42 株扁桃实生单株坚果表型性状多样性分析*

李 冬，杨 波，王 雨，贡 翔，任 哲，张 锐，徐崇志

（1 新疆生产建设兵团南疆特色果树生产国家地方联合工程实验室，阿拉尔843300）（2 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室）（3 新疆农业科学院园艺作物研究所）

扁桃也称巴旦木，属蔷薇科（Roseceae）李亚科（Prunoideae）桃属（Amygdalus）扁桃亚属落叶乔木[1-3]。扁桃的主要栽培地有美国、希腊、意大利、西班牙、伊朗等，其中美国栽植面积及产量居世界各国之首，产量占全球的80%以上[4]。我国扁桃的主产区位于新疆天山以南的绿洲，另外甘肃、陕西、四川、山西等省也有栽培，但分布较零散，很少有形成规模的集中生产[5]。

扁桃坚果部分性状分级标准示例 Examples of grading standard for some characters of almond nuts

新疆扁桃主要位于喀什地区的莎车、英吉沙等县，以及和田地区、阿克苏地区等，栽培品种以晚丰、纸皮、鹰嘴、克西、双果、双软、小软壳等为主，多为当地传统品种[5-8]。扁桃抗寒性不强，在低温胁迫下新梢容易发生冻害，导致花芽死亡，影响扁桃生长发育[5]。这使得扁桃的分布区域比较狭窄，生产上所能使用的品种数量很少，造成了扁桃分布面积较小，产量较低，无法满足当下多元化的市场需求。因此，需要科研工作者尽快探明我国扁桃种质资源的现状和多样性特征，为我国的扁桃良种选育提供参考。

前人在扁桃种质资源多样性方面开展了较为深入的研究。李鹏等[7]以14 个扁桃品种和野生扁桃为试验材料，通过测定果实指标、叶片指标及花器官指标等，选出了纸皮、纸皮芽变、麻壳、Sonora和Mission 等5 个具有较多优良栽培性状的扁桃品种。殷继英[9]对37 个分布于南疆的栽培扁桃和北疆的野生扁桃的果实品质相关指标进行了分析，找出了10 个外观品质突出、10 个内在品质突出、6 个综合品质优以及4 个药用价值高的扁桃品种。王琴等[10]对5 个扁桃品种外观品质及营养品质进行研究，得出纸皮、双软、小软壳和浓帕烈为薄壳品种，晚丰为厚壳品种，浓帕烈双仁率为0，纸皮、双软、小软壳和晚丰均存在双仁现象。毛金梅等[11]以新疆莎车县4 个扁桃主栽品种为试材，对外观品质及果仁矿质营养元素进行分析，发现了浓帕烈、纸皮虽果实偏小，但核与果仁均表现出较好性状，晚丰果实最大，但核和果仁偏小，双软综合外观性状表现最差。前期项目团队王绪春、王雨等[1,4,12-13]对新疆扁桃种质资源及杂交后代开展了优株筛选和植物学特性等方面的观察和研究。本研究以本地扁桃杂交后代中表现良好的单株为试验样品，对外壳及果仁的一些描述型性状和数量性状进行测定，然后用变异分析、相关性分析、主成分分析及聚类分析的方法，对表型性状的多样性进行评价，为丰富扁桃的种质资源及品种选育等奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料与试验地状况

塔里木大学扁桃种质资源圃（北纬40°32′，东经81°17′）位于新疆生产建设兵团阿拉尔市，该资源圃属于暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，平均海拔1 100 m，平均年降水量为40.1～82.5 mm，平均年日照时数 2 556.3～2 991.8 h，年平均气温10.7 ℃，≥10 ℃年有效积温4 113 ℃，无霜期220 d。资源圃内扁桃单株为2004 年于莎车县采集自然条件下授粉的成熟果实，并于2005 年春季播种的实生单株[1,4]。

试验材料于2020 年9 月中下旬采自塔里木大学扁桃种质资源圃，收取了150 株扁桃单株的果实，而后参照《扁桃实生优株的筛选》[1]与《扁桃实生单株植物学特性研究》[4]等，优选42 株去青皮果实，分别编号为1～42 号作为试验材料。

1.2 试验方法

坚果表型性状测定参照《扁桃种质资源描述规范和数据标准》[14]等，并对部分描述型性状和数量性状进行了补充。对带壳的大部分性状均选择30个样本进行测定，对核壳厚度、核壳硬度以及仁的各种性状选取20 个样本进行测定，所测定的性状见表1，部分性状示例图见图版1。

