浙江红花油茶优株筛选与综合评价

董 乐，李 田，黄文印，王 波，徐林初，徐立安，温 强

（1.江西省林业科学院 江西省油茶种质资源保护与利用重点实验室，江西 南昌 330032；2.南京林业大学 南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037）

油茶Camellia oleifera是山茶科Theaceae 山茶属Camellia中种子含油率高，具一定经济栽培价值植物的总称[1]。浙江红花油茶Camellia chekiangoleosa，又名浙江红山茶，是我国南方特有的油茶树种[2]。作为油茶主栽品种之一，浙江红花油茶花红、果大，具有观赏和油用双重经济价值[3]，其分布面积和产量在中国位居第4 位[4]。与目前推广主栽的普通油茶C.oleifera相比，浙江红花油茶自然集中分布于江西、浙江、福建等地的高海拔山区[5]，其籽仁含油率普遍可达60%以上[6]，高油酸特性也是浙江红花油茶油脂的普遍特点[7-8]，且其茶油品质、品相及油稳定性优于一般茶油[9]和其他红花茶油[10]。浙江红花油茶在低海拔引种可以正常开花结实，现有分布资源主要以实生繁殖为主，没有形成专门油用或观赏的优良品系[3]。

在浙江红花油茶的诸多近缘种中，腾冲红花油茶C.reticulata、广宁红花油茶C.semiserrata具一定的栽培面积，认知度较高。腾冲红花油茶已选育出了包括“云林1 号”[11]、“腾油12 号”[12]等几个良种。广宁红花油茶的选优工作业已启动[13]。作为具有巨大开发潜力的油茶树种，浙江红花油茶的品种选育研究亟待开展。目前，已制订普通油茶良种选育行业标准[14-15]，主要包括鲜果冠幅产量1 kg/m2以上，鲜出籽率40%以上，种仁含油率42%以上，油酸含量78%以上，病果率3%以下等指标。袁其琼等[16]总结腾冲红花油茶良种选育存在的问题，提出适合本种选优的全面综合各级关键因子逐级淘汰筛选法；孙佩光[13]以核心分布区的广宁红花油茶典型林分作为研究对象，筛选出13 株优良株，同时认为种仁含油率、鲜果出籽率、单果鲜重等8 个因素可以作为筛选广宁红花油茶优良种质的重要指标。由于树种特性的差异，浙江红花油茶品种选育无法参考现行的普通油茶选育标准，因而有针对性的制定标准并开展浙江红花油茶品种选育具有巨大现实意义。现有研究中，陈常理等[17]连续5年对41 株浙江红花油茶种实性状进行主成分分析和聚类分析，结果表明干籽产量为第1 主成分，贡献率为61.88%，是评价浙江红花油茶种质优劣性的重要指标。该研究仅针对同一产地浙江红花油茶优株的产量和种实性状等方面进行评价，没有考虑茶油品质性状，优株取样的广泛性也相对有限。

浙江红花油茶产业发展潜力巨大。由于当前品种选育工作尚处起步阶段，加之现有的选育方法的选育指标单一，或通过单一指标的简单叠加来实现，技术方法仍存在一定的片面和局限性。生产中急需建立一套全面系统、科学实用的选育方法和标准。鉴于此，在浙江红花油茶主产区开展优株筛选，并在种实、油用等经济性状综合评价的基础之上，提出浙江红花油茶优树选择标准与筛选方法，可为后续该树种基因资源挖掘与品种利用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 优树选择范围与标准

在江西德兴、婺源、乐平（15 a 以上德兴种源人工林），福建霞浦、武夷山，浙江开化共5个浙江红花油茶主产区6 个产地优良林分开展优株筛选工作，各产地信息详见文献[7]。对于浙江红花油茶优树的选择，在借鉴普通油茶标准[14-15]的基础上，结合本课题组浙江红花油茶经济性状研究结果[7-8]和每公顷产油量不低于450 kg 的预期目标，制订高油酸型优树选择一般标准：

