杜常健，孫佳成，武妍妍，張國慶，樊清波，陳衛(wèi)東，任 菲，嚴冬輝，江澤平，史勝青＊

(1.中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所,國家林業(yè)和草原局林木培育重點實驗室，北京 100091；2.中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，北京 100091；3.河北省遷西縣林業(yè)局，河北 唐山 064300)

板栗（Castanea mollissima BL.）是我國重要的經(jīng)濟林樹種之一[1-2]。據(jù)2013 年統(tǒng)計栽培面積111 萬hm2，年產(chǎn)量165 萬t，占全球產(chǎn)量70%以上[3-4]。種質資源是蘊藏在生物中各水平上遺傳變異的總合，任何遺傳改良技術或新品種的培育都離不開最基本的遺傳資源[5]。因此，優(yōu)良的種質資源是板栗高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎，對種質資源收集與篩選意義重大。我國板栗資源豐富且實生變異類型多，選種潛力極大[6]。充分挖掘我國優(yōu)良板栗種質資源，比較其品質差異，是板栗資源保護、選育和開發(fā)利用的重要保障。

品質綜合評價是板栗種質資源篩選的重要手段。目前，板栗品質評價中最常用的指標有單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等，其中，單果鮮質量對于板栗產(chǎn)量至關重要，含水量影響貯存效果，而淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白又是衡量板栗果實營養(yǎng)價值的重要指標[7-9]。在品質分析的基礎上，可應用多種方法對不同板栗種質或品種進行品質綜合評價。如朱燦燦等對34 個不同板栗品種應用模糊數(shù)學法進行了隸屬函數(shù)模糊評價其果實品質[7]；闞黎娜等采用SPSS 軟件對38 個不同產(chǎn)地、品種板栗進行了主成分分析和聚類分析[8]；路超等采用因子分析與隸屬函數(shù)相結合的方法對河北遷西16 個板栗種質資源進行了綜合評價[9]。

燕山北部是我國板栗的傳統(tǒng)主產(chǎn)區(qū)，栽培歷史悠久，且燕山獨特的自然環(huán)境造就了燕山板栗具有香、甜、糯、肉質細膩等獨特風味，在國內外享有盛譽[10-11]。然而，近年來，市場上對早熟品種的板栗需求量大，價格高，導致大面積板栗樹被嫁接為早熟品種，這不僅導致栽培品種較單一，容易發(fā)生病害，還會造成大量優(yōu)良種質資源的丟失或破壞。因此，收集、保存和選育新的燕山板栗良種具有重要意義?；诖?，本文以主栽的燕山早豐品種為參照，對在燕山北部山區(qū)收集到的63 個優(yōu)良單株或農家種板栗種質進行分析，記錄果實成熟時期，測定單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等指標，采用等級劃分法和因子分析法相結合的手段對收集的優(yōu)良種質資源進行品質評價。

1 材料與方法

1.1 植物材料

以河北省板栗主產(chǎn)區(qū)遷西縣為中心，在縣域境內及周邊收集63 個優(yōu)良單株，并以燕山早豐的母樹為對照，其位于遷西縣漢兒莊鄉(xiāng)楊家峪村，樹高約12 m，胸徑80.6 cm，樹齡約120 a。具體采集信息如下（表1）：

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 通過走訪和調查，在燕山北部山區(qū)收集農家種和優(yōu)良單株種質63 個，記錄每棵樹的生長和結實情況及所處環(huán)境。在8 月底至10 月上旬期間，當選定單株開始自然落果2～3 d 后，采集板栗種子，立即置于4°C 冰箱短暫保存，然后分批帶回實驗室測定鮮質量或烘干保存。每個種質隨機采集300 粒，測定單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白等指標（每個處理3 個重復，每個重復隨機選取20 粒），并對各品質指標進行綜合評價。

1.2.2 板栗單果鮮質量、含水量、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量測定 單果鮮質量和含水量測定：參照GB/T5009.3-2003《食品中水分的測定》進行，首先測定單質量，然后持續(xù)烘干至衡質量，計算含水量。

