千年桐盛果期优良单株综合评价选择

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

千年桐Vernicia montana为大戟科油桐属落叶乔木，原产我国，种植范围比较广泛，栽培历史悠久[1-3]。它结实早，盛果期长，产量高，种子含油率高，种仁含油率达39%～65%，其中约94%为不饱和脂肪酸，是一种优良的潜在生物柴油资源[4-5]。千年桐为我国所特有的工业油料树种，具有丰富的品种资源，与油茶、核桃和乌桕并称我国4 大木本油料植物[6]。其主要分布于长江流域以南，集中栽培于浙江、广西、云南、贵州以及湖南等地。近年来，在湘南地区千年桐发展迅速，其种植面积已超过2 万hm2，但目前种植的千年桐均为实生苗，导致其结实表现参差不齐，千年桐为雌、雄异株植物，约有1/3 的植株不结果，因此千年桐的产量较低。

由于桐油的产业发展迅速，对于千年桐的优良选育的需求已迫在眉睫。朱镜如等[7]对重庆油桐种质资源进行了调查和收集，对优株的含油率、桐油品质等进行了测定分析。许杰等[8]对14 个三年桐种源果实经济性状评价，黄瑞春等[9]进行了桐油种植资源库比试验初步研究，徐永杰等[10]对湖北油桐进行了优树选择和评价，李文莹等[11]对油桐4 个优良家系主要经济性状分析，这些研究选出了地方性的品种，但是千年桐具有很强的地域性，这些品种不一定适合在湖南种植，由于选育滞后，目前尚没有选育出适宜湖南种植的无性系，从而造成单位面积产量低[12]。笔者通过对千年桐盛果期试验林进行全面踏查，同时根据单株结果数、单株产果量、树体大小、树形、果实聚集度等表型指标初步确定了320 株千年桐，通过复选确定32 株备选优树。本研究采用主成分分析方法对32 株备选优树的主要果实经济性状展开全面分析，旨在评价筛选出经济性状表现最优的优良单株，为千年桐采穗圃的建立和无性系的高效繁育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于郴州市苏仙区，其地理位置为24°53′～25°41′N、112°37′～113°20′E。属亚热带湿润季风性气候，年平均气温为18.0 ℃，年平均降水量为1 444.5 mm，全年最高气温34 ℃，最低气温3 ℃，四季分明，夏热期长，秋短温冬，热量丰富，降水集中，地带性植被为常绿阔叶林。

1.2 试验材料

试验材料选择郴州市苏仙区郴州国盛生物能源股份有限公司种植的7～8年生已进入盛果期的千年桐，可以作为新品种培育选择材料。

1.3 评价指标的确定

千年桐为产油树种，其产油量主要由结实量和果实内的内含物决定，本研究共考虑15 个指标，其中与结实量有关的指标有鲜果单果质量、果高、果径、总果数、鲜果总质量、单株产果量、胸径、树高等，与内含物含量相关的指标有果壳厚度、干种仁质量、干籽出仁率、鲜果出籽率、脂肪含量、单株产油量、种仁含油率等。

1.4 试验方法

1.4.1 备选优树的选择

2018年秋，以踏查的方式从郴州市苏仙区种植的近2 000 hm2千年桐中选择单株结果量大、单序果量多、果实丛生性强、树体高大通直、分枝层次明显、果实大、串数多、无明显病虫害的备选优树32 株。备选优树确定后，在1.5 m 处树高涂上明显的标志且喷漆编号，分别测量其树高和胸径，果实成熟后，分别收集备选优树的果实。

1.4.2 样品采集与制备

取样时间为2018年10月25日，此时千年桐果实已经完全成熟，采下备选优树的果实后，记录每株的果实总数，充分搅拌，然后每样株随机抽取样果1.5 kg，用封口袋密封后记录并编号，带回实验室。从1.5 kg 样果中随机抽取15 颗，称质量，记为鲜果总质量。然后剥开15 个果实的果壳，取出籽称质量，记为鲜籽质量。将鲜籽烘干至恒质量，记为干籽质量。剥开干籽，取出种仁称质量，记为干种仁质量。

