核桃雜交子代群體堅(jiān)果主要礦質(zhì)元素含量分析

蒲光蘭，韋 莉，蔡利娟，周蘭英*，金銀春，賈瑞芬，孫 權(quán)

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，成都 611130；2.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，成都 610081；3.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，成都 610081；4.自貢市貢井區(qū)農(nóng)牧林業(yè)局，四川自貢 643020；5.內(nèi)江市林業(yè)局，四川內(nèi)江 641100）

核桃（Juglans regia）又稱胡桃、羌桃，系胡桃科（Juglandaceae）核桃屬（Juglans）落葉喬木，原產(chǎn)于歐洲東南部、亞洲西部和中國[1-2]，是重要的堅(jiān)果樹種，也是我國主要的經(jīng)濟(jì)栽培樹種，具有較強(qiáng)的生態(tài)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，對于山區(qū)資源的開發(fā)利用具有重要意義。四川是典型的山區(qū)大省，也是我國核桃主產(chǎn)區(qū)和核桃原產(chǎn)地之一，栽培歷史悠久，自然資源分布極為廣泛，除川西北高原外，幾乎遍及全省各地。核桃經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高，其果實(shí)、樹干、根、枝、葉等均具有一定的利用價(jià)值，尤以核桃堅(jiān)果價(jià)值最高，因其味道鮮美，含有較高的蛋白質(zhì)、優(yōu)質(zhì)脂肪、碳水化合物、礦質(zhì)元素和維生素等，被譽(yù)為“萬壽子”、“長壽果”和“大力士食品”、“營養(yǎng)濃縮的堅(jiān)果”，其營養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)療保健功能逐漸被越來越多的國家和地區(qū)重視，栽培面積和規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格逐年攀升，最高單株產(chǎn)量達(dá)300 kg，價(jià)值近萬元。發(fā)展核桃產(chǎn)業(yè)成為四川盆周山區(qū)和老少邊窮地區(qū)農(nóng)民增收的重要途徑。

礦質(zhì)元素對維持人體正常的生理功能起著積極作用，任何一種元素的缺乏或者過量都會(huì)影響其他元素的吸收和作用的發(fā)揮[3]。同時(shí)，礦質(zhì)元素具有外源性，人體不能合成，必須從食物與環(huán)境中獲取。因此，發(fā)掘礦質(zhì)元素含量高的植物對保障人類身體健康具有重要意義。關(guān)于植物礦質(zhì)元素的研究已有大量報(bào)道，主要集中于核桃[4-6]、山核桃[7]、天麻[8]、茶[9]、油茶[10]、椰子[11]、澳洲堅(jiān)果[12]等植物，研究表明品種間礦質(zhì)元素的差異不顯著[7-8]，不同產(chǎn)地間差異顯著[8-9]。而對油茶、椰子、澳洲堅(jiān)果的研究發(fā)現(xiàn)：不同品種或種質(zhì)間礦質(zhì)元素含量存在明顯差異[10-12]。然而，迄今為止，關(guān)于不同核桃品種或種質(zhì)間堅(jiān)果礦質(zhì)元素的比較研究尚未見報(bào)道。因此，研究不同核桃品種或種質(zhì)間堅(jiān)果礦質(zhì)元素，對核桃的綜合開發(fā)與利用具有重要意義。本文以雅安市石棉縣和漢源縣核桃良種資源收集圃的雜交早實(shí)核桃、引種核桃和鄉(xiāng)土核桃為研究對象，對核桃堅(jiān)果中人體必需的P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、Fe 等 8 種礦質(zhì)元素進(jìn)行分析測定，擬通過相關(guān)分析和主成分分析，探討堅(jiān)果礦質(zhì)元素間的相關(guān)性，篩選出影響堅(jiān)果品質(zhì)的主要礦質(zhì)指標(biāo)和綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的單株，以期為發(fā)掘特異核桃種質(zhì)資源、雜交育種材料及品種選育提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料來源于石棉和漢源核桃良種資源收集圃，選擇11個(gè)引進(jìn)的優(yōu)良核桃品種，9個(gè)優(yōu)良鄉(xiāng)土種質(zhì)資源和21個(gè)雜交子代群體作為對象，比較研究雜交子代群體的適應(yīng)性。

