硕士论文：探析木瓜属种质资源的主成分及聚类分析

   
    木瓜属（Chaenomeles spp.）植物品种资源丰富，变异类型多。部分木瓜属植物树形优美，花色丰富，果香浓郁，其叶、果中含有丰富的营养物质和药用物质，在食用、药用、观赏等方面都具有广阔的应用前景。由于木瓜杂交容易，因此现有木瓜品种繁多，这在丰富了木瓜品种的同时也造成了品种的混杂，再加上管理的粗放，使得各用途的原料单一，加工性能低下，果实采摘时间不科学，木瓜产业化开发受到严重的制约。本文以 16 个具有较高观赏价值和生产价值的木瓜属种质为研究对象，对其形态性状进行观测，根据形态性状进行初步的观赏评价和分类；对果实生长期间的横纵径变化和含水量、营养成分含量进行了测定，探究果实不同用途的最佳采摘期；对 9 月初果实含水量、营养成分含量和结实量进行测定，对木瓜果实品质、生产利用价值进行评价；综合形态性状和果实品质，对种质资源进行综合评价。这为木瓜的食用、药用价值、观赏价值提供了理论依据，并对筛选优质木瓜种质，实现优良木瓜品种的选育和推广具有重要意义。
   
    试验研究结果如下：
   
    （1）根据形态性状对 16 个木瓜属种质进行 Q 型聚类分析结果得出，16 个木瓜属种质所属的种系与调查前所了解的参考种系不完全相符，其中，GP01、GP02、GP03 属于光皮木瓜；ZP01、ZP02、ZP03 属于皱皮木瓜；MY01、MY02、MY03 属于毛叶木瓜；XZ01、XZ02 属于西藏木瓜。但 RB01、RB02、RB03、XZ03、ZP04 与参考种系不相符。
   
    （2）通过查阅观赏植物方面的文献，笔者根据形态特征对种质进行了观赏价值评价，分析认为，GP03、ZP04、RB01、RB02 的观赏价值在 16 个木瓜属种质中最高，适宜栽植于城市街道、公园绿地或者庭院等。
   
    （3）对果实的营养品质进行综合评价得出，MY03 在 8 月初的果实营养品质最高。
   
    （4）为获得较高的经济效益，光皮木瓜的最佳采摘期为 9 月下旬，毛叶木瓜、日本木瓜、皱皮木瓜的最佳采摘期为 8 月初至下旬。
   
    （5）综合考虑木瓜属种质的形态性状、果实品质和主成分分析结果得出， MY03、ZP01、 MY02 和 ZP03 在果实品质上更突出，树木观赏价值较低；ZP02、MY01、RB02和 RB03 兼具果实品质和树木观赏价值；GP01 和 GP03 在树木观赏价值方面更为突出，而在果实品质方面较差。
   
    关键词：木瓜；形态性状；果实成分；综合评价

   
    1.1 木瓜属概况
   
    木瓜（Chaenomeles spp.）属植物主要分布在东亚地区，在中国有 5 个野生种，分别是皱皮木瓜、光皮木瓜、毛叶木瓜、西藏木瓜和日本木瓜，除日本木瓜外，其余四种木瓜皆产于我国(郑万钧，1985；俞德浚，1979)。木瓜在我国约有三千年的种植历史，早在辞书之祖《尔雅》之中就有了关于木瓜的记载，《诗经?卫风》、《齐民要术》和《本草纲目》中也都有关于木瓜的描述和评价。在长久的种植过程中木瓜属植物在中国的分布和应用越来越广阔（Wang，2018），辽宁、山东、浙江、广西、云南、西藏等地都有大量种植，木瓜果实制成的饮品、果干、药品等在市场上也较受欢迎（Miao et al.，2017；）。
   
    皱皮木瓜（Chaenomeles speciosa (Sweet) Nakai）又名贴梗海棠，贴梗木瓜。落叶灌木，有枝刺，叶片有锯齿，小枝平滑。果实中型到大型，叶片为卵形到长椭圆形，幼叶下部无毛或短柔毛，花柱的基部无毛或有细毛（中国植物志，1988），花先于叶开放，花梗短粗，花色猩红色、淡红色或白色，花期 3-5 月。皱皮木瓜适宜生长在温带地区，适应能力强，除盐碱含量较高的土壤和比较涝的土壤外，都能良好生长，在华东、华中、西南等各地都有所分布。皱皮木瓜果肉厚且肉质细腻，富含多种人体所需营养物质，适宜加工食用。具有很高的观赏、食用、药用价值（魏旖琪，2014；王云亮等，2010）。
   