可溶性糖和淀粉含量測定：板栗烘干后，利用蒽酮比色法[12]測定，具體方法參照各自試劑盒（蘇州科銘生物技術有限公司）。可溶性糖標準條件下測定的回歸方程為：y=4.275x-0.07( 式中，x為標準品濃度（mg·mL-1）， y 為吸光值)?？扇苄蕴呛浚╩g·g-1，干質量）= [(ΔA +0.07) ÷4.275× V1]÷（W × V1÷ V2）=2.34×(ΔA +0.07) ÷ W （式中，ΔA ：測定樣品吸光值； V1：加入樣本體積0.04 mL；V2：加入提取液體積，W：樣本干質量（g））。

淀粉標準條件下測定的回歸方程為：y=2.936x-0.029 5 (式中，x 為標準品濃度(mg·mL-1)，y 為 吸 光 值)。淀 粉 含 量 (mg·g-1，干 質量)=[(A+0.029 5)×V1]÷2.936÷(W×V1÷V2)=0.578×(A+0.029 5)÷W (式中，A：樣品吸光值；V1：加入反應體系中樣本體積0.05 mL；V2：加入提取液體積1.7 mL；W：樣本干質量(g)） 。

可溶性蛋白測定：參照考馬斯亮藍法[13]。稱取鮮樣，利用改良型Bradford 蛋白濃度測定試劑盒（上海生工）測定不同種質板栗的可溶性蛋白含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 和SPSS 軟件對原始數(shù)據(jù)進行方差分析和主成分分析。

評價方法1（等級評價法）：通過對各個品質指標劃分為4 個等級，4 個等級設定為100、80、60、40 分，通過查閱文獻和專家咨詢確定各個指標權重，最終加權求總分數(shù)。

綜合得分M1=∑（Xn×An）

式中：X 為各個品質指標根據(jù)等級劃分所得分數(shù)，A 為品質指標所對應的權重，n 為品質指標個數(shù)。

評價方法2（因子評價法）：

式（1～2）中：FN為第N 個提取主成分的成績，BN為提取主成分N 對應方差貢獻率的比重，Cn為n 品質指標在主成分N 下的載荷向量/主成分N 特征值的算術平方根，X 為各個品質指標的標準化值，N 為主成分數(shù)，n 為品質指標數(shù)。

綜合排名=0.5×方法1 排名 + 0.5×方法2 排名

2 結果分析

2.1 品質指標分析

2.1.1 單果鮮質量 通過對收集到的板栗單果鮮質量分析(圖1)顯示：當?shù)刂髟云贩N燕山早豐平均單果鮮質量為9.1 g；收集的63 個優(yōu)良單株和農家種的單果鮮質量可劃分4 個等級，從高到低排列依次為：等級Ⅰ（15 個）、等級Ⅱ（15 個）、等級Ⅲ（15 個）、等級Ⅳ（18 個）。等級Ⅰ包括QX63、QX55、QX42、QX61、QX41、QX43、QX8、 QX6、 QX22、 QX50、 QX4、 QX2、QX25、QX35、QX7，其中，最大值13.6 g，最小值9.4 g，平均值10.4 g（圖1 A）。等級Ⅱ包括QX53、QX37、QX56、QX5、QX48、QX30、QX14、QX34、QX11、QX24、QX57、QX12、QX47、QX49、QX58，其中，最大值9.3 g，最小值8.8 g，平均值9.1 g（圖1 B）。等級Ⅲ包括QX21、QX46、QX15、QX62、QX1、QX27、QX13、QX32、QX52、QX60、QX33、QX31、QX17、QX44、QX28，其中，最大值8.7 g，最小值7.9 g，平均值8.3 g（圖1 C）。等級Ⅳ包括QX16、QX23、QX3、QX54、QX9、QX26、QX51、QX40、QX45、QX20、QX29、QX39、QX18、QX38、QX36、QX19、QX10、QX59，其中，最大值7.8 g，最小值6.5 g，平均值7.3 g（圖1 D）。

