杜仲种质资源果实主要数量性状变异及概率分级

杜庆鑫 庆 军 王 璐 刘攀峰 何 凤 朱利利 杜红岩

(中国林业科学研究院经济林研究开发中心，国家林业局杜仲工程技术研究中心，郑州 450003)

杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)，又名思仲、思仙、丝棉树等，单科单属单种，是我国特有的橡胶用和木本油料树种，广泛分布于我国27个省(市、区)[1～2]。杜仲果皮富含杜仲橡胶，具有其他任何高分子材料都不具备的“橡胶—塑料”二重性，是世界天然橡胶资源中具有巨大开发前景的三叶橡胶替代资源[3]。杜仲籽油已被列为新食品原料名录，杜仲种仁出油率达27%，α-亚麻酸含量60%左右，具有降血脂、血压、增强智力、抗衰老等功效[4]。

种质资源评价的最终目的是开发利用，果实性状是杜仲种质资源评价的基本指标，其中数量性状是果实性状的重要指标。数量性状的合理分级是种质资源评价和DUS测试指南研制的基础[5～6]。概率分级法可以客观反映数量性状的变异特征，克服传统经验分级的不足，使数量性状的分级有了统一的标准，已在猕猴桃(ActinidiaerianthaBenth.)[7]、枣(ZiziphusjujubeMill.)[8]、西瓜(CitrulluslanatusThunb.)[9]、草莓(FragariaananassaDuch.)[10]、平榛(CorylusheterophyllaFisch.)[11]、羊肚菌(Morchellaspp.)[12]等植物或食用菌重要经济性状取得了较好的结果，但是还没有针对杜仲果实数量性状的规范化进行描述，这使得杜仲果实表型性状没有统一的标准，因此有必要对杜仲种质资源果实主要数量性状进行科学分级，从而完善杜仲种质资源果实主要数量性状的评价系统。

本研究通过对331份杜仲种质资源果实主要数量性状进行系统测定，得出各性状的变异情况及分布规律，探索建立合理的概率分级标准，为杜仲种质资源评价、利用和良种选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料均采于中国林业科学研究院经济林研究开发中心杜仲基因库。基因库采用6株小区，定植行间距为3 m×3 m。利用混合取样法对331份杜仲资源成熟果实进行采集，采后低温保存至实验室备用，种质来源见表1。

表1 种质来源

1.2 方法

本研究考察的果实数量性状包括果实纵径、果实横径、果实侧径、果实形态指数、果实大小指数、种仁纵径、种仁横径、种仁侧径、种仁形态指数、种仁大小指数、果实百粒质量、果皮杜仲橡胶含量、种仁含油率、种仁亚麻酸含量、油酸含量、亚油酸含量、棕榈酸含量以及硬脂酸含量共18个性状。形态性状测定随机选取20个果实，果实纵径、果实横径、果实侧径、种仁纵径、种仁横径、种仁侧径用游标卡尺测定，精确到0.01 mm；果实百粒重用电子天平称取，精确到0.01 g；果实、种仁形态指数分别为果实、种仁纵径与横径的比值，果实、种仁大小指数分别为果实、种仁纵径与横径的乘积值。果皮杜仲橡胶含量测定采用综合法[13]，种仁含油率测定根据索氏提取原理，质量法测定，种仁中亚麻酸、油酸、亚油酸、棕榈酸以及硬脂酸含量测定采用GC-MS法[14]。

1.3 数据分析

数据处理利用Excel和SPSS20.0完成。利用K-S检验法对杜仲果实数量性状分布的正态性进行检验，其X代表各性状的平均值，S代表各性状的标准差。对符合正态分布的性状用(X-1.2818S)、(X-0.5246S)、(X+0.5246S)和(X+1.2818S)4个分点分为5个等级，使1～5级的出现概率分别为10%、20%、40%、20%和10%；对不符合正态分布的性状，按照其实际分布情况分级。