1）植株生长结果正常，病虫害尤其是炭疽病自然感病率低于3%；每平方米平均冠幅鲜果产量3年平均≥1.2 kg；

2）油酸含量≥81%，干籽仁含油率≥60%，总不饱和脂肪酸≥86%，鲜出籽率≥21%，干籽出仁率≥60%；

3）决选时，在上述条件相近的情况下，以茶油品质为重点，考虑高油酸含量与种仁出油率两个重要指标的基础上适当放宽其他参数以便于提高优树入选率。

1.2 优树选择方法

1.2.1 初选

在确定的选优林分中，根据实地资源调查情况，选择树形完整、树冠开展、生长良好的单株，在果实生长基本稳定的6—7月份进行实地观测调查。通过果实性状观察，估计产量，树龄及病虫害情况，合格者即确定为候选优树，并进行挂牌、GPS 定位；8—9月果实进入成熟期后进行全株测产记录果实性状并拍照编号，每个样株采摘20 个果实测定种实性状，利用游标卡尺测定每个果子的果皮厚度，同时计算千粒籽重、鲜出籽率等；茶籽烘干后去种皮，研磨成粉末，并进行仁油率与主要脂肪酸组成测定，每组试验设计3 次重复，每次重复测定2 次，统计平均值。以油酸含量为参照，入选者即为候选优树，经过初选确定103株作为候选优株。

1.2.2 复选

对初选出的优树，接着统计2017—2019年的测产数据，并结合对果皮厚、鲜出籽率、干出仁率、千粒籽重（方法同初选测定方法）等种实性状进行统计分析。参照入选标准进行取舍，最终初步复选出36 株优良单株（表1）。

表1 36 份复选浙江红花油茶资料Table 1 Relevant information of 36 peasant C.chekiangoleosa

1.2.3 两种方法决选优株

以复选得到的36 株优树为评价对象，将其种实性状及油用性状等11 个性状作为评价指标，通过主成分分析法（PCA）[18]构建优株综合评价模型，对浙江红花油茶36 株优良单株进行PCA 分析，提取特征值大于1.00 的因子作为主成分，得到主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率、因子载荷矩阵等，根据提取得到的主成分信息对36 株优良单株进行综合评价，以各主成分所对应的特征值的方差贡献率βi（i=1，2，3...，k）为权重，由各主成分得分Fi与对应的权重相乘，构建浙江红花油茶优良单株综合评价模型：

F=β1F1+β2F2+…+βkFk。

计算各优良单株的综合得分，得分的高低可反映各单株在综合指标评价下的表现[19-21]。

优株综合评价采用隶属函数法[22]综合各项性状指标进行评价，其公式为：

式中：Zij为i单株j性状的综合隶属函数值；Xij为i单株j性状的测定值；Xjmin和Xjmax分别为各单株性状值的最小值和最大值。i表示某个测试单株；j表示某一性状。计算各性状的隶属函数值，获得隶属函数值累加起来取平均值，再比较平均值进行排序，并进行综合评价[23]。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2016 软件对表型数据进行整理统计。由于各测定指标具有不同的量纲，在数量级上存在较大差异，因而在进行主成分分析（PCA）、隶属函数法统计之前先对数据作标准化处理[24]，然后对数据进行基于相关系数矩阵直观检验方法的适应性检验[25]。根据表型数据的相似性，将原始数据简化合并，利用欧氏距离计算样品之间的相关性，从而进行相似组分的层次聚类分析（HCA）[26]比较。PCA 分析采用SPSS 22.0 软件进行，并计算累计贡献率和主成分综合得分，利用Origin 2020b 软件对36 株优良单株进行HCA 分析，用树形图表示各优良单株的亲疏程度。

2 结果与分析

2.1 优良单株种实及油用性状的变异分析

对36 株浙江红花油茶单株的种实及油用性状的测定结果表明（表2），不同单株各性状间的变异系数差异很大，以油亚比的变异系数最大，为29.53%；亚麻酸、亚油酸、鲜出籽率、千粒籽重、果皮厚度、平均冠幅产量次之，依次为26.64%、24.46%、22.80%、22.53%、22.43%、22.14%； 籽仁含油率、干出仁率差异不大，分别为3.87%、5.23%；油酸、总不饱和脂肪酸的变异系数最小，分别为2.06%、1.09%，这一结果显示出浙江红花油茶具有油酸含量相对较为稳定的特性。