表1 燕山山區(qū)北部搜集優(yōu)良單株地點信息Table 1 Location information of elite chestnut individuals collected in northern Yanshan Mountains

2.1.2 含水量 燕山早豐的含水量為40.9%（圖2）。等級Ⅰ包括QX61、QX33、QX49、QX22、QX8、QX48、QX42、QX52、QX34、QX36、QX35、QX18、QX30、QX40，其中，最大值50.7%，最小值44.7%，平均值47.1%（圖2 A）。等級Ⅱ包括QX58、QX56、QX7、QX53、QX41、QX25、QX62、QX45、QX16、QX3、QX57、QX54、QX26、QX43、QX4，其中，最大值44.6%，最小值42.8%，平均值43.5%（圖2 B）。等級Ⅲ包括QX6、QX21、QX10、QX47、QX14、QX9、QX51、QX15、QX23、QX12、QX60、QX5、QX28、QX11、QX24，其中，最大值42.7%，最小值41.2%，平均值42.0%（圖2 C）。等級Ⅳ包括QX31、QX13、QX20、QX29、QX2、QX19、QX50、QX27、QX46、QX39、QX32、QX1、QX63、QX17、QX37、QX44、QX59、QX38，其中，最大值41.0%，最小值37.6%，平均值39.7%（圖2 D）。

2.1.3 淀粉含量 燕山早豐的淀粉含量為49.1%（圖3）。等級Ⅰ包括QX62、QX52、QX61、QX54、QX57、QX59、QX33、QX34、QX56、QX48、QX55、QX51、QX49、QX50、QX47，其中，最大值 58.6%，最小值 46.5%，平均值 50.8%（圖3 A）。等級Ⅱ包括QX60、QX39、QX35、QX38、QX12、QX63、QX42、QX46、QX11、QX58、QX43、QX24、QX17、QX15、QX20；其中，最大值41.8%，最小值32.4%，平均值36%（圖3 B）。等級Ⅲ包括QX23、QX53、QX40、QX29、QX41、QX36、QX44、QX13、QX32、QX37、QX10、QX21、QX45、QX31、QX8，其中，最大值32.3%，最小值26.9%，平均值29.7%（圖3 C）。等級Ⅳ包括QX1、QX16、QX25、QX27、QX6、QX28、QX9、QX18、QX14、QX26、QX22、QX2、QX4、QX30、QX7、QX19、QX3、QX5；其中，最大值26.4%，最小值17.4%，平均值22.2%（圖3 D）。

圖1 板栗優(yōu)良單株的單果鮮質量Fig.1 Single seed fresh weight of the elite individual chestnut germplasm

圖2 板栗優(yōu)良單株的種子含水量Fig.2 Water content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

圖3 板栗優(yōu)良單株的種子淀粉含量Fig.3 Starch content in seeds from the elite individualc hestnut germplasm

圖4 板栗優(yōu)良單株的種子可溶性糖含量Fig.4 Soluble sugar content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

2.1.4 可溶性糖含量 燕山早豐的可溶性糖含量為6.9%(圖4)。等 級Ⅰ包括QX6、QX2、QX7、QX5、QX40、QX34、QX3、QX11、QX15、QX8、QX1、QX12、QX43、QX10、QX42，其中，最大值17.1%，最小值12.2%，平均值12.4%(圖4A)。等 級Ⅱ包 括 QX16、QX36、QX38、QX27、QX18、QX26、QX35、QX44、QX24、QX31、QX4、QX29、QX21、QX41、QX28，其中，最大值11.8%，最小值9.8%，平均值10.8%(圖4B)。等 級Ⅲ包 括QX37、QX33、QX39、QX30、QX45、QX17、QX46、QX51、QX47、QX20、QX32、QX9、QX23、QX52、QX13，其中，最大值9.4%，最小值7.7%，平均值 8.4%(圖4C)。等 級Ⅳ包 括 QX25、QX14、QX62、QX61、QX60、QX50、QX19、QX63、QX59、QX57、QX48、QX22、QX54、QX49、QX55、QX56、QX58、QX53，其 中，最 大 值7.6%，最小值4.8%，平均值6.5%(圖4D)。

