基于因子分析和聚類分析的30份山黃皮種質資源評價

張濤 賀鵬 宋海云 許鵬 莫慶道 覃振師 韋媛榮 湯秀華 王文林 鄭樹芳

摘 ?要：選取單果重、果實縱徑、果實橫徑、果形指數、單種重、種子縱徑、種子橫徑、可食率、可溶性固形物含量9個性狀指標對30份山黃皮種質資源進行評價。結果表明，山黃皮果實的單果重變異幅度最大，果形指數的變異幅度最小;除可溶性固形物含量與其他8個性狀相關性不顯著外，其余各指標之間大都存在顯著或極顯著的相關性;采用因子分析和聚類分析將30份山黃皮種質聚為3大類，山黃皮種質資源的果實性狀與地理起源有一定的相關性。其中，來自廣西龍州縣和寧明縣的13份山黃皮種質的果實性狀表現最好。

關鍵詞：山黃皮;種質資源;果實性狀;因子分析;聚類分析中圖分類號：S663. 9??????文獻標識碼：A

Evaluation of 30 Species of Clausena anisum-olens?（Blanco） Merr. Germplasm Resources Based on Factor Analysis and Cluster Analysis

ZHANG Tao， HE Peng， SONG Haiyun， XU Peng， MO Qingdao， QIN Zhenshi， WEI Yuanrong，TANG Xiuhua， WANG Wenlin， ZHENG Shufang^*

South Subtropic Agricultural Scientific Research Institute of Guangxi， Longzhou， Guanxi?532415， China

Abstract： In order to evaluate the germplasm resources of 30 species ofClausena?anisum-olens（Blanco） Merr.， nine fruit traits including weight of single fruit，?fruit equatorial diameter， fruit transverse diameter， fruit shape index， weight of single seed，?seed equatorial diameter， seed transverse diameter， edible rate， soluble solid content were measured and analyzed by statistical analysis. The variation of weight of single fruit ofC. anisum-olens（Blanco） Merr. was the most significant， while the variation of fruit shape index was the most non-significant. The soluble solid content was not correlated with the other eight indices significantly， and there was significant and extremely significant correlation between the other indexes. Thirty species ofC. anisum-olens （Blanco） Merr. germplasm resources were clustered into three categories by factor analysis and cluster analysis. There was a certain correlation between fruit trait and geographical origin. Fruit traits of 13 germplasm from Longzhou County and Ningming County were the best.

Keywords： Clausena anisum-olens（Blanco） Merr.; germplasm resources; fruit trait; factor analysis; cluster analysis

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.07.007

山黃皮[Clausena anisum-olens（Blanco） Merr.]為蕓香科（Rutaceae）黃皮屬（Clausena）多年生常綠大灌木或小喬木，俗稱“雞皮果”，又名細葉黃皮，主要分布于北回歸線以南的南亞熱帶地區，主產于我國廣西西南部的百色和龍州、云南南部的蒙自和河口、廣東的新會和鶴山及越南北部和菲律賓^[1-2]。山黃皮果實為漿果，果皮、果肉可食，果實中糖類、蛋白質、維生素等含量豐富，還含有鐵、鈣等各種營養元素，營養價值高。山黃皮以其可口的酸甜味及香氣在蕓香科水果中獨具一格，可加工成山黃皮干、果脯、果醬、飲料等制品，其產品消膩開胃，風味獨特，具有化痰止咳、祛風除濕的功效，深受消費者的歡迎^[2-3]。

目前對山黃皮的研究主要集中在種質資源收集評價及其遺傳多樣性分析方面。覃振師等^[4-5]從廣西崇左市5個縣（區）收集引進了50份野生山黃皮種質資源，對單穗掛果數、平均單果重、可食率、產量、外觀品質、成熟期等方面的因素簡單綜合分析后，初步選出6個優良單株，后對收集的山黃皮種質資源進行ISSR遺傳多樣性分析，表明大部分山黃皮種質親緣關系較接近，且與地理起源有一定的相關性，部分遺傳差異較大的種質可作為山黃皮優良品種和單株選育及良種繁育等研究的重要材料。而多元統計分析中的主成分分析、因子分析和聚類分析方法早已經在蘋果^[6-8]、大蒜^[9]、冬棗^[10]、砂梨^[11]、核桃^[12]、桃^[13]、歐李^[14]、香梨^[15]、葡萄^[16]、獼猴桃^[17-18]、西瓜^[19]、茄子^[20]、普洱茶^[21]等作物品質性狀分析和綜合評價方面大量應用，但應用多元統計分析方法對山黃皮種質果實性狀進行評價還未見報道。

