王珮璇,陈 静,郭钰柬,周开兵
(海南大学 热带作物新品种选育教育部工程研究中心,海南 海口 570228)
油茶是山茶科Theaceae山茶属Camellia植物中油脂含量较高且具有一定栽培规模的一类植物的总称[1],是中国和世界四大木本油料作物之一,被称为“东方的橄榄树”[2]。茶籽油是优质保健食用油和高级天然化妆品原料,其副产品在农业、医疗、日化等方面均有应用价值[3-7]。越南油茶Camellia vietnamensis是中国的广东省、广西壮族自治区、海南省和越南、老挝等国家和地区特产的油茶树种[8],也是我国海南省种植的主要油茶树种,其栽培历史至少有500多年[9],海南省不乏野生原生种和老林分布。在长期适应南亚热带环境的过程中,越南油茶已形成了与内陆油茶不同的特点,具有抗逆性强、耐热性强、寿命长与树冠高大、结果早、果大籽多等优点,是很有发展前途的油茶树种之一;同时能用于山地造林,具有生态保护功能;并且越南油茶籽油在口感、品质、生产加工、市场潜力等方面都有独特的优势。但是,长期以来,由于地理的隔离及相关科研、产业发展的滞后,海南省的越南油茶产业并没有得到应有的重视[10-11]。
目前,正逢海南国际自由贸易港建设机遇,人们对海南产区越南油茶油特有食用和保健价值的认识不断加深,对其需求量加大,选育海南当地优良的越南油茶品种已成为海南省越南油茶产业发展的当务之急[10]。前人已有一些包括越南油茶在内的油茶丰产单株的选择和产区比较的研究报道,但其研究局限于同一产区不同单株间、不同年份间和同一年份不同产区间的比较分析[12-13];也有研究者针对个别产区油茶的农艺性状、产量性状、茶籽油理化性质和脂肪酸组成等品质特点,探讨了优株筛选的标准和方法[14-16]。然而,针对海南省的越南油茶单株及产区的评价研究尚未见诸报道。
灰色系统理论以其简单便捷又不失科学合理等优点,被广泛应用于如水稻、小麦、玉米、花生等[17-18]农作物品种的综合评价及其性状间的相关分析中。在对油茶的研究中,有关研究者采用这种分析方法研究过其他地区的普通油茶的各性状指标与产油量之间关系的密切程度、气象等因素与茶籽油产量及品质间的关系、茶油中活性成分之间的关系等问题[19-21]。而采用此法研究越南油茶的报道极少,仅见有聂浪等[22]对包括越南油茶在内的广东油茶种质资源筛选及评价的研究报道。为给越南油茶种质资源育种的开发利用提供数据支持,同时为海南省高产油茶基地的规划建设提供参考依据,本研究对海南省的6个越南油茶产区实生老林中的32个单株的农艺性状、产量性状和茶籽油品质进行了比较分析,并采用灰色关联分析法对优良单株与丰产稳产产区进行了筛选和评价,现将研究结果分析报道如下。
分别从海南省的保梅岭生态保护区(简称为“保梅岭”)、霸王岭长臂猿保护区(简称为“霸王岭”)、澄迈县福山镇长安村(简称为“澄迈”)、白沙县福门村(简称为“白沙”)、儋州市王五镇兴文村(简称为“儋州”)、琼海市阳江镇上科村(简称为“琼海”)等越南油茶产区中选定2017和2018年连续两年丰产(株产果量在10 kg以上)、稳产单株32株作为试验材料,各产区中的环境概况和丰产单株的编号与树龄等信息见表1。
表1 海南省6个越南油茶产区的环境概况和丰产单株的编号与树龄†Table 1 Environmental profiles of 6 Vietnamese oil tea producing areas in Hainan Province and the number of high yield trees with tree age
在除琼海产区(因为该产区只筛选出1株高产单株样树,所以在产区评价时,此产区的相关数据不包含在内)外的5个产区内,选择越南油茶丰产单株,对各产区不同年份间和同一年份不同产区间其主要农艺性状、产量性状、茶籽油品质性状进行比较,并采用灰色关联分析法,对所有单株和产区越南油茶的主要产量性状、茶籽油的品质性状进行了调查与分析,并对其中的优良单株与丰产产区进行了初步的筛选与评价。
分别于2017和2018年的10月即海南省的越南油茶成熟采收期,在选定的6个产区的32个供试单株树冠中部外围的东、西、南、北4个方位随机选取当年生春梢,在其中部采集无病虫害的成熟叶片,每个单株各采集样叶30片;在每株样树树冠中部的东、西、南、北4个方位随机采摘无病虫害的果实30个。将所采叶片和果实样品按照单株分装带回实验室,并将所采果实置于室温下后熟至果皮开裂时取出种子以备用。
