龙眼种质资源果实性状多样性分析

郭栋梁，王 静，黄石连，韩冬梅，李建光

（广东省农业科学院果树研究所/农业农村部南亚热带果树生物学与遗传资源利用重点实验室/广东省热带亚热带果树研究重点实验室，广东 广州 510641）

【研究意义】龙眼（Dimocarpus longanLour.）为无患子科（Sapindaceae）龙眼属（Dimocarpus）植物，因其果实清甜鲜美且营养价值丰富成为我国热带、亚热带地区具有代表性的名优特珍稀水果之一［1］。我国收集龙眼种质最多的资源圃是位于福州的国家果树种质（福州）龙眼圃，收集保存来自中国、泰国、越南、印度尼西亚、美国等国种质资源343 份［2］。广东省农业科学院果树研究所龙眼种质资源圃现收集有来自泰国、越南、福建、广西、四川、海南及广东本地资源150 份。虽然我们一直以来非常注重龙眼种质资源保存，但是随着经济及社会环境的发展，不少独特的龙眼野生、半野生资源、地方栽培品种等优稀种质资源正濒临消失，而这些优良品种和优稀种质资源在遗传育种研究上具有特殊价值，及时对保存的龙眼种质资源开展调查和评价成为当前最重要的任务，这对龙眼新品种选育及品种结构改良具有积极意义。【前人研究进展】目前果树科研工作者不仅分析了苹果、桃等大宗水果的果实性状指标［3-4］，还观察、记录及分析了黄皮、南酸枣、大别山山核桃、草莓、核桃、野生毛花猕猴桃、沙棘、余甘子等地方性果树资源及野生型果树资源的果实性状指标［5-12］。陈虎等［13］应用主成分分析法和聚类分析法对广西主要龙眼种质资源进行遗传多样性研究，陈秀萍等［14］连续3 年对国家果树种质（福州）龙眼圃内不同基因型的40 份龙眼种质的果实性状进行测定与稳定性评价。马若寒等［15］对重庆6 个龙眼主栽品种的果实品质进行测定和分析，确定了适合重庆地区推广的龙眼品种。彭杰椿等［16］对广西5 个龙眼早熟品种的果实生长和品质变化规律进行研究，发现成熟期的桂龙早果实品质在广西地区综合评价最佳。李建光等［17］对19 个龙眼品种成熟果实的表观性状和品质指标进行详细观察和记载，运用聚类分析法对果实性状指标进行分类，并用主成分分析法简化龙眼果实品质的评价指标。郭栋梁等［18］对34 个龙眼种质资源的25 个果实性状进行多样性分析，并根据果实性状指标的遗传多样性对龙眼品种进行分类。【本研究切入点】表型性状是由基因和环境因子相互影响而成，可以直观表达资源的特性，是资源分析鉴定的首选方式。表型性状评价是资源合理开发应用的重要依据，聚类分析、主成分分析及变异分析广泛应用于资源表型性状评价。表型性状的多样性可作为遗传标记并与数量分类学结合用于种质资源的鉴定、遗传多样性分析及核心种质构建等研究。【拟解决的关键问题】本研究对99 份龙眼种质资源的果实表型性状指标进行测定，分析各品种间的遗传多样性，通过对各品种果实品质的调查为龙眼种质资源的品质改良、利用及新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的99 份龙眼资源均来自广东省农业科学院果树研究所龙眼种质资源圃，其生长结果期间的管理水平一致。99 份资源中，引自广东的资源40 份、引自福建的资源24 份、引自广西的资源5 份、引自四川的资源5 份，引自国外的资源4 份，剩余21 份为本课题组近年杂交获得的优良单株（表1）。99 份种质资源均种植于2010 年，从2015 年开始对99 份龙眼种质资源果实的表观性状和品质指标进行持续观察和记载。本文以2018、2019 年两年数据作为分析依据，这两年气候条件相近，果实表型数据特征一致。果实9 成熟时采样进行数据性状指标调查，果实成熟度判断参照《龙眼种质资源图鉴》［19］。

