肉桂(Cinnamomum cassia Presl)属樟科, 热带、南亚热带常绿乔木, 是我国特有的著名经济树种之一, 主要产品有桂皮和桂油, 是名贵中药和天然香料, 国内外需求量很大(张明发, 1995)。目前的原材料一部分利用日趋枯竭的天然资源, 一部分是人工种植的肉桂林分。人工林大都没进行系统改良, 种子随采随种, 造成产品质量良莠不齐, 严重影响桂品出口的销路。因此开展肉桂选优和良种选育, 加快肉桂生产的良种化进程, 提高肉桂产品在国际上的竞争力, 成了当前发展肉桂生产的当务之急。

肉桂人工林选优, 在国内尚未见到其它方面的有关报道(刘永华, 1996)。其它药用经济树种如杜仲(李火根等, 1994)用材树种如油松(陈伯望等, 1992)、马尾松(白根本等, 1994)等已有许多报道。本文采用了主成分指数法进行肉桂多性状综合选优, 取得了较好的效果。

1 材料与方法

本文所得的数据来自华安县金山林场人工肉桂林20 hm², 林龄为25 a, 郁闭度0.7。在林分中按表型及选优目标预选优树候选树。以候选树为圆心, 在候选树周围用小样地法进行每木测量(分别测1~30株对比木), 实测其胸径(D)、树高(H)和各株胸径处的树皮厚等3个数量性状, 并对候选树和对比木的通直度、分叉度、冠幅、浓密度、病虫害、香味、香型、结实量、冻害等质量性状进行评分。同时随机测定50株肉桂的板桂、桂通、桂碎的鲜重产量, 和干重产量(在阳光下, 晒干至恒重), 并建立胸径、树高、树皮厚等测树因子与板桂、桂通、桂碎产量的最佳数学拟合模型。

根据优树候选树与对比木各性状比值变动系数变化情况, 确定了肉桂的选优方法(吴志庄等, 2000)。

以各优树与n株对比木各性状比值, 运用正交变化等手法求出各性状之权重, 进而制定评分标准及优树入选最低分数限。对性状的权重进行定量分析, 并采用百分制制定新的评分标准, 进行选优(梁一池等, 2000)。

在观测数据矩阵X中, 每项质量指标的得分值都是人为确定的, 但各个因子得分值间的变化趋势则不受人为标准的影响, 本文采用相关系数矩阵(R)来对X作第一步变换。

先用(x_ij−x_j)/σ_i对X进行标准化处理, 得到无量纲的数据矩阵X’ (x_ij是第i因子第j次观测值, 是x_i第i因子样本平均值, σ_i是第i因子样本标准差), 对相关系数矩阵R作正交变换使λ为R的第n个特征值, T为单位化的正交矩阵。

矩阵T的每一列向量为各因子的综合向量, 它可以反映出各因子对综合变量的贡献.矩阵T的行向量反映了同一因子在不同综合变量(坐标)上的分, 即:, 这样, y_i值分别反映了10个因子单独对β的贡献量, 所以就是第Ⅰ因子的权重。

采用100分制, 求得各因子的得分值, 再划分等级制订评分标准。

以各优树得分值, 进行聚类分析, 采用最短距离法(nearest neighbor)进行系统聚类(梁一池, 1988; 1992)评选优良类型。

式中, min{d_jk|j∈G_p, K∈G_q|}表示G_p和G_q中最临近的两个样本的距离。

2 结果与分析

选取10个与肉桂生长和药用性状:胸径、树高、冠幅、通直度、分杈度、树皮厚、结实量, 板桂、桂通、桂皮数据, 以各优树分别进行11株对比木均值比较, 得各性状比值矩阵, 运用正交变换, 进行主成份分析, 求出各性状之权重, 进而制定评分标准及优树入选最低分数限。对性状的权重进行定量分析, 并采用百分制制定新的评分标准进行选优。

用主成分分析的方法计算各性状权重值和各分量值, 结果如表 1。

按公式计算得各性状分量权重及得分值如表 2。第1主成分以生长性状胸径、树高和药用性状桂通、板桂为主, 占信息量的43.95%;第2主成分以桂碎、分杈度性状为主, 占信息量的15.94%;第3主成分以结实量性状为主, 占信息量的9.86%;第4主成分冠幅性状为主, 占信息量的9.07%;第5主成分以通直度性状为主, 占信息量的8.52%;前5个主成分累计贡献率为86.98%, 基本反映了调查性状总体信息。

根据前5个主成分及其相应的份量, 构成5个主成分指数方程(表 2), 其总份量相对于各性状的权重。对肉桂优树候选树进行综合计算时, 先对各优树与对比木的比值进行规格化处理, 然后按权重评分, 各优树得分列于表 3。

板桂、桂通和桂碎3个药用性状权重值相对最大, 分别为16.27%、14.15%和13.69%, 这就客观地反映了肉桂选优时对药用性状的优先考虑原则。

根据各优树得分值, 进行聚类分析, 将90个优树无性系分为4类(表 4), 以前两类候选树的最低得分值43分为入选优树的最低标准, 同时结合形质和适应性指标, 即无明显的病害和冻害且干形优良进行优树选择, 若符合本标准的候选树可选为优树。根据聚类结果, 对初选优树进行复选, 选择前两类得分值高的优树候选树, 入选率为47.8%,

综合评价选择优树, 选到生产力较高的优树。评选出第Ⅰ类优树15个, 与群体平均数相比, 胸径平均增益达77%, 树高平均增益达40.53%, 材积平均增益达265.6%, 板桂, 桂通和桂皮平均增益分别达107.93%, 146.93%和65.4% (表 5); .其中最高产无性系82 (M- 1938), 胸径平均增益达110%, 树高平均增益达77%, 材积平均增益达451%, 板桂, 桂通和桂皮平均增益分别达246%, 300%和123%, 材性和药用生产力的各项指标增益都达优异水平。第Ⅱ类优树28个, 各性状增产水平也高, 前2类优树的平均选择增益见表 5。这些综合评选的优树, 通过无性繁殖手段能产生极大的经济效益。

3 讨论与小结

人工栽培肉桂, 是药、材两用, 以生产桂皮为主, 兼顾考虑其生长性状, 这两者是相辅相成的。肉桂生长快, 其桂皮既厚又大, 商品价值也大。但由于桂皮的测定困难, 而桂皮与各生长性状之间又存在明显的相关, 因此目前以两者结合的综合选择的效果较好。

本文采用主成分指数方法, 进行肉桂多性状综合选优, 该方法通过多个性状的线性正交变换, 使其成为特征性状, 切断性状间的相关关系, 使各特征性状在独立的通径关系上进行综合评价, 以提高其选择的效果。该方法根据各主成分的相对贡献率, 及其各性状的方差份量, 还可以确定各选择性状的相对权重值, 能比较客观地对优树候选树进行综合评价, 对今后的多性状选优有参考价值。

根据聚类分析的结果, 把优树候选树分为4类, 前Ⅰ、Ⅱ类生产力较高的优树, 可作为肉桂初始育种材料, 进入育种群体, 有待于今后的遗传测定。对评选出的优良单株的有效药用成分, 也要进一步开展测定。