2 结果与分析

2.1 杜仲果实数量性状的变异情况

杜仲果实主要数量性状的变异情况见表2。不同种质间杜仲果实数量性状变异较为丰富。硬脂酸含量在不同种质间变异程度最大，变异系数达17.88%，亚麻酸含量变异系数最小，仅为4.64%；果实大小指数变异幅度最大，为222.90～483.79，变异系数为14.07%；种仁侧径变异幅度最小，为0.75～1.89 mm，变异系数为9.05%。

表2 杜仲果实数量性状的变异

Table 2 Variation of quantitative traits ofE.ulmoidesfruits

性状Traits种质数量No. of germplasms最小值Min.最大值Max.平均值Mean标准差SD变异系数CV(%)果实纵径Fruit vertical diameter(mm)33124.1439.2231.142.5398.15果实横径Fruit horizontal diameter(mm)3318.6513.1410.720.8497.92果实侧径Fruit lateral diameter(mm)3311.212.361.900.1839.63果实形态指数Fruit morphology index3312.373.732.910.2348.04果实大小指数Fruit size index331222.90483.79334.8647.10814.07种仁纵径Seed vertical diameter(mm)3319.8817.3813.041.1548.85种仁横径Seed horizontal diameter(mm)3312.234.892.970.33311.21种仁侧径Seed lateral diameter(mm)3310.751.891.370.1249.05种仁形态指数Seed morphology index3312.715.584.420.44710.11种仁大小指数Seed size index33122.7477.6438.946.68517.17果实百粒质量100-fruit weight(g)3314.3212.818.141.23715.20杜仲橡胶EU rubber(%)33111.7320.6715.901.81111.39含油率Oil yield(%)33124.0635.1630.152.6188.68亚麻酸Linolenic acid(%)33148.1465.0559.242.7494.64油酸Oleic acid(%)33114.1720.4217.090.9875.78亚油酸Linoleic acid(%)3318.4719.0612.121.87715.49棕榈酸Palmitic acid(%)3315.347.876.470.4557.03硬脂酸Stearic acid(%)3311.695.892.400.42917.88

2.2 杜仲果实数量性状分布及正态性检验

在对杜仲种质资源果实18个数量性状变异情况统计分析的基础上，绘制了数量性状分布频次图(图1)。经K-S检验(表3)，果实纵径、果实横径、果实侧径、果实形态指数、果实大小指数、种仁纵径、种仁侧径、种仁形态指数、果实百粒质量、果皮杜仲橡胶含量、种仁含油率、种仁亚麻酸含量、油酸含量、亚油酸含量、棕榈酸含量以及硬脂酸含量等16个性状Sig.值均大于0.05，均符合正态分布。种仁横径和种仁大小指数Sig.值均小于0.05，不完全符合正态分布，但是，从数量性状分布频次图来看，种仁横径和种仁大小指数虽呈偏态分布，但去除拖尾部分，其主要部分仍遵从正态分布，因此，这2个性状也近似看作正态分布性状处理。

表3 杜仲果实数量性状K-S正态性检验

Table 3 K-S normal test of quantitative traits ofE.ulmoidesfruits

性状Traits极差绝对值Absolute正极值Positive负极值NegativeK-S值K-S valueSig值Sig value果实纵径Fruit vertical diameter(mm)0.040.04-0.0360.7240.671果实横径Fruit horizontal diameter(mm)0.0340.034-0.0290.610.851果实侧径Fruit lateral diameter(mm)0.0360.028-0.0360.6510.791果实形态指数Fruit morphology index0.0410.041-0.0210.7490.628果实大小指数Fruit size index0.0610.061-0.0291.1160.166种仁纵径Seed vertical diameter(mm)0.0280.028-0.0210.5140.955种仁横径Seed horizontal diameter(mm)0.1160.116-0.0932.1130.000种仁侧径Seed lateral diameter(mm)0.0420.042-0.0360.7680.598种仁形态指数Seed morphology index0.0420.037-0.0420.7660.601种仁大小指数Seed size index0.0850.085-0.0551.5520.016果实百粒质量100-fruit weight(g)0.0330.033-0.0290.5960.869杜仲橡胶EU rubber content(%)0.0440.035-0.0440.8010.542含油率Oil yield(%)0.0460.026-0.0460.8390.482亚麻酸Linolenic acid(%)0.0340.033-0.0340.6120.849油酸Oleic acid(%)0.0340.034-0.0210.610.851亚油酸Linoleic acid(%)0.0660.066-0.0311.1970.114棕榈酸Palmitic acid(%)0.0640.064-0.0321.160.136硬脂酸Stearic acid(%)0.0550.055-0.0481.0030.267