本研究以本所資源圃內從廣西崇左市各地引進的30份山黃皮種質資源為研究對象，在前人研究的基礎上，對其果實性狀進行觀察和測定，應用因子分析對各種質山黃皮的果實性狀進行綜合評價，在綜合評價的基礎上再進行聚類分析，以期為本地區山黃皮種質的資源保存和利用、品種品質改良以及優質新品種選育提供一定的參考依據。

1 ?材料與方法

1.1 材料

供試材料選自廣西南亞熱帶農業科學研究所山黃皮種質資源圃的30份山黃皮種質資源，種質均采用嫁接保存，樹齡3～5年。資源編號：SHP1～SHP2、SHP4～SHP15、SHP17～SHP18、SHP21～SHP22、SHP26、SHP28～SHP32、SHP34、SHP36～SHP40。各種質生長期間管理水平一致。試驗在自然開花和自然成熟時采收選擇能代表種質特性、成熟度一致的果實。供試山黃皮種質的采集地信息如表1所示。

儀器與設備：電子數顯（快閃）卡尺，桂林量具刃具有限責任公司;WYT-IO-80%手持折射儀，成都華西光學電子儀器廠;BP211D電子分析天平，廣州廣一科學儀器有限公司。

1.2 方法

參考相關水果的果實性狀研究的測定指標^{[19，22-26]}，以及《熱帶、南亞熱帶果樹種質資源描述規范》和《熱帶、南亞熱帶果樹種質資源數據質量控制規范》^[27-28]，選取9個性狀指標進行測定;每個種質隨機選取3棵樹，于果實成熟期進行采樣，分別采摘樹冠外圍中上部的果實，每個種質選取30～40個，樣品果存入4?℃冰箱中，之后每次隨機選取10個樣品果進行各指標的測定，重復測試3次，記錄測定數據。各指標測定方法如下：

單果重（g）：用電子分析天平稱10個樣品果的總重量，計算平均單果重。

果實縱徑（mm）：用游標卡尺分別測量10個樣品果縱向最長處的直徑，計算平均果實縱徑。

果實橫徑（mm）：用游標卡尺分別測量10個樣品果橫向最寬處的直徑，計算平均果實橫徑。

果形指數：果實縱徑與果實橫徑的比值即果形指數。

單種重（g）：用電子分析天平稱20粒種子的總重量，計算平均單種重。

種子長（mm）：用游標卡尺分別測量10粒種子縱向最長處的直徑，計算平均種子長。

種子寬（mm）：用游標卡尺分別測量10粒種子橫向最寬處的直徑，計算平均種子寬。

可食率：取樣品果10個，洗凈，拭干，分別稱量果重（W）和種子重量（W₁），計算平均可食率：可食率=（W-W₁）/W×100%

可溶性固形物含量（%）^[29]：用WYT-IO-80%手持折射儀測量果汁的可溶性固形物含量。

1.3數據處理

采用Excel 2007對9個果實性狀指標數據進行多樣性分析和相關性分析;采用Excel 2007對這些數據進行標準化處理，然后采用SPSS 20.0軟件進行因子分析和聚類分析。

2??結果與分析

2.1 山黃皮種質果實品質性狀的變異情況分析

30份山黃皮種質果實的9個品質性狀的變異情況分析結果如表2所示。30份山黃皮種質果實的9個品質性狀間表現出不同程度的變異。其中，單果重的變異幅度最大，變異系數為23.45%;其次為單種重、可溶性固形物含量、種子寬、可食率、種子長、果實橫徑、果實縱徑，變異系數在7%～19%;果形指數的變異系數最小，僅為4.73%。

