54份可可種質資源主要品質性狀及相關分析

謝薇 賴劍雄 秦曉威 朱自慧 李付鵬

摘要：【目的】對54份可可種質材料的主要品質性狀進行比較分析，篩選出品質性狀優良的種質，為可可新品種培育提供基礎材料，也為探究可可品質性狀的影響因素提供理論參考?！痉椒ā恳詠碓从诓煌瑖业?4份可可種質為材料，采用超聲波超離法、氣相色譜法和福林酚法測定可可脂、多酚、脂肪酸組分（棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油）含量及脂肪酸總含量，并對其進行變異分析、相關分析及聚類分析?！窘Y果】54份可可種質中，XYS53的可可脂、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸含量及脂肪酸總含量均最低;XYS52的可可脂含量和脂肪酸總含量均最高;XYS18的棕櫚酸含量最高;XYS17的硬脂酸含量最高;XYS52的油酸含量最高;XYS44的亞油酸含量最高;XYS20的多酚含量最高。7個品質性狀指標的變異系數為11.52%～18.74%，其中棕櫚酸、亞油酸和多酚的變異幅度較大，變異系數分別為18.74%、18.62%和14.42%;可可脂含量變異系數最小，為11.52%?？煽芍颗c棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量呈極顯著正相關（P<0.01，下同），棕櫚酸含量與硬脂酸含量間、棕櫚酸含量與油酸含量間及硬脂酸含量與油酸含量間均呈極顯著正相關;亞油酸含量與棕櫚酸含量存在顯著負相關（P<0.05，下同）;多酚含量與可可脂、棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸含量均呈負相關，但未達顯著水平（P>0.05，下同）。不同國家的可可種質間可可脂、硬脂酸、油酸、多酚含量及脂肪酸總含量無顯著差異，但中國與泰國的可可種質間棕櫚酸含量和亞油酸含量存在顯著差異。主成分分析和聚類分析均發現，歸屬于類群Ⅰ的15份種質品質性狀綜合表現較好，且主要來自于中國和越南?！窘Y論】可可種質的主要品質性狀與其來源地間存在一定相關性。在可可品種選育過程中，需結合性狀間相關性綜合考慮可可品質性狀表現，可優先選擇中國和越南的15個綜合性狀優良的種質作為育種材料或親本來培育優良可可品種。

關鍵詞： 可可;鑒定評價;可可脂;脂肪酸;多酚

中圖分類號： S571.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）08-2174-09

Evaluation and correlation analysis of main quality traits of 54 cacao germplasm resources

XIE Wei1，2， LAI Jian-xiong2， QIN Xiao-wei2， ZHU Zi-hui2， LI Fu-peng2*

（1Institute of Horticulture，Hainan University，Haikou ?570208， China; 2Institute of Spices and Beverages，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/ Hainan Provincial Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops/Key Laboratory of Genetic Resources for Spiced Beverage Crops， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Wanning，Hainan ?571533， China）

Abstract：【Objective】In order to select excellent cacao germplasms with better quality traits， evaluation and correlation analysis were performed by 54 cacao core collections. The results could provide basic materials for cultivation of new cacao varieties， and supply a theoretical basis for the formation of cacao quality traits. 【Method】The main quality traits，cocoa butter content， polyphenol， fatty acid components（palmitic acid content， stearic acid content， oleic acid content， linoleic acid） and total content of fatty acids were performed with 54 different origins cacao germplasms from different countries， by ultrasonic ultra-isolation method， gas chromatography and Folin-Ciocalteus method. Variability analysis， correlation analysis and cluster analysis were also performed. 【Result】Among 54 cacao germplasms， XYS53 showed the lowest cocoa butter content， palmitic acid content， stearic acid content， oleic acid content， linoleic acid content and total fatty acid content. XYS52 showed the highest cocoa butter content and total fatty acid content. XYS18， XYS17， XYS52， XYS44 and XYS20 showed highest phenotype on palmitic acid content， stearic acid content， oleic acid content， linoleic acid content and polyphenol content， respectively. The average of variation coefficient was from 1.52% to 18.74 %， of which palmitic acid， linoleic acid and polyphenols showed larger variations with 18.74%， 18.62% and 14.42%. The variation coefficient ?of cocoa butter content was the smallest（11.52%）. Correlation analysis showed that cocoa butter content was extremely significantly positively correlated with palmitic acid， stearic acid and oleic acid（P<0.01， the same below）. There was an extremely significant positive correlation between palmitic acid and stearic acid， between palmitic acid and oleic acid， and between stearic acid and oleic acid. There was significant negative correlation between linoleic acid and palmitic acid （P<0.05， the same below）. ?While polyphenols were negatively correlated with cocoa butter， palmitic acid， stearic acid， oleic acid and linoleic acid contents， but did not reach a significant level（P>0.05， the same below）. ?There were no significant differences among cocoa butter content， stearic acid content， oleic acid content， polyphenol content and four fatty acids contents of different germplasm origin countries. However， there were significant differences of palmitic acid and linoleic acid contents between germplasms from China and Thailand. The results of principal component analysis and cluster analysis indicated that quality traits of 15 germplasm ?belonging to Group I performed well， these germplasms ?were maily from China and Vietnam. 【Conclusion】There is certain correlation between the main quality traits and different cacao germplasm origins. In the breeding process of selecting cocao varieties， by combining the correlation between traits and comprehensively considering the performance of cocao quality traits， 15 germplasms with excellent comprehensive traits from China and Vietnam can be preferred as breeding materials or parents to cultivate excellent cocao varieties.