于2013年8月底開始，待青皮即將開裂時(shí)進(jìn)行分株采集。在每個(gè)單株的東南西北4個(gè)方向采取30～50個(gè)成熟且大小基本一致的果實(shí)，帶回實(shí)驗(yàn)室，將鮮果堆放于陰涼通風(fēng)處5～10 d，待青皮開裂即將自行脫落時(shí)，將青皮剝開并用清水洗凈，放于通風(fēng)處干燥晾曬，勤翻動(dòng)以便干燥均勻，待測。

1.2 測定方法

粗脂肪：索氏抽提法[13]；粗蛋白：凱氏定氮法[14]；全磷：釩鉬黃比色法測定[15]；K、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn：采用ICP光譜儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行整理，DPS 7.0進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析。在主成分分析過程中，為了將全部信息利用起來，在計(jì)算各主成分得分的基礎(chǔ)上，根據(jù)綜合主成分函數(shù)模型F=∑biZi=b1Z1+b2Z2+…+bmZm（Z為主成分得分，b為主成分貢獻(xiàn)率，m為主成分的序號），計(jì)算綜合得分[16]。供試材料來源及編號如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 堅(jiān)果礦質(zhì)元素與營養(yǎng)成分的變異特征

由表2、表3可知，供試材料的10項(xiàng)性狀差異明顯，變異范圍較大，變異系數(shù)為7.83%～80.37%。其中，就不同核桃類群而言，變幅最大的為雜交子代（9.21%～80.37%），其次為鄉(xiāng)土核桃（8.05%～69.73%），變異最小的為引種核桃（7.83%～58.80%）。各性狀指標(biāo)的平均值中，Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 以鄉(xiāng)土核桃最高，分別為157.49、2.82、5.95、8.32、34.85 mg/100 g；P、粗脂肪含量以引種核桃最高，P含量為231.00 mg/100 g，粗脂肪含量為 63.24%；而 Ca、K、粗蛋白含量以雜交子代最高，Ca、K分別為248.56、371.36 mg/100 g，粗蛋白含量達(dá)23.91%。從各項(xiàng)指標(biāo)的最大值來看，除P、Fe和粗脂肪外，其余均以雜交子代群體最高；而P以引種核桃最高，F(xiàn)e和粗脂肪以鄉(xiāng)土核桃最高。就不同性狀指標(biāo)而言，Ca、Fe和Mn的變異系數(shù)較大，分別為30.31%、43.28%和66.09%。由此可見，礦質(zhì)金屬元素含量以鄉(xiāng)土核桃較高，而營養(yǎng)成分以雜交核桃和引種核桃較高。在衡量核桃堅(jiān)果的礦質(zhì)營養(yǎng)時(shí)，可將Ca、Fe和Mn作為主要參考指標(biāo)。

表1 供試材料來源及編號Table1 Sources and numbers of materials

表2 堅(jiān)果礦質(zhì)元素與營養(yǎng)成分含量特征Table2 Content of mineral elements and nutrients

（續(xù)表2）

表3 堅(jiān)果礦質(zhì)元素與營養(yǎng)成分的變異特征Table3 Variation of mineral elements and nutrients

2.2 堅(jiān)果礦質(zhì)元素與營養(yǎng)成分的相關(guān)性

相關(guān)分析是處理變量間關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法，在處理變量之間的線性相關(guān)程度時(shí)，通常利用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了探討礦質(zhì)元素間及礦質(zhì)元素與果實(shí)品質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系，以供試堅(jiān)果的P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 含量為一總體，以果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)粗脂肪和粗蛋白為另一總體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

由表4可知，粗蛋白與P、Zn、Ca之間達(dá)顯著或極顯著水平（偏相關(guān)系數(shù)分別為0.326 5、0.392 7和0.416 6）；而 Mg與Mn、Zn、K之間相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平（偏相關(guān)系數(shù)分別為0.386 5、0.386 7和0.631 6）；Cu與 Mn、Fe分別達(dá)顯著和極顯著水平（偏相關(guān)系數(shù)分別為0.387 6和0.408 2），K與粗脂肪、Mn之間相關(guān)性達(dá)顯著水平（偏相關(guān)系數(shù)分別為-0.345 7，-0.386 3）。由此可見，核桃各礦質(zhì)元素含量及其與營養(yǎng)成分間存在一定的相關(guān)性。

