梁艳萍,丁仁展,杨书宇,陈 瑶,陶 虹,李坤明
(1 云南省农业科学院园艺作物研究所,昆明,650205;2 国家林业和草原局昆明勘察设计院,昆明 ,650216;3 普洱学院农林学院,云南普洱,665000)
猕猴桃原产于我国,隶属猕猴桃科(Actinidiaceae)猕猴桃属(ActinidiaLindl.),该属现有54个种,21个变种,共约75个分类群[1]。目前栽培中利用较多的是中华猕猴桃(A.chinensisPlanch.var.chinensis)和美味猕猴桃(A.chinensisPlanch.var.deliciosa)。自1904年新西兰从中国引种猕猴桃,到1930年第一个猕猴桃栽培果园建立,至1970年后商业化栽培在全球迅速展开,猕猴桃的驯化栽培被认为是近代由野生到人工商品化栽培最为成功的植物驯化范例[2]。我国于20世纪八九十年代起通过野生资源普查先后选育出一些优良品种,选育出的中熟耐贮黄肉品种“金桃”于21世纪初实现了国际授权开发,成功实现了中华猕猴桃由野生到大规模商业栽培的驯化过程,也改变了全球猕猴桃产业依赖单一新西兰品种“海沃德”的局面[3]。因此,野生资源在猕猴桃驯化栽培和育种中具有重要的作用。
种质资源品质性状鉴定评价是作物种质资源研究的重要组成部分,也是优异资源挖掘和利用的基础,对育种工作和农产品加工起到积极的推动作用[4]。猕猴桃果实性状包含外观性状和内在品质。外观性状主要有果实形状、果肉颜色、果实毛被、果实横截面形状等。内在品质包含可溶性固形物含量、总糖、总酸、维生素C及干物质含量等。目前猕猴桃果实性状的主要评价方法是主成分分析法。钟彩虹等[5]对国家猕猴桃种质资源圃保存的44个栽培品种(系)的果实相关性状进行主成分分析,结果表明,果实成熟时间、果肉质地、果面毛被和果实后熟天数、果肉颜色是区分品种(系)的主要特征。仇占南等[6]采用主成分分析法对11份北京野生软枣猕猴桃果实品质性状进行综合评价,发现野生软枣猕猴桃个体间果实品质差异大,评价果实品质的重要指标是果实的总酚含量、维生素C含量、固酸比、平均单果质量、可溶性固形物和可滴定酸。陈璐等[7]利用主成分分析与聚类分析对江西奉新县21个黄肉猕猴桃品种(系)主要果实性状进行了综合评价,筛选出在当地综合品质表现较好的品种。刘磊等[8]也采用该方法对30个猕猴桃品种(单株)主要果实品质特征进行分析及综合评价。
我国猕猴桃的自然生境和物种的地域分布从南到北可分6个区域,其中云南的猕猴桃物种最为丰富,仅种就有45个种,还包括10个特有种[9]。胡忠荣等通过20世纪80年代末对云南猕猴桃资源的系统调查及90年代初的补充调查,初步掌握了云南野生猕猴桃种、变种、变型的数量以及分布,并进行了初步鉴定[10],但目前关于云南野生中华猕猴桃果实品质性状的综合评价还未见报道。本研究以国家果树种质云南特有果树及砧木圃多年收集保存的野生中华猕猴桃为试材,通过前期的观测,选取28个树势较强、结果稳定的野生中华猕猴桃单株进行连续两年的果实外观性状观测,测定果实内在品质指标并进行变异分析、相关分析、主成分分析和综合评价,以期构建一个科学合理的野生中华猕猴桃果实品质评价体系,为种质创新和育种利用提供理论和实践依据。
1.1 材料
试验材料采自位于云南省昆明市嵩明县小街镇的国家果树种质云南特有果树及砧木圃,所选试验材料均为野生中华猕猴桃实生树,树龄7年。实生苗播种所用种子均来源于野外同一母株。采用水平架露地栽培,园地土壤肥力和管理水平中等。通过前期的观测,分别于2020年9—10月和2021年9-10月选取其中树势较强、结果稳定的28个野生中华猕猴桃单株,每个单株随机选取30～40个无机械损伤、无病虫的果实进行观测。单果质量、果实纵横径、可溶性固形物含量测10个重复,其他果实品质指标测3个重复。
1.2 方法