    光皮木瓜（Chaenomeles sinensis (Thouin) Koehne）也就是人们所说的木瓜，其果实干燥后果皮仍然光滑。山东是光皮木瓜的主要种植区，曹州木瓜于明朝中期时就已开始大量种植。灌木或小乔木，树皮片状脱落，小枝无刺，叶片椭圆卵形或长椭圆形，叶缘有锯齿，幼时下面密被黄白色绒毛。花梗短粗，花淡粉红色，花期 3-4 月。 果实长椭圆形，暗黄色，果肉木质。木瓜果实香气浓郁，含有多种含量较高的挥发性物质（贾波，2010），可以作为芳香物放于房间和衣橱内。同时，光皮木瓜的果实味道酸涩，性平，现代医学发现光皮木瓜果实具有舒筋活络、祛暑去寒、健胃开脾等功效，并将其列入了抗癌中药。木瓜树树形高大优美，春可赏花，秋可观果，具有极高的观赏价值，河南的部分城市已将菏泽木瓜树作为行道树（董丽菊，2012）。
   
    毛叶木瓜（Chaenomeles cathayensis (Hemsl.) C. K. Schneid.）又名木瓜海棠。主要分布在山东、浙江、安徽、湖北、四川等地。为落叶灌木或小乔木，枝有刺，叶缘细锯齿状，叶多呈倒卵状披针形或披针形。幼叶背面密被褐色绒毛。果实大部分是椭圆形、纺锤形或是卵圆形，果皮上有红晕，味酸且涩，果实有香气。花先于叶开放，花梗短粗或近于无梗，花色淡红色或白色，花期 3-5 月。毛叶木瓜果实性质平和，富含多种营养物质，可以治疗经络气血运行不畅、筋脉失养及治愈寒湿中阻之症，同时可用于提高抵抗力，治疗痉挛。毛叶木瓜的树形高大直立，有的毛叶木瓜枝条苍老遒劲，观赏价值较高。
   
    西藏木瓜（Chaenomeles thibetica Yu）又称藏木瓜，主要分布在西藏自治区和四川。
   
    枝有刺，托叶大，叶缘有不整齐锯齿，上面无毛，背面有褐色绒毛。果实圆形或者梨形，果皮为绿色或是黄色带红晕，味极酸且有香气。西藏木瓜具有舒筋活络、健胃、和胃化湿等功效，可用来治疗腹泻腹痛、四肢抽搐、腓肠肌痉挛等，藏医将其果实入药（藏药名赛亚）。除此之外，西藏木瓜还具有较高的观赏价值，食用价值，和良好的水土保持的功能，是高寒山区和西部大开发及退耕还林工程中的重要树种（邵则夏，2007）。
   
    日本木瓜（Chaenomeles japonica (Thunb.) Lindl.）也叫倭木瓜、野木瓜，原产于日本，在 20 世界 90 年代被引入我国。日本木瓜是一种落叶小灌木，枝有刺，小枝粗糙。
   
    叶片倒卵形至匙形，叶边缘有钝锯齿。花为橙红色至红色，花期 3-6 月。果实黄绿色，圆球形，形似海棠果，较小，但酸味强（Ros et al.，2003）。其果实常被用作健胃剂及收敛剂。日本木瓜适应性强，既耐高温也耐寒冷，树形规整，花色鲜艳与树叶相互映衬，常作为观赏植物种植于庭院、路边，也常作为盆栽种植于室内。目前主要的园艺品种就是皱皮木瓜和日本木瓜，及两者的杂交种（张毅等，2015）。
   