表1 扁桃坚果鉴定性状及分级标准

壳面洞数为在壳面中部稍靠下取1 cm2，在该面积内洞的数量。壳洞直径测定：在有标尺条件下，扫描扁桃壳面，通过比例计算壳洞的最大直径（Photoshop 13）。每个扁桃种质取6 个样品进行扫描，每个样品取上、中、下、左、右5 个孔洞测量直径。核壳厚度测定：取20 个果实样本，每个样本距顶端1/4、1/2、3/4 处测量厚度，取平均值。核壳硬度采用微机控制电子万能材料试验机（上海卓技，WD-D3）测定，定形变为2 mm，记录形变过程中的最大力值。将每个扁桃种质的30 个壳果样品分为不开裂和开裂。并将每个扁桃种质的20 个种仁样品分为饱满、一般和干瘪。

1.3 数据处理

用Excel 2016 软件进行数据处理，用SPSS 25.0软件进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 扁桃坚果表型性状的多样性分析

2.1.1 扁桃坚果描述型性状的多样性分析

42 份扁桃种质18 个果壳描述型性状的多样性统计分析如表2。不同表型性状在群体中出现的频率不同，其中核果形状以狭长形为主，占61.90%；核面纹路以洞形为主，占78.57%；核洞分布以偏短缝合线为主，占83.33%；果核单层占54.76%，双层占45.24%；对有双层外壳的扁桃种质（共19 份），外壳脱落后，内壳纹路全为纹形；有14 份扁桃种质，果壳有开裂现象，开裂位置均位于长缝合线一侧；核顶尖头以短尖头为主，占88.10%；尖头偏斜以偏斜为主，占69.05%。

表2 扁桃18 个壳果性状多样性统计分析

续表2

7 个果仁描述型性状的多样性统计分析如表3。核仁类型（当双仁率不低于30%时定为双仁）以单仁为主，占92.86%；核仁颜色以淡褐色为主，占57.14%；甜苦程度以不苦为主，占71.43%；特殊香味以无为主，占64.29%。

表3 扁桃7 个仁果性状多样性统计分析

2.1.2 扁桃坚果数量性状的多样性分析

扁桃不同种质壳果及果仁的数量性状如表4 所示，42 份扁桃种质的19 个数量性状平均变异系数为56.85%，最大的为双仁率（274.60%），最小的为核果侧径（10.77%）。另外变异系数超过50%的有果壳开裂率（220.84%）、瘪仁率（121.93%）、核壳硬度（83.90%）、不饱满率（66.34%），说明这42份扁桃种质变异类型极为丰富。

测定与壳果相关的性状有果壳开裂率、核壳硬度、核壳厚度、核果平均重、壳面洞数、果形指数和壳洞直径。变异系数最大为果壳开裂率（220.84%），最小为壳洞直径（14.74%）。24 号种质的果壳开裂率最高，为73.333%；41 号种质核壳厚度最大，为4.608 mm，是最薄壳种质（9 号）的5.14 倍；核果平均重最大为4.111 g，最小为0.940 g；壳面洞数最多为27 号种质（27.500 个），比平均水平高出14.394 个；壳洞直径范围为0.640～1.134 mm（表4）。

测定与果仁相关的指标有双仁率、瘪仁率、不饱满率、出仁率、核仁平均重和仁形指数。变异系数最大为双仁率（274.60%），最小为仁形指数（16.69%），8 号种质的双仁率最高，为60.000%；出仁率为 10.228%～63.215%，平均出仁率为41.116%，有9 份种质出仁率高于55%（3、9、17、21、23、24、32、33、35 号）；核仁平均重最高为40 号种质（1.218 g），最低为14 号种质（0.310 g）（表4）。

测定与大小相关的指标有核果纵径、核果横径、核果侧径、核仁纵径、核仁横径、核仁侧径。它们的平均值依次为31.710、17.940、12.797、22.699、10.946、7.049 mm；变异系数为10.77%～13.77%，平均变异系数为12.45%（表4）。

表4 扁桃19 个数量性状多样性统计分析

2.2 扁桃坚果数量性状的相关性分析

42 份扁桃种质19 个数量性状的相关性分析结果见表5，扁桃数量性状间存在着较高的相关性。核果平均重与核果横径、核果侧径、核壳厚度、核壳硬度均呈极显著正相关，相关系数分别为0.891、0.799、0.845、0.879，与出仁率（-0.729）呈极显著负相关；核仁平均重与核仁纵横侧径、出仁率均呈极显著正相关，相关系数分别为0.613、0.544、0.800、0.617；出仁率与核仁平均重、核仁纵侧径均呈极显著正相关，与核果平均重、核果横径、核壳厚度、核壳硬度均呈极显著负相关，其中，与核壳厚度、核壳硬度的相关系数分别为-0.845、-0.838；核壳硬度与核果平均重、核果横侧径、核壳厚度均呈极显著正相关，相关系数分别为0.879、0.739、0.604、0.954，与出仁率（-0.838）、果形指数（-0.641）均呈极显著负相关；核果纵径与核仁纵径、果形指数、仁形指数均呈极显著正相关；核仁纵径与核果纵径、核仁平均重、果形指数、仁形指数均呈极显著正相关；核仁横径与核果横侧径均呈极显著正相关，与仁形指数呈极显著负相关。

