李雕，楊靜慧，楊仁杰，張偉玉，吳楠，張超

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5個(gè)樹(shù)莓品種紅外光譜差異性及其親緣關(guān)系分析

李雕1a，楊靜慧1a,通信作者，楊仁杰1b，張偉玉1b，吳楠1b，張超1b

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 a. 園藝園林學(xué)院，b. 工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384）

為比較不同樹(shù)莓品種的差異，了解品種間的親緣關(guān)系，本文通過(guò)紅外光譜差譜峰、面域差、相關(guān)性分析和聚類(lèi)分析等方法，對(duì)5個(gè)樹(shù)莓品種的種子進(jìn)行了差異性及其親緣關(guān)系分析。結(jié)果表明：在普通紅外光譜圖中，5個(gè)樹(shù)莓品種種子的紅外光譜圖相似。但是，通過(guò)其差減光譜發(fā)現(xiàn)，在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都出現(xiàn)了差譜峰；吸光度差異最大的峰為2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近，對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)為淀粉類(lèi)物質(zhì)亞甲基C—H、油脂類(lèi)成分酯羰基C＝O、多糖類(lèi)C—O；‘諾娃’與‘香妃’的面域差最大，親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，‘紅寶’與‘諾娃’的面域差最小，親緣關(guān)系最近；各樹(shù)莓品種的紅外光譜曲線的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)為0.934～0.993。聚類(lèi)分析將5個(gè)樹(shù)莓品種分為4類(lèi)，其中‘紅寶’與‘諾娃’為同一類(lèi)，與面域差分析結(jié)果一致。

樹(shù)莓；品種；紅外光譜；差譜；親緣關(guān)系

樹(shù)莓為薔薇科（Rosaceae）懸鉤子屬（L.）多年生半灌木性果樹(shù)，其果實(shí)營(yíng)養(yǎng)極其豐富，被稱(chēng)為“維生素寶庫(kù)”、“天然綠色食品”[1-3]。樹(shù)莓成熟果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特，色澤宜人，富含多種人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，擁有食品、美容、醫(yī)療保健等多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[4-6]。樹(shù)莓品種較多，分為紅樹(shù)莓、黃樹(shù)莓、紫樹(shù)莓和黑樹(shù)莓。但以紅樹(shù)莓為主，紅樹(shù)莓主要品種有‘諾娃’、‘哈瑞太茲’、‘紅寶’、‘莎妮’、‘香妃’、‘澳洲紅’、‘紅玉’、‘威拉米特’、‘費(fèi)爾杜德’等[7-8]。

目前，對(duì)樹(shù)莓品種的研究主要集中在理化性質(zhì)方面，而傳統(tǒng)的化學(xué)分析、色譜、質(zhì)譜等儀器分析方法需對(duì)樣品進(jìn)行分離提取，這些方法分析時(shí)間長(zhǎng)，且產(chǎn)生一定化學(xué)污染[9-10]。紅外光譜（IR）能夠?qū)?fù)雜樣品進(jìn)行全組分測(cè)定，較為完整地反映整個(gè)體系的信息[11-12]，且具有需樣量小、無(wú)需分析提取、安全無(wú)毒害、誤差較小的特點(diǎn)，能快速宏觀地對(duì)樣品進(jìn)行多組分檢測(cè)[13-14]，通過(guò)紅外光譜與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法可以比較品種差異和親緣關(guān)系[15]。本文采用差譜面域法、相關(guān)性和聚類(lèi)分析等方法，對(duì)不同樹(shù)莓品種種子的紅外光譜進(jìn)行了差異性分析，旨在為譜圖的解析、品種的親緣關(guān)系、組織中組分含量的變化等提供依據(jù)。

1 材料與方法

供試樹(shù)莓品種分別為‘諾娃’（NW）、‘哈瑞太茲’（HRTZ）、‘紅寶’（HB）、‘莎妮’（SN）、‘香妃’（XF）。試驗(yàn)用樹(shù)莓果實(shí)于2015年9月采集于天津農(nóng)學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)基地（該基地土壤為黏壤土、肥料中等、土壤pH 7.5、土壤含鹽量0.25%），樹(shù)莓植株為2年生。苗木采用扦插繁殖，栽植株行距1.5 m×2.5 m，每個(gè)品種栽植4行，每行栽植10株。采用籬壁式整枝、生長(zhǎng)季摘心、冬季埋土防寒等管理措施。土肥水管理采用常規(guī)管理方法。栽培管理中未發(fā)現(xiàn)病蟲(chóng)害。

每品種隨機(jī)選擇5株，單株重復(fù)，重復(fù)5次。采集植株中部的果實(shí)進(jìn)行分析。每株采集10個(gè)成熟果實(shí)。將果實(shí)中種子取出，立即放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干（80 ℃，48 h），再用FW-5壓片機(jī)（天津博天勝達(dá)科技發(fā)展有限公司）進(jìn)行壓片，用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀（PerkinElmer公司生產(chǎn)，F(xiàn)rontier型，光譜范圍400～4 000 cm-1）進(jìn)行紅外光譜掃描。運(yùn)用Omnic8.0軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)基線校正，自動(dòng)平滑處理。運(yùn)用Origin7.5軟件進(jìn)行紅外光譜分析。運(yùn)用Matlab進(jìn)行差譜法求解和聚類(lèi)分析，差譜法即依據(jù)吸光度光譜差減法將2個(gè)光譜相減得到差減光譜，并通過(guò)求差譜面積來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行相似性比較。運(yùn)用Matlab進(jìn)行相關(guān)系數(shù)求解。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種樹(shù)莓種子紅外光譜比較

