云南八角果實形態多樣性研究及種質潛力分析

余興華，李玉祥，陶永宏，孟凡來，滕娟，黃興粉

（文山州農業科學院，云南 文山 663099）

八角Illicium verum又稱八角茴香，屬木蘭科Magnoliaceae八角屬Illicium植物，為常綠喬木[1]，是我國北熱帶和南亞熱帶地區特有的經濟林樹種，果為著名的調味香料[2]。全世界八角屬植物約有50種，分布于東南亞和北美洲，以東亞的中國為主，主要分布于廣東、廣西、云南等省區，在我國約有30種，能直接作為食用的只有八角這1種[3]。廣西是我國八角的主產區，產量居全國第一，云南位居第二，主要分布在東南部的文山州[4]。

八角在食品[5-6]、藥用[7-8]、飼用[9]、天然殺蟲劑[10]、天然防腐[11]等方面均有較廣泛的應用。自然條件下，八角的葉、花、果、樹形等具有豐富的遺傳多樣性[12]，其果實為蓇葖果，可食部位為干燥的成熟果，果實形狀可分為肥大正圓、瘦小不勻、肥大不勻、瘦小正形；分春果和秋果，花期較早的八角，幼果當年膨大，次年3—4月成熟，形成春果；花期較晚的，果實以幼果越冬，次年9—10月成熟，形成秋果，產量以秋果為主[2-3]。目前，對八角果用林的選育及遺傳多樣性研究已取得一定成效。例如，潘曉芳等[12]對廣西和云南的八角果用林進行了優樹選擇，共選出136株優樹。孫雪陽[1]應用分子標記AFLP評價了廣西八角種質的遺傳多樣性，結果表明八角的花、果、葉、分枝習性差異顯著，表型多樣性豐富。陳海云等[13]應用RAPD評價了云南23個優良八角種質，結果表明無性系間遺傳基礎豐富，多態性較高。八角種質長期以實生種子繁殖，形成了類型眾多、產量差異大、果期不一、性狀各異的單株，其可挖掘的良種資源潛力巨大。

果實性狀作為實生選育的重要指標，但針對八角果實性狀多樣性的研究仍不夠詳細。本研究對采自云南的八角單株果實性狀進行了調查研究，以期評選出果實性狀優良的類型，建立良種基因庫，為我國優異八角種質的發掘與利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020年9月，在八角果（秋果）成熟期，選取云南省文山壯族苗族自治州的富寧縣、文山縣、西疇縣、麻栗坡縣、硯山縣共5個縣的八角單株為采樣母株，測試母株均為人工栽培八角，半野生粗放管理，每個來源地隨機選取19～ 21株樹齡為18年左右的單株，共計100株單株，測試材料具體信息見表1。

表1 試驗材料詳細信息Table 1 Provenances of seeds

1.2 研究方法

對測試單株中部枝條的果實性狀進行調查，調查其果徑、果厚、果柄長、單果鮮質量、千克果實數、飽滿率、果角數、角瓣長、角瓣寬、角瓣厚、種子長、種子寬和種子厚共13個數量性狀指標，種子通過新鮮果實的蓇葖果背面利用小刀劃開并取出。每株樣本隨機選取30個果實，用游標卡尺測量果徑、果厚、果柄長、角瓣長、角瓣寬、角瓣厚、種子長、種子寬、種子厚，取平均值，精確到0.01 mm。用電子天平測定單果鮮質量，取平均值，精確到0.01 g。計算千克果實數。果角數為每一個蓇葖果的角數。飽滿率/%=（飽滿角數/總角數）×100%。

1.3 數據分析

應用Excel 2010進行果實性狀的數據整理，應用SPSS 21.0軟件對13個果實數量性狀進行平均值、標準差、最大值、最小值、極差、變異系數的統計分析；對其果實性狀指標進行相關性、主成分分析。

