燕山北部山区板栗优良种质资源收集及其品质评价

杜常健，孙佳成，武妍妍，张国庆，樊清波，陈卫东，任 菲，严冬辉，江泽平，史胜青＊

(1.中国林业科学研究院林业研究所,国家林业和草原局林木培育重点实验室，北京 100091；2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京 100091；3.河北省迁西县林业局，河北 唐山 064300)

板栗（Castanea mollissima BL.）是我国重要的经济林树种之一[1-2]。据2013 年统计栽培面积111 万hm2，年产量165 万t，占全球产量70%以上[3-4]。种质资源是蕴藏在生物中各水平上遗传变异的总合，任何遗传改良技术或新品种的培育都离不开最基本的遗传资源[5]。因此，优良的种质资源是板栗高产稳产的基础，对种质资源收集与筛选意义重大。我国板栗资源丰富且实生变异类型多，选种潜力极大[6]。充分挖掘我国优良板栗种质资源，比较其品质差异，是板栗资源保护、选育和开发利用的重要保障。

品质综合评价是板栗种质资源筛选的重要手段。目前，板栗品质评价中最常用的指标有单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等，其中，单果鲜质量对于板栗产量至关重要，含水量影响贮存效果，而淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白又是衡量板栗果实营养价值的重要指标[7-9]。在品质分析的基础上，可应用多种方法对不同板栗种质或品种进行品质综合评价。如朱灿灿等对34 个不同板栗品种应用模糊数学法进行了隶属函数模糊评价其果实品质[7]；阚黎娜等采用SPSS 软件对38 个不同产地、品种板栗进行了主成分分析和聚类分析[8]；路超等采用因子分析与隶属函数相结合的方法对河北迁西16 个板栗种质资源进行了综合评价[9]。

燕山北部是我国板栗的传统主产区，栽培历史悠久，且燕山独特的自然环境造就了燕山板栗具有香、甜、糯、肉质细腻等独特风味，在国内外享有盛誉[10-11]。然而，近年来，市场上对早熟品种的板栗需求量大，价格高，导致大面积板栗树被嫁接为早熟品种，这不仅导致栽培品种较单一，容易发生病害，还会造成大量优良种质资源的丢失或破坏。因此，收集、保存和选育新的燕山板栗良种具有重要意义。基于此，本文以主栽的燕山早丰品种为参照，对在燕山北部山区收集到的63 个优良单株或农家种板栗种质进行分析，记录果实成熟时期，测定单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等指标，采用等级划分法和因子分析法相结合的手段对收集的优良种质资源进行品质评价。

1 材料与方法

1.1 植物材料

以河北省板栗主产区迁西县为中心，在县域境内及周边收集63 个优良单株，并以燕山早丰的母树为对照，其位于迁西县汉儿庄乡杨家峪村，树高约12 m，胸径80.6 cm，树龄约120 a。具体采集信息如下（表1）：

1.2 方法

1.2.1 试验设计 通过走访和调查，在燕山北部山区收集农家种和优良单株种质63 个，记录每棵树的生长和结实情况及所处环境。在8 月底至10 月上旬期间，当选定单株开始自然落果2～3 d 后，采集板栗种子，立即置于4°C 冰箱短暂保存，然后分批带回实验室测定鲜质量或烘干保存。每个种质随机采集300 粒，测定单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等指标（每个处理3 个重复，每个重复随机选取20 粒），并对各品质指标进行综合评价。

1.2.2 板栗单果鲜质量、含水量、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量测定 单果鲜质量和含水量测定：参照GB/T5009.3-2003《食品中水分的测定》进行，首先测定单质量，然后持续烘干至衡质量，计算含水量。

可溶性糖和淀粉含量测定：板栗烘干后，利用蒽酮比色法[12]测定，具体方法参照各自试剂盒（苏州科铭生物技术有限公司）。可溶性糖标准条件下测定的回归方程为：y=4.275x-0.07( 式中，x为标准品浓度（mg·mL-1）， y 为吸光值)。可溶性糖含量（mg·g-1，干质量）= [(ΔA +0.07) ÷4.275× V1]÷（W × V1÷ V2）=2.34×(ΔA +0.07) ÷ W （式中，ΔA ：测定样品吸光值； V1：加入样本体积0.04 mL；V2：加入提取液体积，W：样本干质量（g））。

