为提高产量和品质，对贝尔（bael）果品种进行了形态-果实学及生化特性研究

《Discover Agriculture》：Morpho-pomological and biochemical characterization of bael cultivars for yield and quality improvement

　　摘要：
贝莱果（Aegle marmelos Correa）是一种未被充分利用的果树，具有很高的营养价值和药用价值，对多种农业气候条件具有广泛的适应性，但在系统改良和商业利用方面仍被忽视。本研究于2019年至2023年在哈里亚纳邦巴瓦尔（Bawal）的CCSHAU, RRS进行，评估了8个品种（NB-5、NB-9、NB-16、NB-17、Pant Aparna、Pant Sujata、CISH-B1和CISH-B2）的形态学、果实特性、产量和生化特性。汇总数据（2019年至2023年）显示，在生长、果实形态和质量参数方面存在显著的基因型差异。NB-17表现出最高的植株高度（7.2米）、树干周长（88.3厘米）和较高的糖度（38.17°Brix），而Pant Sujata的果实最重（2104克），但产量最低（每株41公斤）。NB-9的产量最高（每株62公斤），糖度与酸度比值也最高（122.34），表明其具有极好的消费者接受度。NB-5的果肉回收率（74.21%）和总糖含量（30.65%）较高，而Pant Aparna的维生素C含量最高（12.83毫克/100克）。主成分分析（PCA）显示，PC1（40%）与果实大小和果肉特性相关，PC2（19.7%）与生化特性相关，解释了总方差的59.7%。Pant Sujata和NB-17属于适合加工的大果型品种，而NB-9和NB-5则是高产且果肉丰富的品种。这些发现强调了贝莱果在遗传上的多样性，为选择和培育优良基因型提供了机会。这种有针对性的改良对于提高这种在半干旱条件下濒危果实的商业利用和保护至关重要。

1. 引言
贝莱果（Aegle marmelos Correa）属于芸香科，是印度最重要的本土果树之一，但其利用程度仍然较低。其栽培和使用历史可以追溯到史前时期，这一点在吠陀文献、《罗摩衍那》以及考古发现中都有体现，这些记录显示它曾出现在寺庙和农田边界[8]。这种树被视为神圣的，并传统上献给湿婆神，具有重要的文化和宗教意义。贝莱果具有极强的适应性，能够在全国各地的各种农业气候条件下生长，包括干旱地区、贫瘠土壤甚至盐碱地。该物种耐受广泛的温度范围，能在浅层和多石的土壤中生长，并且在水分有限的情况下也能表现良好。由于其富含必需的维生素和矿物质，它作为一种功能性食品作物具有很大的发展潜力[26]。特别是在COVID-19疫情期间，由于人们认识到其药用和抗氧化特性，对贝莱果产品的兴趣激增，从而提高了其商业价值。此外，其对某些害虫和疾病的耐受性进一步增强了其栽培的适宜性[23]。尽管贝莱果具有历史重要性，但根据地方健康传统复兴基金会（FRLHT）的分类，它已被列为稀有、濒危和受威胁的物种。尽管作为一种民族植物学上有价值的植物得到广泛认可，但其经济潜力尚未得到充分实现。这种未充分利用主要是由于对其遗传资源的了解不足、品种特征描述不完善以及缺乏标准化的栽培方法[2]。将贝莱果推广为商业作物不仅有助于保护其逐渐减少的种群，还能改善农村生计。为此，需要制定一项综合策略，重点关注种质资源鉴定、遗传保护、作物管理、储存和运输[16, 17]。扩大其商业规模可能是保护这一“近危”物种的关键[10]。识别合适的基因型对于提高果实产量、质量和消费者接受度至关重要。已有研究表明贝莱果在关键经济特性上存在显著变异，表明具有巨大的品种改良潜力[22]。虽然通过选育开发的品种数量有限，但有几个品种显示出商业栽培的前景，例如来自纳伦德拉德瓦农业技术大学（Narendra Dev University of Agriculture and Technology）的NB-5、NB-7、NB-16、NB-17和NB-9[13]，来自潘特纳加尔农业技术大学（GB Pant University of Agriculture and Technology）的Pant Aparna、Pant Sujata、Pant Shivani和Pant Urvashi[28]，以及来自勒克瑙亚热带园艺研究所（Central Institute for Sub-tropical Horticulture）的CISH-B1和CISH-B2[14]。印度各地的贝莱果基因库在质量和数量特性上显示出显著的多样性[11]。然而，许多具有独特果实品质的本地基因型因快速的城市化和工业化而受到威胁，迫切需要采取保护措施[19]。识别具有理想园艺特性的基因型对于提高产量、生产力和质量以及支持保护和商业应用至关重要[2, 24]。以往的研究主要集中在一般的形态描述和有限的生化特性上，没有结合主成分分析（PCA）。鉴于这些情况，本研究提供了在半干旱条件下贝莱果基因型的全面和比较性特征描述。该研究整合了详细的生长、产量和质量属性，以识别表现优异和适应性强的基因型。这种方法为基因型特异性变异提供了新的见解，可用于品种改良和地区特定的栽培。因此，本研究的目的是评估和描述不同贝莱果基因型的生长、产量和果实品质特性，以确定适合在干旱环境下栽培和未来育种的优良基因型。