2.3 雜交子代群體主成分分析

由表5可知，前3個(gè)主成分的特征值均大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)65.09%，表明這3個(gè)主成分反映了核桃8項(xiàng)礦質(zhì)指標(biāo)65.09%的信息。因此，可以計(jì)算前3個(gè)主成分的單項(xiàng)得分和綜合得分，用來評價(jià)雜交子代群體及引種核桃、鄉(xiāng)土核桃的綜合表現(xiàn)。從表6可知，第1主成分的排序結(jié)果依次為：ZJ2、XT6、ZJ19、XT9；第2主成分的排序結(jié)果依次為：ZJ2、ZJ16、ZJ1、YJ7；第 3 主成分排序結(jié)果依次為：ZJ2、ZJ15、YJ11、ZJ7。前 3 個(gè)主成分得分最高的均為ZJ2，得分分別為3.908 7、4.842 1和2.788 9。由此基本可以判斷，ZJ2的綜合表現(xiàn)最好。

表4 各礦質(zhì)元素及其與營養(yǎng)成分間的相關(guān)性分析Table4 Correlation analysis between mineral elements and nutritive compositions

表5 主成分分析的特征值和方差貢獻(xiàn)率Table5 Eigenvalues and cumulative variance proportion from PCA

從表6還可以看出，主成分綜合得分結(jié)果與用前3個(gè)主成分計(jì)算得出的結(jié)果一致，也與各性狀指標(biāo)單獨(dú)評價(jià)結(jié)果一致，表明用主成分分析方法評價(jià)各優(yōu)良單株的綜合表現(xiàn)結(jié)果是比較可靠的。就礦質(zhì)元素而言，堅(jiān)果的綜合表現(xiàn)依次為：鄉(xiāng)土核桃≈雜交子代＞引進(jìn)核桃。

3 討論

3.1 核桃雜交子代群體堅(jiān)果礦質(zhì)元素

礦物質(zhì)是構(gòu)成人體組織的重要成分，然而，由于新陳代謝作用，每天都有一定量的礦物質(zhì)經(jīng)大小便、汗液、頭發(fā)、指甲、皮膚等途徑排出體外，所以必須由膳食加以補(bǔ)充[3]。本文通過對核桃堅(jiān)果礦質(zhì)元素和營養(yǎng)成分的測定結(jié)果表明：其礦質(zhì)元素含量總體處于較高水平。蛋白質(zhì)、鐵含量超過牛奶、玉米、稻米、豬肉（瘦）等，磷超過了常規(guī)谷物，豬、牛瘦肉及牛奶等。而鈣含量也超過了常規(guī)谷物，豬、牛瘦肉，處于較高水平[17-18]。由此可見，核桃富含礦物質(zhì)和營

養(yǎng)成分，作為人體礦質(zhì)元素和蛋白質(zhì)的有益補(bǔ)充，核桃優(yōu)勢凸顯。研究結(jié)果還可以看出：供試核桃中，堅(jiān)果Ca、K和粗蛋白含量以雜交核桃平均含量最高，也高于北方優(yōu)良品種魯光、香玲、遼寧1號和中林 1 號堅(jiān)果的 K、Ca 含量[4]；堅(jiān)果 Fe、Mg、Cu、Zn、Mn和粗脂肪以鄉(xiāng)土核桃平均含量最高；而P含量以引種核桃平均含量最高。因此，通過鮮食補(bǔ)充鈣和蛋白質(zhì)以雜交核桃為首選；而榨油宜選擇鄉(xiāng)土核桃。

表6 供試核桃優(yōu)良單株的主成分得分及綜合得分Table6 Scores of principal component and comprehensive scores from the superior individuals

此外，Mn、Fe、Ca等主要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的變異系數(shù)相對較高，分別達(dá)66.09%、43.28%和30.31%，是核桃礦質(zhì)營養(yǎng)最主要的變異來源，具有較大的可選擇空間。因此，在針對核桃礦質(zhì)營養(yǎng)的品種選育時(shí)，可將Mn、Fe、Ca作為重要的參考指標(biāo)。