表5 扁桃坚果数量性状间的相关性

续表5

2.3 扁桃坚果数量性状的主成分分析

对42 份扁桃坚果的19 个数量性状进行主成分分析，结果见表6，根据特征根大于1 的原则提取了前5 个主成分，特征根分别为7.084、3.531、3.218、1.215、1.050，贡献率分别为37.282%、18.586%、16.938%、6.393%、5.527%，累计贡献率为84.727%，大于80%，可认为这5 个主成分足够反映原来的所有变量信息。主成分1 特征向量最大的为核壳厚度（-0.929）、核壳硬度（-0.917）、核果横径（-0.853），主要反映了外果壳的一些特性，因此主成分1 为外壳因子；主成分2 特征向量最大的为核仁平均重（0.905）、核仁侧径（0.800），因此主成分2 为核仁因子；主成分3 特征向量最大的为核果纵径（0.860）、壳洞直径（0.712）；主成分4 特征向量最大的为双仁率（0.683）；主成分5 特征向量最大的为瘪仁率（0.561）。

表6 扁桃坚果数量性状的主成分分析

2.4 扁桃坚果数量性状的聚类分析

用欧氏距离-组间连接的方法对42 份扁桃坚果的19 个数量性状进行聚类分析，结果如图1 所示。在欧式距离为4.5 处可将42 份扁桃种质分为6 类。

图1 42 份扁桃种质聚类分析结果

第1 类有1 份种质，为41 号。主要表现为核果更重（4.043 g）、核壳更厚（4.608 mm）、核仁轻（0.414 g）、壳洞少（4.700 个）、核壳硬度高（1 209.924 N）、出仁率低（10.228%），分别为平均水平的198.3%、239.8%、55.3%、35.9%、382.3%、24.9%（表7）。

第2 类有2 份种质，为16、7 号。主要表现为核果更重（4.103 g）、核果横径更长（23.364 mm）、核壳硬度高（973.5.9 N）、出仁率低（13.231%）、果形指数低（1.304），分别为平均水平的201.2%、130.2%、307.6%、32.2%、72.7%（表7）。

第3 类有4 份种质，为22、19、40、14 号。主要表现为瘪仁率低（2.500%）、双仁率高（7.500%）（表7）。

第4 类有2 份种质，为13、12 号。主要表现为瘪仁率更高（15.000%），是瘪仁率最低（第3 类）的6 倍（表7）。

第5 类有10 份种质，为9、21、17、23、3、32、28、18、42、1 号。主要表现为核果平均重（1.664 g）、核壳厚度（1.329 mm）、核壳硬度（112.508 N）更低，分别为平均水平的81.6%、69.1%、35.6%，核仁平均重（0.914 g）、果壳开裂率（18.000%）、出仁率（55.491%）更高，分别为平均水平的122.2%、266.8%、135.0%（表7）。

表7 6 类扁桃的均值比较

第6 类有23 份种质，为8、27、26、37、36、11、2、20、6、38、10、30、29、31、5、24、15、25、4、35、34、39、33 号。主要表现为壳洞多（15.272个）、不饱满率高（56.739%），分别比最低水平高10.572 个（第1 类）、42.989%（第3 类）（表7）。

3 讨 论

变异系数反映了物种在某一性状上数值的离散程度，变异系数越大反映了物种对环境的适应性越强，越小反映了物种在该性状上越稳定[15-17]。本试验中各数量性状平均变异系数为56.85%，19 个性状中变异系数全部大于10%，说明扁桃坚果在表型性状上有着极其丰富的遗传多样性。其中有4 个性状的变异系数大于 80%，分别为双仁率（274.60%）、果壳开裂率（220.84%）、瘪仁率（121.93%）和核壳硬度（83.90%）。造成它们变异系数过大的原因可能为如下2 个方面：一是在42份扁桃坚果中，有大量种质没有双仁现象，果壳不开裂，果仁较饱满没有瘪仁出现，即在这3 个性状上大量种质表现为0，因此差异较大；二是本试验选取样品时，为了使这42 份样品更有代表性，在选取33 个（平均厚度1.56 mm）食用品质较好的扁桃外，又选取了2 个（12、13 号）核壳较厚（平均厚度2.23 mm）、7 个（7、14、16、19、22、40、41号）核壳极厚（平均厚度3.56 mm）的扁桃坚果，因此在核壳硬度、核壳厚度、核果平均重上差异极大。

