核桃(Juglans regia)既是优良的用材树种, 又是珍贵的食用干果和油料树种, 其在湖北主要分布鄂西山区, 由于该地区具有得天独厚的地理气候资源优势, 加上历年以实生繁殖、自然选择、人为去劣留优的形式世代经营, 现存一定数量的品质和风味独特的优良单株。1979年在山西召开的全国干鲜果交流会上, 在出仁率和粗脂肪含量方面, 建始县的景阳核桃与全国著名的商洛核桃并列第一(高焕章, 2000)。为挖掘这一优势资源, 湖北恩施州于1992年将建始县景阳镇列为核桃商品生产基地, 经过5 a的建设, 已初具规模。1996年年产核桃178 t, 收入1.36 ×10⁶元。历年的实生经营模式致使坚果品质良莠不齐, 经营效益较低。为此, 我们于1999年和2000年在建始核桃的中心产区———景阳镇进行了优树选择, 依据核桃丰产与坚果品质国家标准(GB7907-87)对中选的优系进行了9个主要经济性状测试。本文采用主成分分析法, 依据多个主成分组成的综合指数来评析核桃优系在相应利用类型中的优劣, 为核桃选优和栽培利用提供依据。

1 材料与方法 1.1 实验地的自然概况

湖北建始县位于北纬30°21′至30°52′, 东经109°27′至109°58′。其气候属于我国亚热带山地季风气候。实验地位于建始县南部的清江河谷地区。该地年平均气温为16.8 ℃以上, ≥ 10 ℃的年积温5128.3 ℃, 最冷月平均气温5.5 ℃。全年相对湿度76% ~ 82%, 年平均降雨量为1416.4 mm, 蒸发量为1175.7 mm。土壤类型为黄棕壤, 有机质含量为3% ~ 5%, pH值为6 ~ 8。

1.2 供试材料

1999年和2000-08 ~ 10果实成熟时依据果农报优材料, 组织专业技术人员对湖北省建始县景阳镇四旁栽培条件及管理水平较为一致的45个核桃优树进行性状调查, 同时建立优树技术档案。依据GB7907-87标准, 每年对每株优树抽取样果1.5 kg用于主要经济指标分析。

1.3 主要经济性状测试方法

产果量:1997 ~ 2000年单位树冠投影面积坚果产量的平均值;

单果重:1999 ~ 2000年每年分别抽取20个坚果, 单个称重;

单仁重:按上述方法抽取样果, 取仁后单个称重;

出仁率:按上述方法抽样取仁, 每年3次重复(每株重复10个样果), 分别求出出仁率; 取仁指数:每年抽取20个样果, 分两组, 同一人操作取仁, 每组按整仁个数×0.5 +1/2仁个数× 0.25 +1/4仁个数×0.12 +1/8仁个数×0.08 +碎仁个数×0.05计算;

产仁量:产果量×出仁率;

粗脂肪含量:每年抽取20个样果等量取仁混合研磨后, 用索氏提取法测定。3次平行测定, 标准差小于0.34;

粗蛋白含量:按粗脂肪含量测定制样, 用凯氏定氮法测定。3次平行测定, 标准差小于0.46;

可溶性糖含量:按粗脂肪含量测定制样, 用蒽酮比色法测定。3次平行测定, 标准差小于0.30;

1.4 数据处理

应用DPS数据处理系统, 从样本相关矩阵出发, 对9个主要经济性状指标进行主成分分析, 根据性状特征值将累计百分率达到83%以上确定主成分的个数。由各性状相关矩阵的规格化特征向量, 列出主成分的函数表达式, 然后计算其主成分值。最后, 依据国际核桃市场消费趋势, 提出各种利用类型主成分的相应组合, 以特征值百分率为加权值计算综合指数, 进而评选出各利用类型综合性状优良的核桃优系。

