核桃待選優株堅果品質主成分分析及綜合評判

梁珊珊 ，呂芳德 ，蔣 瑤 ，李建安 ，王 森 ，李凡松 ，袁 陽 ，陳麗莉

（中南林業科技大學a.經濟林培育與保護教育部重點實驗室；b.經濟林育種與栽培國家林業局重點實驗室；c.經濟林培育與利用湖南省協同創新中心，湖南 長沙 410004）

核桃待選優株堅果品質主成分分析及綜合評判

梁珊珊a-c，呂芳德a-c，蔣 瑤a-c，李建安a-c，王 森a-c，李凡松a-c，袁 陽a-c，陳麗莉a-c

（中南林業科技大學a.經濟林培育與保護教育部重點實驗室；b.經濟林育種與栽培國家林業局重點實驗室；c.經濟林培育與利用湖南省協同創新中心，湖南 長沙 410004）

為給湖南省核桃優株篩選和育種提供參考，以14個核桃待選優株為試材，測定了各品種18個堅果品質指標，并進行了變異分析、相關分析和主成分分析。結果表明：大部分堅果品質指標間相關性達到顯著水平或極顯著性水平；堅果品質綜合表現較優的為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25，品質較差的為石門-6、石門-23、石門-8。石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25可作為候選優株。

核桃；堅果品質；主成分分析；綜合評判

核桃Juglans regiaL.為胡桃科Juglandaceae胡桃屬Juglans多年生落葉喬木，是優良的用材樹種，又是珍貴的食用干果和油料樹種[1]，在實現國家糧油安全和新能源戰略中居重要地位。湖南省核桃資源雖然豐富，但沒有自己的良種資源，長期引種栽培成效較差。核桃在湖南省主要分布在常德市石門縣、懷化靖州苗族侗族自治縣等地。經調查得知，現存一定數量品質優良、風味獨特的適生優良單株，可推廣種植，以解決良種匱乏的問題。

良種選育一直是湖南核桃生產的關鍵技術，堅果品質的優劣在單株選擇中極為重要。堅果品質性狀評價的指標較多，單純依據某個或幾個指標進行評價會使得評價結果不全面，因此，要進行多指標綜合評價分析。但多年來在核桃選種上，一直采用人為加權打分的方法進行品種性狀指標的比較，這種方法既缺少理論依據，又耗時長，選種程序繁瑣，同時帶有一定的人為主觀因素。近年來，因子評價、層次評價、模糊函數評價等方法已被應用到各個領域，而主成分分析方法是目前品質綜合評價的一種有效方法[3-9]。

本文中研究了石門縣和靖州苗族侗族自治縣14株待選核桃優株的堅果品質，筆者在測定其堅果13個品質數量指標和5個感官指標的基礎上，借助相關性分析、主成分分析等多元統計學分析方法，對取得的各相關品質指標值進行綜合分析，以期為湖南核桃優良單株的選擇和高品質育種提供參考依據。

1 試驗地概況

石門縣隸屬于湖南省常德市，位于湖南省西北部，地處東經 110°29′～ 111°33′，北緯 29°16′～30°08′之間。全縣海拔42.5～2 098.7 m，平均海拔在500 m。屬中亞熱帶向亞熱帶過渡的季風氣候區。境內年平均氣溫16.7 ℃，月平均氣溫5.0～28.6 ℃，全年無霜期282 d，日照1 646.9 h，年平均降雨量1 540 mm。土壤以紅壤、黃壤、石灰土為主。其中，壺瓶山位于湖南石門縣西北部，海拔一般在2 000 m以上，主峰高達2 098.7 m。屬典型的季風氣候區，為亞熱帶山地氣候。全區年均氣溫9.2 ℃，氣溫為－15.0～38.2 ℃，年平均日照1 509.9 h，年降水量1 898.5 mm，年均雪日42.2 d。土壤以山地黃壤、黃色石灰土為主。

靖州苗族侗族自治縣位于湖南省西南懷化市境內。氣候屬亞熱帶濕潤氣候區，為常綠闊葉林地帶，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，無霜期長，嚴寒酷暑時間短；土壤以紅壤為主。年內降雨分布呈雙峰型，集中于4～7月。植被以松、杉、竹、湖南山核桃為主[10]。

