（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

千年桐Vernicia montana為大戟科油桐屬落葉喬木，原產(chǎn)我國，種植范圍比較廣泛，栽培歷史悠久[1-3]。它結(jié)實(shí)早，盛果期長，產(chǎn)量高，種子含油率高，種仁含油率達(dá)39%～65%，其中約94%為不飽和脂肪酸，是一種優(yōu)良的潛在生物柴油資源[4-5]。千年桐為我國所特有的工業(yè)油料樹種，具有豐富的品種資源，與油茶、核桃和烏桕并稱我國4 大木本油料植物[6]。其主要分布于長江流域以南，集中栽培于浙江、廣西、云南、貴州以及湖南等地。近年來，在湘南地區(qū)千年桐發(fā)展迅速，其種植面積已超過2 萬hm2，但目前種植的千年桐均為實(shí)生苗，導(dǎo)致其結(jié)實(shí)表現(xiàn)參差不齊，千年桐為雌、雄異株植物，約有1/3 的植株不結(jié)果，因此千年桐的產(chǎn)量較低。

由于桐油的產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對于千年桐的優(yōu)良選育的需求已迫在眉睫。朱鏡如等[7]對重慶油桐種質(zhì)資源進(jìn)行了調(diào)查和收集，對優(yōu)株的含油率、桐油品質(zhì)等進(jìn)行了測定分析。許杰等[8]對14 個(gè)三年桐種源果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀評價(jià)，黃瑞春等[9]進(jìn)行了桐油種植資源庫比試驗(yàn)初步研究，徐永杰等[10]對湖北油桐進(jìn)行了優(yōu)樹選擇和評價(jià)，李文瑩等[11]對油桐4 個(gè)優(yōu)良家系主要經(jīng)濟(jì)性狀分析，這些研究選出了地方性的品種，但是千年桐具有很強(qiáng)的地域性，這些品種不一定適合在湖南種植，由于選育滯后，目前尚沒有選育出適宜湖南種植的無性系，從而造成單位面積產(chǎn)量低[12]。筆者通過對千年桐盛果期試驗(yàn)林進(jìn)行全面踏查，同時(shí)根據(jù)單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)果量、樹體大小、樹形、果實(shí)聚集度等表型指標(biāo)初步確定了320 株千年桐，通過復(fù)選確定32 株備選優(yōu)樹。本研究采用主成分分析方法對32 株備選優(yōu)樹的主要果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀展開全面分析，旨在評價(jià)篩選出經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)最優(yōu)的優(yōu)良單株，為千年桐采穗圃的建立和無性系的高效繁育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于郴州市蘇仙區(qū)，其地理位置為24°53′～25°41′N、112°37′～113°20′E。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候，年平均氣溫為18.0 ℃，年平均降水量為1 444.5 mm，全年最高氣溫34 ℃，最低氣溫3 ℃，四季分明，夏熱期長，秋短溫冬，熱量豐富，降水集中，地帶性植被為常綠闊葉林。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選擇郴州市蘇仙區(qū)郴州國盛生物能源股份有限公司種植的7～8年生已進(jìn)入盛果期的千年桐，可以作為新品種培育選擇材料。

1.3 評價(jià)指標(biāo)的確定

千年桐為產(chǎn)油樹種，其產(chǎn)油量主要由結(jié)實(shí)量和果實(shí)內(nèi)的內(nèi)含物決定，本研究共考慮15 個(gè)指標(biāo)，其中與結(jié)實(shí)量有關(guān)的指標(biāo)有鮮果單果質(zhì)量、果高、果徑、總果數(shù)、鮮果總質(zhì)量、單株產(chǎn)果量、胸徑、樹高等，與內(nèi)含物含量相關(guān)的指標(biāo)有果殼厚度、干種仁質(zhì)量、干籽出仁率、鮮果出籽率、脂肪含量、單株產(chǎn)油量、種仁含油率等。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 備選優(yōu)樹的選擇

2018年秋，以踏查的方式從郴州市蘇仙區(qū)種植的近2 000 hm2千年桐中選擇單株結(jié)果量大、單序果量多、果實(shí)叢生性強(qiáng)、樹體高大通直、分枝層次明顯、果實(shí)大、串?dāng)?shù)多、無明顯病蟲害的備選優(yōu)樹32 株。備選優(yōu)樹確定后，在1.5 m 處樹高涂上明顯的標(biāo)志且噴漆編號，分別測量其樹高和胸徑，果實(shí)成熟后，分別收集備選優(yōu)樹的果實(shí)。