淀粉标准条件下测定的回归方程为：y=2.936x-0.029 5 (式中，x 为标准品浓度(mg·mL-1)，y 为 吸 光 值)。淀 粉 含 量 (mg·g-1，干 质量)=[(A+0.029 5)×V1]÷2.936÷(W×V1÷V2)=0.578×(A+0.029 5)÷W (式中，A：样品吸光值；V1：加入反应体系中样本体积0.05 mL；V2：加入提取液体积1.7 mL；W：样本干质量(g)） 。

可溶性蛋白测定：参照考马斯亮蓝法[13]。称取鲜样，利用改良型Bradford 蛋白浓度测定试剂盒（上海生工）测定不同种质板栗的可溶性蛋白含量。

1.2.3 数据处理 利用Excel 和SPSS 软件对原始数据进行方差分析和主成分分析。

评价方法1（等级评价法）：通过对各个品质指标划分为4 个等级，4 个等级设定为100、80、60、40 分，通过查阅文献和专家咨询确定各个指标权重，最终加权求总分数。

综合得分M1=∑（Xn×An）

式中：X 为各个品质指标根据等级划分所得分数，A 为品质指标所对应的权重，n 为品质指标个数。

评价方法2（因子评价法）：

式（1～2）中：FN为第N 个提取主成分的成绩，BN为提取主成分N 对应方差贡献率的比重，Cn为n 品质指标在主成分N 下的载荷向量/主成分N 特征值的算术平方根，X 为各个品质指标的标准化值，N 为主成分数，n 为品质指标数。

综合排名=0.5×方法1 排名 + 0.5×方法2 排名

2 结果分析

2.1 品质指标分析

2.1.1 单果鲜质量 通过对收集到的板栗单果鲜质量分析(图1)显示：当地主栽品种燕山早丰平均单果鲜质量为9.1 g；收集的63 个优良单株和农家种的单果鲜质量可划分4 个等级，从高到低排列依次为：等级Ⅰ（15 个）、等级Ⅱ（15 个）、等级Ⅲ（15 个）、等级Ⅳ（18 个）。等级Ⅰ包括QX63、QX55、QX42、QX61、QX41、QX43、QX8、 QX6、 QX22、 QX50、 QX4、 QX2、QX25、QX35、QX7，其中，最大值13.6 g，最小值9.4 g，平均值10.4 g（图1 A）。等级Ⅱ包括QX53、QX37、QX56、QX5、QX48、QX30、QX14、QX34、QX11、QX24、QX57、QX12、QX47、QX49、QX58，其中，最大值9.3 g，最小值8.8 g，平均值9.1 g（图1 B）。等级Ⅲ包括QX21、QX46、QX15、QX62、QX1、QX27、QX13、QX32、QX52、QX60、QX33、QX31、QX17、QX44、QX28，其中，最大值8.7 g，最小值7.9 g，平均值8.3 g（图1 C）。等级Ⅳ包括QX16、QX23、QX3、QX54、QX9、QX26、QX51、QX40、QX45、QX20、QX29、QX39、QX18、QX38、QX36、QX19、QX10、QX59，其中，最大值7.8 g，最小值6.5 g，平均值7.3 g（图1 D）。

表1 燕山山区北部搜集优良单株地点信息Table 1 Location information of elite chestnut individuals collected in northern Yanshan Mountains

2.1.2 含水量 燕山早丰的含水量为40.9%（图2）。等级Ⅰ包括QX61、QX33、QX49、QX22、QX8、QX48、QX42、QX52、QX34、QX36、QX35、QX18、QX30、QX40，其中，最大值50.7%，最小值44.7%，平均值47.1%（图2 A）。等级Ⅱ包括QX58、QX56、QX7、QX53、QX41、QX25、QX62、QX45、QX16、QX3、QX57、QX54、QX26、QX43、QX4，其中，最大值44.6%，最小值42.8%，平均值43.5%（图2 B）。等级Ⅲ包括QX6、QX21、QX10、QX47、QX14、QX9、QX51、QX15、QX23、QX12、QX60、QX5、QX28、QX11、QX24，其中，最大值42.7%，最小值41.2%，平均值42.0%（图2 C）。等级Ⅳ包括QX31、QX13、QX20、QX29、QX2、QX19、QX50、QX27、QX46、QX39、QX32、QX1、QX63、QX17、QX37、QX44、QX59、QX38，其中，最大值41.0%，最小值37.6%，平均值39.7%（图2 D）。

