核桃待选优株坚果品质主成分分析及综合评判

梁珊珊 ，吕芳德 ，蒋 瑶 ，李建安 ，王 森 ，李凡松 ，袁 阳 ，陈丽莉

（中南林业科技大学a.经济林培育与保护教育部重点实验室；b.经济林育种与栽培国家林业局重点实验室；c.经济林培育与利用湖南省协同创新中心，湖南 长沙 410004）

核桃待选优株坚果品质主成分分析及综合评判

梁珊珊a-c，吕芳德a-c，蒋 瑶a-c，李建安a-c，王 森a-c，李凡松a-c，袁 阳a-c，陈丽莉a-c

（中南林业科技大学a.经济林培育与保护教育部重点实验室；b.经济林育种与栽培国家林业局重点实验室；c.经济林培育与利用湖南省协同创新中心，湖南 长沙 410004）

为给湖南省核桃优株筛选和育种提供参考，以14个核桃待选优株为试材，测定了各品种18个坚果品质指标，并进行了变异分析、相关分析和主成分分析。结果表明：大部分坚果品质指标间相关性达到显著水平或极显著性水平；坚果品质综合表现较优的为石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25，品质较差的为石门-6、石门-23、石门-8。石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25可作为候选优株。

核桃；坚果品质；主成分分析；综合评判

核桃Juglans regiaL.为胡桃科Juglandaceae胡桃属Juglans多年生落叶乔木，是优良的用材树种，又是珍贵的食用干果和油料树种[1]，在实现国家粮油安全和新能源战略中居重要地位。湖南省核桃资源虽然丰富，但没有自己的良种资源，长期引种栽培成效较差。核桃在湖南省主要分布在常德市石门县、怀化靖州苗族侗族自治县等地。经调查得知，现存一定数量品质优良、风味独特的适生优良单株，可推广种植，以解决良种匮乏的问题。

良种选育一直是湖南核桃生产的关键技术，坚果品质的优劣在单株选择中极为重要。坚果品质性状评价的指标较多，单纯依据某个或几个指标进行评价会使得评价结果不全面，因此，要进行多指标综合评价分析。但多年来在核桃选种上，一直采用人为加权打分的方法进行品种性状指标的比较，这种方法既缺少理论依据，又耗时长，选种程序繁琐，同时带有一定的人为主观因素。近年来，因子评价、层次评价、模糊函数评价等方法已被应用到各个领域，而主成分分析方法是目前品质综合评价的一种有效方法[3-9]。

本文中研究了石门县和靖州苗族侗族自治县14株待选核桃优株的坚果品质，笔者在测定其坚果13个品质数量指标和5个感官指标的基础上，借助相关性分析、主成分分析等多元统计学分析方法，对取得的各相关品质指标值进行综合分析，以期为湖南核桃优良单株的选择和高品质育种提供参考依据。

1 试验地概况

石门县隶属于湖南省常德市，位于湖南省西北部，地处东经 110°29′～ 111°33′，北纬 29°16′～30°08′之间。全县海拔42.5～2 098.7 m，平均海拔在500 m。属中亚热带向亚热带过渡的季风气候区。境内年平均气温16.7 ℃，月平均气温5.0～28.6 ℃，全年无霜期282 d，日照1 646.9 h，年平均降雨量1 540 mm。土壤以红壤、黄壤、石灰土为主。其中，壶瓶山位于湖南石门县西北部，海拔一般在2 000 m以上，主峰高达2 098.7 m。属典型的季风气候区，为亚热带山地气候。全区年均气温9.2 ℃，气温为－15.0～38.2 ℃，年平均日照1 509.9 h，年降水量1 898.5 mm，年均雪日42.2 d。土壤以山地黄壤、黄色石灰土为主。

靖州苗族侗族自治县位于湖南省西南怀化市境内。气候属亚热带湿润气候区，为常绿阔叶林地带，气候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长，严寒酷暑时间短；土壤以红壤为主。年内降雨分布呈双峰型，集中于4～7月。植被以松、杉、竹、湖南山核桃为主[10]。