2 材料與方法

2.1 材 料

14份優株核桃樣品的編號、采集地、樹齡見表1。

2.2 方 法

2014年9月果實充分成熟后各品種采集1 kg左右的堅果，65 ℃條件下烘干后待測。根據GB/T20398-2006[11]，采用常規方法測定每個品種30個堅果的數量指標：堅果質量、仁質量、堅果三徑、胴部硬殼的厚度，參照文獻[12]將質量指標核仁充實度、飽滿度、顏色、風味、取仁難易分級。利用福斯SCINO ST310型索氏提取儀，以石油醚為溶劑提取仁油，計算出油率。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法，利用萊伯科技公司的UV9100D型紫外可見分光光度計，在595 nm波長比色測定。脂肪酸組分的測定參照文獻[10]將待測樣品進行甲酯化后，采用日本島津GC-2014型氣相色譜儀測定。氣相色譜條件[13]：初始柱溫50 ℃，保持2 min；10 ℃/min升溫至170 ℃，保持10 min；2 ℃/min升溫至180 ℃，保持10 min，5 ℃/min升溫至220 ℃保持10 min。進樣口和檢測口溫度分別為250 ℃和300 ℃；N2流量10 mL/min；進樣量1 μL。定量方法采用面積歸一法，即單個脂肪酸甲酯的含量是各個組分峰值面積占色譜圖上的所有組分峰面積總和的百分比。

表1 樣品的來源和樹齡Table 1 Sources and ages of the samples

2.3 數據處理

應用SPSS17.0統計軟件，先對堅果橫徑等13個數量指標進行標準差標準化，再進行皮爾森Pearson積矩相關系數法進行相關性分析。數量指標中的負向指標硬殼厚度、棕櫚酸含量、硬脂酸含量采用取倒數的方法正向化，參照文獻[14]，采用賦值法，將核仁充實度等感官指標數量化（見表1），綜合18個品質指標標準差標準化，進行主成分分析和綜合評判。聚類分析采用The Ward系統聚類法。

3 結果與分析

3.1 堅果品質指標變異及相關性分析

核仁充實度等感官指標數量化結果見表2。待選核桃優株的13個品質指標的測定結果見表3。由表3可知，靖州-1硬殼厚度最大（2.24 mm），石門-21最小（0.88 mm）；石門-3出仁率最高（71.78%），靖州-1出仁率最低（42.42%）。石門-21出油率最低（49.45%），石門-4出油率最高（76.39%）；石門-21可溶性蛋白含量最高（7.39 mg/g），石門-1最低（4.46 mg/g）；靖州-1堅果質量最重（17.73 g），石門-8最輕（7.15 g）；靖州-1堅果橫徑、縱徑最大。脂肪酸組分中，棕櫚酸含量最多的是石門-6（7.534%），最少的為石門-4（2.911%）；石門-23硬脂酸含量最高（3.106%），石門-22最低（1.350%）；油酸含量最多的為石門-2（35.923%），最少的為石門-22（11.472%）；亞油酸含量最多的為石門-25（72.716%），最少的為石門-2（52.087%）；亞麻酸含量最多的為石門-21（12.182%），最少的為石門-4（3.478%）。品種間各品質性狀間的變異系數差異較大，變異范圍為6.94%～38.63%，變異系數最大的為油酸，變異最小為堅果橫徑。表明核桃優株品質性狀存在較大變異，變異范圍廣，遺傳變異豐富，選擇潛力大。

表2 待選優株核仁感官指標數量化Table 2 Quantification of sensory indexes of the alternative fine individuals

對14棵核桃優樹的13個堅果品質指標進行相關性分析，結果見表4。由表4可知，大部分指標間相關性達到顯著水平或極顯著性水平。其中，硬殼厚度與其它指標均有顯著相關性；棕櫚酸含量和硬脂酸含量均與除堅果縱徑外的11個指標顯著相關；出油率與硬殼厚度、亞油酸含量、棕櫚酸含量、硬脂酸含量這4個指標顯著相關；其余指標均與其它5～8個指標有顯著相關性。

3.2 堅果品質指標主成分分析及綜合評判

由于各品種之間存在較強的相關性，若直接利用品質性狀指標對各待選優株進行評價會導致大量的信息重疊，評價結果不理想，因此需要對其指標進行綜合評價。主成分分析的目的之一就是利用原變量間具有較強的相關性的特點，對原變量進行降維分析，用少量的因素來描述多種指標或因素之間的關系[15]。對18個指標進行方差最大旋轉法主成分分析，各主成分對原始指標的總體描述情況見表5。由表5可以看出，總方差的86.119%的貢獻來自前6個因素，所以用這6個主成分能較好地代替上述18個品質指標來評價待選核桃優株堅果品質。