圖1為5個(gè)樹(shù)莓品種果實(shí)種子的紅外光譜圖，從圖中可以看出5個(gè)樹(shù)莓品種的紅外吸收峰基本相同，無(wú)差譜峰。在3 332、2 932、1 740、1 650、1 437、1 150、711 cm-1附近都有吸收峰，其中3 332 cm-1為O—H的振動(dòng)吸收峰，2 932 cm-1為亞甲基C—H的反對(duì)稱(chēng)伸縮峰，1 740 cm-1為油脂類(lèi)成分酯羰基C＝O的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 650 cm-1為脂肪酸C＝O伸縮振動(dòng)峰或芳酮類(lèi)C＝O振動(dòng)吸收峰，1 437 cm-1為黃酮或生物堿類(lèi)C—H振動(dòng)吸收峰，1 150 cm-1為多糖類(lèi)C—O的伸縮振動(dòng)峰，711 cm-1為含長(zhǎng)鏈的C—H的彎曲振動(dòng)峰。

圖1 5個(gè)樹(shù)莓品種種子紅外光譜圖

2.2 不同樹(shù)莓品種種子紅外光譜差譜峰和面域差比較

表1為5個(gè)樹(shù)莓品種種子紅外光譜的差譜峰及吸光度。從表中可以看出，不同品種之間的差譜峰及吸光度不同。HB與HRTZ有4個(gè)不同的差譜峰（圖2A），與NW有1個(gè)不同的差譜峰（圖2B），與SN有3個(gè)不同的差譜峰（圖2C），與XF有4個(gè)不同的差譜峰（圖2D）；HRZ與NW有3個(gè)不同的差譜峰（圖2F），與SN有2個(gè)不同的差譜峰（圖2H），與XF有3個(gè)不同的差譜峰（圖2E）；NW與SN有4個(gè)不同的差譜峰（圖2G），與XF有4個(gè)不同的差譜峰（圖2L）；SN與XF有2個(gè)不同的差譜峰（圖2M）。

通過(guò)表1、圖2可以得出，5個(gè)樹(shù)莓品種最明顯的差譜峰為2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1，其中2 920 cm-1為淀粉類(lèi)物質(zhì)亞甲基C—H反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰；1 740～1 748 cm-1為油脂類(lèi)成分酯羰基C＝O的伸縮振動(dòng)；1 036～1 052 cm-1為多糖類(lèi)C—O的伸縮振動(dòng)峰。說(shuō)明不同品種樹(shù)莓的種子含有的油脂、多糖的類(lèi)型、淀粉類(lèi)物質(zhì)等不同。

表2為5個(gè)樹(shù)莓品種種子面域差。從表2中可以得出，5個(gè)樹(shù)莓品種種子面域差從大到小依次為：NW-XF（392.589 7）、HB-XF（372.750 3）、HRTZ-XF（238.442 5）、HB-SN（231.350 4）、NW-SN（211.511 0）、SN-XF（161.239 3）、HB-HRTZ（154.147 2）、HRTZ-NW（134.307 8）、SN-HRTZ（77.203 2）、HB-NW（19.839 4）。NW與XF的面域差較大，說(shuō)明NW與XF的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)。HB與NW的面域差最小，說(shuō)明HB與NW的親緣關(guān)系最近。

表1 5個(gè)樹(shù)莓品種種子差譜峰及吸光度比較

注：- 表示無(wú)吸收峰

圖2 5個(gè)樹(shù)莓品種種子面域差譜圖

（注：A為HB、HRTZ、NW、SN、XF面域；B為HB與HRTZ、HB與NW、HB與SN、HB與XF、HRTZ與NW、HRTZ與SN、HRTZ與XF、NW與SN、NW與XF、SN與XF差譜面域。）

表2 5個(gè)樹(shù)莓品種種子面域差比較

2.3 不同樹(shù)莓品種種子紅外光譜的相關(guān)性和聚類(lèi)分析

表3為任意2個(gè)樹(shù)莓品種種子紅外光譜曲線的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)均較高，說(shuō)明5個(gè)樹(shù)莓品種的遺傳差異很小。依據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，不同樹(shù)莓品種相似性依次為：HB-NW＞HRTZ-NW＞SN-XF＞HB-SN＝NW-SN＞HRTZ-SN＞HB-HRTZ＞HRTZ-XF＞HB-XF＞NW-XF。相比較而言，HB與NW的相似性最大，為0.993 1，親緣關(guān)系最近；NW與XF的差異性最小，為0.934 2，說(shuō)明NW與XF的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)。

