元江干热河谷牛角瓜种质资源调查及果实性状的多元统计分析

郑 元 ，高 柱 ，罗明灿 ，刘 鹏 ，黄 北 ，唐军荣 ，王连春 ，马焕成 ，刘惠民

（1.西南林业大学，云南 昆明 650224；2.江西省科学院，江西 南昌 330096）

元江干热河谷牛角瓜种质资源调查及果实性状的多元统计分析

郑 元1，高 柱2，罗明灿1，刘 鹏1，黄 北1，唐军荣1，王连春1，马焕成1，刘惠民1

（1.西南林业大学，云南 昆明 650224；2.江西省科学院，江西 南昌 330096）

对元江干热河谷区29个牛角瓜种质资源地点进行实地调查，并对收集的不同种源牛角瓜的18个果实性状进行了相关分析、变异度分析、主成分分析、方差分析、聚类分析。结果表明：该区大量分布的野生牛角瓜种质资源具有丰富的多样性；牛角瓜果实的单果长、单果宽、单果高、单果鲜质量、果壳鲜质量这5个指标相互之间均呈极显著正相关，果实各组分的含水量与单果干质量的相关性高于单果鲜质量，果实长度、果实干质量、种子干质量是影响单果棉干质量与出棉率这2个重要棉纺指标的关键因子；果实性状指标的变异度范围在3.99%～42.84%之间，表明调查区内牛角瓜果实在不同种源之间存在广泛的遗传变异性；筛选出单果长、单果干质量、单果棉干质量、单果含水量、芯含水量、种子含水量、单果种子数、出棉率为牛角瓜的主要果实性状指标；筛选出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03为元江干热河谷区牛角瓜不同种源地点的优良单株，表现为果实品质性状与棉纺经济性状均较高，确定红河、个旧为元江干热河谷区牛角瓜不同地理分布的优良种源。

牛角瓜；种质资源；果实性状；干热河谷；云南元江

牛角瓜Calotropis gigantea，隶属于萝藦科Asclepiadaceae牛角瓜属Calotropis，在干热河谷、盐碱地、沿海沙滩等生态脆弱环境下生长迅速，长势良好，花期果期几乎全年，作为干热河谷区阳性适生代表树种，具有改善该区脆弱生境与防止水土流失的生态功能[1]。同时，牛角瓜近年来被发现具有多种用途的资源开发价值，在医学药用、生物药剂、纺织原料、能源植物等方面均具广阔的开发应用前景，是干热河谷地区不可多得的生态经济型资源植物[1-4]。然而目前由于国内对牛角瓜的认识严重不足，尚未对其开展针对性的野生驯化栽培措施，导致牛角瓜的集约化种植与生态经济价值推广受到极大限制。

种质资源工作的最终目的在于有效利用优良种源，而前期对种质资源全面客观的评价是种质资源工作的中心环节，只有在正确评价的基础上才能做到对种质资源的有效利用[5-6]。当前，国内外学者对牛角瓜的研究主要集中在药理活性[7-11]、抑菌活性[12]、生物源杀虫剂[13-14]、纤维性能[15]、育苗技术[16]等方面，但是针对牛角瓜特有的药用和纤维资源特色，关于其种质资源的调查、收集与评价等方面研究却一直未见报道。为此，本研究以元江干热河谷大量分布的牛角瓜为调查对象，对其种质资源进行了系统调查和收集整理，并综合分析了不同种源果实性状之间的相关性和差异性，旨在为牛角瓜优良种源与优良单株的筛选以及种质资源评价体系的建立提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 调查地概况

调查地位于云南省中南部的元江干热河谷，属西南地区最热的干热河谷，气候条件极其严酷， 地 理 位 置 为 N23°00′～ 25°00′，E100°30′～103°30′[17]。元江干热河谷由于开发时间早，人口密度大，植被破坏严重，已成为我国生态环境最为脆弱的地区之一。元江河谷整体呈东南走向，其西南一侧与哀牢山系平行，阻挡了来自印度洋的暖湿气流，成为西南季风和西风急流的风屏，形成雨阴效应与焚风效应地带，最终使得深陷的元江河谷形成以干热为典型特征的河谷型气候[18]。

