晋中地区26个核桃品种坚果表型性状变异及主成分分析

李夏媛， 田 鑫， 武彦霞， 史高川

(山西农业大学果树研究所， 山西 太原 030031)

核桃(Juglansregia)又称胡桃、羌桃，是胡桃科植物，与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果”树种。其坚果不仅风味独特，而且具有极高的营养、保健和药用价值[1-2]。核桃种质资源丰富，主要分布和栽培于我国华北、西北地区以及中南部大部分地区、华东地区北部和四川与西藏东南地区等[2]。山西省地处黄土高原东部，是我国优质核桃的生产区之一[3]。表型性状是遗传变异与环境多样性的综合表现，是基因型与生态环境互作的结果[4]。对植物表型性状的研究是最直观和基础的植物种质资源遗传多样性研究，也是植物优良品种选育的基础[5]。对植物种质资源表型性状的鉴定和评价是其挖掘利用的前提[6]。研究表型性状的遗传多样性可为亲本选育和杂交育种提供依据。贺娜等[7]研究发现，22个云南核桃主栽品种的坚果纵径、横径、侧径及三径均值的变异系数均较小，单果质量和仁质量变异系数均较大。于秋香等[8]对核桃果实表型变异的研究发现，核桃单果质量、种壳厚度和出仁率的变异系数均在20%以上。大多数学者[7-8]都是通过对核桃果实表型性状1年的研究得出相应结论，很少进行多年度的试验。本研究对26个核桃品种坚果在2018年、2019年、2020年等3个年度的表型变异系数及主成分进行了分析，目的是筛选适宜山西晋中地区种植的核桃品种，为核桃良种推广及新品种选育提供参考。

1 试验区概况

试验地设在山西农业大学果树研究所核桃资源圃，位于112°32′E，37°32′N，海拔820～900m，地下水位150m左右；东西长4km，南北宽1.5km，自然形成一个弯钩形状。该区为黄土高原丘陵区，其年平均气温为10.6℃，极端高温为38.5℃，极端低温为-23.6℃，无霜期为160～180d，全年日照时数为2300h，年降雨量为400～600mm[9]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

供试的26个核桃品种的坚果采自于山西农业大学果树研究所核桃资源圃。

2.2 研究方法

2.2.1 坚果采集 2018—2020年每年采集26个核桃品种的坚果。

2.2.2 坚果表型性状测量

(1)坚果质量。核桃果实采集后，选取30粒完全成熟的青果去掉果皮后带回实验室，用烘干机将坚果烘干，用电子天平称量，取平均值；单位为“g”。

(2)核壳厚。用千分尺进行测量；单位为“mm”。

(3)纵、横、侧径。用游标卡尺测量；单位为“mm”。

(4)出仁率。出仁率指核仁质量占成熟坚果质量的比例，取平均值；单位为“%”。

2.2.3 数据处理与分析 用Excel 2010进行数据处理和表型变异分析；用SPSS 21.0进行主成分分析。

3 结果与分析

3.1 坚果表型性状变异

由表1可知：2018年26个核桃品种单果质量在10.77～18.19 g之间，平均值为13.55 g，变异系数为0.1454；坚果纵径在35.09～44.20mm之间，平均值为39.94mm，变异系数为0.0856；坚果横径在29.10～36.85mm之间，平均值为33.45mm，变异系数为0.0575；坚果侧径在33.34～39.46mm之间，平均值为35.43mm，变异系数为0.0441；坚果三径均值在33.75～39.78mm之间，平均值为36.27mm，变异系数为0.0479；坚果壳厚在0.93～1.70mm之间，平均值为1.25mm，变异系数为0.1869；坚果出仁率在46.77%～59.98%之间，平均值为54.49%，变异系数为0.0625。

表1 2018—2020年26个核桃品种坚果表型性状平均变异情况Tab.1 Average variation of nut phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020坚果表型性状年度最大值最小值平均值标准差变异系数平均变异系数201818.1910.7713.551.970.145 4单果质量/g201916.878.8812.562.080.165 60.150 2202019.1712.2014.862.070.139 5201844.2035.0939.943.420.085 6纵径/mm201942.6930.0836.403.100.085 30.085 6202047.5334.9239.263.370.085 8201836.8529.1033.451.920.057 5横径/mm201935.7626.1732.272.210.068 40.055 9202037.5332.0434.421.440.041 8201839.4633.3435.431.560.044 1侧径/mm201938.8228.9933.072.280.069 00.051 7202038.9932.2735.751.500.041 9201839.7833.7536.271.740.047 9三径均值/mm201939.0531.9135.261.860.052 80.050 0202040.9833.9736.481.800.049 220181.700.931.250.230.186 9壳厚/mm20191.750.951.320.190.140 60.178 220201.650.711.130.230.207 2201859.9846.7754.493.410.062 5出仁率/%201960.6836.4948.134.960.103 00.078 3202064.6151.2757.493.990.069 5