2.2 山黃皮種質果實性狀的相關性分析

山黃皮果實性狀之間的相關性分析結果如表3所示，單果重與果實縱徑、果實橫徑、種子長寬以及可食率呈極顯著的正相關，與單種重呈顯著的正相關，與果形指數呈顯著的負相關;果實縱徑與果實橫徑、單種重、種子長以及可食率呈極顯著的正相關，與種子寬呈顯著的正相關;果

注：^*表示相關性顯著（P<0.05），^**表示相關性極顯著（P<0.01）。

Note：^*means significant correlation （P<0.05），^**means extremely significant correlation （P<0.01）.

實橫徑與種子長寬、可食率呈極顯著的正相關，與單種重呈顯著的正相關，與果形指數呈顯著的負相關;果形指數與可食率呈顯著的負相關;單種重與種子長呈極顯著的正相關，與種子寬呈顯著的正相關;種子長與種子寬呈極顯著的正相關;可溶性固形物與其他8個性狀相關不顯著。

2.3 因子分析

2.3.1 ?數據標準化處理??對30個種質的9個性狀指標數據按照公式1進行無量綱標準化處理^[30-34]，公式如下：

（1）

式中，為標準化值;表示第j個樣品（種質）第i個指標的原始測定值;表示第i個指標的平均值;表示第i個指標的標準差（SD值）。標準化后的數據如表4所示。

2.3.2 ?因子分析的適宜性檢驗??對經過無量綱標準化處理后的數據進行KMO檢驗和Bartlett球度檢驗^[33-38]，結果如表5所示。KMO值為0.561，根據統計學家Kaiser給出的KMO度量標準可知，原始變量適合進行因子分析。Bartlett球度檢驗得出的相伴概率為0.000，小于顯著性水平0.05，因此拒絕Bartlett球度檢驗的零假設，認為變量間存在較強的相關性，適合做因子分析。綜合以上檢驗結果，本研究的試驗數據可以進行因子分析。

2.3.3 ?公因子的選擇??對標準化后的數據進行因子分析，各個主因子的特征值、累積貢獻率如表6所示。從表6中可以看出，前3個因子變量的特征值均大于1，并且經過最大方差旋轉后它們的方差貢獻率分別為42.052%、23.907%、15.887%，累計方差貢獻率已達到81.846%，即這3個因子已

注：表中加括弧的數據表示為負值。

Note： Data in brackets was negative values.

經把山黃皮種質的全部9項果實性狀指標的絕大部分信息反映出來，因此可以選取這3個因子作為山黃皮種質果實性狀的綜合評價指標。

為了更加突出主要公因子的作用，將因子進行方差最大正交旋轉，旋轉后各個性狀指標在空間的分布如圖1所示。

公因子所包含的指標因子載荷若為正，表明該因子對公因子產生正向影響;因子載荷若為負，表明該因子對公因子產生負向影響。圖1可直觀地解釋各性狀指標對3個公因子的貢獻。第1公因子F₁主要由A1（單果重）、A2（果實縱徑）、A3（果實橫徑）、A8（可食率）4個因子綜合作用的指標，主要反映山黃皮果實的大小、性狀以

及果實的食用品質;第2公因子F₂主要由A6（種子長）、A7（種子寬）2個因子綜合作用的指標，主要反映山黃皮果實種子的大小;第3公因子F₃主要由A9（可溶性固形物含量）1個因子作用的指標，主要反映山黃皮果實可溶性糖類的含量。

2.3.4 ?山黃皮果實性狀的公因子得分??旋轉后的各公因子得分系數如表7所示，30份山黃皮種質果實性狀各公因子的得分根據公式（2）進行計算;30份山黃皮種質果實性狀指標的綜合評價得分，根據3個公因子旋轉后的方差貢獻率及對應的公因子得分進行計算，詳見公式（3）。