2.1.5 可溶性蛋白含量 燕山早豐的可溶性蛋白含量為0.80%(圖5）。等級Ⅰ包括QX39、QX33、QX32、QX57、QX36、QX59、QX25、QX45、QX8、QX1、QX15、QX40、QX14、QX53、QX46，其中，最大值1.10%，最小值0.70%，平均值0.83%（圖5 A）。等級Ⅱ包括QX4、QX17、QX60、QX62、QX35、QX27、QX31、QX61、QX37、QX50、QX9、QX51、QX13、QX2、QX22，其中，最大值0.69%，最小值0.56%，平均值0.62%(圖5 B)。等級Ⅲ包括QX48、QX21、QX38、QX34、QX6、QX23、QX55、QX20、QX44、QX49、QX18、QX3、QX16、QX56、QX26，其中，最大值0.53%，最小值0.43%，平均值0.49%(圖5 C）。等級Ⅳ包括QX29、QX10、QX12、QX11、QX19、QX42、QX63、QX24、QX47、QX30、QX41、QX58、QX54、QX43、QX28、QX5、QX7、QX52，其中，最大值0.42%，最小值0.16%，平均平均值0.31%（圖5 D）。

2.2 等級劃分評價

等級Ⅰ、等級Ⅱ、等級Ⅲ、等級Ⅳ 4 個等級依次設定分數(shù)為100、80、60、40，然后依照品質綜合評價方法對板栗各個品質指標賦予權重，單果鮮質量、含水量、可溶性糖均為0.25，淀粉和可溶性蛋白均為0.125[7,14]，等級評價法計算結果及前20 名見表2。

圖5 板栗優(yōu)良單株的種子可溶性蛋白含量Fig.5 Soluble protein content in seeds from the elite individual chestnut germplasm

表2 板栗種質品質的等級評價法排名Table 2 Chestnut germplasms quality evaluation ranking by rank evaluation method

2.3 主成分分析

2.3.1 相關性分析 板栗品質指標間的相關性分析可以了解其內在聯(lián)系，為篩選優(yōu)良品種提供依據(jù)。通過對淀粉、可溶性糖、含水量、單果鮮質量、可溶性蛋白進行相關性分析發(fā)現(xiàn)：淀粉和可溶性糖呈負相關（R=-0.446，P＜0.01），單果鮮質量和含水量呈正相關（R=0.292，P＜0.05），淀粉和含水量呈正相關（R=0.255，P＜0.05），但相關程度都很弱（表3）。

2.3.2 因子分析評價 通過主成分分析得到各個主成分的方差貢獻率（表4）和主成分載荷矩陣（表5）。從表4 可以看出，第1 主成分方差貢獻率為32.37%，第2 主成分方差貢獻率為26.82%。前2 個主成分方差貢獻率累計為59.19%，說明前2 個主成分可代替評價板栗的品質質量，能夠反映原數(shù)據(jù)的大部分信息。

主成分載荷矩陣能夠表示某個品質成分對主成分的影響大小和影響方向。第1 主成分中，載荷較高的質量指標為淀粉、可溶性糖和含水量，載荷權數(shù)分別為0.808、-0.698、0.582，能夠說明第1 主成分主要反映了淀粉、可溶性糖和含水量的信息，而且淀粉和含水量產(chǎn)生正影響，可溶性糖產(chǎn)生負影響。第2 主成分中載荷較高的為單果鮮質量和可溶性蛋白，分別為0.712 和-0.668，說明第2 主成分主要反映了可溶性糖和含水量的信息，單果鮮質量產(chǎn)生正影響，可溶性蛋白產(chǎn)生負影響，而其他品質成分影響較小。根據(jù)主成分分析結果，綜合各個主成分求出板栗種質資源因子評價排名（表6）。

表3 單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的相關性分析Table 3 Correlation analysis between single seed fresh, water content, starch, soluble sugars, and soluble proteins

