5个树莓品种红外光谱差异性及其亲缘关系分析

李雕，杨静慧，杨仁杰，张伟玉，吴楠，张超



5个树莓品种红外光谱差异性及其亲缘关系分析

李雕1a，杨静慧1a,通信作者，杨仁杰1b，张伟玉1b，吴楠1b，张超1b

（1. 天津农学院 a. 园艺园林学院，b. 工程技术学院，天津 300384）

为比较不同树莓品种的差异，了解品种间的亲缘关系，本文通过红外光谱差谱峰、面域差、相关性分析和聚类分析等方法，对5个树莓品种的种子进行了差异性及其亲缘关系分析。结果表明：在普通红外光谱图中，5个树莓品种种子的红外光谱图相似。但是，通过其差减光谱发现，在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都出现了差谱峰；吸光度差异最大的峰为2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近，对应的官能团为淀粉类物质亚甲基C—H、油脂类成分酯羰基C＝O、多糖类C—O；‘诺娃’与‘香妃’的面域差最大，亲缘关系最远，‘红宝’与‘诺娃’的面域差最小，亲缘关系最近；各树莓品种的红外光谱曲线的相关性较高，相关系数为0.934～0.993。聚类分析将5个树莓品种分为4类，其中‘红宝’与‘诺娃’为同一类，与面域差分析结果一致。

树莓；品种；红外光谱；差谱；亲缘关系

树莓为蔷薇科（Rosaceae）悬钩子属（L.）多年生半灌木性果树，其果实营养极其丰富，被称为“维生素宝库”、“天然绿色食品”[1-3]。树莓成熟果实风味独特，色泽宜人，富含多种人体必需的营养元素，拥有食品、美容、医疗保健等多领域的开发利用价值[4-6]。树莓品种较多，分为红树莓、黄树莓、紫树莓和黑树莓。但以红树莓为主，红树莓主要品种有‘诺娃’、‘哈瑞太兹’、‘红宝’、‘莎妮’、‘香妃’、‘澳洲红’、‘红玉’、‘威拉米特’、‘费尔杜德’等[7-8]。

目前，对树莓品种的研究主要集中在理化性质方面，而传统的化学分析、色谱、质谱等仪器分析方法需对样品进行分离提取，这些方法分析时间长，且产生一定化学污染[9-10]。红外光谱（IR）能够对复杂样品进行全组分测定，较为完整地反映整个体系的信息[11-12]，且具有需样量小、无需分析提取、安全无毒害、误差较小的特点，能快速宏观地对样品进行多组分检测[13-14]，通过红外光谱与统计分析相结合的方法可以比较品种差异和亲缘关系[15]。本文采用差谱面域法、相关性和聚类分析等方法，对不同树莓品种种子的红外光谱进行了差异性分析，旨在为谱图的解析、品种的亲缘关系、组织中组分含量的变化等提供依据。

1 材料与方法

供试树莓品种分别为‘诺娃’（NW）、‘哈瑞太兹’（HRTZ）、‘红宝’（HB）、‘莎妮’（SN）、‘香妃’（XF）。试验用树莓果实于2015年9月采集于天津农学院园艺实验基地（该基地土壤为黏壤土、肥料中等、土壤pH 7.5、土壤含盐量0.25%），树莓植株为2年生。苗木采用扦插繁殖，栽植株行距1.5 m×2.5 m，每个品种栽植4行，每行栽植10株。采用篱壁式整枝、生长季摘心、冬季埋土防寒等管理措施。土肥水管理采用常规管理方法。栽培管理中未发现病虫害。

每品种随机选择5株，单株重复，重复5次。采集植株中部的果实进行分析。每株采集10个成熟果实。将果实中种子取出，立即放入电热鼓风干燥箱中烘干（80 ℃，48 h），再用FW-5压片机（天津博天胜达科技发展有限公司）进行压片，用傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪（PerkinElmer公司生产，Frontier型，光谱范围400～4 000 cm-1）进行红外光谱扫描。运用Omnic8.0软件对原始数据进行自动基线校正，自动平滑处理。运用Origin7.5软件进行红外光谱分析。运用Matlab进行差谱法求解和聚类分析，差谱法即依据吸光度光谱差减法将2个光谱相减得到差减光谱，并通过求差谱面积来对样品进行相似性比较。运用Matlab进行相关系数求解。