2. 材料与方法
本研究在哈里亚纳邦西南部的RRS, Bawal进行，纬度为28.1°N，经度为76.5°E，海拔266米。该地区的典型半干旱气候特点是夏季酷热干燥，冬季非常寒冷。实验采用随机区组设计，重复三次。2019年至2023年间选择了8个贝莱果基因型进行评估：NB-5、NB-9、NB-16、NB-17、Pant Aparna、Pant Sujata、CISHB-1和CISHB-2。种植材料/样本从各州农业大学或研究所获取，具体由全印度干旱区果树协调研究项目的年度小组会议决定。在年度小组会议的技术计划最终确定时获得了获取植物样本的许可（见表1）。

表1：种植材料的详细信息及其来源。

根据[21]中的贝莱果描述，观察了生长参数，如生长习性、植株高度、植株冠幅（东西向和南北向）（米）和树干周长。果实形态和理化特性是从植株四个方向的标记枝条上收获的完全成熟果实中记录的。每年在同一组标记树上进行观察，以确保一致性和在同一管理和环境条件下的时间性能。在结果季节，标记出完全成熟的贝莱果树，并从标记树上随机摘取果实以记录果实品质特性数据。这些果实被彻底用水清洗，以去除附在果实上的污垢和灰尘。根据DUS指南记录了多个形态参数，如成熟果实重量（克）、成熟果实长度（厘米）、成熟果实宽度（厘米）、每果种子数量、果壳厚度（毫米）、果肉百分比、果壳百分比、每株果实数量。使用数字折射仪直接量化生化参数，如果实果肉的糖度（°Brix：0.0至53.0）。果肉的滴定酸度（TA）通过用0.1 N NaOH滴定测定，维生素C含量通过2,6-二氯酚靛酚染料法估算[1]。糖含量采用Hulme和Narain的方法测定[5]。糖酸比通过将总糖的平均值除以滴定酸度的平均值计算得出。从选定的果实中取出果肉，然后分别称量果肉和果壳的重量及其比例。果肉与分离果壳的厚度以毫米（mm）表示。表格中呈现的数据是多年参数的平均值。分析和解释实验结果采用了Panse和Sukhamte[12]描述的方法。为了获得稳定可靠的基因型表现估计值，汇总了多年数据，以减少年度气候波动的影响。在汇总数据之前，对数据进行了方差分析，以测试年份效应及其交互作用，结果发现这些效应不显著，因此汇总数据以提高处理均值的精度。为了评估各种处理的比较性能，使用了Fisher描述的分析方差技术[4]。所有显著性检验均在5%的水平上进行。数据分析使用了基于窗口的计算机软件包OPSTAT[20]，该软件可以计算均值的标准误差SE(m±)、均值差异的标准误差SE(d)和处理间差异的临界值CD。表格和图表中呈现的均值代表最小二乘均值（LSMEANS）。基因型被视为固定效应，而年份和重复次数被视为随机效应。残差误差项用于检验显著性。主成分分析（PCA）使用Origin Pro学习版2022软件进行。PCA是一种用于识别贝莱果样本集合中果实特性物理化学变异模式、研究果实品质测量之间的相关性以及解释品种间关系的工具。在PCA之前，所有变量都使用z分数转换（均值=0，标准差=1）进行了标准化，以消除由于测量单位不同而产生的尺度效应。