2019年26个核桃品种单果质量在8.88～16.87g之间，平均值为12.56g，变异系数为0.1656；坚果纵径在30.08～42.69mm之间，平均值为36.40mm，变异系数为0.0853；坚果横径在26.17～35.76mm之间，平均值为32.27mm，变异系为数0.0684；坚果侧径在28.99～38.82mm之间，平均值为33.07mm，变异系数为0.0690；坚果三径均值在31.91～39.05mm之间，平均值为35.26mm，变异系数为0.0528；坚果壳厚在0.95～1.75mm之间，平均值为1.32mm，变异系数为0.1406；坚果出仁率在36.49%～60.68%之间，平均值为48.13%，变异系数为0.1030。

2020年26个核桃品种单果质量在12.20～19.17g之间，平均值为14.86g，变异系数为0.1395；坚果纵径在34.92～47.53mm之间，平均值为39.26mm，变异系数为0.0858；坚果横径在32.04～37.53mm之间，平均值为34.42mm，变异系数为0.0684；坚果侧径在32.27～38.99mm之间，平均值为35.75mm，变异系数为0.0419；坚果三径均值在33.97～40.98mm之间，平均值为0.3648mm，变异系数为0.0492；坚果壳厚在0.71～1.65mm之间，平均值为1.13mm，变异系数为0.2075；坚果出仁率在51.27%～64.61%之间，平均值为57.49%，变异系数为0.0695。

2018—2020年，26个核桃品种单果质量、纵径、横径、侧径、三径均值、壳厚和出仁率3年的平均变异系数分别为0.1502、0.0856、0.0559、0.0517、0.0500、0.1782和0.0783，坚果表型性状3年的平均变异系数排序为壳厚>单果质量>纵径>出仁率>横径>侧径>三径均值。

3.2 坚果表型性状的主成分

由表2可知：2018年26个核桃品种坚果表型性状第1主成分和第2主成分的累计贡献率达到76.56%，其中第1主成分的方差贡献率为51.28%，第2主成分的方差贡献率为25.28%。2019年26个核桃品种坚果表型性状第1主成分和第2主成分的累计贡献率达到87.54%，其中第1主成分的方差贡献率为65.88%，第2主成分的方差贡献率为21.66%。2020年26个核桃品种坚果表型性状第1主成分和第2主成分的累计贡献率达到87.16%，其中第1主成分的方差贡献率为57.41%,第2主成分的方差贡献率为29.75%。2018—2020年坚果表型性状第1主成分和第2主成分的累计贡献率均在75%以上。

表2 2018—2020年26个核桃品种坚果表型性状主成分表Tab.2 Principal components of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度坚果表型性状第1主成分第2主成分20180.904-0.1792019单果质量0.9680.15020200.947-0.22320180.6750.1052019纵径0.7960.45320200.881-0.21820180.7520.3352019横径0.927-0.09820200.7790.48220180.7510.2122019侧径0.961-0.13720200.8160.38220180.9450.2562019三径均值0.9520.08920200.9850.09920180.517-0.7892019壳厚0.0280.90220200.136-0.8842018-0.1640.9392019出仁率0.593-0.6632020-0.2890.903201851.2825.282019方差贡献率/%65.8821.66202057.4129.75201876.562019累计贡献率/%87.54202087.16

核桃品种坚果表型性状中在第1主成分中起主要作用的是单果质量和三径均值，说明第1主成分主要反映了坚果质量和大小的综合指标；在第2主成分中起主要作用的是壳厚和出仁率，壳厚与出仁率呈负相关。这与骆翔等[10]的研究结果一致。

3.3 26个核桃品种的综合得分排名

参照贺娜等[7]对云南主栽品种坚果表型性状主成分构建的综合评价模型：

C=a1Z1+a2Z2

(1)

式中：C代表综合得分；a1、a2分别代表第1、2主成分的方差贡献率；Z1、Z2分别代表第1主成分和第2主成分。

计算2018—2020年山西26个核桃品种坚果表型性状主成分平均综合得分，并进行排名，结果见表3。

表3 2018—2020年26个核桃品种坚果表型性状主成分平均综合得分和排名Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of pheno-typic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品种Z1Z2综合得分平均综合得分排名2018-1.013-3.432-1.3872019鲁果1号0.1421.7760.478-0.4481620200.154-2.160-0.55420181.5391.6921.2172019鲁果2号0.736-0.5810.3590.40992020-0.426-0.355-0.35020184.572-0.9572.1032019鲁果5号3.7761.5612.8262.203220203.278-0.6801.68020183.056-1.0831.2942019鲁果6号1.6972.0331.5581.105520201.528-2.3010.1932018-1.3350.062-0.6692019鲁果7号-0.083-0.418-0.145-0.543182020-1.309-0.211-0.81420180.370-0.5960.0392019鲁果8号1.0150.3890.7530.422820200.2331.1440.47420180.282-1.147-0.1452019鲁果9号-1.1162.448-0.205-0.430142020-0.517-2.167-0.9412018-1.7711.045-0.6442019辽宁1号-0.126-1.595-0.429-0.432152020-1.5632.266-0.2232018-1.4961.423-0.4082019辽宁2号-2.588-0.514-1.817-0.667192020-0.8412.3760.2242018-1.756-2.786-1.6042019辽宁3号-2.4540.398-1.531-1.614262020-2.361-1.181-1.7072018-1.8561.235-0.6402019辽宁4号-1.1180.091-0.717-0.530172020-1.6432.392-0.232