每株样树各选叶片样品30片、果实样品30个,采用常规方法调查各单株树体特征与叶片、果实的大小和形状等农艺性状及单果质量、出籽率、出仁率、含油率和单位树冠面积果实产量、单位面积毛油产量等产量性状表现,以某一产区中所有样株的平均值作为该产区的观测值,所有数值均为(平均值±标准差)。
采用索氏提取法提取茶籽油,参照国家标准《食品中过氧化值的测定》(GB 5009.227—2016)[23]、《动植物油脂碘值的测定》(GB/T 5532—2008)[24]、《食品中酸价的测定》(GB 5009.229—2016)[25]、《动植物油脂皂化值的测定》(GB/T 5534—2008)[26]分别测定茶籽油的过氧化值、碘值、酸价、皂化值等理化性质指标值;按照《食品中脂肪酸的测定》(GB 5009.168—2016)[27]中说明的具体要求制备脂肪酸甲酯,采用气相色谱法检测脂肪酸的种类与含量。每个单株的待测样品各制备3份,取其平均值作为该单株的观测值,所有数值亦均为(平均值±标准差)。
采用SAS软件中的GLM过程作方差分析,采用DUNCAN法对不同产区作多重比较分析,用TTEST过程对各产区年份间的差异显著性进行分析。用Excel软件编辑公式,采用灰色关联分析法[17-21]分别根据丰产性和茶籽油品质等性状指标的观测值对不同单株和产区进行评价及排序。
同一年份不同产区间和同一产区不同年份间越南油茶农艺性状的比较结果见表2。2017年,不同产区间越南油茶的叶片长度、果实纵径、果形指数、果皮厚度的差异均显著,而其余农艺性状的差异均不显著。2018年,不同产区间越南油茶的果纵径、果形指数、果皮厚度均无显著差异,而其余农艺性状的差异均显著。2017年,越南油茶的叶片长度,霸王岭产区的显著最长,而儋州产区的显著最短;儋州产区与保梅岭、澄迈产区间的差异均不显著,白沙产区与其他4个产区间的差异均不显著。2018年,越南油茶的叶片宽度,霸王岭产区的显著最大,而澄迈产区的显著最小;澄迈产区与白沙产区间的差异不显著,保梅岭和儋州产区的居中,且其与最大、最小的两组间均无显著差异。2018年,越南油茶的叶形指数,白沙产区的显著最大,儋州产区的显著最小;儋州产区与其他3个产区间的差异均不显著。2017年越南油茶的果实纵径和2018年的果实横径,白沙产区的均显著最大,儋州产区的均显著最小。2017年越南油茶的果形指数和果皮厚度,澄迈产区的均显著最小,白沙产区的均显著最大;白沙产区与其他3个产区间的差异均不显著。将不同年份间的单株观测值进行比较,仅有保梅岭产区的叶长、霸王岭产区的果实横径和儋州产区的果皮厚度均表现出显著差异。这一观测结果表明,不论同一产区不同年份还是同一年份不同产区,越南油茶的农艺性状都会出现不同的变化情况,说明其农艺性状的表现是因环境因素的变化而变化的,意味着越南油茶新品种的选育研究宜基于多年多点的田间试验结果进行综合分析,还意味着越南油茶栽培技术的标准化是十分重要的。
表2 同一年份不同产区间和同一产区不同年份间越南油茶农艺性状的比较结果†Table 2 Comparison results of agronomic traits of C.vietnamensis between different producings of the same year and between different years of the same producing
同一年份不同产区间和同一产区不同年份间越南油茶产量性状的比较结果见表3。2017年,不同产区间越南油茶单果质量和干种仁含油率的差异均显著,儋州产区的单果质量显著最小,而其干种仁含油率显著最大,其余4个产区间这2个性状指标的差异均不显著;而不同产区间其余产量性状均无显著差异。2018年,不同产区间越南油茶单果质量的差异显著;保梅岭产区的单果质量显著最大,保梅岭产区与白沙产区间单果质量的差异不显著,而儋州产区的显著最小,其余2个产区间其单果质量的差异不显著。在除琼海产区外的5个产区中,仅有儋州产区的越南油茶干种仁含油率在不同年份间的差异显著,而儋州产区除干种仁含油率外的其余产量性状在不同年份间均无显著差异。可见,各产区丰产单株群体的产量性状表现基本稳定。
表3 同一年份不同产区间和同一产区不同年份间越南油茶主要产量性状的比较结果Table 3 Comparison results of yield traits of C.vietnamensis between different producings of the same year and between different years of the same producing