植物多樣性指數采用Shannon-Wiener多樣性指數（H′）[14]，計算公式為：

式中，Pi為某性狀第i級別內的材料份數占總份數的百分比。

采用DPS 9.01計算不同種質間的歐式遺傳距離，將其遺傳距離導入Mega 6.0中應用類平均法（UPGMA）繪制并優化聚類圖[15]。

2 結果與分析

2.1 云南八角果實性狀描述和統計

云南八角果實性狀的形態描述統計分析見表2。由表2可知，八角的果徑、果厚、果柄長等13個數量性狀的變異系數在6.34%～ 23.67%，其中千克果實數的變異系數最大，其多樣性指數在0.98～ 2.04，其中以單果鮮質量的多樣性指數最高；平均果徑、果厚、果柄長分別為2.95 cm、1.11 cm、3.70 cm，其中果柄長的變化比較豐富，最大值為5.00 cm，最小值為2.49 cm，變異系數為15.84 %；單果鮮質量與果實數的變化最大，平均單果鮮質量、千克果實數分別為3.59 g、293.95個，單果鮮質量最大值為5.79 g，最小值為1.84 g，千克果實數量最大值為543.33個，最小值為172.67個，呈現出八角果實大小不一的特征，千克果實數量具有明顯的差異。鮮果的平均飽滿率為69.19%，其最大值與最小值分別為90.83%、49.52%，說明八角果實在發育過程中具有一定的不均一性。平均果角數為8.17個，角數最多的為11.30個，最少的為7.30個；鮮果平均角瓣長、寬、厚分別為1.68 cm、1.17 cm、0.85 cm，其大小存在差異，極差分別為0.78 cm、0.64 cm、0.45 cm；種子的平均長、寬、厚分別為0.81 cm、0.54 cm、0.36 cm，極差分別為0.78 cm、0.64 cm、0.45 cm。綜合云南八角果實性狀形態的統計分析，表明其果實形態遺傳變異豐富。

表2 八角果實數量性狀統計分析Table 2 Fruit traits of I.verum

2.2 云南八角果實性狀指標相關性分析

云南八角果實形態指標相關性分析結果見表3。

表3 八角果實性狀相關性分析Table 3 Correlation analysis on fruit traits of I.verum

由表3可知，八角的果徑與果厚、單果鮮質量、角瓣長、角瓣寬、角瓣厚、種子長、種子寬、種子厚呈極顯著正相關關系（P＜0.01），與千克果實數呈極顯著負相關（P＜0.01）；果厚與單果鮮質量、角瓣長、角瓣寬、角瓣厚、種子長、種子寬、種子厚呈極顯著正相關關系（P＜0.01），與千克果實數、飽滿率呈極顯著負相關（P＜0.01）；果柄長與單果鮮質量呈極顯著正相關（P＜0.01），單果鮮質量與角瓣長、角瓣寬、角瓣厚、種子長、種子寬、種子厚呈極顯著正相關（P＜0.01）；角瓣長與角瓣寬、角瓣厚，角瓣寬與角瓣厚存在極顯著的正相關關系（P＜0.01）。種子長與種子寬、種子厚，種子寬與種子厚存在極顯著的正相關關系（P＜0.01）。

2.3 云南八角果實性狀的主成分分析

為了綜合評價果實性狀遺傳變異的主導作用，提取特征值大于1、累計貢獻率大于80%的主成分，計算各果實性狀的旋轉主成分載荷與貢獻，13個果實性狀的成分載荷矩陣見表4。由表4可知，提取到的5個主成分累計貢獻率達84.70%，特征值總和為11.01。第1主成分的特征值為3.36，貢獻率為25.85%，主要由單果鮮質量（0.81）、千克果實數（－0.80）、果徑（0.76）3個因子決定，反映了果實的大小特征，可稱之為果質量因子。第2主成分的特征值為2.51，貢獻率為19.33%，對它作用最大的性狀依次是飽滿率（－0.87）、果厚（0.67）、角瓣寬（0.66）、角瓣長（0.63），可稱之為角瓣因子。第3主成分的特征值為2.46，貢獻率為18.89%，種子厚（0.89）、種子寬（0.78）和種子長（0.69）起主要作用，可稱之為種子因子。第4主成分的特征值為1.41，貢獻率為10.84%，果柄長（0.92）具有較高的因子載荷，可稱之為柄長因子。第5主成分的特征值為1.27，貢獻率為9.79%，果角數（0.96）具有較高的因子載荷，可稱之為角數因子。這些主成分可為果用林八角優良單株的選擇提供表型依據。