表1 供试99 份龙眼种质资源Table 1 A list of 99 longan germplasm resources for test

1.2 试验方法

参照《热带作物种质资源数据标准》［20］中对龙眼种质资源的描述标准，调查99 份供试龙眼种质资源的24 个描述性状指标，包括3 个挂果能力性状评价指标（丰产性、成熟特性、裂果特性），7 个果实外观性状指标（果实形状、果色、果肩形状、果顶形状、龟裂片、疣状突、放射纹），9个果实内在品质评价指标（果肉透明度、果肉颜色、果肉风味、化渣、表面流汁、果肉是否离核、汁液多少、质地、香气），5个种子外观性状指标（种子颜色、种子形状、种顶面观、种脐颜色、种脐大小）。同时，调查21 个数量性状指标，包括5个果穗相关指标（果穗长度、果穗宽度、果穗分枝数、果穗粒数、果穗质量），10 个果实外观相关指标〔果实色差值、单果质量、长横径、短横径、纵径、果形指数（长）、果形指数（短）、果皮厚度、果肉厚度、可食率〕，6 个果实内在品质评价指标（TSS 含量、酸含量、Vc 含量、全糖含量、还原糖含量、蔗糖含量）。每个表型性状指标测量30 个样品。

采用SPSS 14.0 软件对表型性状数据进行统计分析，遗传多样性指数（H′）的计算公式为：

H′=-ΣPilnPi（i=1，2，3，……，s）

式中，s为表型分类数，Pi为该性状中各个分类出现的频率［21］。

参照《农作物种质资源鉴定规程-龙眼（NYT1305-2007）》，对已调查的质量性状指标进行分级，并根据表型给予赋值（表2）。

表2 龙眼种质资源描述性状指标分类及赋值Table 2 Classification and quantified values of the descriptive characters indexes of longan germplasm resources

1.3 数据处理

利用Excel 进行原始数据的整理，计算各描述性状类型分布频率以及各数量性状的最小值、最大值、平均值、标准差和变异数据。使用标准差标准化法对原始数据进行处理，然后利用DPS 7.05 软件采用平均欧氏距离、离差平均和法对原始数据矩阵进行Q 型聚类分析［22］。R 型聚类分析的方法同上，聚类距离为相关系数。采用SPSS 16.0 统计软件对45 个果实表型性状进行主成分分析，根据累计贡献率大于80%的原则确定主成分个数。

2 结果与分析

2.1 龙眼果实24 个描述性状指标的多样性评价

本研究统计了24 个龙眼果实描述性状指标，共统计出82 个变异表型，平均每个性状的变异表型为3.42 个，各个变异表型出现频率不同，其中果实颜色和果肉质地观察到的变异表型最多、果顶形状变异表型最少（表3）。

表3 99 份龙眼种质资源果实描述性状类型分布情况Table 3 Distribution of fruit descriptive characters in 99 longan germplasm resources

2.1.1 果实外观性状指标 7 个果实外观性状指标中，果实形状以近圆形占比最多（41.67%），心形占比最少、仅9.26%；果肩形状以平广形占比最大；果顶形状指标中，钝圆和浑圆分布较为均匀，供试材料未发现尖圆形；果皮颜色以黄褐色为主，占比最大为50%；龟裂片、疣状突和放射纹指标中不明显类型在3 个性状指标中均占比最大。

2.1.2 果实内在品质评价指标 9 个果实内在品质评价指标中，果肉质地有6 个类型，香气有4个类型，其余指标均有3 个类型。果肉颜色以黄白色和乳白色为主；果肉半透明类型占58%，不透明类型10%；果肉流汁性状中，不流汁类型占比最高达43%；果肉汁液多少性状中，汁液多占58%，汁液少占8%；果肉离核性状以易离核为主；果肉质地性状以软韧和韧脆类型占比较多，细嫩、稍脆和脆类型占比较少；果肉化渣性状中68%的种质果实化渣；果肉风味性状中甜类型占比最高为46.46%；果实香气性状中，86%的种质无香气，9%的种质香气较淡，只有5%的种质有较浓的香气，供试的99 份种质中未发现有异味的种质。