1.4.2 樣品采集與制備

取樣時(shí)間為2018年10月25日，此時(shí)千年桐果實(shí)已經(jīng)完全成熟，采下備選優(yōu)樹的果實(shí)后，記錄每株的果實(shí)總數(shù)，充分?jǐn)嚢?，然后每樣株隨機(jī)抽取樣果1.5 kg，用封口袋密封后記錄并編號，帶回實(shí)驗(yàn)室。從1.5 kg 樣果中隨機(jī)抽取15 顆，稱質(zhì)量，記為鮮果總質(zhì)量。然后剝開15 個(gè)果實(shí)的果殼，取出籽稱質(zhì)量，記為鮮籽質(zhì)量。將鮮籽烘干至恒質(zhì)量，記為干籽質(zhì)量。剝開干籽，取出種仁稱質(zhì)量，記為干種仁質(zhì)量。

種仁含油率的測定：測定方法參考GB/T144488.1—2008 油料植物含油量測定。取出千年桐干籽仁，烘干，精確度0.001 g，將干籽仁研磨粉碎，利用電子天平稱取種仁4.5 g，用已稱取質(zhì)量的定性濾紙（m濾紙）包裹，制作成料包，把料包放入培養(yǎng)皿中間，置干燥箱溫度調(diào)至105 ℃，在烘箱中干燥2 h，取出試樣，用電子天平稱取試樣質(zhì)量（m1）。將試樣放入浸提瓶中，加入70～80 mL 石油醚，利用索氏抽提器60 ℃抽提6～12 h，打開冷凝水開關(guān)，接通冷凝水水流，在恒溫水浴中進(jìn)行抽提。當(dāng)抽提器將浸提瓶內(nèi)的料包抽至無油跡時(shí)，則抽取完成，將開關(guān)關(guān)閉，使用長鑷子取出料包，取出的試樣放入105 ℃干燥箱中，烘至恒質(zhì)量（m2）。通過 計(jì)算得出種仁含油率。種仁含油率=1-（m2-m濾紙）/（m1-m濾紙）×100%。

1.4.3 備選優(yōu)樹各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的測定

利用電子天平稱量鮮果單果質(zhì)量、鮮籽質(zhì)量、干籽質(zhì)量、種仁質(zhì)量；采用電子數(shù)顯卡尺測量果實(shí)橫徑和果實(shí)縱徑。備選優(yōu)樹各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的測定根據(jù)參考文獻(xiàn)[12-16]，各指標(biāo)的測定均設(shè)置3次重復(fù)，稱量精度均為0.01 g。鮮果單果質(zhì)量、鮮果出籽率、干籽出仁率、脂肪含量的計(jì)算公式分別為：

鮮果單果質(zhì)量=鮮果總質(zhì)量/鮮果個(gè)數(shù)；

鮮果出籽率=鮮籽總質(zhì)量/鮮果總質(zhì)量×100%；干籽出仁率=干籽種仁質(zhì)量/干籽質(zhì)量×100%；脂肪含量=干種仁質(zhì)量/種仁含油率×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 和SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 備選優(yōu)樹測定指標(biāo)的變異系數(shù)和相關(guān)性分析

表1為32 株備選優(yōu)樹的觀測指標(biāo)測定值及變異系數(shù)，從表1可以看出，各優(yōu)株的觀測指標(biāo)變異較大，變異系數(shù)在6.20%～54.15%之間，其中單株產(chǎn)油量、單株產(chǎn)果量、總果數(shù)和脂肪含量的變異程度較大，分別為54.15%、46.91%、46.00%、34.68%。變異系數(shù)大說明千年桐具有很大的選擇潛力。

表1 千年桐表型性狀變異系數(shù)Table 1 Coefficient of variation of phenotypic traits of Vernicia montana

