蒜头果种子外观质量分级标准初步研究

杨玉玲，王序英，魏 波，赵大伟

（1.文山壮族苗族自治州农业科学院，云南文山 663099；2.红河学院生命科学与技术学院，云南蒙自 661100）

蒜头果(Malania oleifera)又名马兰木和山桐果等，为铁青树科（Olacaceae）蒜头果属常绿乔木，是我国特有的单属单种铁青树科古老植物，是国家二级珍稀濒危保护树种和二类珍贵用材树种，也是云南省极小种群重点拯救和保护对象[1-2]。野生蒜头果自然分布区域狭窄，主要分布在云南东南部和广西西部的狭长区域[3-5]。云南主要分布在广南县的莲城、曙光、董堡、旧莫、黑支果和坝美等乡镇以及富宁县[6-7]；广西主要分布在百色右江区、巴马、凤山及马山等县，均属较为温暖湿润的季风性气候[8]。

蒜头果的化学成分主要包括挥发油、脂肪酸和其他成分（多糖、总黄酮、蒜头果毒蛋白和木质素等）。其中蒜头果油的研究较多，不仅可作为食用油，还是重要的医药、食品和化工等原料。蒜头果果仁中的油脂含量为50% ～60%，其中脂肪酸主要以油酸、硬脂酸、棕榈酸、芥酸、花生酸、亚油酸、亚麻酸和神经酸为主（C18～C24），是迄今发现的含神经酸物质最高的木本植物，相对含量高达40% ～60%[9-11]，神经酸具有恢复神经末梢活性、促进和刺激神经细胞生长发育的功效[12]。蒜头果油也是合成十五内酯、麝香酮和大环内酯以及配制高级香水和化妆品的优质原料，经济价值较高，并已用于医药工业[13-16]。

种子特征不仅是植物的重要经济性状，也是野生植株选优和人工定向培育新品种的基础。目前，关于蒜头果野生植株种子特征的相关研究较少。郭方斌等[17]观测了广南县6 个采集地蒜头果野生植株的结实量，并分析了果实、果核（种子）和果皮等主要的果实性状特征，结果显示蒜头果果核（种子）、外形尺寸（横径和纵径）和重量均有不同程度的变化，果核重变化幅度最大，最重与最轻相差3.75 倍。为进一步了解蒜头果的种子特征，本研究对蒜头果的种子外观质量进行分级，对保证苗木质量、提高造林成活率和充分发挥林地生产力有重要意义，也可为蒜头果的种子繁育或榨油提供科学依据，促进蒜头果产业的发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019年9月20日，在文山壮族苗族自治州广南县旧莫乡和董堡乡采集成熟的新鲜蒜头果，将其带回实验室，剥去外种皮，洗净种子，阴干备用。

1.2 试验方法

1.2.1 指标测定

将采集的蒜头果种子混合，随机选取123粒种子进行测定，指标包括鲜重（g）、横径（mm）和纵径（mm）3项指标。鲜重采用电子天平称量（精确至0.1 g），横径和纵径采用电子游标卡尺进行测定（精确至0.01 mm），计算最大值、最小值、均值、标准差及变异系数。

1.2.2 分级标准制定

使用SPSS 13.0 统计分析软件，采用系统聚类的K-均值聚类算法[18]对鲜重、纵径及横径等数据进行标准化处理，所得的综合指标即可形成一些自然类。随机选取K 个对象作为初始的聚类中心，然后计算每个对象与各个种子聚类中心间的距离，把每个对象分配给距离最近的聚类中心。聚类中心以及分配的对象代表1 个聚类。全部对象都被分配后，根据聚类中现有的对象重新计算每个聚类的聚类中心。不断重复该过程，直到满足某个终止条件。终止条件可以是以下任何一个：没有（或最小数目）对象被重新分配给不同的聚类；没有（或最小数目）聚类中心再发生变化；误差平方和局部最小。一般来说，靠近大数的类一般应属一级种子，靠近最小数的类应属于等外级。

2 结果与分析

2.1 蒜头果种子外观性状指标统计

蒜头果种子鲜重变异幅度为7.1 ～25.5 g，最重与最轻相差3.59 倍，变异系数为21.9%，均值为15.71 g；纵径为23.90 ～34.07 mm，最大值与最小值相差1.43倍，变异系数为7.3%，均值为29.39 mm；横径为24.65 ～38.80 mm，最大值与最小值相差1.57倍，变异系数为8.1%，均值为32.22 mm（表1）。种子的重量差别比大小差别更明显。

表1 蒜头果种子外观性状Tab.1 Appearance traits of M.oleifera seeds

续表1 Continued

续表1 Continued

2.2 蒜头果种子外观指标K-均值聚类分析

种子分级太多不利于生产操作，分级太少不能较好地区分种子质量，通过调整不同K 值进行聚类分析，以指标最低一类（等外）种子标准比例10%以下为止。对种子鲜重、纵径和横径的测定结果进行聚类分析，逐步计算K值。结果表明，当K=5时，指标值最低类种子为8.13%，以K=5时的聚类结果为依据进行蒜头果种子分级（表2）。