图1 杜仲果实数量性状分布频次Fig.1 Frequency distribution of quantitative traits of E.ulmoides fruits

2.3 杜仲果实数量性状的概率分级

根据K-S检验，对杜仲果实符合正态分布的数量性状按照(X-1.2818S)、(X-0.5246S)、(X+ 0.5246S)、(X+1.2818S)4个点分为5个等级，1～5级的出现概率分别为10%、20%、40%、20%、10%；对于不符合正态分布的数量性状，按其实际分布情况进行分级，即按照实际结果10%、20%、40%、20%、10%的比例分级(表4)，使数量性状的描述更加规范化。

2.4 杜仲果实数量性状概率分级的频率分布

2.4.1 果实纵径

331份杜仲种质资源果实纵径变异幅度为24.14～39.22 mm，平均31.14 mm，变异系数8.15%。果实纵径概率分级的频率分布：1级<27.88 mm(极低)占8.76%；2级27.88～29.81 mm(低)占22.36%；3级29.81～32.47 mm(中)占41.39%；4级32.47～34.39 mm(高)占18.13%；5级>34.39 mm(极高)占9.37%。

表4 概率分级标准

2.4.2 果实横径

331份杜仲种质资源果实横径变异幅度为8.65～13.14 mm，平均10.72 mm，变异系数7.92%。果实横径概率分级的频率分布：1级<9.63 mm(极低)占11.78%；2级9.63～10.27 mm(低)占16.31%；3级10.27～11.16 mm(中)占42.90%；4级11.16～11.81 mm(高)占17.52%；5级>11.81 mm(极高)占11.48%。

2.4.3 果实侧径

331份杜仲种质资源果实侧径变异幅度为1.21～2.36 mm，平均1.90 mm，变异系数9.63%。果实侧径概率分级的频率分布：1级<9.63 mm(极低)占11.78%；2级9.63～10.27 mm(低)占16.31%；3级10.27～11.16 mm(中)占42.90%；4级11.16～11.81 mm(高)占17.52%；5级>11.81 mm(极高)占11.48%。

2.4.4 果实形态指数

331份杜仲种质资源果实形态指数变异幅度为2.37～3.73，平均2.91，变异系数8.04%。果实形态指数概率分级的频率分布：1级<2.61(极低)占6.95%；2级2.61～2.79(低)占18.43%；3级2.79～3.04(中)占48.64%；4级3.04～3.21(高)占18.13%；5级>3.21(极高)占7.85%。

2.4.5 果实大小指数

331份杜仲种质资源果实大小指数变异幅度为222.90～483.79，平均334.86，变异系数14.07%。果实大小指数概率分级的频率分布：1级<274.48(极低)占8.46%；2级274.48～310.15(低)占21.15%；3级310.15～359.57(中)占44.71%；4级359.57～395.24(高)占14.20%；5级>395.24(极高)占11.48%。

2.4.6 种仁纵径

331份杜仲种质资源种仁纵径变异幅度为9.88～17.38 mm，平均13.04 mm，变异系数8.85%。种仁纵径概率分级的频率分布：1级<11.56 mm(极低)占8.76%；2级11.56～12.44 mm(低)占23.87%；3级12.44～13.65 mm(中)占36.86%；4级13.65～14.52 mm(高)占20.85%；5级>14.52 mm(极高)占9.67%。

2.4.7 种仁横径

331份杜仲种质资源种仁横径变异幅度为2.23～4.89 mm，平均2.97 mm，变异系数11.21%。种仁横径概率分级的频率分布：1级<2.55 mm(极低)占6.04%；2级2.55～2.80 mm(低)占20.54%；3级2.80～13.15 mm(中)占55.29%；4级3.15～3.40 mm(高)占12.99%；5级>3.40 mm(极高)占5.14%。