2.1.3 种子外观性状指标 5 个种子外观性状指标中，种子颜色和种脐形状有5 个变异类型，种子形状有4 个变异类型，种顶面观和种脐大小分别有3 个变异类型。果实种子形状中，扁圆形占比最高（达55%），椭圆形占比最少（4%）；种顶面观性状中，椭圆形占比最大、达70.71%，菱形占比最小、为3.03%，供试材料中未发现不规则类型。种子颜色性状中，红褐色和赤褐色占比最大，紫黑色和漆黑色占比最小；种脐形状中，不规则形占比最多，椭圆形次之，长椭圆形和近椭圆形最少；种脐大小性状中，种脐中等达占比最多、达48.348%，种脐大占比最少、为17.17%（表3）。

2.1.4 挂果能力评价指标 丰产性、成熟特性、裂果3 个性状被统计，丰产性好的种质占比57.14%，丰产性差的种质只有4.29%；早熟种质占19.54%，中熟种质占41.38%，晚熟种质占39.08%；易裂果种质占2.56%，不易裂果种质占84.62%。

2.2 龙眼果实21 个数量性状指标的多样性分析

龙眼果实21 项数量性状指标调查统计结果见表4，从表4 可以看出，99 份龙眼种质资源的21个数量性状指标的遗传变异系数介于0.04～0.93，与果穗性状相关的指标遗传变异系数较大，与果实外在品质和内在品质相关的指标遗传变异系数较小。

表4 99 份龙眼种质资源果实数量性状多样性统计分析Table 4 Diversity analysis of fruit quantitative characters in 99 longan germplasm resources

2.2.1 糖酸含量指标多样性分析 调查了TSS、总糖、还原糖、蔗糖、酸、Vc 含量等6 个果实品质指标，其中TSS 含量最高为凤梨朵，总糖含量和蔗糖含量最高为0806 优株，还原糖含量最高为卷叶，酸含量最高为鸡蛋本，Vc 含量最高为河垌龙眼；果实TSS、总糖和蔗糖含量最低为蜀冠，还原糖含量最低为后壁埔，酸含量最低为香眼，Vc 含量最低为后壁埔。

2.2.2 果实外观性状指标多样性分析 统计与果实外观性状相关的10 个性状指标发现，平均单果质量9.94 g，平均可食率为62.86%，平均果肉厚度为4.60 mm，平均果皮厚度为0.75 mm。10 个性状指标的遗传变异系数在0.04～0.93，果实色差的变异系数最小，果实纵径的变异系数最大。单果质量、可食率和果肉厚度最高为0806 优株，果实纵径最大为良圆，果实长横径最大为桂明，果实短横径最大为大果，果皮最厚为蜀冠；单果质量最小为0731 优株，可食率最低为红核子，果肉最薄为白花木；果实纵径和果实短横径最小为20180731 优株，果实长横径最小为0807-03 优株；果皮最薄为20180723 优株。

2.2.3 果穗性状指标多样性分析 统计5 个龙眼果穗性状指标发现，果穗长度、宽度平均值分别为23.4 cm、15.45 cm，每穗果平均有7.09 个分枝、25.45 粒果实，平均果穗质量243.85 g。果穗相关性状指标的变异系数在0.52～0.64，果穗宽度和果穗质量的变异系数最小，平均单穗质量的变异系数最大。白花木的果穗最长，绿珠的果穗最宽，普明庵的果穗长度和宽度最小；1801 杂交优株的平均单穗质量最大，红核果穗的穗粒数最多，0906 优株的果穗分枝数最多，东壁果穗的平均质量、穗粒数和果穗分枝数均最低。

2.3 龙眼果实数量性状指标相关性研究

根据龙眼果实内在品质、外观性状和果实挂果能力评价指标，分别对21 个数量性状进行相关性研究，结果（表5）表明8 个果实内在品质性状指标中，TSS 含量与总糖、蔗糖、Vc、酸、还原糖含量等指标呈极显著正相关。单果质量与TSS、还原糖、Vc、酸含量等指标呈极显著负相关，与可食率呈极显著正相关。蔗糖含量与总糖含量呈极显著正相关，与还原糖含量呈极显著负相关。Vc 含量与还原糖含量呈极显著正相关，因此可以推断果实较小的种质其TSS 含量较高，TSS 含量高主要是由于蔗糖含量高。

表5 龙眼果实内在品质性状相关性分析Table 5 Correlation analysis of the longan fruit internal quality characters