1.2 调查方法

于2013年8月在地处元江干热河谷典型气候区的元江、红河、建水、元阳、个旧共5个县市进行实地调查，共计调查牛角瓜散生或集中分布的种源地点29个（元江9、红河6、建水5、元阳2、个旧7），各种源地选择1株长势健壮、无病虫害、正常结果的代表性样树，采用钢卷尺、围尺、GPS等调查工具，实时记录样树的编号、树龄、树高、地径、冠幅、分枝数、结果数，以及样树所在地的种源地点、海拔、地理坐标、主要植被、林分状况、分布位置等。

每个种源地选取样树及周围长势一致植株不同方位的成熟饱满果实共30个，分别测量单果长（X1）、单果宽（X2）、单果高（X3）、单果鲜质量（X4）、单果干质量（X5）、果壳鲜质量（X6）、果壳干质量（X7）、单果棉湿质量（X8）、单果棉干质量（X9）、单果种子数（X10）、芯湿质量（X11）、芯干质量（X12）、种子湿质量（X13）、种子干质量（X14）等果实性状指标，并按下式计算单果含水量（X15）、出棉率（X16）、芯含水量（X17）、种 子 含 水 量（X18）。X15=(X4-X5)/X4×100%；X16=X9/X5×100%；X17=(X11-X12)/X11×100%；X18=(X13-X14)/X13×100%。采用游标卡尺测量果实形态指标，采用电子天平称量果实质量指标。

1.3 统计分析

文中数据的多元统计分析包括相关分析、变异度分析、方差分析、聚类分析、主成分分析均通过SPSS 13.0软件（SPSS Inc., Chicago, USA）完成。

2 结果与分析

2.1 牛角瓜的种质资源调查

在元江干热河谷区，共调查了29个牛角瓜种质资源地点，在219～608 m海拔范围内均有分布，树龄在2～12 a之间（见表1）。不同种源牛角瓜的树高、地径、冠幅、分枝数、结果数均呈现较大差异，其中树高、地径、冠幅的差异主要与树龄有关，而分枝数与树龄之间并未表现出明显的相关性，单株结果数最多的可达118个，最少的仅有5个。牛角瓜不同种源地的植被主要有合欢Albizia julibrissin、印楝Azadirachta indica、膏桐Jatropha carcas、木棉Bombax ceiba、车桑子Dodonaea viscosa、芒果Mangifera indica、酸角Tamarindus indica等，均具有喜光照、耐干热的典型阳性树种特点。牛角瓜的分布范围广泛，在山顶、山腰、山脚、江边等地均有分布。由以上调查结果可以看出，元江干热河谷牛角瓜的种质资源具有丰富的多样性。

表1 元江干热河谷牛角瓜的种质资源调查Table 1 Survey of germplasm resources of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

2.2 果实性状的相关分析

对元江干热河谷牛角瓜的18个果实性状进行相关分析，结果见表2。在形态指标方面，单果长（X1）与13个性状指标呈极显著正相关，其中与单果宽（X2）、单果高（X3）、单果鲜质量（X4）、果壳鲜质量（X6）、果壳干质量（X7）、单果棉干质量（X9）、种子湿质量（X13）的相关系数较大；单果宽（X2）与16个性状指标呈极显著或显著正相关，其中与单果长（X1）、单果高（X3）、单果鲜质量（X4）、果壳鲜质量（X6）、芯湿质量（X11）、芯干质量（X12）的相关系数较大；单果高（X3）与14个性状指标呈极显著或显著正相关，其中与单果长（X1）、单果宽（X2）、单果鲜质量（X4）、果壳鲜质量（X6）、芯湿质量（X11）的相关系数较大。因此，单果长（X1）、单果宽（X2）、单果高（X3）、单果鲜质量（X4）、果壳鲜质量（X6）这5个指标相互之间均呈极显著正相关，说明随着果实逐渐发育成熟，其体积与单果和果壳鲜质量的增长趋势基本同步。

表2 元江干热河谷牛角瓜果实性状的相关分析†Table 2 Correlation analysis of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