表2為備選優(yōu)樹各觀測指標(biāo)的相關(guān)性分析，從表2可以看出，千年桐果實(shí)各性狀指標(biāo)之間存在較為復(fù)雜的關(guān)系。鮮果單果質(zhì)量與果殼厚度、果高、果徑呈極顯著正相關(guān)，與鮮果出籽率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與干種仁質(zhì)量、種仁含油率、脂肪含量呈負(fù)相關(guān)；單株產(chǎn)果量與單株產(chǎn)油量極顯著正相關(guān)，與鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率呈負(fù)相關(guān)；鮮果出籽率與干籽出仁率、脂肪含量極顯著正相關(guān)，與種仁含油率呈顯著正相關(guān)；干籽出仁率與種仁含油率、脂肪含量呈極顯著正相關(guān)，與單株產(chǎn)油量呈顯著正相關(guān)。由此可見，由于鮮果單果質(zhì)量與果殼厚度存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致體現(xiàn)產(chǎn)量大小的兩個(gè)主要指標(biāo)（鮮果單果質(zhì)量和單株產(chǎn)果量）與體現(xiàn)內(nèi)含物含量的主要指標(biāo)（鮮果出籽率、干種仁質(zhì)量、干籽出仁率、種仁含油率、脂肪含量等）普通呈負(fù)相關(guān)或顯著負(fù)相關(guān)，說明雖然千年桐的果實(shí)產(chǎn)量與最終的產(chǎn)油量肯定是相關(guān)的但并不是一種正比例關(guān)系，優(yōu)樹選擇有必要考慮多個(gè)指標(biāo)。

2.2 千年桐各品質(zhì)指標(biāo)間的主成分分析

以千年桐各優(yōu)株的果實(shí)相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用SPSS21.0 軟件計(jì)算各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果（表3）、主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率（表4）、特征向量（表5）。將千年桐15 個(gè)性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為15 個(gè)因子，進(jìn)行因子分析和主因子確定。從表4可以看出，主成分分析特征值有4 個(gè)主成分大于1.0，符合主成分分析的要求，前4 個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為84.425%，表明各性狀的貢獻(xiàn)率分散，累計(jì)貢獻(xiàn)率增長不明顯，說明性狀變異具有分化性和多向性。其中，前4 個(gè)的貢獻(xiàn)率分別為30.935%、26.740%、8.223%、8.528%，即這4 個(gè)主成分所含信息占總體信息的84.425%，能夠反映32 個(gè)千年桐備選優(yōu)樹15 個(gè)性狀指標(biāo)的綜合信息。從表4、5 可以看出，第1 和第2 主成分中變量的特征向量相差不多，表現(xiàn)這些因子對千年桐具有同等作用與效力，表明多種綜合性因素影響了千年桐備選優(yōu)樹的優(yōu)劣。第1 主成分中起主要作用的指標(biāo)是鮮果單果質(zhì)量、15 個(gè)平均果質(zhì)量、果高、果徑，果殼厚度，其中這些特征向量值較高，分別為0.90、0.89、0.71、0.94、0.69，此類性狀均與產(chǎn)量有關(guān)，稱為產(chǎn)量果型因子，凝聚的向量關(guān)系表明：果高越大，果徑越大，果實(shí)也越重；特征值為4.640，方差貢獻(xiàn)率為30.935%。第2 主成分中干種仁質(zhì)量、干籽出仁率、鮮果出籽率、種仁含油率、脂肪含量作為反映果實(shí)品質(zhì)的指標(biāo)，稱為經(jīng)濟(jì)品質(zhì)因子，得分比較高代表果實(shí)品質(zhì)好，其中鮮果出籽率和干籽出仁率反映了種子發(fā)育的程度和內(nèi)含物的多少，鮮出籽率和干出籽率的貢獻(xiàn)率最大，

其中干種仁質(zhì)量、干籽出仁率、鮮果出籽率、種仁含油率和脂肪含量為正向指標(biāo)，特征值為4.01，方差貢獻(xiàn)率為26.740%。第3 主成分有總果數(shù)、單株產(chǎn)量、單株產(chǎn)油量，稱為表型因子，特征值為2.73，方差貢獻(xiàn)率為8.223%。第4 主成分為樹高、胸徑，稱為樹體因子，特征值為1.28，其貢獻(xiàn)率為8.528%。

表2 千年桐備選優(yōu)樹的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 2 Relevance analysis of selected trees of Vernicia montana