2.4.8 种仁侧径

331份杜仲种质资源种仁侧径变异幅度为0.75～1.89 mm，平均1.37 mm，变异系数9.05%。种仁侧径概率分级的频率分布：1级<1.22 mm(极低)占11.18%；2级1.22～1.31 mm(低)占19.34%；3级1.31～1.44 mm(中)占42.60%；4级1.44～1.53 mm(高)占19.03%；5级>1.53 mm(极高)占7.85%。

2.4.9 种仁形态指数

331份杜仲种质资源种仁形态指数变异幅度为2.71～5.58，平均4.42，变异系数10.11%。种仁形态指数概率分级的频率分布：1级<3.84(极低)占7.55%；2级3.84～4.18(低)占21.15%；3级4.18～4.65(中)占42.90%；4级4.65～4.99(高)占17.82%；5级>4.99(极高)占10.57%。

2.4.10 种仁大小指数

331份杜仲种质资源种仁大小指数变异幅度为22.74～577.64，平均38.94，变异系数17.17%。种仁形态指数概率分级的频率分布：1级<30.37(极低)占6.34%；2级30.37～435.44(低)占23.56%；3级35.44～42.45(中)占46.53%；4级42.45～47.51(高)占16.31%；5级>47.51(极高)占7.25%。

2.4.11 果实百粒质量

331份杜仲种质资源果实百粒质量变异幅度为4.32～12.81 g，平均8.14 g，变异系数15.20%。果实百粒质量概率分级的频率分布：1级<6.56 g(极低)占7.55%；2级3.6.56～7.49 g(低)占25.08%；3级7.49～8.79 g(中)占36.25%；4级8.79～9.73 g(高)占22.36%；5级>4.9.73 g(极高)占8.76%。

2.4.12 杜仲橡胶含量

331份杜仲种质资源果皮杜仲橡胶含量变异幅度为11.73～20.67%，平均15.90%，变异系数11.39%。果皮杜仲橡胶含量概率分级的频率分布：1级<13.58%(极低)占12.39%；2级13.58～14.95%(低)占17.22%；3级14.95～16.85%(中)占39.88%；4级16.85～18.22%(高)占20.54%；5级>18.22%(极高)占9.97%。

2.4.13 含油率

331份杜仲种质资源种仁含油率变异幅度为24.06～35.16%，平均30.15%，变异系数18.68%。种仁含油率概率分级的频率分布：1级<27.38%(极低)占10.88%；2级27.38～29.02(低)占20.24%；3级29.02～31.29%(中)占35.95%；4级31.29～32.93%(高)占22.96%；5级>32.93%(极高)占9.97%。

2.4.14 亚麻酸含量

331份杜仲种质资源种仁亚麻酸含量变异幅度为48.14～65.05%，平均59.24%，变异系数4.64%。种仁亚麻酸含量概率分级的频率分布：1级<55.71%(极低)占8.76%；2级55.71～57.79%(低)占20.24%；3级57.79～60.68%(中)占39.58%；4级60.68～62.76%(高)占20.24%；5级>62.76%(极高)占11.18%。

2.4.15 油酸含量

331份杜仲种质资源种仁油酸含量变异幅度为14.17～20.42%，平均17.09%，变异系数5.78%。种仁油酸含量概率分级的频率分布：1级<15.83%(极低)占9.67%；2级15.83～16.58%(低)占17.52%；3级16.58～17.61%(中)占45.92%；4级17.61～18.36%(高)占16.01%；5级>18.36%(极高)占10.88%。

2.4.16 亚油酸含量

331份杜仲种质资源种仁亚油酸含量变异幅度为8.47～19.06%，平均12.12%，变异系数15.49%。种仁亚油酸含量概率分级的频率分布：1级<9.71%(极低)占9.67%；2级9.71～11.14%(低)占23.87%；3级11.14～13.11%(中)占40.18%；4级13.11～14.53%(高)占16.01%；5级>14.53%(极高)占10.27%。