在质量指标方面，单果鲜质量（X4）与16个性状指标呈极显著正相关，其中与单果长（X1）、单果宽（X2）、单果高（X3）、果壳鲜质量（X6）、单果棉湿质量（X8）、种子湿质量（X13）的相关系数较大；单果干质量（X5）与12个性状指标呈极显著或显著正相关，其中与果壳干质量（X7）、单果棉干质量（X9）、出棉率（X16）、种子湿质量（X13）、种子干质量（X14）的相关系数较大，而与5个性状指标呈极显著负相关，其中与单果含水量（X15）、芯含水量（X17）、种子含水量（X18）的相关系数较大，说明果实各组分的含水量与单果干质量的相关性高于单果鲜质量。

在棉纺指标方面，单果棉干质量（X9）与13个性状指标呈极显著正相关，其中与单果长（X1）、单果干质量（X5）、出棉率（X16）、种子干质量（X14）的相关系数较大，而与4个性状指标呈极显著或显著负相关，其中与种子含水量（X18）的相关系数较大；出棉率（X16）与12个性状指标呈极显著或显著正相关，其中与单果干质量（X5）、单果棉干质量（X9）的相关系数较大，而与3个性状指标呈极显著或显著负相关，但相关系数均较小。由此可见，果实长度、果实干质量、种子干质量是影响牛角瓜单果棉干质量与出棉率这2个重要棉纺指标的关键因子。

2.3 果实性状的变异度分析

对元江干热河谷牛角瓜的18个果实性状进行变异度分析，结果见表3。各性状指标的变异度范围在3.99%～42.84%之间，其中单果长（X1）、单果含水量（X15）、芯含水量（X17）的变异系数均较小，说明此3个性状指标表现最为稳定，而单果棉湿质量（X8）、芯湿质量（X11）、种子干质量（X14）的变异系数最大，说明其可以作为牛角瓜种质资源果实选育工作中的重点性状指标加以利用。

2.4 果实性状的主成分分析

对元江干热河谷牛角瓜的18个果实性状进行主成分分析，结果见表4。根据主成分变量特征根大于或等于1的原则，提取出前4个主成分的特征根，分别为6.34、5.71、1.83、1.01，每个主成分的贡献率分别为35.24%、31.73%、10.19%、5.60%，则4个主成分的累积贡献率达到82.76%，已超过80%以上，无需再增加主成分。

表3 元江干热河谷牛角瓜果实性状的变异系数†Table 3 Variation coefficients of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

表4 元江干热河谷牛角瓜果实性状的主成分变量特征根及贡献率Table 4 Principal component eigenvalues and contribution rates of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

牛角瓜果实性状的主成分特征向量见表5。第1主成分主要包含单果长（X1）、单果干质量（X5）、单果棉干质量（X9）的信息，它们具有较大的载荷；第2主成分主要包含单果含水量（X15）、芯含水量（X17）、种子含水量（X18）；第3主成分主要包含单果种子数（X10）；第4主成分主要包含出棉率（X16）。因此，提取出的上述8个指标可以代表元江干热河谷牛角瓜的主要果实性状。

表5 元江干热河谷牛角瓜果实性状的主成分特征向量Table 5 Principal component eigenvectors of fruit characters of C.gigantea in Yuanjiang dry-hot valley

2.5 不同种源果实性状的方差分析

对元江干热河谷牛角瓜不同种源的果实性状进行方差分析，结果见表6。针对主成分分析提取出的重要果实性状指标，主要分析单果长（X1）、单果干质量（X5）、单果棉干质量（X9）、单果含水量（X15）、芯含水量（X17）、种子含水量（X18）、单果种子数（X10）、出棉率（X16）这8个指标在牛角瓜不同种源之间的差异显著性。由表6可以看出，GJ05、HH01、HH06表现为果实长度、干质量、棉干质量较大，果实各组分含水量较低，种子数量较多，出棉率较高；GJ02、GJ04、JS03表现为果实长度、干质量、棉干质量较大，果实各组分含水量较低，种子数量虽少，但出棉率较高；YJ09、YJ04、GJ01、YY02、JS05、JS02表现为果实长度一般，但果实干质量或棉干质量较大，果实各组分含水量变化各异，种子数量较多，出棉率较高；YJ06表现为虽然果实长度和干质量较大，但由于各组分含水量较高，导致果实棉干质量与出棉率很低；而JS04、GJ06、YJ07、YJ08则表现为果实长度、干质量、棉干质量、出棉率均很小。根据上述结果，筛选出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03为元江干热河谷区牛角瓜不同种源地点的优良单株。