表4 板栗品質指標主成分的方差貢獻率Table 4 Variance contribution rates of the principal components to the quality al index characteristics of Chinese chestnuts

表5 板栗品質質量指標的主成分載荷矩陣Table 5 Loading matrix of two principal components to the quality al quality characteristics of Chinese chestnuts

2.4 綜合品質評價

通過方法1 等級劃分法和方法2 因子分析法的排名，分別賦予權重0.5，求出綜合排名（表7）。前20 名可做為優(yōu)良種質的待選種質，按照名次分別 為QX42、QX34、QX8、QX43、QX7、QX6、QX41、QX35、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX40、QX11、QX5、QX49、QX58。

表6 板栗種質品質的因子評價法排名Table 6 Evaluation of Quality Evaluation of Chestnut Germplasm by Factor Evaluation Method

表7 板栗種質品質評價的綜合排名Table 7 Comprehensive ranking of chestnut germplasm quality evaluation

在品質評價前20 名的板栗種質中（圖6），8 月下旬成熟的QX42，9 月上旬成熟有QX8、QX43、QX6、QX41、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX11、QX5、QX58。9 月中旬的有QX7、QX40、QX49。10 月上旬成熟的有QX34、QX35。

3 討論

3.1 種質資源的各品質指標分析

板栗屬于異花授粉植物，分布范圍廣泛，因此，長期進化過程中形成了豐富的種質資源，有著豐富的遺傳多樣性，故選種潛力大[6,15-16]。本研究以燕山北部地區(qū)收集的優(yōu)良單株和農家種板栗種質資源為材料，通過記錄板栗樹的相關生長狀況，測定不同種質的相關品質成分等手段，對其進行綜合的品質評價，為篩選優(yōu)良的種質資源奠定基礎。

單果鮮質量大小對于板栗的產(chǎn)量有著重要的影響，而含水量多少對板栗的貯藏有很大的影響[11]。通過對63 個種質資源和燕山早豐的分析結果顯示，單果鮮質量QX63 的最大，為13.6 g，QX59的最小，為6.5 g，平均值8.7 g。不同種質的單果鮮質量差異顯著，可以根據(jù)等級篩選不同大小的種質，滿足市場的多元化需求。等級Ⅰ和Ⅱ單果鮮質量的平均值都大于燕山早豐的平均值，等級Ⅲ 和IV 的平均值小于燕山早豐。含水量QX61 的最大，為50.7%，QX38 的最小，為37.6%，平均值為42.9%；等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含水量的平均值都高于燕山早豐，而等級Ⅳ小于燕山早豐。這表明不同種質間含水量差異較大，但其變化范圍與路超等[9]對類似分布區(qū)的16 份板栗種質研究結果類似。含水率與儲藏的時間密切相關，因此，把含水率納入品質評價中具有重要意義?？扇苄蕴呛磕軌蛑苯佑绊懓謇醯奶鸲扰c口感風味，而且植物的抗逆性也與非結構碳水化合物如可溶性糖、淀粉密切相關[17]，因此，可溶性糖是板栗品質評價的一個重要指標[18]。63 個種質可溶性糖QX6 的最大，為17.1%，QX53的最小，為4.8%，平均值9.8%；等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可溶性糖的平均值都高于燕山早豐，而等級Ⅳ小于燕山早豐。結果表明，不同種質間可溶性糖變化幅度較大，與闞黎娜等[8]、路超等[9]對類似分布區(qū)板栗種質可溶性糖含量（5.6%～7.6%）的研究結果差異較大。因此，本研究為篩選板栗采收后即含糖量較高的種質奠定了基礎。淀粉是板栗食用品質的主要因素，而且影響后續(xù)板栗食品加工產(chǎn)品的口感和品質等[19]。63 個種質淀粉含量QX62 的最大，為58.6%，QX5 的最小，為17.4%，平均值為34.3%；等級Ⅰ的淀粉含量平均值大于燕山早豐，而等級Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都小于燕山早豐。然而，闞黎娜等[8]和張樂等[20]對燕山地區(qū)幾種板栗栽培品種淀粉含量的測定結果為22.9%～38.1%，也說明本研究中不同種質間淀粉差異顯著。蛋白質為人體唯一氮源，其含量多少直接影響到板栗的乳化性、吸水性等[20]。因此，可溶性蛋白也可以作為板栗品質評價的重要指標。63 個種質可溶性蛋白QX39 的最大，為1.1%，QX52 的最小，為0.16%，平均值0.56%；等級Ⅰ的可溶性蛋白含量平均值大于燕山早豐，而等級Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都小于燕山早豐。