分析果实纵径、果实长横径、果实短横径、果形指数（长）、果形指数（短）、果肉厚度、果皮厚度等外观指标与TSS 含量的相关性，结果（表6）表明果形指数（长）与果实长横径呈极显著负相关，果形指数（短）与果实短横径呈极显著负相关，果肉厚度与果实纵径呈极显著正相关。果实纵径与TSS 含量呈极显著负相关。

表6 龙眼果实外观品质性状相关性分析Table 6 Correlation analysis of the longan fruit appearance quality characters

分析果穗长度、果穗宽度、果穗分枝数、穗粒数和果穗质量5 个指标的相关性，结果（表7）表明果穗长度与果穗宽度呈极显著正相关，果穗分枝数与穗粒数呈极显著正相关，穗粒数与果穗质量呈极显著正相关。

表7 龙眼果穗性状指标相关性研究Table 7 Correlation analysis of the longan ear characters of longan

2.4 Q 型聚类分析

99 份龙眼种质资源的Q 型聚类分析结果见图1，当欧式距离为22.9839 时，Q 型聚类分析将99份龙眼种质资源分为4 个类群：第1 类群包含17个品种，这个类群的果实特点为以中早熟为主，果皮青褐色和黄褐色，果肉黄白色，表面不流汁，汁液少，离核，果肉质地以韧脆和爽脆为主，风味甜或浓甜。第2 类群包含18 个品种，这个类群的果实特点为以中早熟为主，果皮青褐色和黄褐色，果肉黄白色，表面流汁，汁液少，易离核，果肉质地以韧脆和软韧为主，风味甜或浓甜。第3 类群包含35 个品种，这个类群的果实特点是以中晚熟为主，果皮灰褐色或黄褐色，果肉乳白色或黄白色，汁液多，风味甜。第4 类群包含29 个品种，这个类群的果实特点是成熟晚，果皮青褐色或黄褐色，果肉黄白色，汁液少，表面流汁，风味甜，部分有香味，种子以红褐色或赤褐色为主，种子形状扁圆或近圆形。

图1 基于表型性状的Q 型聚类分析结果Fig.1 Result of Q-cluster analysis based on phenotypic characters

2.5 R 型聚类分析

对采集到的45 个龙眼果实性状评价指标进行聚类分析，当欧式距离为2.0471 时，R 型聚类分析将45 个龙眼果实评价指标为分为4 个类群（图2）。第1 类群包括果实形状、果肩形状、龟裂纹、瘤状突起、放射纹、果肉透明度、果肉表面流汁、汁液多少、果肉质地、果肉风味、种子形状、种顶面观、种脐大小、胎座束突起程度和形状、裂果、果穗长度、果穗宽度、果穗分枝数、穗粒数、果穗质量、丰产性等21 个性状因子；第2 类群包括果穗疏密、果实整齐度、果顶形状、果皮颜色、果肉颜色、离核难易、化渣、香气、种子颜色、种脐形状共10 个性状因子；第3 类群包括TSS 含量、酸含量、Vc 含量、还原糖含量、蔗糖含量、总糖含量、单果质量、可食率共8 个性状因子；第4 类群包括果实纵径、果实长横径、果实短横径、果形指数（长）、果形指数（短）、果皮厚度共6 个性状因子。

图2 R 型聚类分析结果Fig.2 Result of R-cluster analysis

2.6 龙眼果实性状评价指标主成分分析

对99 份龙眼种质资源的45 个性状进行主成分分析，结果（表8）表明，前15 个主成分的累计贡献率为85.956%，可以基本表达45 个性状所代表的遗传信息。第一主成分的贡献率为12.071%，主要由单果质量、果实纵径、果实长横径、果实短横径、果穗质量、果穗分枝数、果穗疏密度、果顶形状、果皮颜色、瘤状突起、放射纹、汁液多少、离核难易等指标组成，主要反映果实大小、外观性状和果穗特征；第二主成分的贡献率为9.465%，主要由果肉质地、香气、种子形状、种顶面观、TSS 含量、还原糖含量、蔗糖含量、总糖含量等指标组成，主要反映果实内在品质和种子性状。

表8 各主成分的特征值、贡献率和累计贡献率Table 8 Eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of various principal components