Key words： cacao; identification and evaluation; cocoa butter; fatty acid; polyphenol

Foundation item： National Natural Science Foundation of China（31670684）; Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund for Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences（1630142019003）

0 引言

【研究意義】可可（Theobroma cacao L.）是生長于熱帶地區的常綠小喬木，與茶和咖啡并稱為世界三大飲料作物（Selmi et al.，2006;李付鵬等，2014），廣泛栽培于世界熱帶地區，在我國主要分布于海南省和云南省?？煽傻姆N子（即可可豆）富含可可脂、多酚類化合物、蛋白質及膳食纖維等活性成分，營養豐富，味醇香，是巧克力、糕點、糖果等食品的重要原料，在國際大宗商品貿易中占有重要地位（Motamayor et al.，2013;李付鵬等，2016，2018）。其中，可可脂作為可可豆的主要經濟成分，具有獨特的理化性質，熔點為35～37 ℃，其含量是決定巧克力品質的重要指標;多酚類化合物具抗氧化、預防心腦血管疾病功能（Shekarchizadeh et al.，2014;Nasiruddin et al.，2014）。因此，篩選鑒定可可脂和多酚含量特異的可可種質資源，可為培育優良品質性狀的品種提供基礎材料（Ellam and Williamson，2013;周波，2017），對可可產業健康發展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，國內外學者從可可品質性狀鑒定評價及其形成機制方面開展研究。Chaiseri和Dimick（1989）研究發現美洲、亞洲和非洲的可可種質間可可脂含量存在明顯差異，且南美洲可可脂特性和組分與北美洲和中美洲的可可脂特性相近，但與亞洲和非洲的可可脂特性存在明顯差異。Steinberg等（2003）、Ellam和Williamson （2013）研究發現，可可脂含量約占可可豆干重的50%，可可脂中主要的脂肪酸為棕櫚酸、硬脂酸、油酸及少量的亞油酸。Torres-Moreno等（2015）對不同產地的可可和巧克力營養成分與脂肪酸組成進行比較分析，結果發現可可脂肪酸組分因不同地理來源而存在明顯差異。Urbańska和Kowalska（2019）比較了不同地區烘焙和未烘焙可可豆的多酚含量，結果發現多酚含量受基因型和生長地區環境的影響，其中南美洲哥倫比亞和秘魯可可豆的多酚含量最高。此外，研究證實，多酚類物質是可可豆的重要組成成分，占可可豆干重的5%～6%（Bertazzo et al.，2011;Kruszewski and Obiedzinski，2018）;多酚類物質是形成可可和巧克力澀味的主要成分，主要以兒茶素、表兒茶素、花青素和原花青素形式存在（Borchers et al.，2000;Sanchez-Rabaneda et al.，2003;Jolic et al.，2011）?！颈狙芯壳腥朦c】雖然已對世界可可主產區的可可豆中可可脂含量進行比較分析，但鮮見基于主要品質性狀進行可可種質的綜合評價及分析不同來源地（東南亞與大洋洲）對主要品質性狀影響的研究報道?！緮M解決的關鍵問題】以54份可可核心種質為材料，對其可可脂含量、多酚含量、4種脂肪酸組分含量及脂肪酸總含量等品質性狀進行鑒定評價及相關分析，并分析種質來源地與主要品質性狀間相關性，篩選出綜合性狀優良的可可種質，為可可新品種培育提供基礎材料。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