2.3.1 茶籽油的理化性质
同一年份不同产区间和同一产区不同年份间茶籽油理化性质的比较结果见表4。由表4可知,在2017和2018年连续两年里,不同产区的茶籽油其碘值、酸价都符合GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]中的标准,且不同产区间均无显著差异,说明各产区的茶籽油其耐贮藏能力和新鲜度都较好,其不饱和脂肪酸的不饱和程度、耐酸败能力均相当。2017和2018年不同产区间越南油茶茶籽油过氧化值的差异显著;2017年儋州产区的茶籽油其过氧化值显著最高,且与白沙产区的差异不显著;其他3个产区间其过氧化值的差异均不显著;而2018年霸王岭产区的茶籽油其过氧化值显著最高,其他4个产区间其过氧化值的差异均不显著。将同一产区不同年份间的观测值进行比较,霸王岭、白沙和儋州3个产区的茶籽油过氧化值在不同年份间的差异均显著,却都远低于GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]中规定的一级油阈值标准,说明各产区不同年份的茶籽油其抗氧化性都很强,均有较高的保健价值且都耐贮藏。2017年,白沙产区的茶籽油其皂化值显著最高,各产区的茶籽油其皂化值都符合GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]中规定的合格级别的阈值标准。总之,海南不同产区的茶籽油其理化性质均符合GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]中规定的标准,同一年份不同产区间和同一产区不同年份间茶籽油的过氧化值和皂化值均表现出明显的差异,说明这两项理化性质指标与油茶生长的环境变化均有密切的关系。
表4 同一年份不同产区间和同一产区不同年份间茶籽油理化性质的比较结果Table 4 Comparison results of physical and chemical indicators of C.vietnamensis seed oil between different producings of the same year and between different years of the same producing
2.3.2 茶籽油的脂肪酸组成
不同产区间和不同年份间茶籽油脂肪酸组成的比较结果见表5。由表5可知,从不同产区的茶籽油中共检测到8种主要脂肪酸,具体包括棕榈酸、硬脂酸、花生酸、肉豆蔻酸等饱和脂肪酸和油酸、亚油酸、亚麻酸、花生—烯酸等不饱和脂肪酸,其中油酸含量位居8种脂肪酸之首,所有产区茶籽油的油酸含量均高于75%,且所有产区的茶籽油其主要脂肪酸组分含量均符合GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]中规定的标准。
表5 同一年份不同产区间和同一产区不同年份间茶籽油脂肪酸组分的比较结果Table 5 Comparison results of fatty acid composition of C.vietnamensis seed oil between different producings of the same year and between different years of the same producing %
在2017年产的茶籽油中,硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生—烯酸等脂肪酸组分的含量在不同产区间的差异均不显著,而肉豆蔻酸、花生酸、棕榈酸等脂肪酸组分的含量在不同产区间的差异均显著。肉豆蔻酸仅在儋州产区和保梅岭产区的茶籽油中被发现,其在儋州产区的茶籽油中的含量显著较高;花生酸含量,儋州产区的显著最高,而保梅岭产区的显著最低,霸王岭、澄迈、白沙3个产区的居中,且此3组与最高、最低的2组之间均无显著差异;棕榈酸含量,儋州产区的显著最低,而霸王岭、澄迈、白沙、保梅岭这4个产区间的差异均不显著。在2018年产的茶籽油中,棕榈酸仅在保梅岭、霸王岭、儋州产区的茶籽油中被发现,保梅岭产区的显著最高,而其他2个产区间的差异不显著;其余各种脂肪酸组分的含量在各产区间均无显著差异。在保梅岭产区的茶籽油中,肉豆蔻酸和亚麻酸的含量在不同年份间存在显著差异;在澄迈和白沙产区的茶籽油中,棕榈酸的含量在不同年份间也存在显著差异;在霸王岭产区的茶籽油中,亚麻酸和棕榈酸等含量在不同年份间也存在显著差异;而在其余产区的茶籽油中,其他脂肪酸组分的含量在不同年份间均无显著差异。这一结果说明,除亚麻酸以外的不饱和脂肪酸组分的含量都有较强的遗传稳定性,而多数饱和脂肪酸组分的含量则相反,这意味着采用不同的栽培技术可能会调节饱和脂肪酸和亚麻酸等脂肪酸组分的含量。因此,在新品种的选育研究中,只有在相同的环境条件下才能对茶籽油的品质作出准确的选择,不饱和脂肪酸含量的稳定性在越南油茶种质资源鉴定和新品种选育中或可在其表现型标记中用作参考。