3. 结果与讨论
如表2所示，不同贝莱果基因型在植株生长参数上存在显著差异。其中，NB-17表现出最高的植株高度（7.2米）、树干周长（88.3厘米）和植株冠幅，显著优于其他基因型。CISH-2的植株高度最低（5.3米），CISH-1的树干周长最低（60厘米）。这可能是因为较大的树干周长通常与较高的形成层活性和更高的转运效率相关，从而支持了更好的营养生长和生殖表现。在半干旱条件下，ber和aonla种质中也观察到了类似的基因型差异[23, 27]。

表2：2023年不同贝莱果品种的生长情况

贝莱果品种在果实和产量属性上也存在显著变异（表3）。Pant Sujata的果实重量最高（2104克），其次是NB-17（1979克）和CISH-2（1785克），而NB-16的果实重量最低（709克）。虽然2019年至2023年的年度果实重量数据见图2。果实长度和宽度在Pant Sujata中也最高（26.3厘米×27.5厘米），而在NB-5中最低（11.2厘米×10.5厘米）。每果种子数量从NB-16的69粒到Pant Aparna的108粒不等。果壳厚度在NB-5中最高（3.94毫米），在Pant Aparna中最低（2.13毫米）。果肉百分比在CISH-1中为69.45%，在NB-5中为74.21%。每株植物的产量最高的是NB-9（62公斤/株），其次是NB-17（61公斤/株）和NB-5（56公斤/株），而最低的产量出现在Pant Sujata（41公斤/株）品种中。多年来的详细产量数据如图3所示。结果突显了不同波罗蜜品种在果实大小、种子数量、果肉含量和产量效率方面的显著遗传多样性。Jana等人[6]和Singh等人[23]之前也报告了波罗蜜果实大小和重量的广泛变异，这表明选择大果型的基因型可以显著提高其加工潜力。然而，较大的果实通常伴随着每株植物上的果实数量减少，从而影响了总体产量。

表3 不同波罗蜜品种多年来的果实物理参数表现（2019–2023年汇总数据）

Pant Aparna记录的种子数量最多（每个果实108颗），而NB-16和CISH-1的种子数量相对较少。果壳厚度最大的是NB-5（3.94毫米），而Pant Aparna和NB-9的果壳较薄。果肉比例是加工过程中的一个重要品质特征，在NB-5（74.21%）和NB-9（72.25%）中最高。这一发现与之前的研究结果一致，即不同基因型的波罗蜜果肉回收率存在很大差异[7]。这些结果进一步证实了波罗蜜种质资源的遗传多样性，不同品种在产量潜力和加工适应性方面存在显著差异[8, 1527]。这种变异性为选择适合鲜食市场和加工行业的优良基因型提供了机会。

波罗蜜果实的生化成分在不同品种间也存在显著差异（表4）。总糖度（TSS）从Pant Sujata的29.37°Brix到NB-17的38.17°Brix不等，酸度则在0.29%（NB-9）到0.41%（Pant Sujata）之间波动。抗坏血酸含量在Pant Aparna（12.83毫克/100克）最高，而在NB-17中最低（8.98毫克/100克）。TSS与酸度的比值在NB-9中最高（122.34），而在Pant Sujata中最低（71.63）。总糖分在NB-5（30.65%）和Pant Aparna（30.21%）中最高，而Pant Sujata最低（21.06%）。非还原糖在Pant Sujata（11.68%）到NB-5（17.31%）之间变化，还原糖则在Pant Sujata（9.35%）到NB-5（13.24%）之间变化。单宁含量差异较大，NB-17中最高（7.21%），而CISH-1中最低（1.25%）。波罗蜜品种间生化参数的这些差异可归因于遗传变异，这影响了果实的品质及其是否适合鲜食或加工。先前的研究也报道了波罗蜜基因型的类似变异性[2, 9]。Singh等人[24]和Singh等人[25]也发现了抗坏血酸含量的变化。单宁因其收敛性可能对消费者接受度产生负面影响，但适度的单宁水平由于其抗氧化和抗菌特性而在医药应用中具有益处[7, 18]。