表3 不同品種樹(shù)莓種子紅外光譜曲線的相關(guān)系數(shù)分析

圖3是根據(jù)5個(gè)樹(shù)莓品種種子的紅外光譜進(jìn)行的聚類(lèi)分析，從圖中可以得出，5個(gè)樹(shù)莓品種可以分為4類(lèi)，第1類(lèi)為HB與NW，第2類(lèi)為HRTZ，第3類(lèi)為SN，第4類(lèi)為XF。

圖3 5個(gè)品種樹(shù)莓種子樣本距離分布及聚類(lèi)樹(shù)

（注：1為HRTZ、2為HB、3為NW、4為SN、5為XF）

3 討論與結(jié)論

紅外光譜分析具有需樣量小、無(wú)需分析提取、安全無(wú)毒害、誤差較小的特點(diǎn)，能快速宏觀地對(duì)樣品進(jìn)行多組分檢測(cè)。從試驗(yàn)結(jié)果得知，紅外光譜結(jié)合聚類(lèi)分析適合對(duì)樹(shù)莓品種之間的親緣關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果與劉婷[16]對(duì)樹(shù)莓品種DNA多態(tài)性的聚類(lèi)分析結(jié)果基本一致。紅外光譜面域法能夠直觀地反映樣品間的差別，對(duì)樣品無(wú)特殊要求，可以對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣進(jìn)行排序。從試驗(yàn)結(jié)果看，紅外光譜面域法與紅外光譜聚類(lèi)法的分析結(jié)果一致，與蘇澤春等[17]分析結(jié)果基本相符。

通過(guò)試驗(yàn)得出，在普通紅外光譜圖中，5個(gè)樹(shù)莓品種種子的紅外光譜相似。通過(guò)其差減光譜發(fā)現(xiàn)，在2 920 cm-1、1 740～1 748 cm-1、1 036～1 052 cm-1附近吸光度存在差異，對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)為淀粉類(lèi)物質(zhì)亞甲基C—H、油脂類(lèi)成分酯羰基C＝O、多糖類(lèi)C—O；通過(guò)差譜面域法發(fā)現(xiàn)，‘諾娃’與‘香妃’的面域差最大，親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，‘紅寶’與‘諾娃’的面域差最小，親緣關(guān)系最近；通過(guò)紅外光譜聚類(lèi)得出，各樹(shù)莓品種的紅外光譜曲線的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)為0.934～0.993。聚類(lèi)分析將5個(gè)樹(shù)莓品種分為4類(lèi)，其中‘紅寶’與‘諾娃’為同一類(lèi)，與面域差分析結(jié)果一致。

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責(zé)任編輯：楊霞

Difference of Infrared Spectra and Genetic Relationship on 5 Varieities of Raspberry

LI Diao1a,YANG Jing-hui1a,Corresponding Author,YANG Ren-jie1b,ZHANG Wei-yu1b,WU Nan1b,ZHANG Chao1b

（1. Tianjin Agricultural University, a. College of Horticulture and Landscape, b. College of Engineering and Technology, Tianjin 300384, China）

In order to compare the difference and to explore the genetic relationship of raspberry varieties, the difference of infrared spectra and genetic relationship on 5 varieties of raspberry was researched by the way of FTIR differential spectra peak, area deviation of spectrum, correlation analysis and hierarchical clustering. The results showed that the infrared spectra of five varieties were similar in the first grade. But the differential peaks were appeared in near 3 332, 2 932, 1 740, 1 650, 1 437, 1 150 and 711cm-1on the basis of the subtraction spectra. The absorbance were most different in near 2 920 cm-1, 1 740～1 748 cm-1, 1 036～1 052 cm-1, corresponding to the functional group of farinaceous substance (the methylene C—H), oil (ester carbonyl group C＝O), polysaccharide (C—O). The genetic relationship of ‘Nova’ and ‘XF’ was the farthest due to their largest area difference, while the genetic relationship of ‘HB’ and ‘Nova’ was the closest due to their smallest area difference among all varieties. There was the higher correlation between the infrared spectrum curves of any two raspberry varieties based on 0.934～0.993 correlation coefficient. The five raspberry varieties were divided into 4 categories by hierarchical clustering, in which ‘HB’ and ‘NW’ were in the same categories. The result was same as area difference analysis.

raspberry; varieties; FTIR; differential spectra; phylogenetic relationship

1008-5394（2017）03-0024-04

S663.2

A

2016-05-13

天津市農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化與推廣項(xiàng)目“彩葉樹(shù)優(yōu)良品種繁殖、栽培技術(shù)示范與推廣”（201502100）；天津市科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)計(jì)劃項(xiàng)目“優(yōu)質(zhì)彩葉北美海棠新品種種苗的規(guī)?；庇保?4ZXNZNC0040）

李雕（1992-），男，云南大理人，碩士在讀，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境與能源工程研究。E-mail：1429980690@qq.com。

楊靜慧（1961 -），女，甘肅蘭州人，教授，博士，主要從事園藝植物栽培、抗逆生理和分子育種研究。E-mail：jinghuiyang2 @aliyun.com。