圖6 綜合品質評價前20 名板栗種質資源Fig.6 The top 20 chestnut germplasm resources for comprehensive quality evaluation

不同種質之間單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量存在顯著差異，說明不同種質的板栗在各品質指標積累方面已發(fā)生分化現(xiàn)象，這些品質指標可作為篩選種質資源的指標。通過與已有品種燕山早豐的比較，含水量燕山早豐屬于等級Ⅳ，單果鮮質量屬于等級Ⅱ，淀粉含量屬于等級Ⅰ，可溶性糖含量屬于等級Ⅳ，蛋白含量屬于等級Ⅰ，說明收集的種質資源的品質相對于燕山早豐較好，可以進行后續(xù)品質綜合評價篩選優(yōu)良種質。

3.2 種質資源品質評價

板栗是最有代表的木本糧食產(chǎn)業(yè)，隨著板栗種植面積的擴大，板栗優(yōu)良種質資源的收集和篩選具有重要意義[21]。品質評價是種質資源篩選的重要環(huán)節(jié)，而在板栗品質評價方面，諸多研究者采用等距分級評價法[22]、模糊數(shù)學法[7,23]等進行評價，這些方法各具優(yōu)勢，但同時片面性強，多個因素共同影響，導致了評價結果不確定性。本研究采用等級評分和因子分析相結合的方法[9,22,24]，其中，等級評分法是根據(jù)查閱相關文獻和專家打分，賦予各個品質指標比例權重，計算各指標的等級分數(shù)求出綜合排名；因子分析法是利用主成分分析進行降維，即把類似因子歸類到一個具有代表性的公共因子中，減少了指標數(shù)量，然后通過公共因子成績以及其方差貢獻率比例計算綜合成績[24]，通過方差分析和相關性分析，既結合因子的單方面影響，又結合因子的相互影響[9]。2 種方法的結果不一致，因為這2 種方法的側重點不一樣，等級評分法由專家打分確定產(chǎn)生，有人為因素在里面，各品質指標占比存在異議；而因子評分法通過降維的方法產(chǎn)生，板栗主要品質指標未被凸出，有一定的片面性。因此，結合2 種方法，可以兼顧多種優(yōu)勢，減少單一方法的片面性，結果更有信服性，而且適合大樣本種質資源的篩選。

優(yōu)良的種質資源是通過大量種質資源篩選出來的，科學的品質評價方法對種質資源的篩選具有重要意義。根據(jù)等級評分法和因子分析法的排名分別賦予權重0.5，求出綜合排名。2 種評價方法相結合，更具優(yōu)勢，可以完善板栗品質的綜合評價體系。本研究中，綜合品質評價前20 名可作為優(yōu)良種質資源備選種質，但仍需后續(xù)觀測和示范，研究其抗逆性和產(chǎn)量的穩(wěn)定性。

4 結論

在燕山北部山區(qū)收集的63 個板栗種質之間單果鮮質量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量存在顯著差異，這些品質指標可作為優(yōu)良種質資源的品質評價指標。品質綜合評價前20 名依次為 QX42、QX34、QX8、QX43、QX7、QX6、QX41、QX35、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX40、QX11、QX5、QX49、QX58，其中，QX42 可以作為早熟種質，并且為最優(yōu)種質，QX34（第2）、QX35（第8）可作為晚熟種質。通過等級評分和因子分析相結合的方法對所收集的板栗種質資源進行品質評價，為板栗優(yōu)良種質資源篩選提供了參考。