种仁含油率的测定：测定方法参考GB/T144488.1—2008 油料植物含油量测定。取出千年桐干籽仁，烘干，精确度0.001 g，将干籽仁研磨粉碎，利用电子天平称取种仁4.5 g，用已称取质量的定性滤纸（m滤纸）包裹，制作成料包，把料包放入培养皿中间，置干燥箱温度调至105 ℃，在烘箱中干燥2 h，取出试样，用电子天平称取试样质量（m1）。将试样放入浸提瓶中，加入70～80 mL 石油醚，利用索氏抽提器60 ℃抽提6～12 h，打开冷凝水开关，接通冷凝水水流，在恒温水浴中进行抽提。当抽提器将浸提瓶内的料包抽至无油迹时，则抽取完成，将开关关闭，使用长镊子取出料包，取出的试样放入105 ℃干燥箱中，烘至恒质量（m2）。通过 计算得出种仁含油率。种仁含油率=1-（m2-m滤纸）/（m1-m滤纸）×100%。

1.4.3 备选优树各项评价指标的测定

利用电子天平称量鲜果单果质量、鲜籽质量、干籽质量、种仁质量；采用电子数显卡尺测量果实横径和果实纵径。备选优树各项评价指标的测定根据参考文献[12-16]，各指标的测定均设置3次重复，称量精度均为0.01 g。鲜果单果质量、鲜果出籽率、干籽出仁率、脂肪含量的计算公式分别为：

鲜果单果质量=鲜果总质量/鲜果个数；

鲜果出籽率=鲜籽总质量/鲜果总质量×100%；干籽出仁率=干籽种仁质量/干籽质量×100%；脂肪含量=干种仁质量/种仁含油率×100%。

1.5 数据处理

采用Excel 2003 和SPSS 21.0 进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 备选优树测定指标的变异系数和相关性分析

表1为32 株备选优树的观测指标测定值及变异系数，从表1可以看出，各优株的观测指标变异较大，变异系数在6.20%～54.15%之间，其中单株产油量、单株产果量、总果数和脂肪含量的变异程度较大，分别为54.15%、46.91%、46.00%、34.68%。变异系数大说明千年桐具有很大的选择潜力。

表1 千年桐表型性状变异系数Table 1 Coefficient of variation of phenotypic traits of Vernicia montana

表2为备选优树各观测指标的相关性分析，从表2可以看出，千年桐果实各性状指标之间存在较为复杂的关系。鲜果单果质量与果壳厚度、果高、果径呈极显著正相关，与鲜果出籽率呈极显著负相关，与干种仁质量、种仁含油率、脂肪含量呈负相关；单株产果量与单株产油量极显著正相关，与鲜果出籽率、干籽出仁率、种仁含油率呈负相关；鲜果出籽率与干籽出仁率、脂肪含量极显著正相关，与种仁含油率呈显著正相关；干籽出仁率与种仁含油率、脂肪含量呈极显著正相关，与单株产油量呈显著正相关。由此可见，由于鲜果单果质量与果壳厚度存在极显著正相关关系，导致体现产量大小的两个主要指标（鲜果单果质量和单株产果量）与体现内含物含量的主要指标（鲜果出籽率、干种仁质量、干籽出仁率、种仁含油率、脂肪含量等）普通呈负相关或显著负相关，说明虽然千年桐的果实产量与最终的产油量肯定是相关的但并不是一种正比例关系，优树选择有必要考虑多个指标。