2 结果与分析

2.1 不同品种树莓种子红外光谱比较

图1为5个树莓品种果实种子的红外光谱图，从图中可以看出5个树莓品种的红外吸收峰基本相同，无差谱峰。在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都有吸收峰，其中3 332 cm-1为O—H的振动吸收峰，2 932 cm-1为亚甲基C—H的反对称伸缩峰，1 740 cm-1为油脂类成分酯羰基C＝O的伸缩振动吸收峰，1 650 cm-1为脂肪酸C＝O伸缩振动峰或芳酮类C＝O振动吸收峰，1 437 cm-1为黄酮或生物碱类C—H振动吸收峰，1 150 cm-1为多糖类C—O的伸缩振动峰，711 cm-1为含长链的C—H的弯曲振动峰。

图1 5个树莓品种种子红外光谱图

2.2 不同树莓品种种子红外光谱差谱峰和面域差比较

表1为5个树莓品种种子红外光谱的差谱峰及吸光度。从表中可以看出，不同品种之间的差谱峰及吸光度不同。HB与HRTZ有4个不同的差谱峰（图2A），与NW有1个不同的差谱峰（图2B），与SN有3个不同的差谱峰（图2C），与XF有4个不同的差谱峰（图2D）；HRZ与NW有3个不同的差谱峰（图2F），与SN有2个不同的差谱峰（图2H），与XF有3个不同的差谱峰（图2E）；NW与SN有4个不同的差谱峰（图2G），与XF有4个不同的差谱峰（图2L）；SN与XF有2个不同的差谱峰（图2M）。

通过表1、图2可以得出，5个树莓品种最明显的差谱峰为2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1，其中2 920 cm-1为淀粉类物质亚甲基C—H反对称伸缩振动峰；1 740～1 748 cm-1为油脂类成分酯羰基C＝O的伸缩振动；1 036～1 052 cm-1为多糖类C—O的伸缩振动峰。说明不同品种树莓的种子含有的油脂、多糖的类型、淀粉类物质等不同。

表2为5个树莓品种种子面域差。从表2中可以得出，5个树莓品种种子面域差从大到小依次为：NW-XF（392.589 7）、HB-XF（372.750 3）、HRTZ-XF（238.442 5）、HB-SN（231.350 4）、NW-SN（211.511 0）、SN-XF（161.239 3）、HB-HRTZ（154.147 2）、HRTZ-NW（134.307 8）、SN-HRTZ（77.203 2）、HB-NW（19.839 4）。NW与XF的面域差较大，说明NW与XF的亲缘关系最远。HB与NW的面域差最小，说明HB与NW的亲缘关系最近。

表1 5个树莓品种种子差谱峰及吸光度比较

注：- 表示无吸收峰

图2 5个树莓品种种子面域差谱图

（注：A为HB、HRTZ、NW、SN、XF面域；B为HB与HRTZ、HB与NW、HB与SN、HB与XF、HRTZ与NW、HRTZ与SN、HRTZ与XF、NW与SN、NW与XF、SN与XF差谱面域。）

表2 5个树莓品种种子面域差比较

2.3 不同树莓品种种子红外光谱的相关性和聚类分析

表3为任意2个树莓品种种子红外光谱曲线的相关系数。相关系数均较高，说明5个树莓品种的遗传差异很小。依据相关系数的大小，不同树莓品种相似性依次为：HB-NW＞HRTZ-NW＞SN-XF＞HB-SN＝NW-SN＞HRTZ-SN＞HB-HRTZ＞HRTZ-XF＞HB-XF＞NW-XF。相比较而言，HB与NW的相似性最大，为0.993 1，亲缘关系最近；NW与XF的差异性最小，为0.934 2，说明NW与XF的亲缘关系最远。