表3 千年桐備選優(yōu)樹各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果Table 3 The standardization of Vernicia montana primary tree characters’ measured data

表4 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalue,contribution rate,and cumulative contribution rates of principal components

表5 前4 個(gè)主成分的特征向量Table 5 Eigenvectors of the former four principal components

2.3 綜合評分模型構(gòu)建及優(yōu)良品種選擇

主成分分析法用可以量化的綜合指標(biāo)來替換數(shù)量眾多的性狀指標(biāo)，從而用簡化的綜合系數(shù)來替代各個(gè)性狀的系數(shù)[17-18]。從表4可知，第 1、2、3、4 個(gè)主成分能夠反映84.425%的綜合信息，因此，這4 個(gè)主成分能夠有效代表原有的15 個(gè)指標(biāo)信息。用Z1、Z2、Z3、Z4分別表示這些主成分，用X1、X2、X3、...、X15代表標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)變量，可綜合得出如下線性方程，分別為：

同時(shí)，以第1、2、3、4 主成分的方差貢獻(xiàn)率a1、a2、a3、a4作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評價(jià)模型[19]：F=a1Z1+a2Z2+a3Z3+a4Z4，其中F為綜合評價(jià)指標(biāo)，代入相應(yīng)表達(dá)式，可得出32 株備選優(yōu)樹的綜合評價(jià)指標(biāo)F值（表6）。

由表6可知，在32 個(gè)備選優(yōu)樹中，果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)綜合得分F值排名如下：國盛9 號＞國盛8 號＞國盛19 號＞國盛27 號＞國盛13 號＞國盛16 號＞國盛32＞國盛3 號＞國盛11 號＞國盛10 號＞國盛21＞國盛14 號＞國盛30 號＞國盛5 號＞國盛1 號＞國盛28＞國盛17 號＞國盛15 號＞國盛23 號＞國盛31 號＞國盛22 號＞國盛29 號＞國盛4 號＞國盛6 號＞國盛2 號＞國盛20 號＞國盛24 號＞國盛18 號＞國盛26 號＞國盛25 號。在綜合得分中，有15 個(gè)千年桐果實(shí)品質(zhì)綜合得分大于0，17 個(gè)綜合得分為負(fù)值，根據(jù)正負(fù)值將其分為較好和相對較差2 大類。其中國盛9 號是果實(shí)品質(zhì)最好，綜合指標(biāo)表現(xiàn)最好，但其在第4 主成分的排序偏低，這表明在果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)中，種子發(fā)育程度和內(nèi)含物質(zhì)量起主要作用，樹體外觀因子起次要作用。通過對32 株備選優(yōu)樹進(jìn)行綜合評價(jià)，選出了F值為正值的15 株表現(xiàn)優(yōu)良相對較好的備選優(yōu)樹，其表達(dá)的不同性狀，可為今后的千年桐品種選育提供依據(jù)，在F值為負(fù)值的備選優(yōu)樹中，其中里面的主成分還是不錯(cuò)的，但是綜合評分相對偏低，其相對較好的表現(xiàn)性狀，可在今后良種選育創(chuàng)新中加以利用。

2.4 基于綜合評價(jià)指標(biāo)（F）的聚類分析

根據(jù)4 個(gè)主成分分析的得分值，對32 株初選優(yōu)樹進(jìn)行系統(tǒng)聚類（圖1），從圖1可以看出，32株備選優(yōu)樹可分為3 大類：國盛9 號、國盛19 號、國盛8 號、國盛32 號、國盛16 號、國盛13 號、國盛27 號為Ⅰ類，共7 株，綜合得分均為正值，是果實(shí)品質(zhì)最好的一類；國盛17 號、國盛28 號、國盛30 號、國盛1 號、國盛5 號、國盛10 號、國盛7 號、國盛14 號、國盛21 號、國盛12 號、國盛11 號、國盛3 號為Ⅱ類，屬于果實(shí)品質(zhì)中等的一類；國盛25 號、國盛23 號、國盛15 號、國盛22 號、國盛31 號、國盛26 號、國盛18 號、國盛4 號、國盛29 號、國盛24 號、國盛20 號、國盛2 號、國盛6 號為Ⅲ類，綜合得分均為負(fù)值，排序靠后，是果實(shí)品質(zhì)相對較差的一類。對于以后的優(yōu)樹選擇工作，可以重點(diǎn)關(guān)注Ⅰ類，特別是綜合排名靠前的3 株優(yōu)樹。