2.1.3 淀粉含量 燕山早丰的淀粉含量为49.1%（图3）。等级Ⅰ包括QX62、QX52、QX61、QX54、QX57、QX59、QX33、QX34、QX56、QX48、QX55、QX51、QX49、QX50、QX47，其中，最大值 58.6%，最小值 46.5%，平均值 50.8%（图3 A）。等级Ⅱ包括QX60、QX39、QX35、QX38、QX12、QX63、QX42、QX46、QX11、QX58、QX43、QX24、QX17、QX15、QX20；其中，最大值41.8%，最小值32.4%，平均值36%（图3 B）。等级Ⅲ包括QX23、QX53、QX40、QX29、QX41、QX36、QX44、QX13、QX32、QX37、QX10、QX21、QX45、QX31、QX8，其中，最大值32.3%，最小值26.9%，平均值29.7%（图3 C）。等级Ⅳ包括QX1、QX16、QX25、QX27、QX6、QX28、QX9、QX18、QX14、QX26、QX22、QX2、QX4、QX30、QX7、QX19、QX3、QX5；其中，最大值26.4%，最小值17.4%，平均值22.2%（图3 D）。

图1 板栗优良单株的单果鲜质量Fig.1 Single seed fresh weight of the elite individual chestnut germplasm

图2 板栗优良单株的种子含水量Fig.2 Water content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

图3 板栗优良单株的种子淀粉含量Fig.3 Starch content in seeds from the elite individualc hestnut germplasm

图4 板栗优良单株的种子可溶性糖含量Fig.4 Soluble sugar content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

2.1.4 可溶性糖含量 燕山早丰的可溶性糖含量为6.9%(图4)。等 级Ⅰ包括QX6、QX2、QX7、QX5、QX40、QX34、QX3、QX11、QX15、QX8、QX1、QX12、QX43、QX10、QX42，其中，最大值17.1%，最小值12.2%，平均值12.4%(图4A)。等 级Ⅱ包 括 QX16、QX36、QX38、QX27、QX18、QX26、QX35、QX44、QX24、QX31、QX4、QX29、QX21、QX41、QX28，其中，最大值11.8%，最小值9.8%，平均值10.8%(图4B)。等 级Ⅲ包 括QX37、QX33、QX39、QX30、QX45、QX17、QX46、QX51、QX47、QX20、QX32、QX9、QX23、QX52、QX13，其中，最大值9.4%，最小值7.7%，平均值 8.4%(图4C)。等 级Ⅳ包 括 QX25、QX14、QX62、QX61、QX60、QX50、QX19、QX63、QX59、QX57、QX48、QX22、QX54、QX49、QX55、QX56、QX58、QX53，其 中，最 大 值7.6%，最小值4.8%，平均值6.5%(图4D)。

2.1.5 可溶性蛋白含量 燕山早丰的可溶性蛋白含量为0.80%(图5）。等级Ⅰ包括QX39、QX33、QX32、QX57、QX36、QX59、QX25、QX45、QX8、QX1、QX15、QX40、QX14、QX53、QX46，其中，最大值1.10%，最小值0.70%，平均值0.83%（图5 A）。等级Ⅱ包括QX4、QX17、QX60、QX62、QX35、QX27、QX31、QX61、QX37、QX50、QX9、QX51、QX13、QX2、QX22，其中，最大值0.69%，最小值0.56%，平均值0.62%(图5 B)。等级Ⅲ包括QX48、QX21、QX38、QX34、QX6、QX23、QX55、QX20、QX44、QX49、QX18、QX3、QX16、QX56、QX26，其中，最大值0.53%，最小值0.43%，平均值0.49%(图5 C）。等级Ⅳ包括QX29、QX10、QX12、QX11、QX19、QX42、QX63、QX24、QX47、QX30、QX41、QX58、QX54、QX43、QX28、QX5、QX7、QX52，其中，最大值0.42%，最小值0.16%，平均平均值0.31%（图5 D）。

2.2 等级划分评价

等级Ⅰ、等级Ⅱ、等级Ⅲ、等级Ⅳ 4 个等级依次设定分数为100、80、60、40，然后依照品质综合评价方法对板栗各个品质指标赋予权重，单果鲜质量、含水量、可溶性糖均为0.25，淀粉和可溶性蛋白均为0.125[7,14]，等级评价法计算结果及前20 名见表2。

图5 板栗优良单株的种子可溶性蛋白含量Fig.5 Soluble protein content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

表2 板栗种质品质的等级评价法排名Table 2 Chestnut germplasms quality evaluation ranking by rank evaluation method