续表3 2018—2020年26个核桃品种坚果表型性状主成分平均综合得分和排名Continued Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品种Z1Z2综合得分平均综合得分排名2018-2.3161.117-0.9052019辽宁5号-2.905-0.069-1.929-1.050232020-1.2401.333-0.3162018-1.6511.227-0.5362019辽宁6号-2.7310.272-1.740-0.783212020-0.7471.199-0.0722018-0.871-1.515-0.8302019辽宁7号-4.044-1.203-2.925-1.2132420200.376-0.3350.1162018-1.589-0.567-0.9582019辽宁8号-2.488-1.255-1.911-0.942222020-0.8691.8210.04320180.2911.1790.4472019薄丰0.0360.1930.065-0.704202020-1.604-0.992-1.2162018-0.6100.327-0.2312019晋香1.5820.9941.2580.025102020-1.307-0.678-0.9522018-1.3810.182-0.6622019香玲-1.073-0.894-0.900-1.220252020-2.833-1.580-2.09720183.1150.3781.6932019上宋6号0.823-0.2210.4941.351320202.9560.5731.86720180.549-0.9840.0332019清香0.636-0.0770.4020.617720201.8381.2171.41720183.0820.6891.7542019西岭4.171-2.1172.2891.09362020-1.069-0.501-0.7632018-0.5810.735-0.1122019扎3431.0860.5560.836-0.101112020-0.883-1.749-1.02720182.2121.9811.6352019礼品2号4.283-2.4302.2962.275120204.5171.0092.8932018-1.7100.062-0.8612019金薄丰1号-0.3170.040-0.200-0.3081320200.609-0.7190.136

续表3 2018—2020年26个核桃品种坚果表型性状主成分平均综合得分和排名Continued Tab.3 Average comprehensive scores and ranking of phenotypic traits of 26 walnut varieties from 2018 to 2020年度核桃品种Z1Z2综合得分平均综合得分排名2018-0.0250.3420.0742019金薄香1号1.0631.4871.0221.245420204.740-0.2742.64020180.891-0.6080.3032019中林1号-0.001-0.862-0.187-0.101112020-1.0140.552-0.418

由表3可知：2018—2020年坚果表型性状主成分3年的平均得分排名依次为：礼品2号、鲁果5号、上宋6号、金薄香1号、鲁果6号、西岭、清香、鲁果8号、鲁果2号、晋香、扎343、中林1号、金薄丰1号、鲁果9号、辽宁1号、鲁果1号、辽宁4号、鲁果7号、辽宁2号、薄丰、辽宁6号、辽宁8号、辽宁5号、辽宁7号、香玲和辽宁3号。前3的核桃品种是礼品2号、鲁果5号和上宋6号。

4 结论与讨论

表型是各种形态特征的组合，物种表型性状的变异对其进化具有重要意义。科学分析植物表型性状的变异有助于了解其遗传稳定性和育种潜力，对其种质利用和创新具有重要意义[11]。表型具有可塑性，在由基因型决定的同时，也受环境的影响[12]。包文泉等[13]通过对西藏地区光核桃群体的研究发现，不同群体间存在地理区域特性和海拔梯度的遗传变异。变异大小在某种程度上说明了物种对不同环境适应能力的高低[14]。郭传友等[15]认为，变异系数大说明性状对环境适应性强，不稳定；变异系数小说明性状相对稳定，不易受到环境等因素的影响。刘娟等[16]认为，变异系数在10%以上的表型变异分化较明显。本研究发现，单果质量和壳厚的变异系数较大，说明这2个性状受环境影响较大；纵径、横径、侧径及三径均值的变异系数较小，说明26个核桃品种坚果大小较均匀。

2018—2020年，晋中地区26个核桃品种坚果表型性状3年的平均变异系数排序为壳厚>单果质量>纵径>出仁率>横径>侧径>三径均值。坚果表型性状第1主成分和第2主成分的累计贡献率均在75%以上。2018年、2019年、2020年第1主成分和第2主成分的累计贡献率分别为76.56%、87.54%和87.16%。坚果表型性状主成分3年的平均综合得分排前3名的是礼品2号、鲁果5号和上宋6号，该3个品种的综合表现较好，适宜在晋中地区栽培和推广。