2.4.1 各个单株的灰色关联度及其排序
在灰色关联度分析中,首先需要结合研究目标构建理想个体,具备可以达到研究目的的最优参考指标。本研究以筛选海南越南油茶丰产、优质单株为目的,首先需要确定理想单株产量性状的参考指标,即两年调查观察到的产量性状平均数的最大值,依据单果质量和树冠单位面积产果量、果实出籽率、种子出仁率、种仁含油率、树冠单位面积产油量等产量指标值越高越好的原则,即其最大值依次为56.722 g、2.0 45 kg·m-2、43.664%、65.422%、54.016%、1 001.108 kg·hm-2;茶油品质性状参考指标的选择有所不同,并不全是越大越好,需要按照国家质量标准GB /T 11765—2018《油茶籽油》[28]来选择,用测得的最优值作为理想个体的参考指标,得到茶籽油的过氧化值、酸价和棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸的含量依次为0.010%、0.500 mg·g-1、9.200%、2.550%、77.500%、8.900%、0.160%、0.360%。基于各性状指标两年观测值的平均值对32个单株作灰色关联分析,结果见表6。由表6可知,产量性状排名前10位的单株编号依次为8、14、2、19、9、21、16、13、1、20;比较其灰色关联度的大小可知,2和19、16和13号单株相差并不明显,即其产量性状的综合表现相似;结合树冠单位面积产油量的排名情况进行综合分析,结果表明,8、14、19、9、21号等单株产量性状的综合表现均佳。从表6中还可看出,品质性状排名前10位的单株编号依次为24、6、16、20、9、8、11、15、18、23;比较其灰色关联度的大小可知,20、9、8、11号单株之间,15、18、23号单株之间,其相差均不明显,即其品质性状的综合表现相似,表明这10个单株茶籽油的综合品质都较好。综上所述,产量和品质性状综合表现均进入前10位的单株有8、9号单株,说明这两个单株品种有望上升为丰产、优质的品种。
表6 不同单株产量和品质性状的灰色关联分析结果Table 6 The result of grey relational degree analysis of different single tree’s yield and quality traits
2.4.2 各个产区的灰色关联度及其排序
与各个单株的灰色关联度分析一样,首先要以筛选优势产区为研究目标构建产区的理想个体,以某一产区内全部单株各性状指标的平均值作为该产区的各性状指标值。采用相同的办法确定理想产区的产量性状和茶籽油品质性状指标值,即理想产区的单果质量、树冠单位面积产果量、果实出籽率、种子出仁率、种仁含油率、树冠单位面积产油量等产量性状指标值分别为40.914 g、1.01 kg·m-2、41.148%、48.949%、52.271%、477.099 kg·hm-2,理想产区的茶籽油的过氧化值、酸价和棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸含量等茶油品质性状指标值分别为0.02%、1 mg·g-1、9.2%、2.55%、77.5%、8.9%、0.1%、0.4%。基于各产区全部单株的各性状两年平均观测值对5个产区进行灰色关联分析,结果见表7。由表7可知,不同产区的产量性状的灰色关联位序依次为霸王岭产区、保梅岭产区、澄迈产区、白沙产区和儋州产区;比较其灰色关联度的大小可知,霸王岭产区和保梅岭产区、白沙产区和儋州产区的差别并不明显,即其产量性状的综合表现相似。这个排名与其树冠单位面积产油量的排名一致,表明霸王岭产区和保梅岭产区的产量性状综合表现均佳。不同产区的品质性状排名依次为澄迈产区、保梅岭产区、白沙产区、霸王岭产区、儋州产区;比较其灰色关联度的大小可知,5个产区相差并不明显,说明其品质性状的综合表现相似。综上所述,产量和品质性状综合排名靠前的依次是霸王岭产区和保梅岭产区,居末位的是儋州产区,说明霸王岭产区和保梅岭产区可能均为海南省越南油茶的优势产区。