表2 36 株单株11 个定量描述性状的均值及变异情况Table 2 Mean value and variation of 11 quantitative description characters of 36 individual plant

2.2 优良单株种实及油用性状间的相关性分析

采用相关系数矩阵的直观检验法对36 株浙江红花油茶11 种综合评价指标的适用性进行评价，结果见表3。优株综合评价指标间存在正相关和负相关，尤其是油酸与总不饱和脂肪酸、油亚比呈极显著正相关（P＜0.01），而亚油酸与油酸、油亚比呈极显著负相关（P＜0.01）；果皮厚与千粒籽重呈显著负相关，而与鲜出籽率呈极显著正相关，相关系数达到0.850，千粒籽重与鲜出籽率呈显著负相关，而与干出仁率呈现呈显著正相关，整体表明优株综合评价指标间相关性较强。

表3 浙江红花油茶优良单株综合评价指标间的相关性分析†Table 3 Correlation analysis of comprehensive evaluation indexes for superior individual plants of C.chekiangoleosa

2.3 优良单株的主成分分析

对36 株优良单株的11 项指标采用PCA 法对其进行综合评价。如表4所示，每个主成分均反映了一定的原始变量信息，特征值代表主成分反映原始变量信息的数量。由于PCA 提取的5 个主成分，其特征值均大于1，累计方差贡献率为84.656%，基本上反映了所有变量的初始信息，因此选用前5 个主成分作为数据分析的有效主成分。

表4 各主成分的特征值及贡献率Table 4 Eigenvalue and contribution rate of each principal component

主成分分析矩阵中浙江红花油茶综合评价指标在各主成分矩阵中的权重系数见表5，其中数值反映的是原始变量对因子影响的大小，方向表示的是正负影响的方向。从表5中可以看出，对第一主成分贡献较大的主要是油酸、亚油酸、油亚比等性状；第一主成分反映原始数据信息量的29.491%，这几个性状均属于不饱和脂肪酸，因此，可以把第一主成分称为不饱和脂肪酸因子。决定第二主成分大小的主要是果皮厚、鲜出籽率、千粒籽重等性状；其贡献率为20.358%，其中以果皮厚、鲜出籽率的特征向量最大。第三主成分总不饱和脂肪酸、亚麻酸等性状贡献较大，其贡献率为14.725%。对第四主成分贡献较大的干出仁率、仁油率等性状分量；其贡献率为10.986%。决定第五主成分大小的是平均冠幅产量，其贡献率为9.096%，可归结为产量因子。

表5 各主成分特征向量与载荷矩阵Table 5 Eigenvectors of principal components and load matrix

2.4 两种方法对比综合决选浙江红花油茶优良单株

由于PCA 中前5 个主成分反映了浙江红花油茶综合评价指标信息的84.656%，因此利用前5 个主成分进行浙江红花油茶优良单株的综合评价是可行的。将标准化的浙江红花油茶11 个性状指标代入5 个主成分，即可得到各优良单株5个主成分得分。前5 个主成分从不同层面反映了浙江红花油茶优株的综合情况，仅用某一主成分无法对优良单株作出综合性评价，根据PCA 分析结果，以每个主成分对应的方差相对贡献率作为权重构建综合评价函数：F=0.348F1+0.240F2+0.174F3+0.130F4+0.107F5，得到各优株综合得分值（F），对各优良单株进行综合评价。根据得分可对浙江红花油茶优良单株进行排序，决选出排名靠前的优良单株。另以表型及油用各性状指标作为依据，计算各指标的隶属函数值，获得隶属函数值累加起来并取平均值，再比较平均值进行排序，并进行综合评价。