表4 主成分載荷矩陣及貢獻率Table 4 Principal component load matrix and contribution rate

2.4 不同單株八角果實性狀綜合評價

利用八角果實形態做因子分析，計算測試材料的主成分得分，根據5個主成分的貢獻率與因子得分進行綜合評價，其數學表達式為：

根據得分所評選到的前10位優良單株如表5。由表5可知，綜合排名第1位（2020-232）、第3位（2020-230）、第9位（2020-215）的3個單株，為多角種質，其多角率分別為73%、100%和63.33%，果角數分別為9.67個、10.83個和9.00個，果徑分別為3.45 cm、3.15 cm和3.15 cm，果厚分別為1.39 cm、1.22 cm和1.27 cm，果柄長分別為4.07 cm、4.12 cm和3.51 cm，單果鮮質量分別為5.42 g、4.50 g和4.55 g，千克果實數分別為184.67個、222.67個和220.00個，角瓣長分別為2.04 cm、1.85 cm和1.73 cm，角瓣寬分別為1.48 cm、1.30 cm和1.29 cm，角瓣厚分別為0.96 cm、0.78 cm和0.87 cm，多角種質呈現出良好的產量性狀，具有潛在的增產力。綜合排名第2、第4至第8、第10位的7個單株，依次是2020-254、2020-241、2020-231、2020-250、2020-227、2020-225、2020-224，其角數均為8，這些單株呈現出果徑大、鮮果厚、角瓣長的特點，可作為八角果用林優良單株的備選種質。

表5 八角種質綜合得分及排序Table 5 Comprehensive score and ranking of I.verum germplasm

2.5 不同單株八角果實性狀聚類分析

聚類分析可以揭示類群間的遺傳差異、相互關系。應用13個八角主要果實性狀指標做系統聚類分析，結果如圖1。

圖1 基于果實形態的八角種質聚類圖Figure 1 Clustergram of I.verum germplasm based on fruit morphology

由圖1可知，100個測試單株可以聚為四個大類：第一類包括2020-216、2020-220、2020-221、2020-263等共計46個單株，其果柄長、角瓣長均較長，種子較寬，其果徑、果厚、單果鮮質量、千克果實數、角瓣寬、角瓣厚中等，果實以此類型占比最多；第二類包括2020-229、2020-250、2020-231、2020-223等共計28個單株，其果徑、果厚、單果鮮質量、角瓣寬、角瓣厚、種子長均是最大，千克果實數最小，呈現出較好的果實性狀特征，在八角種質繁育、育種中可以作為優良種質加以利用；第三類包括2020-209、2020-297、2020-218、2020-256等共計22個單株，其果實稍小，但果角數發育正常，果實飽滿，具有較好的外觀形態；第四類包括2020-265、2020-252、2020-251、2020-269共計4個單株，其果厚、單果鮮質量、角瓣寬較小，果徑、千克果實數、角瓣長、角瓣寬、角瓣厚均為最小，呈現出果實小的特點。

3 結論與討論

3.1 討論

變異系數可反映某一性狀數據的離散程度，其系數越大說明對環境的適應性越強，系數小則說明性狀相對穩定，遺傳穩定性較好[16]。劉娟等[17]研究新疆杏Armeniaca vulgaris種質資源的表型遺傳多樣性后指出，變異系數在10%以上的表型性狀變異分化比較明顯。本研究通過對13個八角果實性狀進行的調查分析表明，其平均變異系數為11.75%，其中千克果實數和單果鮮質量的變異系數較大，分別為23.67%、23.03%，其次是果柄長和飽滿率，其變異系數均大于10%，表明八角果實在表型性狀上表現出豐富的遺傳多樣性，其千克果實數、單果鮮質量、果柄長與飽滿率具有潛在的選擇價值。千克果實數、飽滿率與八角果用林優樹選擇標準中的千克果實數，發育正常角數的選擇目標是一致的[18]。

