗传稳定性较好[16]。刘娟等[17]研究新疆杏Armeniaca vulgaris种质资源的表型遗传多样性后指出，变异系数在10%以上的表型性状变异分化比较明显。本研究通过对13个八角果实性状进行的调查分析表明，其平均变异系数为11.75%，其中千克果实数和单果鲜质量的变异系数较大，分别为23.67%、23.03%，其次是果柄长和饱满率，其变异系数均大于10%，表明八角果实在表型性状上表现出丰富的遗传多样性，其千克果实数、单果鲜质量、果柄长与饱满率具有潜在的选择价值。千克果实数、饱满率与八角果用林优树选择标准中的千克果实数，发育正常角数的选择目标是一致的[18]。

果实不同性状间存在相互的联系，李学科[19]研究表明八角果柄长与鲜果产量呈极显著正相关；果径与果厚、单果鲜重呈极显著正相关，与果角数呈显著正相关；果厚与果角数、单果鲜重呈极显著正相关。高腾[20]研究的春八角果实表明，其果宽和果重具有显著的相关性，果实厚与果实重呈现极显著相关性。本研究结果表明果柄长与单果鲜质量，果径与果厚、单果鲜质量，果厚与单果鲜质量呈极显著正相关性，这与前人研究的结果是一致的。

主成分分析能将较多相关的随机变量压缩成少量的综合指标，同时又能反映出原来较多因素的信息[21]。韦艺等[22]将核桃Juglans regia优良单株果实性状归纳为3个主成分，其累计贡献率94.07%。本研究将13个八角果实性状提取为5个主成分，即果质量因子、角瓣因子、种子因子、柄长因子、角数因子，其累计贡献率达84.70%，这些因子之间密切相关，因此在对八角果实产量性状进行研究时，要综合考虑这些因子间的相互作用。本研究的聚类分析将100个单株划分为4个类群，其中第二类群呈现出较好的果实性状特征，其果径、果厚、单果鲜质量、角瓣宽、角瓣厚、种子长均为最大，这一类群具有潜在的高产种质，能为育种材料的选择提供依据。

本研究根据5个主成分的贡献率与因子得分对八角果实性状进行综合评价，所评选的前10位种质，其平均果径为3.30 cm、果厚为1.28 cm、单果鲜质量为4.93 g、千克果实数为205个、饱满率为64.66%、果角数为8.63个，这些果实的形态呈现出果径大、果厚、单果鲜质量、千克果实数在200个左右、角瓣长、角瓣宽的特点，与八角果用林优树选择标准相符合，是潜在的高产果形种质。其中的3份为多角种质，分别是综合排名第1位的2020-232、第3位的2020-230、第9位的2020-215，角数多于8个是其显著的特点，可作为特异种质进行研究。八角通常由8枚彼此分离的心皮构成，同时，现有的八角林中存在多心皮的优良单株，具有潜在的增产能力，可通过单株选择、无性繁殖的方法培育多角形高产八角品种应用于生产。在八角优树的选择过程中，除果实性状外，还需考虑树形、分枝习性、叶片形态、抗性、含油量等性状。另外，表型遗传变异易受环境条件及栽培因素的影响，具有一定的局限性。因此，在后续的研究中还需结合DNA水平相关技术开展种质评价，以期为八角优异资源发掘利用、品种选育等提供理论依据。

3.2 结论

不同单株八角果实性状具有较多的表型差异，果实性状的变异系数在6.34%～ 23.67%，多样性指数在0.98～2.04，存在丰富的遗传多样性；果径大、果实厚、千克果实数小、角瓣大是八角果用林选择的主要形态指标；八角13个果实性状可提取为5个主成分，即果质量因子、角瓣因子、种子因子、柄长因子、角数因子，其累计贡献率达84.70%；总体上，八角果实各性状指标之间都存在极显著的相关性（P＜0.01）；依据主成分贡献率与因子得分综合评选出10份性状优异的八角种质，具有潜在的增产能力，其中3个单株为多角类型种质，可作为特异种质资源进行研究与扩繁，7个单株呈现出果径大、鲜果厚、角瓣长的特点。应用13个八角主要果实性状指标做系统聚类分析，100个测试单株可以聚为4个大类，第一类果实特征为中等，第二类较好，可在此类群中选择优良种质进行发掘利用，第三、第四类呈现出果实小的特征。这些种质的评选将为八角资源的发掘与利用提供依据。