2.4.17 棕榈酸含量

331份杜仲种质资源种仁棕榈酸含量变异幅度为5.34～7.87%，平均6.47%，变异系数7.03%。种仁棕榈酸含量概率分级的频率分布：1级<5.89%(极低)占8.46%；2级5.89～6.23%(低)占24.47%；3级6.23～6.71%(中)占35.95%；4级6.71～7.06%(高)占19.34%；5级>7.06%(极高)占11.78%。

2.4.18 硬脂酸含量

331份杜仲种质资源种仁硬脂酸含量变异幅度为1.69～5.89%，平均2.40%，变异系数17.88%。种仁硬脂酸含量概率分级的频率分布：1级<1.85%(极低)占5.74%；2级1.85～2.18%(低)占25.98%；3级2.18～2.63%(中)占41.99%；4级2.63～2.95%(高)占18.43%；5级>2.95%(极高)占7.85%。

3 讨论

3.1 杜仲果实数量性状的选择

数量性状的选取对概率分级研究至关重要。雒新艳等[15]在对400份中国传统大菊(chrysanthemum)品种数量性概率分级研究中，选取了花部性状、叶部性状和茎部性状等18个性状，并筛选出区分中国传统大菊品种的9个数量性状，有效补充和完善了菊花品种分类和鉴定的评价标准。蒲光兰等[16]对四川核桃(JuglansregiaL.)种质资源主要数量性状分级研究中选取了果径、单果重、出仁率、壳厚、粗脂肪含量和粗蛋白含量等重要经济性状指标。本研究在选取杜仲果实数量性状时，既包括与果实相关的主要形态形状，如果实纵径、果实横径、果实侧径、种仁纵径、种仁横径、种仁侧径、果实百粒重等，又包括果实中重要化学成分，如果皮杜仲橡胶含量、种仁含油率、种仁亚麻酸含量、种仁油酸含量、种仁亚油酸含量等。

3.2 杜仲果实数量性状变异特征

变异系数用以衡量不同种质间性状差异。通过对杜仲种质资源果实18个数量性状进行分析，发现不同种质间杜仲果实数量性状表现出明显差异。18个数量性状变异系数范围为4.64%～17.88%，表现出丰富的多样性。亚麻酸、油酸等性状变异系数较小，硬脂酸、种仁大小指数等性状变异系数较大。杜仲种质资源果实数量性状丰富的变异为优良资源培育及杂交育种提供极了较大的选择空间。

3.3 杜仲果实数量性状分布类型

通过对杜仲种质资源果实18个数量性状研究发现，果实纵径、果实横径、果实侧径、果实形态指数、果实大小指数、种仁纵径、种仁侧径、种仁形态指数、果实百粒质量、果皮杜仲橡胶含量、种仁含油率、种仁亚麻酸含量、油酸含量、亚油酸含量、棕榈酸含量以及硬脂酸含量等16个性状符合正态分布，种仁横径和种仁大小指数呈偏态分布，若去除拖尾部分，其主要部分仍遵从正态分布，因此，这2个性状也近似看作正态分布性状处理。对于呈偏态分布的性状，可能是由于种质来源不同，而不同来源的种质放在一起其数量性状不一定呈正态分布，本研究中杜仲种质资源分别来源于河南、湖南、北京等省市。

3.4 杜仲种质资源果实数量性状的概率分级

生物现象的连续性变量或间断性变量大都符合正态分布，与传统分级相比，概率分级主要有以下优点：(1)使性状分级有了客观依据和统一的标准；(2)只要供试样本有足够代表性，其分级结果更具可比性；(3)能反映性状变异的中值和离散程度以及各级取值在总体变异中的系统位置，因而具有更大的指导价值[17]。

本研究首次对杜仲种质资源果实主要数量性状进行了概率分级，提出了基于数量性状分布特征的概率分级指标体系，较好的体现了果实性状变异的中值和离散程度及各级性状值在总体变异中的位置，使得杜仲种质资源果实数量性状的分级有了客观和统一的标准，为杜仲种质资源评价描述、品种选育及果实相关产品品质控制提供了参考依据。