第1主成分與堅果質量、堅果橫徑、堅果縱徑、堅果側徑顯著正相關，與硬殼厚度顯著負相關；第2主成分與出仁率、棕櫚酸含量、取仁難易顯著正相關，與硬脂酸含量顯著負相關；第3主成分與油酸含量顯著正相關，與亞油酸含量顯著負相關；第4主成分與核仁飽滿度、核仁顏色顯著正相關。第5主成分與出油率顯著正相關，與亞麻酸含量顯著負相關；第6主成分與核仁充實度顯著正相關。總方差近65%的貢獻來自前3個主因素，所以可認為堅果質量、堅果三徑、出仁率和出油率是評價核桃品質的重要指標，油酸和亞油酸是核桃脂肪酸的重要組分。

根據林海明[16-17]等人的研究，在對各品種堅果品質進行綜合評判時，要以主成分貢獻率為權重，根據前4個主成分的貢獻率和主成分得分Fi，可建立堅果品質綜合評判數學模型。

表3 待選優株堅果品質指標Table 3 Quality indexes of nuts in the alternative fine individuals

F=(33.863F1＋16.713F2＋10.922F3＋9.590F4＋ 8.485F5＋ 6.545F6)/86.119。

綜合主成分分值F越高，綜合品質表現越好。各主成分得分及優良度排序見表6。從表6可知，各待選優株堅果品質綜合得分由低到高依次為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25、石門-24、石門-21、石門-1、石門-22、石門-5、石門-27、石門-6、石門-23、石門-8。其中，石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25這5個待選優株堅果品質綜合得分較高，即其堅果品質最好；石門-6、石門-23、石門-8這3個待選優株堅果品質綜合得分最低，即其堅果品質差；其它待選優株堅果品質居中。

表4 待選優株堅果品質指標相關分析?Table 4 Correlation analysis of nut quality indexes

4 小 結

對供試待選優株的單果質量、堅果三徑、出仁率等18項堅果品質指標進行了變異和相關分析。試驗結果表明，各優株各品質指標間有一定差異，大部分指標間相關性達到顯著水平或極顯著性水平。

依據18個指標對14個待選優株進行了主成分分析及綜合評判，利用前6個主成分建立了綜合評判模型，堅果品質綜合表現最優的為石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25，品質較差的為石門-6、石門-23、石門-8。石門-2、靖州-1、石門-4、石門-3、石門-25可作為候選優良單株，結合產量、抗逆性等指標進行全面評價。

表5 各主成分對原始指標的描述Table 5 Description of each main component to primary indexes

表6 各主成分得分及優良度排名Table 6 Scores of each main component and ranking

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Principal component analysis and comprehensive evaluation of nut quality indexes of alternative superior individuals inJuglans regia

LIANG Shan-shana-c, Lü Fang-dea-c, JIANG Yaoa-c, LI Jian-ana-c, WANG Sena-c, LI Fan-songa-c, YUAN Yanga-c, CHEN Li-lia-c
(a. The Key Lab of Non-wood Forest Cultivation and Protection of Education Ministry; b. The Key Lab of Non-wood Forest Products of Forestry Ministry; c. Hunan Provincial Cooperative Innovation Center of Non-wood Forest Cultivation and Utilization, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to offer a reference for selecting and breeding fine superior individuals inJuglans regiaof Hunan Province, taking 14 alternative superior individuals inJ. regiaas materials, 18 quality indexes of nuts in each variety were measured and analyzed by using the methods of variation analysis, correlation analysis, and principal component analysis.The results showed that the correlation between the most of nut quality indexes reached significant level or extremely significant level; Shimen-2, Jingzhou-1, Shimen-4, Shimen-3, and Shimen-25 had better comprehensive performance on nut quality, while Shiemen-6, Shimen-23, and shiemen-8 had worst comprehensive performance. Shimen-2, jingzhou-1,Shimen-4, Shimen-3, shiemen-25 could be regarded as the options of fine individuals.

Juglans regiaL.; nut quality; principal components analysis; comprehensive evaluation

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.002 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-03-19

湖南省教育廳一般項目（13C1168）。

梁珊珊，碩士研究生。

呂芳德，教授，碩士。E-mail：lvfangde@163.com

梁珊珊,呂芳德,蔣 瑤,等.核桃待選優株堅果品質主成分分析及綜合評判[J].經濟林研究,2015,33(3):7－12, 32.

S664.1

A

1003—8981(2015)03—0007—06

[本文編校：聞 麗]