    1.2 木瓜属分类研究现状
   
    虽然我国早在春秋战国时期就有了关于木瓜的记载，但木瓜属的正式建立是在 1822年，由 Lindl.建立，当时仅有倭海棠（C.japonica）一个组合种，1890 年，Koehne 将 Thouin（1812）发表在榅桲属（Cydonia）内的木瓜组合到木瓜属，Schneid.和 Nakai 在 1906 年和 1929 年又将 Hemsl.（1901）和 Sweet（1803）发表在榅桲属内的木瓜海棠和贴梗海棠组合到木瓜属；到 1963 年我国植物分类学家俞德浚发表了西藏木瓜，截止到此时木瓜属共包括 5 个种。而国内对于木瓜属植物的分类研究开始于 20 世纪 90 年代。在悠久的栽培历史中，随着栽培区域的不断扩大，经过长期的演化，在自然及人工的双重选择下，通过自身变异和种内、种间杂交，每种木瓜内又不断产生新的品种，极大丰富了木瓜的种质资源库。
   
    我国作为木瓜属植物的分布中心和起源中心，品种资源和变异类型非常丰富，其变异的类型多、幅度大，种间的杂交又较为容易，给种质资源的鉴定造成了一定难度。品种这一层的形态特征相似度高，分类难度大（王明明，2009）。但是品种分类是遗传多样性的研究基础，对构建核心种质及选配育种亲本具有重要意义，对于植物品种推广、交流及科研也有非常重要的意义。郭帅（2003）对全国范围内 12 种木瓜进行了收集、调查和分析，其研究结果显示，观赏木瓜的一级分类标准是果实性状，二级分类标准是花器特征，三级分类标准为叶片特征。郑林（2008）通过形态调查、数量分类对木瓜属的 22 个品种进行了聚类分析，其结果表明，在准确系统的形态学研究基础上，采用数学的方法进行品种分类是科学可行的，既能体现品种的分类地位又能体现亲缘关系。并且发现对品种分类影响较大的性状有花径、花瓣形状、果实形状、重瓣性和花瓣数目等。
   
    于晓亮（2011）对 22 个木瓜栽培品种的 90 个木瓜属资源种质进行了聚类分析，发现其调查的西藏木瓜与毛叶木瓜的表型亲缘关系最近，同一个木瓜种系根据表型的不同也可划分为多个品种群。同时，其研究表明，在通过果实特征对不同品种进行分类时，要以种源作为分类的一级标准，而种子的形态和果型指数也是分类的重要指标。随着科学技术的发展，分子标记等新兴科学手段也逐渐运用于植物种植资源的分类当中，比起传统的分类方法，其受环境影响较小，得到的结果更为科学可靠。臧德奎（2009）、张秀秀（2012）、Bartish（2000）、Garkava（2000）等就运用了分子标记分析对木瓜种质资源进行了分类研究。
   
    1.3 数量学分类
   
    传统的形态分类方法主要依据花、叶等形态特征直接分类，适用于品种间差异明显时，这种分类方法带有较多的主观意识，缺少定量的概念。随着计算机技术的进步，以数学为基础的数量学分类方法越来越多的被应用于植物资源分类当中。常用的数量学分类方法有主成分分析法和聚类分析法。主成分分析法通过计算变量之间的相关性将多个实测变量简化为较少的变量，以较少的指标代替所有指标，在简化了数据的同时也更能反映出事物的本质。聚类分析是根据事物本身特性研究个体分类的方法。聚类分析的原则是同一类中的个体有较大的相似性，不同类的个体差异很大。根据分类对象不同分为变量聚类和样品聚类。变量聚类在统计学中又称为 R 型聚类，它根据所研究的问题选择部分变量对事物进行研究，使结果更加客观明确。样品聚类在统计学中又称为 Q 型聚类，它根据被观测对象的各种特征变量值进行分类（世界优秀统计软件 SPSS10.0 forWindows 实用基础教程，2001）。
   
    因为数量学分类的客观性和科学性，已被广泛应用到了海棠、木槿、月季、玉米等植物的分类当中（刘一娜，2018；肖芬，2019；贾元义，2005；曾洁等，2009），并取得了较好的结果。木瓜属共有 5 个种，种内杂交容易，很多品种之间的形态性状相似，传统的形态分类容易造成分类结果的不准确，因此在进行分类时，众多学者都采用了数量学分类的方法进行研究，并利用分子标记法、孢粉学等方法对其进行了验证，证明了数量学分类的科学性（王明明，2009；于晓亮，2011；郭帅，2003；郑林，2008；臧德奎等，2009）。

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