2.6 不同种源果实性状的聚类分析

对元江干热河谷牛角瓜不同种源的果实性状进行聚类分析，结果见图1。从图1中可以看出，牛角瓜29个种源地点按其果实性状指标可分为4类：第1类共有18个种源地点，分布于个旧2个、红河6个、元江7个、建水2个、元阳1个，总体表现为果实体积较大，各组分的鲜质量和干质量也较大，种子数量较多，出棉率较高；第2类共有9个种源地点，分布于个旧3个、元江2个、建水3个、元阳1个，总体表现为果实体积较小，各组分的鲜质量和干质量也较小，种子数量较少，但出棉率较高；第3类仅有1个种源地点（GJ07），表现为果实体积和鲜质量大，含水量高，而棉干质量较小，出棉率较低；第4类也仅有1个种源地点（GJ06），表现为果实体积、质量、含水量、种子数量、出棉率等各项指标均为最低。

根据上述结果，只有红河的6个种源地全部包含在第1类中，其它县市的不同种源地则散布于4个聚类类别。尽管如此，结合方差分析与聚类分析结果可知，虽然个旧存在较差的种源地点，但其分布着更多不同种源地点的优良单株。整体上来看，红河、个旧的果实性状最优，元江其次，而建水、元阳较差。因此，确定红河、个旧为元江干热河谷区牛角瓜不同地理分布的优良种源。

3 讨 论

本研究对元江干热河谷29个种源地点的牛角瓜种质资源进行了系统调查，结果表明该区大量分布的野生牛角瓜种质资源具有丰富的多样性。如何对这些资源进行分类，进而充分地开发和利用是需要通过大量调查和分析才能得出的结果[19-21]。

表6 元江干热河谷牛角瓜不同种源果实性状的方差分析†Table 6 Variance analysis of fruit characters of C.gigantea from different provenances in Yuanjiang dry-hot valley

图1 元江干热河谷牛角瓜不同种源果实性状的聚类分析Fig.1 Cluster analysis on fruit characters of C.gigantea from different provenances in Yuanjiang dry-hot valley

果实品质性状是育种及品种改良的重要指标，已有学者主要针对一些重要经济林果的可食性果实性状做了许多研究工作。叶春海等[22]对广东省雷州半岛的菠萝蜜种质资源进行调查，并分析其21个果实性状的相关性。在此基础上，王耀辉等[23]的研究结果表明雷州半岛的菠萝蜜种质资源具有丰富的遗传变异性，并通过因子分析从菠萝蜜26个果实性状中筛选出果实纵径、单果质量、果轴质量等17个影响较大的果实性状。李松刚等[24]对海南野生荔枝种质资源果实的主要性状进行鉴定评价，结果表明其果实形状、果实大小、果皮颜色、可食率、可溶性固形物含量、维生素C含量等方面均存在丰富的遗传多样性。张立杰等[25]对枇杷种质资源果实的单果质量、可溶性固形物含量、可食率、果实直径、果形指数等11个性状的相关性进行了研究，着重分析了枇杷单果质量、可食率、果形指数与其它性状指标的显著相关性。李国鹏等[26]调查分析了怒江干热河谷芒果种质资源果实性状的相关性及多样性。吴丽艳等[27]比较研究了樱桃番茄种质资源果实性状的相关性与多样性。姚小华等[28]在广西、贵州、江西等地筛选出小果油茶的76株优良单株，对其主要经济性状指标进行了测定，通过通径分析、聚类分析及关联分析确定了32株候选优树用以复选，并按种质资源收集保存标准，嫁接保存这些优良种质资源，建成了小果油茶的种质资源库。宋丹等[29]对内蒙古山杏优良单株的果实变异程度、变异类型、果实性状与产量和出仁率之间的相关性进行了系统分析，结果表明山杏果实各性状指标与产量无显著相关，而单果质量、果长、果宽、果径与出仁率显著相关。董博文等[30]对河南山茱萸主产区8个居群种质资源的主要表型指标进行了变异度和相关性分析，结果表明果实纵横经是影响果实百粒质量和果肉干质量的重要因素，而果肉干质量则是影响山茱萸出肉率和出药率的关键指标。在纤维性果实性状研究方面，高柱等[31]对云南的吉贝种质资源及其果实性状进行了系统调查与分析，弄清了吉贝在云南的分布情况及不同种源间种质的差异情况。