以54份可可核心種質為供試材料，保存于中國熱帶農業科學院香料飲料研究所農業農村部熱帶香料飲料作物種質資源圃，其來源地如表1所示。

1. 2 樣品采集及處理

在可可果實成熟期，分別選取同一株樹干上不同位置的3個生長狀況均一、正常發育的成熟果實，將每個可可果實單獨處理，剖開果實取出種子洗凈后，于50 ℃恒溫烘箱干燥48 h，充分粉碎后過40目篩。并對3個可可樣品的可可脂含量、多酚含量、脂肪酸組分含量等6個品質性狀進行測定，計算平均值。3個可可樣品即為同一份種質材料的3次重復，各品質性狀的平均值即為該份可可種質的品質性狀表型。

1. 3 品質性狀測定

1. 3. 1 可可脂含量測定 參考范睿等（2019）的方法提取可可脂。具體步驟：（1）稱取可可粉末2 g左右（記為M1），置于干燥潔凈的50 mL離心管中再次稱量（記為M2）;（2）向離心管中加入石油醚，在超聲波清洗機中浸提10 min，取出離心管，冷卻至室溫;（3）將離心管放入轉速8000 r/min的離心機中離心后棄上清液，重復提取并離心2次;（4）棄去上清液樣品在通風櫥揮發多余石油醚后放入95 ℃的鼓風干燥箱內干燥4 h，冷卻后稱量（記為M3），運用減重法計算得出可可脂含量（X），計算公式為X=（M2-M3）/M1。

1. 3. 2 脂肪酸含量測定 參照農業行業標準（NY/T 3110─2017），采用氣相色譜法規定棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸4種主要脂肪酸組分含量及脂肪酸總含量。

1. 3. 3 多酚含量測定 參照湯雯（2012）的福林酚法測定可可多酚含量。

1. 4 統計分析

利用Excel 2003對品質性狀的平均值、標準差及變異系數進行分析，并利用SPSS 22.0對品質性狀進行相關分析、主成分分析與聚類分析。

2 結果與分析

2. 1 可可種質材料的品質性狀分析結果

由表2可知，54份可可種質材料中，XYS53的可可脂、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸含量及脂肪酸總含量均最低，分別為245.87、64.50、79.01、91.11、9.70和244.32 mg/g;XYS52的可可脂含量、油酸含量和脂肪酸總含量均最高，分別為491.03、187.53和495.18 mg/g;XYS18的棕櫚酸含量最高，為131.63 mg/g;XYS17的硬脂酸含量最高，為174.56 mg/g;XYS44的亞油酸含量最高，為23.84 mg/g;XYS20的多酚含量最高，為60.04 mg/g。

54份可可種質材料的品質性狀變異情況如表3所示?？煽芍繛?45.87～491.03 mg/g，多酚含量為30.35～60.04 mg/g，棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸含量分別為64.50～131.63 mg/g、79.01～174.56 mg/g、91.11～187.53 mg/g和9.70～23.84 mg/g。7個指標的變異系數為11.52%～18.74%，其中棕櫚酸、亞油酸和多酚含量的變異幅度較大，變異系數分別為18.62%、18.74%和14.42%;脂肪酸總含量的變異系數較小，為11.89%;可可脂變異系數最小，為11.52%?？梢?，可可脂、多酚和總脂肪酸含量變異系數排序為：多酚（14.42%）>脂肪酸總含量（11.89%）>可可脂（11.52%），其中4種脂肪酸組分含量變異系數排序為：亞油酸（18.74%）>棕櫚酸（18.62%）>硬脂酸（13.04%）>油酸（11.53%）。

2. 2 品質性狀的相關分析結果

由表4可知，可可脂含量與棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量呈極顯著正相關（P<0.01，下同）;棕櫚酸含量與硬脂酸含量間、棕櫚酸含量與油酸含量間及硬脂酸含量與油酸含量間均呈極顯著正相關;亞油酸含量與棕櫚酸含量存在顯著負相關（P<0.05，下同）;亞油酸含量與可可脂、硬脂酸和油酸含量呈正相關，但未達顯著水平（P>0.05，下同）;多酚含量與可可脂、棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸含量均呈負相關，但未達顯著水平。