3.2 雜交子代群體遺傳多樣性

核桃種質(zhì)資源多樣性研究是保護(hù)和開發(fā)利用的基礎(chǔ)，性狀遺傳多樣性的一個(gè)量化指標(biāo)是其變異頻率，而變異系數(shù)的大小反映了種質(zhì)的固有特征及性狀變異程度的大小，是決定資源選擇的前提[19]。為此，國內(nèi)外學(xué)者對其開展了大量研究，主要集中在運(yùn)用分子標(biāo)記技術(shù)探討核桃種質(zhì)資源遺傳多樣性[20-25]。關(guān)于核桃表型性狀多樣性的研究也有少量報(bào)道，主要集中在對花[26-27]、堅(jiān)果表型[28-30]、樹體[27]等表型多樣性的研究。研究認(rèn)為：核桃由于雌雄同株異花，花期不遇，異花授粉的特性，使核桃遺傳多樣性極其豐富。本項(xiàng)研究表明：供試材料的10項(xiàng)性狀差異明顯，變異范圍較大，變異系數(shù)為7.83%～80.37%，遺傳多樣性豐富，這與前人研究結(jié)論一致[26-31]?？傮w而言，變幅為雜交子代＞鄉(xiāng)土核桃＞引種核桃。這可能是由于鄉(xiāng)土核桃主要為石棉和漢源縣的優(yōu)良單株，以鐵核桃（Juglans sigillata）為主，供試的引種核桃以核桃（Juglans regia）為主，由于泥巴山對氣候的二次分配，氣候復(fù)雜，從而造就該區(qū)核桃遺傳多樣性豐富，其表型兼具南方核桃和北方核桃的特征，因此，鄉(xiāng)土核桃遺傳多樣性較引種核桃豐富；雜交子代的父本主要為廣元地區(qū)的優(yōu)良品種或單株，母本來源于云南核桃（Juglans sigillata）和新疆早實(shí)核桃（Juglans regia）的雜交種，雜交親本生態(tài)類型不同，地理來源和親緣關(guān)系差異較大，遺傳基礎(chǔ)較寬。因此，雜交子代群體堅(jiān)果遺傳多樣性較鄉(xiāng)土核桃和引種核桃豐富。

3.3 雜交子代群體綜合性狀

主成分分析結(jié)果表明：雜交子代和鄉(xiāng)土優(yōu)良單株綜合性狀優(yōu)良，優(yōu)于引種核桃。這可能是由于鄉(xiāng)土核桃和雜交子代對四川生態(tài)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，而引進(jìn)品種多來自日照偏高的地區(qū)，難以適應(yīng)四川低日照高濕熱的特殊生態(tài)環(huán)境。因此，總體表現(xiàn)不如鄉(xiāng)土核桃和雜交子代。其中，排名前四的有2個(gè)為雜交子代，即ZJ2和ZJ19，分別位居第一和第三；而另外2個(gè)為鄉(xiāng)土優(yōu)良核桃，即：XT6和XT9，分別排名第二和第四。綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)的為雜交子代ZJ2，由此可見：雜交子代群體綜合性狀優(yōu)良，雜種優(yōu)勢凸顯；ZJ2、XT6、ZJ19和XT9這4個(gè)優(yōu)良單株綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良，可結(jié)合豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及抗逆性展開進(jìn)一步觀測，有望為四川核桃雜交育種親本的選擇和良種選育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

①雜交子代群體堅(jiān)果礦質(zhì)元素含量處于較高水平，其中，K＞Ca＞P＞Mg＞Zn＞Mn＞Fe＞Cu。

②堅(jiān)果礦質(zhì)元素的變異程度總體較高，遺傳多樣性極其豐富，具有較大的選擇潛力。在針對核桃礦質(zhì)營養(yǎng)的品種選育時(shí)，可將Mn、Fe、Ca作為重要的參考指標(biāo)。

③核桃各礦質(zhì)元素含量及其與營養(yǎng)成分間存在一定的相關(guān)性。其中，粗蛋白與Zn、P、Ca之間，Mg與 Mn、Zn、K 之間，Cu與 Mn、Fe之間相關(guān)性均達(dá)顯著或極顯著水平；

④以主成分綜合得分對堅(jiān)果進(jìn)行評價(jià)，其綜合表現(xiàn)依次為：鄉(xiāng)土核桃≈雜交子代＞引進(jìn)核桃。其中，綜合表現(xiàn)排名前 4 的依次為：ZJ2＞XT6＞ZJ19＞XT9。4個(gè)優(yōu)良單株綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良，可作為優(yōu)良種質(zhì)資源進(jìn)一步應(yīng)用推廣。