2.2 千年桐各品质指标间的主成分分析

以千年桐各优株的果实相关经济性状的数据为基础，利用SPSS21.0 软件计算各指标数据标准化处理结果（表3）、主成分的特征值、贡献率及累计贡献率（表4）、特征向量（表5）。将千年桐15 个性状指标转化为15 个因子，进行因子分析和主因子确定。从表4可以看出，主成分分析特征值有4 个主成分大于1.0，符合主成分分析的要求，前4 个主成分的累积方差贡献率为84.425%，表明各性状的贡献率分散，累计贡献率增长不明显，说明性状变异具有分化性和多向性。其中，前4 个的贡献率分别为30.935%、26.740%、8.223%、8.528%，即这4 个主成分所含信息占总体信息的84.425%，能够反映32 个千年桐备选优树15 个性状指标的综合信息。从表4、5 可以看出，第1 和第2 主成分中变量的特征向量相差不多，表现这些因子对千年桐具有同等作用与效力，表明多种综合性因素影响了千年桐备选优树的优劣。第1 主成分中起主要作用的指标是鲜果单果质量、15 个平均果质量、果高、果径，果壳厚度，其中这些特征向量值较高，分别为0.90、0.89、0.71、0.94、0.69，此类性状均与产量有关，称为产量果型因子，凝聚的向量关系表明：果高越大，果径越大，果实也越重；特征值为4.640，方差贡献率为30.935%。第2 主成分中干种仁质量、干籽出仁率、鲜果出籽率、种仁含油率、脂肪含量作为反映果实品质的指标，称为经济品质因子，得分比较高代表果实品质好，其中鲜果出籽率和干籽出仁率反映了种子发育的程度和内含物的多少，鲜出籽率和干出籽率的贡献率最大，

其中干种仁质量、干籽出仁率、鲜果出籽率、种仁含油率和脂肪含量为正向指标，特征值为4.01，方差贡献率为26.740%。第3 主成分有总果数、单株产量、单株产油量，称为表型因子，特征值为2.73，方差贡献率为8.223%。第4 主成分为树高、胸径，称为树体因子，特征值为1.28，其贡献率为8.528%。

表2 千年桐备选优树的相关性分析结果†Table 2 Relevance analysis of selected trees of Vernicia montana

表3 千年桐备选优树各项评价指标标准化处理结果Table 3 The standardization of Vernicia montana primary tree characters’ measured data

表4 主成分的特征值、贡献率及累计贡献率Table 4 Eigenvalue,contribution rate,and cumulative contribution rates of principal components

表5 前4 个主成分的特征向量Table 5 Eigenvectors of the former four principal components

2.3 综合评分模型构建及优良品种选择

主成分分析法用可以量化的综合指标来替换数量众多的性状指标，从而用简化的综合系数来替代各个性状的系数[17-18]。从表4可知，第 1、2、3、4 个主成分能够反映84.425%的综合信息，因此，这4 个主成分能够有效代表原有的15 个指标信息。用Z1、Z2、Z3、Z4分别表示这些主成分，用X1、X2、X3、...、X15代表标准化后的指标变量，可综合得出如下线性方程，分别为：

同时，以第1、2、3、4 主成分的方差贡献率a1、a2、a3、a4作为权数，构建综合评价模型[19]：F=a1Z1+a2Z2+a3Z3+a4Z4，其中F为综合评价指标，代入相应表达式，可得出32 株备选优树的综合评价指标F值（表6）。

由表6可知，在32 个备选优树中，果实品质指标综合得分F值排名如下：国盛9 号＞国盛8 号＞国盛19 号＞国盛27 号＞国盛13 号＞国盛16 号＞国盛32＞国盛3 号＞国盛11 号＞国盛10 号＞国盛21＞国盛14 号＞国盛30 号＞国盛5 号＞国盛1 号＞国盛28＞国盛17 号＞国盛15 号＞国盛23 号＞国盛31 号＞国盛22 号＞国盛29 号＞国盛4 号＞国盛6 号＞国盛2 号＞国盛20 号＞国盛24 号＞国盛18 号＞国盛26 号＞国盛25 号。在综合得分中，有15 个千年桐果实品质综合得分大于0，17 个综合得分为负值，根据正负值将其分为较好和相对较差2 大类。其中国盛9 号是果实品质最好，综合指标表现最好，但其在第4 主成分的排序偏低，这表明在果实品质综合评价中，种子发育程度和内含物质量起主要作用，树体外观因子起次要作用。通过对32 株备选优树进行综合评价，选出了F值为正值的15 株表现优良相对较好的备选优树，其表达的不同性状，可为今后的千年桐品种选育提供依据，在F值为负值的备选优树中，其中里面的主成分还是不错的，但是综合评分相对偏低，其相对较好的表现性状，可在今后良种选育创新中加以利用。