本研究对牛角瓜不同种质资源的18个果实性状进行了多元统计分析。通过相关分析，发现单果长、单果宽、单果高、单果鲜质量、果壳鲜质量这5个指标相互之间均呈极显著正相关，果实各组分的含水量与单果干质量的相关性高于单果鲜质量，果实长度、果实干质量、种子干质量是影响牛角瓜单果棉干质量与出棉率这2个重要棉纺指标的关键因子，与高柱等[31]在吉贝上的研究结论基本一致。通过变异度分析，发现各性状指标的变异度范围在3.99%～42.84%之间，表明调查区内牛角瓜的果实性状在不同种源之间存在广泛的遗传变异性。通过主成分分析，筛选出单果长、单果干质量、单果棉干质量、单果含水量、芯含水量、种子含水量、单果种子数、出棉率等8个指标为牛角瓜的主要果实性状指标。通过方差分析，筛选出GJ05、HH01、HH06、GJ02、GJ04、JS03为元江干热河谷区牛角瓜不同种源地点的优良单株，表现为果实品质性状与棉纺经济性状均较高。通过聚类分析，筛选出红河、个旧为元江干热河谷区牛角瓜不同地理分布的优良种源。此外，关于分布区内不同地理种源牛角瓜的生长生理适应性以及纤维品质与产量差异性，还有待于进一步深入研究。

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Investigation on germplasm resources and multivariate statistical analysis on fruit characters ofCalotropis giganteain Yuanjiang dry-hot valley in Yunnan

ZHENG Yuan1, GAO Zhu2, LUO Ming-can1, LIU Peng1, HUANG Bei1, TANG Jun-rong1,WANG Lian-chun1, MA Huan-cheng1, LIU Hui-min1
(1.Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China; 2.Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang 330096, Jiangxi, China)

Twenty-nine germplasm resource sites ofCalotropis giganteain Yuanjiang dry-hot valley were surveyed in the field, and eighteen fruit characters of collected fruits from different provenances were analyzed in multivariables, which including correlation analysis, variation analysis, principal component analysis, variance analysis, and cluster analysis.The results show that the large numbers of germplasm resources of wildC.giganteain the distribution areas had abundant diversities; There were significantly positive correlations among fruit length, fruit width, fruit height, fruit fresh weight, and shell fresh weight ofCalotropis gigantea; Fruit dry weight had higher correlation with the water content of each fruit component than fruit fresh weight did, and cotton dry mass and cotton yield rate are two important cotton indexes, both of which are significantly influenced by fruit length, fruit dry weight, and seed dry weight; The variation degree range of fruit characters varied from 3.99% to 42.84%, indicated that the extensive genetic variability existed among different germplasm resources ofC.gigantea; Fruit length, fruit dry mass, cotton dry weight, fruit water content, core water content, seed water content, seed number, and cotton yeild rate were selected as the main fruit character indexes ofC.gigantea.In Yuanjiang dry-hot valley, GJ05, HH01, HH06, GJ02, GJ04, JS03 were selected as the superior individual from different germplasm resource sites, which present greater fruit quality traits and cotton economic characters.Honghe County and Gejiu City were selected as the superior provenances ofC.giganteain Yuanjiang dry-hot valley.

Calotropis gigantea; germplasm resource; fruit characters; dry-hot valley; Yuanjiang of Yunnan

S718.3

A

1673-923X(2015)09-0013-09

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.003

2014-07-17

林业公益性行业科研项目（201304810）

郑 元，讲师，博士 通讯作者：刘惠民，教授，博士；E-mail：hmliu@swfc.edu.cn

郑 元，高 柱，罗明灿，等.元江干热河谷牛角瓜种质资源调查及果实性状的多元统计分析[J].中南林业科技大学学报，2015, 35(9): 13-21.

[本文编校：谢荣秀]