表7 不同产区油茶产量和品质性状的灰色关联分析结果Table 7 The result of grey relational degree analysis of the different producing regions’ yield and quality traits
本研究结果表明,不同产区间及不同年份间越南油茶的农艺、产量和品质性状的差异普遍存在,但茶籽油的品质性状都能达到GB /T11765—2018《油茶籽油》[28]中的要求,因此海南省越南油茶产区的茶籽油无品质问题,其主要的育种目标仍然是丰产性、稳产性的遗传改良,这与本课题组前期多年的研究结论[13]一致。同时,不同单株茶籽油品质差异的存在为选育具有地方特色的高产品种提供了良好的遗传物质基础,这与前人对越南油茶的研究结论[22]一致。
本研究结果还表明,在不同年份或不同产区间越南油茶不同单株茶籽油的多个产量和品质性状均存在显著差异。这一研究结果对其相关研究和栽培实践具有以下两个方面的指导意义:一方面,越南油茶实生选种的研究需要开展多年连续、多点同时进行的田间试验;另一方面,将性状与其较大影响因素结合起来进行研究,有利于指导栽培实践,因为这些性状主要受环境条件和不同栽培技术的影响,意味着人为地改善油茶的栽培环境,如改善土质、加强栽培技术指导、精准施肥,或者建立优质商品生产基地,都利于提高越南油茶的果实产量和茶籽油的品质,这与前人的研究结果[29-32]基本一致。
霸王岭产区和保梅岭产区的产量性状的关联度相差不明显,分别排在第一与第二名,而其品质性状的关联度分别排在第四与第二名,但是,由于5个产区的品质性状相差并不明显,且均符合GB/T 11765—2018《油茶籽油》[28]中的要求,所以霸王岭产区和保梅岭产区可能均为越南油茶的优势产区。霸王岭产区和保梅岭产区的产量性状相似,且其油茶产量均高于其余产区的,这得益于其相似的气候条件、土壤类型、树龄和管理程度,与其余3个产区相比,两者所处山地热带雨林的日均温高、温度年较差大、雨量多、湿度大、日照短,这样的气候条件可能更适合越南油茶的栽培,这与前人筛选出的普通油茶最优产区的环境条件有明显差异[31],可能因为越南油茶与普通油茶对环境条件的要求不同,这是不同物种遗传差异的重要表现。
研究中发现,产量性状和品质性状的综合表现均进入前10位的8、9号单株都出自保梅岭产区,而均非出自产量性状排名第一的霸王岭产区,其原因可能是,保梅岭产区的油茶实生老林残存面积达60 hm2以上,是我国面积最大的油茶老林之一,其中的单株数量大,因而更有可能具有丰富的遗传多样性,也更有可能选育出丰产性和优质性兼备的优良单株。
供试越南油茶丰产单株的取样地虽然限于海南部分产区,但对越南油茶单株和产区作关联分析时所涉及的观测指标均是国家标准《油茶良种选育技术规程》(GB/T 28991—2020)[33]、林业行业标准《油茶第1部分:优树选择和优良无性系选育技术规程》(LY/T 1730.1—2008)[34]中列出的关键指标,其茶籽油的全部品质性状指标基本都达到了《油茶籽油》(GB /T 11765—2018)[28]中的要求,因此,本研究对其产量和品质等性状指标的等权关联度的排序基本上是合理的。随着越南油茶种质资源研究的不断深入,相关研究所需考察的农艺和经济性状指标将会越来越多,这样就能更加全面地了解不同性状对茶籽油产量和品质性状的影响的相对重要性及其差异程度,针对不同重要性的性状给予不同的权重,然后对种质资源作出更加全面的比较分析,研究结果也将更加可靠更加准确,同时,灰色关联分析法在今后有关越南油茶品种的综合评价、各因子对产量的影响度的排名、主导影响因子的确定等方面的研究中也将有望得以推广应用。
虽然海南产区不同越南油茶丰产单株的某些农艺、产量和茶籽油品质等性状在不同产区间与不同年份间普遍存在明显差异,但其茶籽油品质性状基本上都达到了《油茶籽油》(GB/T 11765—2018)[28]中的要求,因此,丰产性仍是越南油茶的主要育种目标。越南油茶实生选种需要开展连续多年、多点同时进行的试验研究。研究选取的8和9号单株均为丰产、优质单株,可以推荐其进入优株筛查的复选阶段;霸王岭产区、保梅岭产区可能均为优势产区,即海南省西南部热带雨林油茶产区很可能是越南油茶的优势产区,这一产区蕴含着丰产、优质单株。采用灰色关联分析法对越南油茶单株和产区作综合评价研究,在一定程度上能提高油茶研究的效率和准确性,在今后有关越南油茶种质资源的评价研究中可以推广应用。