为了基于多种理化特性比较不同品种，并识别在某些方面表现优异的品种以作为波罗蜜育种的亲本，绘制了PC1和PC2之间的双变量图（图1）。双变量图的轴线显示了品种间的几何距离，反映了它们在测量变量上的多样性。前两个主成分解释了总方差的59.7%，其中PC1贡献了40%，PC2贡献了19.7%。PC1与果实重量、果实长度、果实宽度、果壳百分比和果肉百分比有很强的相关性，表明这些特征是决定果实大小和消费者接受度的主要因素。像Pant Sujata和NB-17这样的基因型在PC1上的负荷值较高，反映了它们在果实大小和重量上的优势。相反，NB-16在PC1上的负荷值较低，表明其果实重量和果肉含量较低。PC2主要受抗坏血酸、果壳厚度、酸度和每株植物果实数量的影响。CISH-1和NB-5等基因型与这些生化特征呈正相关，表明它们在营养价值和加工适应性方面具有潜力。另一方面，Pant Aparna位于中间位置，表明其在大多数特征上的表现较为中等。

图1 使用AI生成的替代文本。全尺寸图像

通过主成分分析对8个波罗蜜品种的果实特性进行了分离，展示了品种与产量和果实质量特性之间的关系。双变量图基于前两个主成分显示了基因型的分布，向量代表了各个特征的相对贡献和方向。分析和可视化是使用Origin Pro学习版2022软件完成的。

与品质相关的特征，如总糖度（TSS）、还原糖和TSS与酸度的比值，位于PC2轴的负侧，表明NB-9和CISH-2与甜度和消费者偏好的果实质量有更强的关联。产量（公斤/株）与PC2轴的负侧对齐，表明较高的产量潜力并不一定与果实大小相关，而是与每株植物的果实数量和糖-酸组成的平衡有关。这些发现展示了PCA在波罗蜜品种育种中的实用性，可以根据市场和工业需求针对大果实大小或高营养含量等目标特征进行选择。Dhakar等人[3]和Debbrama与Hazarika[2]也通过主成分分析展示了波罗蜜种质资源的分类。

图2 使用AI生成的替代文本。全尺寸图像

图3 使用MS Excel软件生成的五年连续两年（2019–2023年）在不同波罗蜜基因型（n=8）的年产量（公斤/株）变化情况。

图4 使用MS Excel软件生成的五年（2019–2023年）不同波罗蜜基因型（n=8）的果实重量（克）变化情况。条形图显示了各基因型年平均果实重量的年度变化，表明了基因型对果实重量的影响。

图2展示了不同波罗蜜品种多年来的果实产量比较表现，突出了在均匀管理条件下各年份的差异和基因型特异性差异。在所有基因型中，NB-9的年均产量最高（62公斤/株），其次是NB-17（61公斤/株）和NB-5（56公斤/株）。这些基因型在多年间的表现一直较好，尤其是在2020–2022年期间产量达到峰值。NB-16的年均产量最低（35公斤/株），且多年来表现持续较差。年度趋势显示，2020–2022年是大多数基因型的高产年份，而2023年所有基因型的产量均有明显下降。波罗蜜品种间产量的差异主要归因于遗传变异，这影响了开花强度、果实形成、果实保留和植株整体活力等特性。NB-9和NB-17的优异表现表明它们具有较高的产量潜力，可能是由于高效的光合作用、更好的同化物分配和源-库关系。

图3展示了2019至2023年间不同品种的果实重量变化，但汇总数据在表3中呈现。在所有基因型中，Pant Sujata的果实重量始终最高，多数年份超过200克，表明其在果实大小方面的优势。其次是NB-17。年度变化也很明显，大多数基因型的果实重量从2019年到2022年逐渐增加，表明生长条件和植株成熟度的改善。然而，在2023年，NB-5、NB-17和CISH-1的果实重量略有下降或波动。2019年至2022年果实重量的增加可能与树龄和植株建立有关。波罗蜜品种间果实重量的差异主要由遗传组成决定，这决定了细胞分裂、细胞扩展以及最终的果实大小。Pant Sujata的优异表现表明其在产生较大果实方面具有强大的遗传潜力，可能是由于更好的同化物分配和增强的库强度。

4 结论

总体而言，NB-9和NB-5在产量和果肉特性方面表现最佳，NB-17和Pant Sujata在加工质量方面表现优异，而Pant Aparna在营养丰富度方面表现突出。这些发现为品种选择、遗传改良和保护策略提供了坚实的基础，旨在改善半干旱条件下的波罗蜜栽培和商业化应用。