1.2.1 果实品质性状鉴定方法 采用电子天平测量果实单果质量(X1);用游标卡尺测量果实纵横径,计算果形指数(X2);可溶性固形物含量(X3)采用手持式糖度计测定;可溶性糖含量(X4)采用蒽酮法测定;可滴定酸含量(X5)采用酸碱滴定法测定;维生素 C 含量(X6)采用2,6-二氯靛酚法测定;糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量(X7);干物质含量(X8)采用烘干法测定。
1.2.2 数据处理及分析 利用WPS office进行数据整理和变异分析,用R语言软件进行皮尔逊相关分析。在主成分分析之前,参考刘科鹏[11]的方法采用隶属函数法对数据进行标准化,之后利用R语言软件进行主成分分析和可视化处理。利用主成分分析的结果计算综合评价得分,公式如下:
式中,Dn为综合评价得分,Ei为第i个主成分的贡献率,Fi代表各猕猴桃单株第i个主成分得分。
2.1 果实品质性状变异分析
28个野生中华猕猴桃果实性状及变异分析结果见表1。在8个果实性状指标中,果实单果质量在12.4～40.2 g之间,变异系数最大,为34.86%。其次是维生素C含量,最大值为369.8 mg/100 g,最小值为122.5 mg/100 g,变异系数为19.99%。糖酸比变化范围在5.3～9.82之间,变异系数为14.40%,排第三位。可滴定酸含量最大值是1.99%,最小值是1.23%,变异系数为11.90%。干物质含量最高值是24.78%,最低值是14.07%,变异系数为10.75%。可溶性固形物含量、可溶性糖含量的变异系数较小,分别为7.98%、9.38%。果形指数的变异系数最小,仅为7.93%。从以上结果可以得出,28个野生中华猕猴桃的单果质量、维生素C含量变异程度较大,具有较为丰富的遗传变异,可进一步挖掘利用。
表1 28个野生中华猕猴桃果实品质性状变异分析
2.2 果实品质性状间的相关性
猕猴桃果实品质性状之间的相关性见表2。果形指数与其他性状有一定的相关性,但均未达显著水平。可溶性糖含量与可溶性固形物含量呈极显著正相关。维生素C含量与单果质量呈显著负相关,而与可滴定酸含量呈显著正相关。糖酸比为可溶性糖含量与可滴定酸含量的比值,因此糖酸比与可溶性固形物含量、可溶性糖含量呈极显著正相关,与可滴定酸含量呈极显著负相关,相关系数分别为0.617,0.453,-0.724。果实干物质含量与可溶性固形物含量呈极显著正相关,与可溶性糖含量呈显著正相关。从以上结果可以看到猕猴桃各果实性状之间有较强相关性,需进行综合评价。
表2 28个野生中华猕猴桃果实品质性状间相关性
2.3 果实品质性状主成分分析
8个果实品质性状主成分分析结果见表3,表中列出了前5个主成分的特征向量、特征值、贡献率以及累积贡献率。第一主成分的特征值是2.79,贡献率为34.84%,主要由可溶性固形物含量、糖酸比决定;第二主成分的特征值是1.89,贡献率为23.62%,主要由可溶性糖含量、可滴定酸含量、维生素C含量、干物质含量决定;第三主成分的特征值是1.18,贡献率为14.79%,主要由单果质量、果形指数决定。前3个主成分的特征值均大于1,累计贡献率为73.25%,说明前3个主成分能够解释28个野生中华猕猴桃果实品质性状73.25%的信息,因此选取这3个主成分进行果实品质性状的综合评价。
表3 5个主成分的特征向量、特征值、贡献率及累积贡献率
2.4 果实品质性状综合评价
在前面的主成分分析中,提取出3个主成分,且每个主成分的贡献率不同,因此还需结合各主成分的贡献率和各单株前3个主成分的得分计算综合评价得分。各样品前3个主成分的得分由特征向量和各果实性状原始测量值经过标准化后的数值计算得出:
F1=0.44x1+0.48x2+0.82x3+0.52x4+0.53x5-0.41x6+0.87x7+0.45x8
F2=-0.26x1+0.06x2+0.29x3+0.64x4-0.66x5+0.68x6-0.15x7+0.63x8
F3=-0.66x1-0.51x2+0.17x3-0.19x4+0.47x5+0.25x6+0.31x7+0.19x8