2 材料与方法

2.1 材 料

14份优株核桃样品的编号、采集地、树龄见表1。

2.2 方 法

2014年9月果实充分成熟后各品种采集1 kg左右的坚果，65 ℃条件下烘干后待测。根据GB/T20398-2006[11]，采用常规方法测定每个品种30个坚果的数量指标：坚果质量、仁质量、坚果三径、胴部硬壳的厚度，参照文献[12]将质量指标核仁充实度、饱满度、颜色、风味、取仁难易分级。利用福斯SCINO ST310型索氏提取仪，以石油醚为溶剂提取仁油，计算出油率。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法，利用莱伯科技公司的UV9100D型紫外可见分光光度计，在595 nm波长比色测定。脂肪酸组分的测定参照文献[10]将待测样品进行甲酯化后，采用日本岛津GC-2014型气相色谱仪测定。气相色谱条件[13]：初始柱温50 ℃，保持2 min；10 ℃/min升温至170 ℃，保持10 min；2 ℃/min升温至180 ℃，保持10 min，5 ℃/min升温至220 ℃保持10 min。进样口和检测口温度分别为250 ℃和300 ℃；N2流量10 mL/min；进样量1 μL。定量方法采用面积归一法，即单个脂肪酸甲酯的含量是各个组分峰值面积占色谱图上的所有组分峰面积总和的百分比。

表1 样品的来源和树龄Table 1 Sources and ages of the samples

2.3 数据处理

应用SPSS17.0统计软件，先对坚果横径等13个数量指标进行标准差标准化，再进行皮尔森Pearson积矩相关系数法进行相关性分析。数量指标中的负向指标硬壳厚度、棕榈酸含量、硬脂酸含量采用取倒数的方法正向化，参照文献[14]，采用赋值法，将核仁充实度等感官指标数量化（见表1），综合18个品质指标标准差标准化，进行主成分分析和综合评判。聚类分析采用The Ward系统聚类法。

3 结果与分析

3.1 坚果品质指标变异及相关性分析

核仁充实度等感官指标数量化结果见表2。待选核桃优株的13个品质指标的测定结果见表3。由表3可知，靖州-1硬壳厚度最大（2.24 mm），石门-21最小（0.88 mm）；石门-3出仁率最高（71.78%），靖州-1出仁率最低（42.42%）。石门-21出油率最低（49.45%），石门-4出油率最高（76.39%）；石门-21可溶性蛋白含量最高（7.39 mg/g），石门-1最低（4.46 mg/g）；靖州-1坚果质量最重（17.73 g），石门-8最轻（7.15 g）；靖州-1坚果横径、纵径最大。脂肪酸组分中，棕榈酸含量最多的是石门-6（7.534%），最少的为石门-4（2.911%）；石门-23硬脂酸含量最高（3.106%），石门-22最低（1.350%）；油酸含量最多的为石门-2（35.923%），最少的为石门-22（11.472%）；亚油酸含量最多的为石门-25（72.716%），最少的为石门-2（52.087%）；亚麻酸含量最多的为石门-21（12.182%），最少的为石门-4（3.478%）。品种间各品质性状间的变异系数差异较大，变异范围为6.94%～38.63%，变异系数最大的为油酸，变异最小为坚果横径。表明核桃优株品质性状存在较大变异，变异范围广，遗传变异丰富，选择潜力大。

表2 待选优株核仁感官指标数量化Table 2 Quantification of sensory indexes of the alternative fine individuals

对14棵核桃优树的13个坚果品质指标进行相关性分析，结果见表4。由表4可知，大部分指标间相关性达到显著水平或极显著性水平。其中，硬壳厚度与其它指标均有显著相关性；棕榈酸含量和硬脂酸含量均与除坚果纵径外的11个指标显著相关；出油率与硬壳厚度、亚油酸含量、棕榈酸含量、硬脂酸含量这4个指标显著相关；其余指标均与其它5～8个指标有显著相关性。

3.2 坚果品质指标主成分分析及综合评判

由于各品种之间存在较强的相关性，若直接利用品质性状指标对各待选优株进行评价会导致大量的信息重叠，评价结果不理想，因此需要对其指标进行综合评价。主成分分析的目的之一就是利用原变量间具有较强的相关性的特点，对原变量进行降维分析，用少量的因素来描述多种指标或因素之间的关系[15]。对18个指标进行方差最大旋转法主成分分析，各主成分对原始指标的总体描述情况见表5。由表5可以看出，总方差的86.119%的贡献来自前6个因素，所以用这6个主成分能较好地代替上述18个品质指标来评价待选核桃优株坚果品质。