2. 3 不同來源地的可可種質材料品質性狀方差分析結果

不同來源地的可可種質間品質性狀進行方差分析，結果如表5所示。不同來源地的可可種質材料在可可脂、硬脂酸、油酸、多酚含量及脂肪酸總含量方面均無顯著差異，但泰國和中國可可種質的棕櫚酸和亞油酸含量存在顯著差異，其中，中國的可可棕櫚酸含量平均值顯著高于泰國的可可棕櫚酸含量平均值，泰國的可可亞油酸含量平均值顯著高于中國的可可亞油酸含量平均值。

2. 4 品質性狀的主成分分析結果

對54份可可種質材料的6個品質性狀進行主成分分析，結果如表6所示。6個品質性狀綜合為3個主要成分，累積貢獻值為92.094%，說明這3個主成分包含了可可品質性狀的主要信息。主成分1的特征值為3.404，貢獻值為56.739%;主成分2的特征值為1.151，貢獻值為19.184%;主成分3的特征為0.970，貢獻值為16.171%。根據主成分分析中因子旋轉后的載荷矩陣可知，主成分1中可可脂（0.991）、棕櫚酸（0.812）、硬脂酸（0.896）和油酸（0.949）的指標值較大，表示主成分1主要代表可可脂和3種主要的脂肪酸;主成分2中亞油酸的指標值最大（0.979），表示主成分2主要代表亞油酸;主成分3中多酚的指標值（0.997）最大，表示主成分3主要代表多酚。3個主成分分別用Y1、Y2和Y3表示，根據SPSS 22.0分析得出的得分系數矩陣可知，3個主成分與可可6個品質性狀間的關系：

Y1=0.296X1+0.234X2+0.268X3+0.292X4+

0.038X5+0.059X6

Y2=0.031X1+（-0.335）X2+0.079X3+0.149X4+

0.855X5+0.016X6

Y3=0.010X1+0.035X2+（-0.003）X3+0.042X4+

0.017X5+1.006X6

其中，X1～X6為所有標準化的原始變量。

結合貢獻率可得出品質性狀綜合得分與3個主成分之間的關系：Y=0.567Y1+0.192Y2+0.162Y3。根據品質性狀綜合得分公式，對54份可可種質進行綜合評價，得到綜合得分，并將綜合得分前15的種質材料列于表7?？梢?，XYS52、XYS17、XYS14等15個可可種質綜合性狀表現較好，且主要來自于中國和越南。

2. 5 聚類分析結果

采用歐氏距離類間平均聚類法對54份可可種質材料進行聚類分析，并對各類群的品質性狀含量平均值進行統計分析，結果如圖1和表8所示。在歐氏距離為3時，54份可可種質材料被聚為四大類群，其中類群I包含28份來自于越南、泰國、巴布亞新幾內亞和中國的可可種質，該類群特點：可可脂、棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量及脂肪酸總含量平均值均最高，分別為446.67、108.11、158.33、158.75和440.86 mg/g;類群Ⅱ包含16份來自于越南、泰國、巴布亞新幾內亞和中國的可可種質，該類群特點：亞油酸含量平均值最高，為16.29 mg/g;類群Ⅲ有9份來自于泰國、越南和中國的可可種質，多酚含量平均值最高，為52.03 mg/g;類群Ⅳ只含1份來自于越南的可可種質，其可可脂含量、4種脂肪酸組分含量及脂肪酸總含量均最低。結合主成分分析結果可知，綜合品質性狀優良的15份可可種質材料均聚于類群I，可作為優異的可可育種基礎材料。

3 討論

中國熱帶農業科學院香料飲料研究所對世界主產區的可可種質資源進行全面收集保存（李付鵬等，2014）。本研究對這些收集保存的可可種質材料進行品質性狀分析，結果發現其具有豐富的表型遺傳變異性，變異系數以亞油酸含量最高，其次為棕櫚酸含量和多酚含量。此外，研究發現XYS52的可可脂含量和脂肪酸總含量最高，且綜合性狀最優，是可可脂含量特異的優良種質;XYS53的可可脂、4種脂肪酸組分含量及脂肪酸總含量均為最低，尤其是可可脂含量非常低，僅為可可脂含量平均值的50%左右，是可可脂和脂肪酸含量特異的可可種質，可作為品質性狀特異性研究的特殊材料（Mustiga et al.，2019;Urbańska and kowalska，2019）?？煽芍兄饕娘柡椭舅釣樽貦八幔ê考s為24.5%～33.7%）和硬脂酸（含量約為33.7%～40.2%），主要的不飽和脂肪酸為油酸（含量約為26.3%～35.0%）和亞油酸（含量約為1.7%～3.0%），且低飽和脂肪酸和高不飽和脂肪酸的可可常用于食品工業（Mozaffarian et al.，2010;Bindu and Vijay，2014;Mustiga et al.，2019）。XYS44的棕櫚酸和硬脂酸的總含量最低，油酸和亞油酸的總含量最高，因此XYS44可作為低飽和脂肪酸、高不飽和脂肪酸的特殊可可種質。由此可見，54份可可種質材料的6個主要品質性狀具有較大的選擇空間，可用于拓寬可可種質資源遺傳背景及品質性狀遺傳改良。