（2）

（3）

公式中為公因子得分，為綜合評價得分，，…，為第n份種質果實樣品的9個性狀指標標準化后的值，，…，為旋轉后9個果實性狀指標因子得分系數。

2.3.5 ?山黃皮果實性狀的分布狀況??以各主因子得分繪制二維排序圖，可直觀地反映種質與性狀指標之間關系及山黃皮果實性狀的分布狀況。以第1主因子得分做橫坐標，第2主因子得分做縱坐標，繪制二維排序圖（圖2）：1、2、4、6、8、10、16、19、25、26（SHP1、SHP2、SHP5、SHP7、SHP9、SHP11、SHP18、SHP26、SHP34、SHP36）10個種質（系）坐落在公因子F₁得分的正向區間、公因子F₂得分的負向區間，表明這10個種質果實大、種子小、可食率高;12、15、23（SHP13、SHP17、SHP31）3個種質坐落在公因子F₁、公因子F₂得分的負向區間，表明這些種質果實的種子雖然小，但果實整體也偏小、可食率也低。其中15（SHP17）種質果實的種子相較于其他種質明顯偏小。

編號對應的山黃皮種質名稱見表1。

Number corresponding to?the?name?ofClausena anisum-olens（Blanco） Merr. germplasm resources was shown in Table 1.

圖2F₁主因子與F₂主因子得分二維排序

Fig. 2 ?Scatter plot based on principal factor F₁and F₂

以第1主因子得分做橫坐標，第3主因子得分做縱坐標，繪制二維排序圖（圖3）：1、2、3、4、5、6、8、10、11、16、19、21、30（SHP1、SHP2、SHP4、SHP5、SHP6、SHP7、SHP9、SHP11、SHP12、SHP18、SHP26、SHP29、SHP40）13個種質坐落在公因子F₁得分的正向區間、公因子F₃得分的負向區間，表明這13個種質果實大、可食率高，可溶性糖類含量也高;12、20、23、28、29（SHP13、SHP28、SHP31、SHP38、SHP39）5個種質坐落

編號對應的山黃皮種質名稱見表1。

Number corresponding to?the?name?ofClausena anisum-olens（Blanco） Merr. germplasm resources was shown in Table 1.

圖3F₁因子與F₃因子得分二維排序

Fig. 3 ?Scatter plot based on principal factor F₁and F₃

在公因子F₁、公因子F₃得分的負向區間，表明這些種質果實偏小、可食率低，但可溶性糖類含量高。

2.4 山黃皮種質的聚類分析

選用因子分析中篩選出對山黃皮果實性狀影響較大的7個性狀，采用歐氏距離類平均法對30份山黃皮種質進行系統聚類分析，聚類結果如圖4所示，各類群山黃皮種質果實性狀指標的平均值如表8所示。

聚類結果（圖4）顯示，以歐氏距離10為臨界值，可將30份山黃皮資源分為3大類群。在歐氏距離10～15之間，編號為15的種質首先從30份種質中分離出來，其果實偏小，且可食率低，單獨為一類，即第Ⅰ類群;剩余29份種質可分為2大類群，即有20份種質組成的第Ⅱ大類群，這一類果實質量平均為2.838g，果實大，可食率高，可溶性固形物含量也高;其他9份種質組成第Ⅲ大類群，這一類平均果粒質量為1.873 g，可溶性固形物含量低。在歐氏距離5～10之間，第Ⅱ大類群可分為2個亞類，第1個亞類由13份種質組成，包括編號分別為1、2、3、4、6、8、10、11、13、16、19、20、26，這一類果實平均質量為2.658 g，果實大，可食率較高，可溶性固形物含量高;第2個亞類有7份種質，包括編號分別為5、9、17、18、21、25、30，這一類表現為果實平均質量為

3.171?g，可食率高，可溶性固形物含量較高。同樣，可將第Ⅲ大類群分為2個亞類，第1個亞類有3份種質，包括編號分別為7、14、22，這一類種質果實平均質量為2.287 g，果實較大，但可食率、可溶性固形物含量較低;剩余6份種質為第2亞類，包括編號分別為12、23、24、27、28、29，這一類種質果實平均質量為1.667 g，果實小，可食率、可溶性固形物含量較低。