种子鲜重、纵径和横径在5 个类间差异极显著（P＜0.01）（表3）。F值表现为种子鲜重＞横径＞纵径，可将此3 项指标作为蒜头果种子外观分级的指标。

表2 蒜头果种子外观指标K类中心聚类的最终类中心值Tab.2 Final cluster centers of K-means cluster analysis of M.oleifera seed appearance indexes

表3 蒜头果种子外观指标的方差分析Tab.3 Variance analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

根据类间距离大小分析，第1 类与第3 类、第2类与第4 类中心距离最小，第1 类与第5 类、第2 类与第3类中心距离次之，第4类与第5类中心距离最大，说明蒜头果种子外观可分为5 个质量等级（表4）。结合种子外观指标进行综合分析，第5类和第1类种子为一级质量种子，第3类为二级质量种子，第2类为三级质量种子，第4类为等外种子。

表4 蒜头果种子外观指标最终聚类各类间中心距离Tab.4 Distances between final cluster centers of appearance indexes of M.oleifera seeds

2.3 蒜头果种子外观质量分级标准

根据最终聚类中心值和方差分析结果，结合生产实际，划分出蒜头果种子外观等级标准。结果显示，各指标值最高的种子（第5 类）仅占0.81%，因此，将指标值相近的第1 类和第5 类合并为一类。最终，蒜头果种子外观质量划分为4个等级，其中合格外观种子约占总数的91.9%，等外种子（不合格种子）约占8.1%（表5）。

表5 蒜头果种子外观质量分级标准Tab.5 Grading standard of appearance quality of M.oleifera seeds

利用SPSS 对各外观指标间的相关性进行分析（表6）。各指标间均呈极显著正相关，横径与鲜重关系最密切（R=0.969）。

分级时，首先看种子鲜重指标，以鲜重所达到的级别确定种子级别，种子鲜重达Ⅰ级种要求，种子可为Ⅰ级，依此类推。种子鲜重达到要求后，按纵径和横径指标分级；当横径和纵径不属同一等级时，以横径所属级别为准。

表6 蒜头果种子外观指标相关性分析Tab.6 Correlation analysis on appearance indexes of M.oleifera seeds

3 结论与讨论

本研究中，蒜头果种子的重量与大小均呈现了一定程度的变化，种子鲜重变化幅度最大，最重与最轻相差3.59 倍，变异系数为21.9%，与郭方斌等[17]的研究结果一致，说明种子重量这一表型性状存在广泛的多样性[17,19]。种子大小与重量为蒜头果的重要经济性状（内含油脂丰富的种仁），较为丰富的种子表型性状多样性可为蒜头果的人工定向培育提供多样的种质资源，也可用于物种的保护研究。

种子是植物生产最基本的物质基础，其质量将直接影响植物的产量、主要成分含量及质量，制定种子分级标准是保障种子质量、提高种子产量与品质的有效途径[20-22]。近几年来，关于种子质量分级标准的研究逐渐增多，于凯强等[23]采用标准差法对银柴胡（Stellaria dichotomavar.lanceolata）的种子质量进行分级，艾伦强等[24]通过主成分分析、系统聚类分析和K-聚类分析3 种统计学方法对续断（Phlomis umbrosa）的种子质量进行分级，甘娇娥[25]通过K-均值聚类算法对黄连（Coptis chinensis）的种子质量进行分级。本研究测定了云南广南县123个蒜头果种子的主要外观质量指标并进行K-均值聚类分析，结合生产实际，将种子单粒鲜重、横径和纵径3 项指标作为蒜头果种子外观质量分级指标，并制定分级标准。K-均值聚类算法简单易用，适合蒜头果种子外观分级标准的研究。蒜头果种子的外观质量可分为3 个等级：一级种子单粒鲜重≥18.7 g，纵径＞32.76 mm，横径＞34.49 mm；二级种子单粒鲜重14.7 ～18.7 g，纵径29.71 ～32.76 mm，横径32.16 ～34.49 mm；三级种子单粒鲜重11.1 ～＜14.7 g，纵径27.13 ～≤29.71 mm，横径29.21 ～≤32.16 mm。新鲜蒜头果种子的含水率在50%以上，种子壳（内果皮）在种子未成熟时已经很坚硬，在果实未成熟时种子内也是充盈的（含水量高、种子较重）；种子的大小在植株间有较大差异，小种子未必就是差种子；有时种子很大，但内果皮相对较大，阴干后发现里面的种仁很小。因此，仅以种子鲜重和大小作为种子外观质量分级标准的主要指标存在一定的不合理性，但本研究结果可为蒜头果种子繁育、提高苗木成活率及榨油率提供一定的参考。今后，应从种子形态特征（发芽试验、不同生育期）、生化特性、遗传特性及分子生物学等方面进行综合评价，为蒜头果人工培育提供更科学的依据。

种子质量是保障植物种植后稳产和高产以及达到国家规定可控指标的关键，尤其是纯天然和无公害的植物生产更离不开种子的质量监控[26]。本研究采用K-均值聚类算法对蒜头果种子外观质量进行分级，分级数量少，操作简单，可为蒜头果种子的选择及未来蒜头果种子质量标准体系的建立提供一定的参考。