圖1 備選優(yōu)樹綜合評價(jià)指標(biāo)F 聚類分析Fig.1 F-cluster analysis of comprehensive evaluation index of primary trees

3 討 論

本試驗(yàn)以千年桐32 株備選優(yōu)樹為研究對象，根據(jù)15 個(gè)指標(biāo)對優(yōu)樹進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果表明，15 個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)在6.20%～54.15%之間，說明千年桐具有很大的選擇潛力。千年桐作為湘南地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，由于長期自然選擇的結(jié)果，個(gè)體之間表現(xiàn)出明顯的分化現(xiàn)象。種仁含油率是反映內(nèi)含物含量的關(guān)鍵指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)在不同單株間分化較大，這是由于千年桐自交不親和、雜合程度高。研究表明，油料樹種含油率由不完全顯性的遺傳因素控制，通過脂肪酸合成代謝途徑中的基因修飾和調(diào)控基因功能的表達(dá)可進(jìn)行品質(zhì)的改良，從而提高油料樹種的含油率；相關(guān)研究表明，環(huán)境因素對林木種實(shí)品質(zhì)有一定的影響，本次選育出的Ⅰ類優(yōu)樹綜合排名靠前的3 株優(yōu)樹全部來自范圍較小的同一山坡，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地坡度較緩、土壤肥沃、排水良好、光照充足。因此，對于本次選出的種實(shí)品質(zhì)優(yōu)良的千年桐優(yōu)樹，還應(yīng)進(jìn)行區(qū)域種植試驗(yàn)，應(yīng)在較大的種植范圍、不同的立地條件下進(jìn)一步觀測其表現(xiàn)；油料樹種的產(chǎn)油量還與栽培技術(shù)有關(guān)，其中樹體的生長狀況能夠影響果實(shí)的表型和經(jīng)濟(jì)品質(zhì)，對于千年桐來說，采用矮化密植種植技術(shù)可以提高勞動(dòng)效率、降低生產(chǎn)成本。

我國桐油產(chǎn)量居世界第一，近年來桐油產(chǎn)量逐漸提升，2018年桐油年產(chǎn)量達(dá)到了30 萬t，約占世界年產(chǎn)量的80%左右，出口量占世界桐油出口總量70%以上。我國含油植物資源分布廣泛，共有151 個(gè)科1 500 余種含油植物，其中種子含油量達(dá)到40%以上的約有150 種，含油量大于20%的將近400 種，其中木本植物占3/4。黃連木、文冠果、麻瘋樹、光皮樹等樹種果實(shí)含油率高，分別為50.5%、63.4%、48.2%、54.8%，而種仁含油率達(dá)39%～65%。本研究表明，32 株千年桐備選優(yōu)樹的種仁含油率最低為39.00%，最高為65.00%，平均為52.81%，因此千年桐育種仍然有較大的潛力可供挖掘。

4 結(jié) 論

本研究采用相關(guān)分析法、主成分分析法和聚類分析法，對32 株備選優(yōu)樹的15 個(gè)觀測指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，其中通過主成分分析得出了各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，共提取了4 個(gè)主成分，分別為產(chǎn)量果型因子、經(jīng)濟(jì)品質(zhì)因子、表型因子、樹體因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率84.425%，根據(jù)4 個(gè)主成分依次排出了32 株備選優(yōu)樹的總排名，得分總排名前3名的優(yōu)樹分別是國盛9 號、國盛8 號、國盛19 號，3 株備選優(yōu)樹的F 排名得分分別為4.53、3.54、3.54。通過聚類分析，將32 株備選優(yōu)樹分為三類，其中Ⅰ類優(yōu)樹中總排名前3 名的3 株優(yōu)樹具有單株結(jié)果量大、果實(shí)大、串?dāng)?shù)多、內(nèi)含物含量高等特點(diǎn)，可確定為目標(biāo)優(yōu)樹，用于育種計(jì)劃。研究結(jié)果為千年桐無性系選育及雜交育種親本的選擇奠定了良好基礎(chǔ)。