第1主成分与坚果质量、坚果横径、坚果纵径、坚果侧径显著正相关，与硬壳厚度显著负相关；第2主成分与出仁率、棕榈酸含量、取仁难易显著正相关，与硬脂酸含量显著负相关；第3主成分与油酸含量显著正相关，与亚油酸含量显著负相关；第4主成分与核仁饱满度、核仁颜色显著正相关。第5主成分与出油率显著正相关，与亚麻酸含量显著负相关；第6主成分与核仁充实度显著正相关。总方差近65%的贡献来自前3个主因素，所以可认为坚果质量、坚果三径、出仁率和出油率是评价核桃品质的重要指标，油酸和亚油酸是核桃脂肪酸的重要组分。

根据林海明[16-17]等人的研究，在对各品种坚果品质进行综合评判时，要以主成分贡献率为权重，根据前4个主成分的贡献率和主成分得分Fi，可建立坚果品质综合评判数学模型。

表3 待选优株坚果品质指标Table 3 Quality indexes of nuts in the alternative fine individuals

F=(33.863F1＋16.713F2＋10.922F3＋9.590F4＋ 8.485F5＋ 6.545F6)/86.119。

综合主成分分值F越高，综合品质表现越好。各主成分得分及优良度排序见表6。从表6可知，各待选优株坚果品质综合得分由低到高依次为石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25、石门-24、石门-21、石门-1、石门-22、石门-5、石门-27、石门-6、石门-23、石门-8。其中，石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25这5个待选优株坚果品质综合得分较高，即其坚果品质最好；石门-6、石门-23、石门-8这3个待选优株坚果品质综合得分最低，即其坚果品质差；其它待选优株坚果品质居中。

表4 待选优株坚果品质指标相关分析†Table 4 Correlation analysis of nut quality indexes

4 小 结

对供试待选优株的单果质量、坚果三径、出仁率等18项坚果品质指标进行了变异和相关分析。试验结果表明，各优株各品质指标间有一定差异，大部分指标间相关性达到显著水平或极显著性水平。

依据18个指标对14个待选优株进行了主成分分析及综合评判，利用前6个主成分建立了综合评判模型，坚果品质综合表现最优的为石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25，品质较差的为石门-6、石门-23、石门-8。石门-2、靖州-1、石门-4、石门-3、石门-25可作为候选优良单株，结合产量、抗逆性等指标进行全面评价。

表5 各主成分对原始指标的描述Table 5 Description of each main component to primary indexes

表6 各主成分得分及优良度排名Table 6 Scores of each main component and ranking

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Principal component analysis and comprehensive evaluation of nut quality indexes of alternative superior individuals inJuglans regia

LIANG Shan-shana-c, Lü Fang-dea-c, JIANG Yaoa-c, LI Jian-ana-c, WANG Sena-c, LI Fan-songa-c, YUAN Yanga-c, CHEN Li-lia-c
(a. The Key Lab of Non-wood Forest Cultivation and Protection of Education Ministry; b. The Key Lab of Non-wood Forest Products of Forestry Ministry; c. Hunan Provincial Cooperative Innovation Center of Non-wood Forest Cultivation and Utilization, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to offer a reference for selecting and breeding fine superior individuals inJuglans regiaof Hunan Province, taking 14 alternative superior individuals inJ. regiaas materials, 18 quality indexes of nuts in each variety were measured and analyzed by using the methods of variation analysis, correlation analysis, and principal component analysis.The results showed that the correlation between the most of nut quality indexes reached significant level or extremely significant level; Shimen-2, Jingzhou-1, Shimen-4, Shimen-3, and Shimen-25 had better comprehensive performance on nut quality, while Shiemen-6, Shimen-23, and shiemen-8 had worst comprehensive performance. Shimen-2, jingzhou-1,Shimen-4, Shimen-3, shiemen-25 could be regarded as the options of fine individuals.

Juglans regiaL.; nut quality; principal components analysis; comprehensive evaluation

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.002 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-03-19

湖南省教育厅一般项目（13C1168）。

梁珊珊，硕士研究生。

吕芳德，教授，硕士。E-mail：lvfangde@163.com

梁珊珊,吕芳德,蒋 瑶,等.核桃待选优株坚果品质主成分分析及综合评判[J].经济林研究,2015,33(3):7－12, 32.

S664.1

A

1003—8981(2015)03—0007—06

[本文编校：闻 丽]