表3 不同品种树莓种子红外光谱曲线的相关系数分析

图3是根据5个树莓品种种子的红外光谱进行的聚类分析，从图中可以得出，5个树莓品种可以分为4类，第1类为HB与NW，第2类为HRTZ，第3类为SN，第4类为XF。

图3 5个品种树莓种子样本距离分布及聚类树

（注：1为HRTZ、2为HB、3为NW、4为SN、5为XF）

3 讨论与结论

红外光谱分析具有需样量小、无需分析提取、安全无毒害、误差较小的特点，能快速宏观地对样品进行多组分检测。从试验结果得知，红外光谱结合聚类分析适合对树莓品种之间的亲缘关系进行研究，结果与刘婷[16]对树莓品种DNA多态性的聚类分析结果基本一致。红外光谱面域法能够直观地反映样品间的差别，对样品无特殊要求，可以对每个评价对象的优劣进行排序。从试验结果看，红外光谱面域法与红外光谱聚类法的分析结果一致，与苏泽春等[17]分析结果基本相符。

通过试验得出，在普通红外光谱图中，5个树莓品种种子的红外光谱相似。通过其差减光谱发现，在2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近吸光度存在差异，对应的官能团为淀粉类物质亚甲基C—H、油脂类成分酯羰基C＝O、多糖类C—O；通过差谱面域法发现，‘诺娃’与‘香妃’的面域差最大，亲缘关系最远，‘红宝’与‘诺娃’的面域差最小，亲缘关系最近；通过红外光谱聚类得出，各树莓品种的红外光谱曲线的相关性较高，相关系数为0.934～0.993。聚类分析将5个树莓品种分为4类，其中‘红宝’与‘诺娃’为同一类，与面域差分析结果一致。

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责任编辑：杨霞

Difference of Infrared Spectra and Genetic Relationship on 5 Varieities of Raspberry

LI Diao1a,YANG Jing-hui1a,Corresponding Author,YANG Ren-jie1b,ZHANG Wei-yu1b,WU Nan1b,ZHANG Chao1b

（1. Tianjin Agricultural University, a. College of Horticulture and Landscape, b. College of Engineering and Technology, Tianjin 300384, China）

In order to compare the difference and to explore the genetic relationship of raspberry varieties, the difference of infrared spectra and genetic relationship on 5 varieties of raspberry was researched by the way of FTIR differential spectra peak, area deviation of spectrum, correlation analysis and hierarchical clustering. The results showed that the infrared spectra of five varieties were similar in the first grade. But the differential peaks were appeared in near 3 332, 2 932, 1 740, 1 650, 1 437, 1 150 and 711cm-1on the basis of the subtraction spectra. The absorbance were most different in near 2 920 cm-1, 1 740～1 748 cm-1, 1 036～1 052 cm-1, corresponding to the functional group of farinaceous substance (the methylene C—H), oil (ester carbonyl group C＝O), polysaccharide (C—O). The genetic relationship of ‘Nova’ and ‘XF’ was the farthest due to their largest area difference, while the genetic relationship of ‘HB’ and ‘Nova’ was the closest due to their smallest area difference among all varieties. There was the higher correlation between the infrared spectrum curves of any two raspberry varieties based on 0.934～0.993 correlation coefficient. The five raspberry varieties were divided into 4 categories by hierarchical clustering, in which ‘HB’ and ‘NW’ were in the same categories. The result was same as area difference analysis.

raspberry; varieties; FTIR; differential spectra; phylogenetic relationship

1008-5394（2017）03-0024-04

S663.2

A

2016-05-13

天津市农业科技成果转化与推广项目“彩叶树优良品种繁殖、栽培技术示范与推广”（201502100）；天津市科技成果转化及产业化推进计划项目“优质彩叶北美海棠新品种种苗的规模化繁育”（14ZXNZNC0040）

李雕（1992-），男，云南大理人，硕士在读，主要从事农业环境与能源工程研究。E-mail：1429980690@qq.com。

杨静慧（1961 -），女，甘肃兰州人，教授，博士，主要从事园艺植物栽培、抗逆生理和分子育种研究。E-mail：jinghuiyang2 @aliyun.com。