2.3 主成分分析

2.3.1 相关性分析 板栗品质指标间的相关性分析可以了解其内在联系，为筛选优良品种提供依据。通过对淀粉、可溶性糖、含水量、单果鲜质量、可溶性蛋白进行相关性分析发现：淀粉和可溶性糖呈负相关（R=-0.446，P＜0.01），单果鲜质量和含水量呈正相关（R=0.292，P＜0.05），淀粉和含水量呈正相关（R=0.255，P＜0.05），但相关程度都很弱（表3）。

2.3.2 因子分析评价 通过主成分分析得到各个主成分的方差贡献率（表4）和主成分载荷矩阵（表5）。从表4 可以看出，第1 主成分方差贡献率为32.37%，第2 主成分方差贡献率为26.82%。前2 个主成分方差贡献率累计为59.19%，说明前2 个主成分可代替评价板栗的品质质量，能够反映原数据的大部分信息。

主成分载荷矩阵能够表示某个品质成分对主成分的影响大小和影响方向。第1 主成分中，载荷较高的质量指标为淀粉、可溶性糖和含水量，载荷权数分别为0.808、-0.698、0.582，能够说明第1 主成分主要反映了淀粉、可溶性糖和含水量的信息，而且淀粉和含水量产生正影响，可溶性糖产生负影响。第2 主成分中载荷较高的为单果鲜质量和可溶性蛋白，分别为0.712 和-0.668，说明第2 主成分主要反映了可溶性糖和含水量的信息，单果鲜质量产生正影响，可溶性蛋白产生负影响，而其他品质成分影响较小。根据主成分分析结果，综合各个主成分求出板栗种质资源因子评价排名（表6）。

表3 单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的相关性分析Table 3 Correlation analysis between single seed fresh, water content, starch, soluble sugars, and soluble proteins

表4 板栗品质指标主成分的方差贡献率Table 4 Variance contribution rates of the principal components to the quality al index characteristics of Chinese chestnuts

表5 板栗品质质量指标的主成分载荷矩阵Table 5 Loading matrix of two principal components to the quality al quality characteristics of Chinese chestnuts

2.4 综合品质评价

通过方法1 等级划分法和方法2 因子分析法的排名，分别赋予权重0.5，求出综合排名（表7）。前20 名可做为优良种质的待选种质，按照名次分别 为QX42、QX34、QX8、QX43、QX7、QX6、QX41、QX35、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX40、QX11、QX5、QX49、QX58。

表6 板栗种质品质的因子评价法排名Table 6 Evaluation of Quality Evaluation of Chestnut Germplasm by Factor Evaluation Method

表7 板栗种质品质评价的综合排名Table 7 Comprehensive ranking of chestnut germplasm quality evaluation

在品质评价前20 名的板栗种质中（图6），8 月下旬成熟的QX42，9 月上旬成熟有QX8、QX43、QX6、QX41、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX11、QX5、QX58。9 月中旬的有QX7、QX40、QX49。10 月上旬成熟的有QX34、QX35。

3 讨论

3.1 种质资源的各品质指标分析

板栗属于异花授粉植物，分布范围广泛，因此，长期进化过程中形成了丰富的种质资源，有着丰富的遗传多样性，故选种潜力大[6,15-16]。本研究以燕山北部地区收集的优良单株和农家种板栗种质资源为材料，通过记录板栗树的相关生长状况，测定不同种质的相关品质成分等手段，对其进行综合的品质评价，为筛选优良的种质资源奠定基础。