主成分分析法与隶属函数法统计的36 个优株的排序情况，见表6。主成分分析法中排名前15 的优株依次是GHY03、GHY21、GHY06、GHY02、GHY19、GHY22、GHY04、GHY01、GHY36、GHY29、GHY23、GHY35、GHY34、GHY32、GHY20。隶属函数法的综合评价排序前十五的优株依次为GHY22、GHY03、GHY21、GHY20、GHY02、GHY34、GHY19、GHY32、GHY31、GHY36、GHY01、GHY04、GHY33、GHY10、GHY35。综合对比两种评价方法结果，个别优良单株在排序上存在前后差异，这是由于不同的评价方法在对各指标打分时权重不同所造成的，但总体排序上很接近，说明优株整体评定上趋势相同。本研究最终选取在两种评价方法中都排在前15 的浙江红花油茶优株作为决选优株。统计结果入选优株共有12 株，各优株主要经济性状描述见表7，其中优株GHY03、GHY19、GHY21 的果皮较薄，均小于1 cm 以下；GHY03、GHY04、GHY19 仁油率均在66%以上，属于高仁油率株系；GHY02、GHY20、GHY21、GHY22 平均冠幅产量均高于1.60 kg/m2，属于高产型株系；GHY02、GHY03、GHY19 鲜出籽率都超过26%。

表6 两种方法综合筛选与评价浙江红花油茶优良单株Table 6 Two methods for comprehensive screening and evaluation of superior individual plant of C.chekiangoleosa

率油仁Oil contentof kernel/%酸油亚Linoleicacid /%酸肪饱UFA /%脂和不总0.87 64.82±4.72±0.65 88.6±1.27 0.54 63.09±4.71±0.84 1.34 89.37±0.36 66.66±4.07±0.69 0.82 89.38±0.42 67.29±3.87±0.87 0.98 88.70±0.40 67.21±5.58±0.89 1.32 86.68±0.38 61.45±6.49±1.21 0.87 88.62±0.56 63.60±3.09±0.85 1.17 88.95±0.49 63.52±3.33±0.73 1.20 87.97±0.32 61.80±5.33±1.31 0.95 88.72±0.64 64.75±4.72±1.02 1.06 88.93±0.28 63.18±4.86±0.98 0.76 87.69±0.54 62.98±4.90±0.91 0.99 88.80±亚Linolenic酸麻acid/%0.45±0.06 1.01述酸描油状83.43±性Oleic acid /%济经平Yield perunit Table 7Descriptionof economic traits of 12 superior individual plants of C.chekiangoleosa量株产单幅良冠(kg·m-2)优均crown width/1.26±0.26茶油花红率1.29江仁浙出7 12 株干Rateof dried kernel/%66.90±表鲜Fresh seed率籽4.52出yield /%23.46±量质11.08果g单Weightperfruit/53.13±千TKW /g重籽290.72粒1 444.20±0.45±0.04 0.96 84.21±1.73±0.23 1.09 66.54±3.61 26.50±14.31 56.07±134.51 1 198.51±0.41±0.02 1.28 84.90±1.34±0.26 0.73 63.76±4.90 31.89±8.47 46.58±107.58 1 189.71±0.39±0.03 1.12 84.44±1.28±0.28 0.96 63.32±2.81 20.38±11.87 61.66±277.74 1 508.34±0.47±0.04 1.36 80.63±1.42±0.21 0.53 64.35±6.93 28.46±15.41 40.85±497.17 1 468.25±0.59±0.02 0.82 81.54±1.89±0.28 1.14 66.63±5.63 23.59±25.30 68.84±779.26 2 582.05±0.52±0.03 1.32 85.35±1.60±0.20 0.87 66.07±5.01 24.44±10.93 50.41±559.01 1 523.09±0.55±0.06 1.21 84.10±2.10±0.37 4.96 73.37±4.01 21.69±15.92 315.30 101.93±2 271.67±0.49±0.03 1.48 82.89±1.26±0.22 1.81 67.83±2.14 19.42±26.76 75.71±418.48 2 252.94±0.52±0.01 1.17 83.69±1.32±0.24 2.36 68.81±3.55 17.18±22.18 72.98±283.38 1 971.25±0.47±0.02 0.92 82.36±1.17±0.30 0.92 64.20±3.80 23.89±23.06 76.76±234.39 2 263.54±0.51±0.05 1.15 83.40±1.24±0.27 2.54 68.85±7.02 21.02±19.66 61.30±179.16 1 625.09±果Fruit skin厚皮thicknes/cm株优Superiorplant 1.15±0.15 GHY01 1.07±0.23 GHY02 0.73±0.10 GHY03 1.18±0.17 GHY04 0.65±0.16 GHY19 1.02±0.16 GHY20 0.88±0.14 GHY21 1.11±0.18 GHY22 1.10±0.18 GHY32 1.20±0.15 GHY34 1.10±0.10 GHY35 1.23±0.09 GHY36