相关性分析结果表明，扁桃坚果19 个数量性状之间存在着较高的相关性。核仁平均重与核果纵径、核仁纵横侧径、出仁率均呈极显著正相关，与核壳厚度、核壳硬度均呈极显著负相关，这说明了核仁平均重主要与核仁的大小有关，而与核果的关系不大，同时核壳越厚越硬，往往导致核仁重量较小；出仁率与核仁平均重、核仁纵侧径均呈极显著正相关，与核果平均重、核果横径、核壳厚度、核壳硬度均呈极显著负相关；核壳厚度与核果平均重、核果横径、核果侧径、核壳硬度均呈极显著正相关，与核仁平均重、核仁纵径、核仁侧径、壳面洞数、果壳开裂率、出仁率、果形指数、仁形指数均呈极显著负相关，这说明了核壳越厚会导致核果的重量和大小增加，但却会使得核仁的重量和大小减小，也因此会使得出仁率降低。

主成分分析可将较多变量综合为少数几个公共因子，从而减少数据维度，以减少评价工作量[16]。谭秋锦等[18]将11 个澳洲坚果果实性状归纳为4 个主成分，累计贡献率为95.94%。黄雪等[19]对70 个地方杏品种进行主成分分析，将12 个杏核的性状分为3 个主成分，累计贡献率85.589%。魏海斌等[20]以青海省6 个核桃产区152 份样本为研究对象，通过主成分分析，将核桃的13 个经济性状指标分为4个主成分，累计贡献率达96.359%。本研究将扁桃的19 个数量性状分为5 个主成分，累计贡献率为84.727%。第1 主成分为外壳因子，代表的性状主要为核壳硬度、核壳厚度、核果横径；第2 主成分为核仁因子，代表的性状为核仁平均重、核仁侧径；第3 主成分代表性状为核果纵径、壳洞直径；第4主成分代表性状为双仁率；第5 主成分代表性状为瘪仁率。

聚类分析可将一个总体内的各个元素，按照它们之间的相似程度进行分类，它不仅能够为种质分类提供科学合理的方法，而且还能够为选择育种提供重要依据[21-23]。本研究通过聚类分析将42 份扁桃坚果分为6 大类。第1、2、3、4 类均未发现果壳开裂的现象，果壳开裂率均为0，且果壳较厚，第5 类有较高的果壳开裂率，第6 类有一定的果壳开裂率，第5、6 两类果壳较薄。第5 类核果平均重、核壳硬度和厚度最低，但核仁平均重最大，核仁纵、横径也较大，出仁率最高。可优先考虑选择为食用性育种材料。

扁桃坚果的表型性状在品种选育和品质评价上具有重要的参考价值[15]。本试验引入了壳面洞数、壳洞直径、瘪仁率、不饱满率、果壳开裂率、核壳硬度等一系列数量相关指标，它们的变异系数依次为38.07%、14.74%、121.93%、66.34%、220.84%、83.90%，除壳洞直径外，变异系数均较大，有较高的遗传多样性，具有很高的育种价值。壳面洞数、壳洞直径可作为扁桃外观评价的指标，此外壳面洞数与出仁率呈显著正相关，与核果平均重、核果横径、核壳厚度均呈极显著负相关，与核果侧径、核壳硬度均呈显著负相关；壳洞直径与核果纵径、不饱满率均呈极显著正相关，因此也可根据相关性分析等对品种选育进行指导；瘪仁率、不饱满率：在育种中可以选育瘪仁率低、果实更饱满的扁桃品种；果壳开裂率：对于选育先天开裂、便于剥开的扁桃品种有重要意义；核壳硬度：可以帮助选育一些软壳的扁桃品种。

4 结 论

42 份扁桃坚果种质间存在着极其丰富的遗传多样性，总体表现为核果狭长形，核面洞形，核洞偏短缝合线，内核纹形，于长缝合线一侧开裂，短尖头，单仁，不苦。各数量性状间有着很高的相关性。核果纵径、核壳厚度、核仁平均重、核仁纵径、核仁横径、果壳开裂率、瘪仁率、出仁率可以作为品种选育和品质评价的参照标准。通过聚类分析可将它们分为6 类，第5 类种壳更薄更软，核果更轻，核仁更大更重，出仁率更高，选择育种材料时，可优先考虑。