果實不同性狀間存在相互的聯系，李學科[19]研究表明八角果柄長與鮮果產量呈極顯著正相關；果徑與果厚、單果鮮重呈極顯著正相關，與果角數呈顯著正相關；果厚與果角數、單果鮮重呈極顯著正相關。高騰[20]研究的春八角果實表明，其果寬和果重具有顯著的相關性，果實厚與果實重呈現極顯著相關性。本研究結果表明果柄長與單果鮮質量，果徑與果厚、單果鮮質量，果厚與單果鮮質量呈極顯著正相關性，這與前人研究的結果是一致的。

主成分分析能將較多相關的隨機變量壓縮成少量的綜合指標，同時又能反映出原來較多因素的信息[21]。韋藝等[22]將核桃Juglans regia優良單株果實性狀歸納為3個主成分，其累計貢獻率94.07%。本研究將13個八角果實性狀提取為5個主成分，即果質量因子、角瓣因子、種子因子、柄長因子、角數因子，其累計貢獻率達84.70%，這些因子之間密切相關，因此在對八角果實產量性狀進行研究時，要綜合考慮這些因子間的相互作用。本研究的聚類分析將100個單株劃分為4個類群，其中第二類群呈現出較好的果實性狀特征，其果徑、果厚、單果鮮質量、角瓣寬、角瓣厚、種子長均為最大，這一類群具有潛在的高產種質，能為育種材料的選擇提供依據。

本研究根據5個主成分的貢獻率與因子得分對八角果實性狀進行綜合評價，所評選的前10位種質，其平均果徑為3.30 cm、果厚為1.28 cm、單果鮮質量為4.93 g、千克果實數為205個、飽滿率為64.66%、果角數為8.63個，這些果實的形態呈現出果徑大、果厚、單果鮮質量、千克果實數在200個左右、角瓣長、角瓣寬的特點，與八角果用林優樹選擇標準相符合，是潛在的高產果形種質。其中的3份為多角種質，分別是綜合排名第1位的2020-232、第3位的2020-230、第9位的2020-215，角數多于8個是其顯著的特點，可作為特異種質進行研究。八角通常由8枚彼此分離的心皮構成，同時，現有的八角林中存在多心皮的優良單株，具有潛在的增產能力，可通過單株選擇、無性繁殖的方法培育多角形高產八角品種應用于生產。在八角優樹的選擇過程中，除果實性狀外，還需考慮樹形、分枝習性、葉片形態、抗性、含油量等性狀。另外，表型遺傳變異易受環境條件及栽培因素的影響，具有一定的局限性。因此，在后續的研究中還需結合DNA水平相關技術開展種質評價，以期為八角優異資源發掘利用、品種選育等提供理論依據。

3.2 結論

不同單株八角果實性狀具有較多的表型差異，果實性狀的變異系數在6.34%～ 23.67%，多樣性指數在0.98～2.04，存在豐富的遺傳多樣性；果徑大、果實厚、千克果實數小、角瓣大是八角果用林選擇的主要形態指標；八角13個果實性狀可提取為5個主成分，即果質量因子、角瓣因子、種子因子、柄長因子、角數因子，其累計貢獻率達84.70%；總體上，八角果實各性狀指標之間都存在極顯著的相關性（P＜0.01）；依據主成分貢獻率與因子得分綜合評選出10份性狀優異的八角種質，具有潛在的增產能力，其中3個單株為多角類型種質，可作為特異種質資源進行研究與擴繁，7個單株呈現出果徑大、鮮果厚、角瓣長的特點。應用13個八角主要果實性狀指標做系統聚類分析，100個測試單株可以聚為4個大類，第一類果實特征為中等，第二類較好，可在此類群中選擇優良種質進行發掘利用，第三、第四類呈現出果實小的特征。這些種質的評選將為八角資源的發掘與利用提供依據。