单果鲜质量大小对于板栗的产量有着重要的影响，而含水量多少对板栗的贮藏有很大的影响[11]。通过对63 个种质资源和燕山早丰的分析结果显示，单果鲜质量QX63 的最大，为13.6 g，QX59的最小，为6.5 g，平均值8.7 g。不同种质的单果鲜质量差异显著，可以根据等级筛选不同大小的种质，满足市场的多元化需求。等级Ⅰ和Ⅱ单果鲜质量的平均值都大于燕山早丰的平均值，等级Ⅲ 和IV 的平均值小于燕山早丰。含水量QX61 的最大，为50.7%，QX38 的最小，为37.6%，平均值为42.9%；等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含水量的平均值都高于燕山早丰，而等级Ⅳ小于燕山早丰。这表明不同种质间含水量差异较大，但其变化范围与路超等[9]对类似分布区的16 份板栗种质研究结果类似。含水率与储藏的时间密切相关，因此，把含水率纳入品质评价中具有重要意义。可溶性糖含量能够直接影响板栗的甜度与口感风味，而且植物的抗逆性也与非结构碳水化合物如可溶性糖、淀粉密切相关[17]，因此，可溶性糖是板栗品质评价的一个重要指标[18]。63 个种质可溶性糖QX6 的最大，为17.1%，QX53的最小，为4.8%，平均值9.8%；等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可溶性糖的平均值都高于燕山早丰，而等级Ⅳ小于燕山早丰。结果表明，不同种质间可溶性糖变化幅度较大，与阚黎娜等[8]、路超等[9]对类似分布区板栗种质可溶性糖含量（5.6%～7.6%）的研究结果差异较大。因此，本研究为筛选板栗采收后即含糖量较高的种质奠定了基础。淀粉是板栗食用品质的主要因素，而且影响后续板栗食品加工产品的口感和品质等[19]。63 个种质淀粉含量QX62 的最大，为58.6%，QX5 的最小，为17.4%，平均值为34.3%；等级Ⅰ的淀粉含量平均值大于燕山早丰，而等级Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都小于燕山早丰。然而，阚黎娜等[8]和张乐等[20]对燕山地区几种板栗栽培品种淀粉含量的测定结果为22.9%～38.1%，也说明本研究中不同种质间淀粉差异显著。蛋白质为人体唯一氮源，其含量多少直接影响到板栗的乳化性、吸水性等[20]。因此，可溶性蛋白也可以作为板栗品质评价的重要指标。63 个种质可溶性蛋白QX39 的最大，为1.1%，QX52 的最小，为0.16%，平均值0.56%；等级Ⅰ的可溶性蛋白含量平均值大于燕山早丰，而等级Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都小于燕山早丰。

图6 综合品质评价前20 名板栗种质资源Fig.6 The top 20 chestnut germplasm resources for comprehensive quality evaluation

不同种质之间单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量存在显著差异，说明不同种质的板栗在各品质指标积累方面已发生分化现象，这些品质指标可作为筛选种质资源的指标。通过与已有品种燕山早丰的比较，含水量燕山早丰属于等级Ⅳ，单果鲜质量属于等级Ⅱ，淀粉含量属于等级Ⅰ，可溶性糖含量属于等级Ⅳ，蛋白含量属于等级Ⅰ，说明收集的种质资源的品质相对于燕山早丰较好，可以进行后续品质综合评价筛选优良种质。

3.2 种质资源品质评价

板栗是最有代表的木本粮食产业，随着板栗种植面积的扩大，板栗优良种质资源的收集和筛选具有重要意义[21]。品质评价是种质资源筛选的重要环节，而在板栗品质评价方面，诸多研究者采用等距分级评价法[22]、模糊数学法[7,23]等进行评价，这些方法各具优势，但同时片面性强，多个因素共同影响，导致了评价结果不确定性。本研究采用等级评分和因子分析相结合的方法[9,22,24]，其中，等级评分法是根据查阅相关文献和专家打分，赋予各个品质指标比例权重，计算各指标的等级分数求出综合排名；因子分析法是利用主成分分析进行降维，即把类似因子归类到一个具有代表性的公共因子中，减少了指标数量，然后通过公共因子成绩以及其方差贡献率比例计算综合成绩[24]，通过方差分析和相关性分析，既结合因子的单方面影响，又结合因子的相互影响[9]。2 种方法的结果不一致，因为这2 种方法的侧重点不一样，等级评分法由专家打分确定产生，有人为因素在里面，各品质指标占比存在异议；而因子评分法通过降维的方法产生，板栗主要品质指标未被凸出，有一定的片面性。因此，结合2 种方法，可以兼顾多种优势，减少单一方法的片面性，结果更有信服性，而且适合大样本种质资源的筛选。

优良的种质资源是通过大量种质资源筛选出来的，科学的品质评价方法对种质资源的筛选具有重要意义。根据等级评分法和因子分析法的排名分别赋予权重0.5，求出综合排名。2 种评价方法相结合，更具优势，可以完善板栗品质的综合评价体系。本研究中，综合品质评价前20 名可作为优良种质资源备选种质，但仍需后续观测和示范，研究其抗逆性和产量的稳定性。

4 结论

在燕山北部山区收集的63 个板栗种质之间单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量存在显著差异，这些品质指标可作为优良种质资源的品质评价指标。品质综合评价前20 名依次为 QX42、QX34、QX8、QX43、QX7、QX6、QX41、QX35、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX40、QX11、QX5、QX49、QX58，其中，QX42 可以作为早熟种质，并且为最优种质，QX34（第2）、QX35（第8）可作为晚熟种质。通过等级评分和因子分析相结合的方法对所收集的板栗种质资源进行品质评价，为板栗优良种质资源筛选提供了参考。