2.5 层次聚类分析

浙江红花油茶复选优树聚类分析结果如图1所示。36 株优良单株划分为六个类群：类群Ⅰ包括9 株优树，分别为GHY01、GHY36、GHY28、GHY32、GHY34、GHY31、GHY33、GHY20、GHY22，此类群优株属于高油酸、高出仁率型株系，平均油酸含量为83.01%，平均干出仁率达到69.05%，说明该类群优株果实个小且果皮较薄，综合性状表现优良。类群Ⅱ包括4 株优树，分别为GHY07、GHY13、GHY10、GHY11，聚入此类的优株普遍果皮较厚，鲜出籽率较低，千粒籽重较大，说明其茶籽大而饱满，属于高含油率型株系，平均籽仁含油率达到65.69%，综合性状表现中上；类群Ⅲ包括5 株优树，分别为GHY02、GHY21、GHY03、GHY04、GHY06，聚入此类的优株属于高油酸型且综合性状优良的株系，平均油酸含量为84.51%，其总不饱和脂肪酸含量丰富，鲜出籽率很高，综合排名均在前七名之内，综合品质最佳；类群Ⅳ包括5 株优树，分别为GHY12、GHY23、GHY29、GHY35、GHY19，聚入此类的优株果皮很薄，亚油酸、鲜出籽率较高；类群Ⅴ包括9 株优树，分别为GHY05、GHY09、GHY18、GHY14、GHY24、GHY15、GHY16、GHY27、GHY17，聚入此类的优株平均亚麻酸含量较低，仅为0.28%，干出仁率较大；类群Ⅵ包括4 株优树，分别为GHY08、GHY25、GHY26、GHY30，聚入此类的优株属于高亚油酸、高产型株系，平均亚油酸含量为7.31%，平均冠幅产量达到2.12 kg/m2。

图1 浙江红花油茶复选36 株优良单株的层次聚类Fig.1 Hierarchical cluster diagram of 36 superior individuals of C.chekiangoleosa

3 讨论与结论

浙江红花油茶作为开发潜力巨大的油茶育种材料，从该物种中拯救与挖掘新的优质油茶遗传资源，并制订以选育高含油率、高品质为定向选育目标的育种策略，从该树种中筛选并培育优良品系，对于丰富油茶品种资源意义重大。优良品系培育的第一步就是要进行优良单株的选择，所以，如何就浙江红花油茶现有的种质资源进行评价及筛选便成为了要重点解决的关键问题。一般认为，变异系数大于10%可以代表个体间差异较大[27-28]。浙江红花油茶基本为实生种植，林分间有着明显的变异，而林分个体间的变异更大，这就为其良种选育提供了良好的育种材料[29]。

本研究中对复选的36 株优良单株的油酸、亚麻酸、总不饱和脂肪酸、亚油酸、仁油率、油亚比、果皮厚、千粒籽重、鲜出籽率、干出仁率、单位冠幅产量等11 项经济性状指标进行了分析。结果表明：油酸含量均值为82.13%（77.19%～85.35%），由此显示高油酸特性是浙江红花油茶油脂的普遍特点。油酸含量相对比较稳定，因而其含量的高低是茶油品质优劣的一个重要指标[30]，何方等[31]认为油酸含量在81%～84%之间的茶油可作为很好的化妆品及保健品用油。复选的36 株单株中，油酸的变异系数较小（仅为2.06%），符合贺义昌等[7]的研究结论；亚油酸变动范围在2.49%～8.27%，其变异系数为24.66%，亚油酸含量变化相对大些，这与王湘南等[32]的研究结果相近。浙江红花油茶籽仁含油率在不同单株间差异较小，其变异系数为3.87%，平均籽仁含油率为63.55%，明显高于普通油茶的籽仁含油率。鲜出籽率、果皮厚、千粒籽重等性状在不同单株间差异较大，这与刘子雷等[33]的研究结论具有一致性。