3 ?討論

本研究通過對所選取的單果重、單種重、果實橫徑、果實縱徑、可溶性固形物含量等9個果實性狀進行描述性統計發現，單果重的變異幅度最大，變異系數在20%以上，說明單果重這個性狀具有豐富的遺傳信息和選擇潛力，在育種改良上還有很大空間;而果實橫徑、果實縱徑及果形指數變異范圍較小，變異系數均在10%以下，表明這些性狀遺傳較為穩定，在現有種質的基礎上進行改良的空間較小。

覃振師等^[5]對從廣西崇左市5個縣（區）收集引進的50份野生山黃皮種質資源進行ISSR遺傳多樣性分析，將50份山黃皮種質分成A、B兩大組，A組包含40份種質，可分2個亞組：第Ⅰ亞組包含28份種質，其中16份種質來自龍州縣，7份種質來自寧明縣，5份種質來自憑祥市;第Ⅱ亞組包含12份種質，其中6份種質來自江州區，4份種質來自扶綏縣，2份種質來自寧明縣;B組包含10份種質，可分2個亞組：第Ⅰ亞組包含8份種質，其中4份種質來自天等縣，4份種質來自大新縣;第Ⅱ亞組包含2份種質，均來自大新縣;來自寧明的NM9、來自天等的TD1、來自大新的DX2和來自江州區的JZ5在形態和遺傳上差異較大。

本研究從這50份中選取了30份，通過對9個果實性狀的因子分析和聚類分析，將這30份山黃皮種質聚為3大類，聚類分析結果得出的各類群性狀特征與各主因子得分繪制二維分布圖分析結果基本一致。編號為15，原始編碼為DX2的種質被歸到第Ⅰ大類，該種質來自大新縣碩龍鎮，該類種質的果實偏小，且可食率低，與其他種質差異較大，這與覃振師等^[5]研究結果DX2在形態和遺傳上差異較大相吻合。20份種質被歸到第Ⅱ大類群，第Ⅱ大類群又可分為2個亞類，其中13份種質被歸到第一個亞類，來自龍州縣的有9份，來自寧明縣的有4份，該類種質的果實大，可食率較高，可溶性固形物含量高;另7份種質被歸到第二亞類，來自寧明縣有4份，來自憑祥市有3份，該類種質的可食率高，可溶性固形物含量較高。第Ⅱ大類群與覃振師等^[5]研究結果A組的第Ⅰ亞組相吻合，第Ⅱ大類群分為2個亞類相當于對覃振師等^[5]研究結果A組的第Ⅰ亞組進行了再次分類。剩下的9份種質被歸到第Ⅲ大類群，第Ⅲ大類群也分為2個亞類，其中3份種質被歸到第一個亞類，來自崇左市江州區，該類種質的果實較大，但可食率、可溶性固形物含量較低;另6份種質被歸到第二亞類，來自崇左市江州區的有3份，來自扶綏縣渠舊鎮的有3份，該類種質的果實小，可食率、可溶性固形物含量較低。第Ⅲ大類群與覃振師等^[5]研究結果A組的第Ⅱ亞組相吻合，第Ⅲ大類群分為2個亞類相當于對覃振師等^[5]研究結果A組的第Ⅱ亞組進行了再次分類。表明山黃皮種質資源的果實性狀與地理起源有一定的相關性。

綜合分析來看，第Ⅱ大類群的第一個亞類的13份種質，果實大，可食率較高，可溶性固形物含量高，果實性狀綜合表現最優，因子分析和聚類分析的兩種方法的綜合利用有助于了解各種質間的親緣關系和優良種質的分布情況，為本地區山黃皮品種品質改良、優質新品種選育以及種質資源保護利用提供了科學、客觀的依據。

4 ?結論

通過因子分析和聚類分析將30份山黃皮種質聚為3大類，山黃皮種質資源的果實性狀與地理起源有一定的相關性。來自龍州縣和寧明縣的13份種質果實大，可食率較高，可溶性固形物含量高，果實性狀表現最優。

果實品質的組成因子較多，由外在和內在的復合因子構成，本研究主要集中在山黃皮外在品質指標的分析，下一步將增加對內在品質指標及內外在品質指標間的相關性分析，探索合理地簡化果實品質評價指標，構建科學的山黃皮果實綜合評價體系。

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