(其中x1～x8分别为样品各个性状原始测量值标准化后的数值)。综合评价得分(Dn)的计算公式为:Dn=0.348 4F1+0.236 2F2+0.147 9F3。
28个野生中华猕猴桃果实品质性状前3个主成分得分及综合评价得分见表4。在各主成分得分上,第一主成分得分排名前三的样品是ZH-35、ZH-41、ZH-10,这三者在可溶性固形物含量、糖酸比方面表现突出。第二主成分得分排名前三的样品是ZH-3、ZH-47、ZH-5,说明这三者的可溶性糖含量、可滴定酸含量、维生素C含量以及干物质含量较高。总体排名上,样品ZH-35、ZH-41、ZH-10的综合评价得分最高,果实综合品质表现最佳,可进一步作为种质创新和育种利用候选资源。
表4 28个野生中华猕猴桃果实品质性状的主成分得分及综合得分
本研究选取28个野生中华猕猴桃的单果质量、果形指数、可溶性固形物含量等8个果实品质性状进行主成分分析及综合评价,由于各果实性状原始数据量纲不一样,因此在分析之前需对原始数据进行转化。在果实品质评价中,主要的转化方法是极差标准化法(隶属函数法)[11-13]。此外,有些指标对综合评价有负面影响,因此在数据转化的时候还要根据指标对评价体系的正、负影响作用来进行相应的转化。根据以上分析,本研究参考刘科鹏等[11]的方法,对有正向作用的指标如单果质量、果形指数、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、维生素C含量、糖酸比以及干物质含量采用隶属函数法转化,而对可滴定酸含量则采用反隶属函数法转化,以使评价结果更为客观合理。
在果实品质评价中,由于各性状指标无明显主次之分,如仅简单选取一个或几个相关联的指标来评价品质优劣不甚科学,因此需要进行综合评价。目前在果实品质综合评价中应用较为广泛的是基于主成分分析的综合评价方法。主成分分析法是一种数据降维的多元统计方法,它通过几何投影的方法来降低数据的维度,将大量相关的变量变为少数几个变量的线性组合,同时最大限度地保留原来变量的绝大多数信息[14-15]。与其他分析方法比较,主成分分析无需人为地对性状赋予权数,客观性较强,可信度高,已被应用于苹果[16]、梨[17]、李[18]、杧果[19]、油梨[20]、无花果[21]等多种果树种质资源的果实品质性状分析及综合评价。在主成分分析中,一般选择特征值大于1的主成分进行分析。本研究中前3个主成分的特征值均大于1,因此选取前3个主成分来进行分析及后续的综合评价。
猕猴桃果实富含维生素C,其果实维生素C含量高于甜橙、草莓、柠檬等,比苹果和桃等果实维生素C含量高10倍以上[22]。因此猕猴桃果实维生素C含量是果实品质评价中的一个重要指标。目前关于猕猴桃维生素C含量的动态变化[23]、合成机制[24]、调控基因[25]等已经得到广泛研究。研究表明,“海沃德”的维生素C含量为65.5 mg/100 g鲜重,而大多数中华猕猴桃品种维生素C含量高于“海沃德”。毛花猕猴桃的维生素C含量是中华猕猴桃的3～4倍[26]。本研究中,28个野生中华猕猴桃的维生素C含量均值为280.2 mg/100 g鲜重,是“海沃德”的4倍多,有较好的利用价值。另外,目前猕猴桃生产上主栽品种有“海沃德”“红阳”“金艳”“金桃”等,这几个品种的可溶性固形物含量为12%～20%,可溶性糖含量为8%～14%,总酸含量为0.9%～1.7%[27]。本研究通过综合评价,筛选出果实品质最佳的ZH-35、ZH-41、ZH-10,可溶性固形物含量分别为20.41%、17.88%、17.66%,可溶性糖含量分别为12.07%、13.12%、13.22%,可滴定酸含量分别为1.23%、1.44%、1.69%,与主栽品种相近,可作为种质创新和育种利用候选资源。
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