相关分析是对两个或两个以上有相关性的变量进行分析，从而确定变量之间的相关程度[34]。本研究中11 个描述性状之间存在着一定程度的相关性，尤其是亚油酸与油酸呈极显著负相关，这一结论与同类油茶研究相似[32]。本研究中发现油酸与平均冠幅产量呈现显著负相关，鲜出籽率主要受果皮厚和千粒籽重的影响。对36 株浙江红花油茶优树的11 个品质性状进行主成分分析可以看出，综合性状指标对筛选优株贡献由大至小的顺序为油酸＞亚油酸＞油酸/亚油酸＞鲜出籽率＞亚麻酸＞果皮厚＞平均冠幅产量＞总不饱和脂肪酸＞千粒籽重＞干出仁率＞仁油率。这11 个品质性状彼此互相关联，其中油酸与亚油酸、果皮厚度与鲜出籽率关系密切，均呈显著负相关。因此在优株筛选过程中，要综合考量这些性状的重要性。

为避免评价结果存在偏差，本研究还采用了模糊隶属函数法对浙江红花油茶优良单株进行选择，对比发现，总体上选择结果较接近，进而表明所选出的单株具有显著优异性。综合来看，两种评价结果的总体排序趋势一致，说明用两种方法筛选浙江红花油茶优良单株具有一定的准确性和可靠性。

本文通过层次聚类法按欧式遗传距离进行聚类分析，将36 株优株共聚为6 类，各类群间存在较大的性状差异。因此，一方面可对浙江红花油茶的优异种质资源进行挖掘，另一方面可利用不同基因型间较大的遗传差异，进行杂交育种产生广泛的变异，易选出性状超亲本和适应性强的株系[35]。从聚类分析结果中可以看出，类群Ⅰ优株属于高油酸、高出仁率型株系，可用于杂交亲本的选择。类群Ⅱ属于高含油率型株系，该类群单株可用于培育高含油率的种质资源或作为杂交育种的优质材料；类群Ⅲ优株属于高油酸型且综合性状优良的株系，该类群可用于培育高油酸型种质资源，其总不饱和脂肪酸含量丰富，鲜出籽率很高，可作为优良株系进行推广；类群Ⅳ的单株可用于杂交亲本的选择，与高油酸型株系进行杂交。类群Ⅴ干出仁率较大，可作为杂交育种的材料。类群Ⅵ优株属于高亚油酸、高产型株系，平均亚油酸含量为7.31%，平均冠幅产量达到2.12 kg/m2，该类群单株可用于培育高亚油酸、高产型的种质资源。聚类还发现来自同一种源的单株大多聚在一起，表明遗传分歧的多向性与地理区域分布有一定的平行关系，但也有一些单株间存在的遗传分歧和地理分布关系却不太大，不同种源的单株也可能常常聚在相同类群中，而同一种源的单株又往往可能聚到不同的类群中，这可能是自然选择的结果决定了单株遗传分歧的多向性[35]，所以在遗传距离大的类群间选择材料作为杂交亲本往往有较好的结果。

本研究通过初选、复选及基于主成分分析法、模糊隶属函数法构建的浙江红花油茶优株综合评价模型进行决选的策略，最终在复选的36个优株中决选出12 个优株：GHY01、GHY02、GHY03、GHY04、GHY19、GHY20、GHY21、GHY22、GHY32、GHY34、GHY35、GHY36，并以此制订出了一套浙江红花油茶优株选择标准。诚然决选出来的12 株优良单株现阶段只是按照种质资源收集保存标准嫁接保存，优株优良性状是否表现稳定还有待持续观测，同时后续还需进一步开展无性系测定评价工作及区域性试验。