2.4 基于综合评价指标（F）的聚类分析

根据4 个主成分分析的得分值，对32 株初选优树进行系统聚类（图1），从图1可以看出，32株备选优树可分为3 大类：国盛9 号、国盛19 号、国盛8 号、国盛32 号、国盛16 号、国盛13 号、国盛27 号为Ⅰ类，共7 株，综合得分均为正值，是果实品质最好的一类；国盛17 号、国盛28 号、国盛30 号、国盛1 号、国盛5 号、国盛10 号、国盛7 号、国盛14 号、国盛21 号、国盛12 号、国盛11 号、国盛3 号为Ⅱ类，属于果实品质中等的一类；国盛25 号、国盛23 号、国盛15 号、国盛22 号、国盛31 号、国盛26 号、国盛18 号、国盛4 号、国盛29 号、国盛24 号、国盛20 号、国盛2 号、国盛6 号为Ⅲ类，综合得分均为负值，排序靠后，是果实品质相对较差的一类。对于以后的优树选择工作，可以重点关注Ⅰ类，特别是综合排名靠前的3 株优树。

图1 备选优树综合评价指标F 聚类分析Fig.1 F-cluster analysis of comprehensive evaluation index of primary trees

3 讨 论

本试验以千年桐32 株备选优树为研究对象，根据15 个指标对优树进行综合评价，结果表明，15 个指标的变异系数在6.20%～54.15%之间，说明千年桐具有很大的选择潜力。千年桐作为湘南地区的乡土树种，由于长期自然选择的结果，个体之间表现出明显的分化现象。种仁含油率是反映内含物含量的关键指标，这个指标在不同单株间分化较大，这是由于千年桐自交不亲和、杂合程度高。研究表明，油料树种含油率由不完全显性的遗传因素控制，通过脂肪酸合成代谢途径中的基因修饰和调控基因功能的表达可进行品质的改良，从而提高油料树种的含油率；相关研究表明，环境因素对林木种实品质有一定的影响，本次选育出的Ⅰ类优树综合排名靠前的3 株优树全部来自范围较小的同一山坡，调查发现该地坡度较缓、土壤肥沃、排水良好、光照充足。因此，对于本次选出的种实品质优良的千年桐优树，还应进行区域种植试验，应在较大的种植范围、不同的立地条件下进一步观测其表现；油料树种的产油量还与栽培技术有关，其中树体的生长状况能够影响果实的表型和经济品质，对于千年桐来说，采用矮化密植种植技术可以提高劳动效率、降低生产成本。

我国桐油产量居世界第一，近年来桐油产量逐渐提升，2018年桐油年产量达到了30 万t，约占世界年产量的80%左右，出口量占世界桐油出口总量70%以上。我国含油植物资源分布广泛，共有151 个科1 500 余种含油植物，其中种子含油量达到40%以上的约有150 种，含油量大于20%的将近400 种，其中木本植物占3/4。黄连木、文冠果、麻疯树、光皮树等树种果实含油率高，分别为50.5%、63.4%、48.2%、54.8%，而种仁含油率达39%～65%。本研究表明，32 株千年桐备选优树的种仁含油率最低为39.00%，最高为65.00%，平均为52.81%，因此千年桐育种仍然有较大的潜力可供挖掘。

4 结 论

本研究采用相关分析法、主成分分析法和聚类分析法，对32 株备选优树的15 个观测指标进行评价，其中通过主成分分析得出了各主成分的特征值和贡献率，共提取了4 个主成分，分别为产量果型因子、经济品质因子、表型因子、树体因子，累计贡献率84.425%，根据4 个主成分依次排出了32 株备选优树的总排名，得分总排名前3名的优树分别是国盛9 号、国盛8 号、国盛19 号，3 株备选优树的F 排名得分分别为4.53、3.54、3.54。通过聚类分析，将32 株备选优树分为三类，其中Ⅰ类优树中总排名前3 名的3 株优树具有单株结果量大、果实大、串数多、内含物含量高等特点，可确定为目标优树，用于育种计划。研究结果为千年桐无性系选育及杂交育种亲本的选择奠定了良好基础。