可可為常異花授粉作物，其果實品質性狀受多個基因的調控，且不同品質性狀間存在一定的相關性（Jan and Elke，2000;Mustiga et al.，2019）。由于葡萄糖分解代謝生成的乙酰輔酶A參與脂肪酸合成途徑和多酚合成途徑，因此，脂肪酸和可可脂與多酚存在一定的負相關性（Jan and Elke，2000;Beppu et al.，2013）。結合本研究可可品質性狀的相關分析結果可知，可可脂含量與棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量呈極顯著正相關，說明可通過改良可可種質的脂肪性狀提高脂肪酸組分含量;多酚含量與可可脂含量和4種脂肪酸組分含量均呈負相關性，與根據脂肪酸和多酚合成途徑所得結論相一致，因此，篩選高多酚含量的可可種質為育種材料時，應關注其可可脂和4種脂肪酸組分含量?？梢?，在選育優異可可品種過程中，需結合性狀間相關性，綜合考慮可可品質性狀表現。

前人研究已證實，可可品質性狀間呈一定的相關性，且品質性狀與來源地存在一定的關聯（Urbańska et al.，2019）。但本研究通過分析不同國家可可種質的品質性狀差異，發現不同來源地的可可種質在可可脂、硬脂酸、油酸、多酚含量及脂肪酸總含量方面均無顯著差異，但來自中國與泰國的可可種質間棕櫚酸和亞油酸含量存在顯著差異。由于可可脂含量與遺傳物質相關，因此在以后研究中可通過轉錄分析篩選不同國家可可種質中與可可脂相關的差異基因，以進一步探尋可可脂含量無顯著差異的分子機制（Mustiga，et al.，2019）。來自中國與泰國的可可種質間棕櫚酸和亞油酸含量存在顯著差異可能是由于遺傳變異所致（Bucheli et al.，2001）。今后可通過基因水平檢測分析遺傳變異是否為導致中國與泰國可可種質亞油酸含量差異的主要因素。多酚含量不僅與脂肪酸組分相關聯，還取決于可可種質的基因型、產地及生長條件。此外，Urbańska和Kowalska（2019）對不同地區烘焙和未烘焙可可豆巧克力中總多酚含量進行比較分析，結果發現來自厄瓜多爾、哥倫比亞和委內瑞拉等美洲國家的可可種質多酚含量間存在顯著差異，表明不同地理環境會影響多酚含量（Rusconi and Conti，2010;Katz et al.，2011;Kothe et al.，2013）。但本研究中得出中國、越南、泰國和巴布亞新幾內亞的可可種質多酚含量無顯著差異。造成與前人研究結論存在差異的原因可能是本研究的可可種質來源于東南亞和大洋洲國家，其地理環境與美洲國家存在明顯差異。

本研究根據品質性狀綜合表現將可可種質分為四大類群，其中綜合性狀較優的15份可可種質均聚于類群I，且大多數來自于中國和越南，說明中國和越南的可可種質比巴新和泰國可可種質的綜合品質性狀更優良。由于可可品質性狀易受基因、環境等因素影響，今后應結合轉錄分析對可可品質性狀開展鑒定評價。

4 結論

可可種質品質性狀間具有一定的相關性，且可可種質的主要品質性狀表現與其來源地間顯著相關。因此在品種選育過程中，需綜合考慮可可品質性狀表現，并可優先篩選來自中國或越南的種質，作為育種材料或親本來培育優良可可品種。

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（責任編輯 陳 燕）

收稿日期：2020-07-21

基金項目：國家自然科學基金面上項目（31670684）;中國熱帶農業科學院基本科研業務費專項（1630142019003）

通訊作者：李付鵬（1984-），https：//orcid.org/0000-0001-7521-3412，博士，副研究員，主要從事熱帶作物種質資源與遺傳育種研究工作，E-mail：peterlfp@163.com

第一作者：謝薇（1996-），https：//orcid.org/0000-0002-7610-6202，研究方向為種質資源與遺傳育種，E-mail：mariaxw@163.com