2 结果与分析 2.1 试验结果

45个建始核桃优树的9个主要经济性状指标测试结果见表 1。

2.2 主成分分析

主成分的特征值和百分率是选择主成分的依据, 将45个湖北建始核桃的9个原性状指标转化为9个主成分。由表 2看出, 第1个主成分的特征值为3.47, 方差百分率38.60%, 代表了全部信息的38.60%, 是最重要的主成分; 第2个主成分的特征值为1.76, 方差百分率为19.53%, 代表了全部信息的19.53%, 是仅次于第1主成分的重要主成分。其它主成分的百分率分别为13.94%、11.21%、……, 依次明显减少。前4个主成分的累计百分率为83.28%, 表明前4个主成分已经把45个核桃优系的主要经济性状83.28%的信息反映出来, 因此, 可以选取前4个主成分作为核桃经济性状选择的综合指标。

从表 3中看出, 在第1主成分中, 粗脂肪和仁重具有较大的正系数, 表明第1主成分反映了该优系具有粗脂肪和仁重均有较高的特征, 因此, 第1主成分可作为油用指标。第2主成分中, 单果重和仁重具有较大的正系数, 表明第2主成分反映了该优系具有单果重和仁重均较高的特征, 因此, 第2主成分可作为果用指标。同理, 第3主成分可作为仁用指标, 第4主成分可作为取仁指标。

2.3 主要经济性状评析

主成分的生物学内涵表明, 上述4个主成分较好地综合了45个建始核桃优系产果量、单果重、仁重、出仁率、取仁指数、营养成分含量等主要经济性状, 其代表性达到83.28%。由于主成分较多, 单一主成分难以对各优系的利用性状作出客观的判断。因此, 依据核桃市场消费趋势, 提出核桃不同利用方向的主成分组合, 采用各主成分分析因子得分与相应特征值的方差贡献百分率的积然后累加的方法, 得出各优系的综合评价指数, 以此来评析不同利用方向核桃优系综合性状的优劣, 为核桃优系选择与利用提供理论依据(见表 4)。

从表 4可以看出, 油用综合指数(第1、4主成分)较高的优系从高到低排序, 前10位分别是:9907 (0.7744)、9933(0.6860)、9921(0.6642)、9912(0.6115)、9931(0.5833)、9914(0.5749)、9922(0.5680)、9901 (0.5241)、9937(0.5208)、9923(0.4664)。

果用综合指数(2、4主成分)前10位分别是:9941(0.7033)、9942(0.4471)、9914(0.4468)、9905 (0.4440)、9907(0.4306)、9945(0.3821)、9922(0.3676)、9933(0.2753)、9916(0.2554)、9918(0.2497)。

仁用综合指数(3、4主成分)前10位分别是:9921(0.6690)、9933(0.3587)、9903(0.3557)、9930 (0.2738)、9932(0.2221)、9904(0.2103)、9915(0.1949)、9941(0.1847)、9931(0.1646)、9905(0.1078)。

3 讨论

主成分分析是从多个存在一定相关关系的变量中选出几个新的综合变量, 而新的变量又能反映原来多个相互联系的多个变量所提供的主要信息, 从而简化数据结构, 寻找变量间的线性关系(裴鑫德, 1991)。由于主成分为综合变量且相互独立, 所以用主成分值作为选择利用的指标, 可较准确地了解各性状的综合表现(郭宝林等, 2000)。本文通过主成分分析, 将45个湖北建始核桃优树的9个主要经济性状转化为4个主成分。4个主成分提供了原性状83.28%的信息, 且是综合的、相互独立的指标, 再依据核桃市场消费趋势提出各主成分的相应组合, 以特征值百分率为加权系数构建综合评价指数, 用于核桃优树经济性状的评价, 既能把握优树的综合性状表现, 又能简化选择程序, 较人工打分和单一性状选优快捷, 且更具有科学性。

以45个核桃优树为样本, 确定了4个主成分的函数式为:

各综合指数的函数表达式为:

式中:m₁ ~ m₄为各优系主成分得分值

应用综合指数法, 对45个核桃优树的中和经济性状指标排序, 其结果与优树的实际表现型相近。表明综合指数法在核桃优树选择与利用上均有较广泛的应用价值。

本文仅研究了9个主要经济指标的数量化评析方法, 更合理的经济指标体系构建与评析系统有待于进一步研究。