3 讨论

表型性状是由物种本身遗传物质和所处环境所决定的，表型性状多样性是物种在长期自然进化过程中为适应不同气候条件而产生的，通过对表型性状进行调查分析，不仅有助于了解物种资源本身的遗传背景，也有助于研究物种长期进化过程［23］。

本研究分析和比较来源于不同产地的99 份龙眼种质资源的45 个果实品质性状，发现不同龙眼种质的果实性状指标存在巨大差异，其中果穗性状相关指标、果实外观性状指标的变异较大。黄爱萍等［24］对国家龙眼资源圃保存的130 份龙眼种质资源的资源多样性分析结果表明，与描述性状指标相比，数量性状指标的遗传多样性较小，而果穗性状相关指标和果实外观指标最容易受到环境的影响而改变。

对21 个数量性状指标的相关性进行分析发现，TSS 含量与总糖、蔗糖、Vc、酸、还原糖含量等指标达到极显著正相关，单果质量与TSS、还原糖、Vc、酸含量等指标达到极显著负相关；马若寒等［15］对6 份重庆地区主栽龙眼品种的品质调查中发现可滴定酸含量与TSS 含量呈显著负相关，TSS 含量较高的品种其总酸度较低，这与本研究结果存在差异。果实品质指标之间存在较为复杂的关系，表现为既有差异性也有相关性。

24 个果实描述性状指标中各类型分布的频率差异较大，有5 个描述类型占比较大（＞60%），分别是易离核、化渣、无香气、种顶面观椭圆形和不易裂果。12 个描述类型占比较小（＜5%），分别是果皮颜色指标中的黄白色、棕褐色和赤褐色，果肉质地指标中的稍脆类型和脆类型，化渣性状指标中的难化渣，香气性状指标中的较强香气，种子形状指标中的椭圆形，种顶面观性状指标中的菱形，种子颜色指标中的紫黑色和漆黑色，裂果性状指标中的不易裂果类型。黄爱萍等［24］、陈秀萍等［14］、李建光等［17］、郭栋梁等［18］在龙眼种质资源调查中发现相同现象，因此可以认定描述类型占比较少的资源为特殊稀缺资源，需要重点保存利用，如具有较强香气的资源香眼、桂花味等。

利用数学方法建立计算机模型，通过对收集到的资源表型性状的数据进行分析，实现对生物种群的定量比较和系谱分析。本文基于采集到的龙眼种质果实表型性状指标，用Q 型聚类分析法将99 份龙眼种质资源分为4 个类群。各类种群间果实性状指标差异较为明显，没有完全按照资源产地分开，来源于不同地方的同一品种因为受环境影响也被分为不同类群。第1 类群、第2 类群以广东地方资源为主；第3 类群包含来自广西、福建、广东、四川的资源；第4 类群以福建资源为主，来自泰国的资源也归为这一类群。黄爱萍等［24］对龙眼种质资源的遗传群体分析结果表明，130 份资源分为5 类，其中一类包含所有产地的资源，来源于泰国的资源与福建的资源聚为一类，另外3 个类群均为来源于福建的资源。这与我们的聚类结果部分一致，如在两个研究中同样都是来自泰国的资源与福建资源聚为一类。但是，因为黄爱萍等研究所用资源以福建资源为主，本研究所用资源以广东资源为主，因此聚类结果有部分差异。黄爱萍等［24］、陈秀萍等［14］、李建光等［17］、郭栋梁等［18］研究表明龙眼种质来源地、种质类型具有一定的地理相关性，但是来源于同一地方的种质资源并不能完全聚类成一个种群。本研究仅从果实性状指标对龙眼种质资源进行评价和分类，具有较大局限性，尚需综合表型组学、细胞学、分子标记等多种技术手段对其进行更深入的鉴评。

4 结论

龙眼果实表型性状不仅受遗传基因影响，同时也受环境条件影响。45 份龙眼种质资源的果实表型性状指标数据变异明显，且各个变异表型出现频率也不相同，表现出明显的遗传多样性。各性状指标存在明显的相关性，TSS 含量与总糖、蔗糖、Vc、酸、还原糖含量呈极显著正相关，单果质量与TSS、还原糖、Vc、酸含量等指标呈极显著负相关。主成分分析结果与聚类分析结果基本一致，来自同一地区的龙眼种质资源并未完全按照来源地分开。