山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中礦質(zhì)元素及脂肪酸組分變化

何國(guó)慶，俞春蓮，饒 盈，章富陽(yáng)，沈曉飛，黃堅(jiān)欽，劉 力，夏國(guó)華

（1.浙江省長(zhǎng)興縣林場(chǎng)，浙江 長(zhǎng)興 313100；2.浙江省常山油茶研究所，浙江 常山 324200；3.杭州市臨安區(qū)天目山林場(chǎng)，浙江 杭州311311；4.浙江省淳安縣林業(yè)局，浙江 淳安311700；5.浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州311300；6.浙江農(nóng)林大學(xué) 理學(xué)院，浙江 杭州 311300）

山核桃Carya cathayensis是中國(guó)特有的高檔干果和木本油料樹(shù)種［1］，種仁營(yíng)養(yǎng)豐富，富含氨基酸、脂肪酸、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和生物活性物質(zhì)［2-3］。堅(jiān)果炒制過(guò)程中產(chǎn)生雜環(huán)類化合物、萜烯類化合物和醛化合物等芳香揮發(fā)性物質(zhì)，它們共同作用構(gòu)成了獨(dú)特的風(fēng)味［4］。山核桃是木本植物中種仁含油率最高的樹(shù)種之一，其中脂肪酸組成以易于被人體吸收的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸為主，不飽和脂肪酸占總脂肪酸的88.38%～95.78%［3］。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提高的基礎(chǔ)，合理施肥是果樹(shù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施。山核桃種仁礦質(zhì)元素、脂肪含量和脂肪酸組成是決定其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵要素。山核桃產(chǎn)量和品質(zhì)形成的機(jī)理復(fù)雜，受眾多因素控制。前人對(duì)山核桃種仁的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行了比較全面的評(píng)價(jià)［2-6］，對(duì)影響山核桃產(chǎn)量和品質(zhì)的氣象因子［7］、土壤肥力特性和有效養(yǎng)分時(shí)空變化［8-9］、葉片養(yǎng)分狀況［10-12］、葉片和果實(shí)礦質(zhì)養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化［13］、生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)［14］以及山核桃成熟過(guò)程中油脂和脂肪酸變化［15-16］、高油和高油酸機(jī)制［17］的研究已有報(bào)道。HUANG等［17］通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)分析研究了山核桃胚胎發(fā)育過(guò)程中高油和高油酸形成的機(jī)制。以上研究主要集中在土壤和樹(shù)體葉片礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，很少涉及到果實(shí)成熟過(guò)程中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、脂肪和脂肪酸組成的動(dòng)態(tài)變化。鑒于此，本研究通過(guò)測(cè)定山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中果皮和種仁中氮、磷、鉀、鈣、鎂等主要礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及種仁脂肪和脂肪酸組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分析了主要礦質(zhì)元素、種仁脂肪和脂肪酸組成的動(dòng)態(tài)變化以及它們之間的相關(guān)關(guān)系，以期為合理施肥和科學(xué)采收提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于浙江省杭州市臨安區(qū)板橋鎮(zhèn)羅塘村（30°11′14.68″N，119°44′52.28″E）， 該區(qū)海拔為 50～200 m，年降水量為1400.0 mm，年平均氣溫為15.8℃，7月平均氣溫為28.1℃，1月平均氣溫為3.4℃，日照時(shí)數(shù)為1939.0 h，無(wú)霜期為234.0 d。山核桃樹(shù)齡約40 a。母巖為石灰?guī)r，土壤為巖性土，土壤全氮為（3.88±0.42）g·kg-1，全磷為（1.72±0.28）g·kg-1，速效鉀為（146.40±3.60） mg·kg-1， 交換性鈣為（46.17±1.97） mg·kg-1， 交換性鎂為（4.37±0.38） mg·kg-1。

1.2 材料

在林地中選取生長(zhǎng)健康的山核桃標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)6株。取樣時(shí)，在樹(shù)冠中部外圍，按東、南、西、北4個(gè)方位采樣，每次采集約200粒果實(shí)，混合均勻，封口袋封裝后立即帶回實(shí)驗(yàn)室，將種仁、果皮（外果皮為青皮，內(nèi)果皮為硬殼）分開(kāi)后分別烘干并用封口袋密封，置干燥器中保存?zhèn)溆谩８鶕?jù)山核桃果實(shí)膨大規(guī)律，在果實(shí)停止膨大期開(kāi)始取樣，取樣時(shí)間依次為8月5日、8月10日、8月17日、8月20日、8月23日、8月27日、8月31日和9月6日。

1.3 方法

1.3.1 礦質(zhì)元素測(cè)定方法 種仁和果皮樣品經(jīng)硫酸-高氯酸消煮后，全氮采用凱式定氮法測(cè)定，全磷采用鉬銻鈧比色法測(cè)定，鉀、鈣、鎂采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.3.2 脂肪和脂肪酸測(cè)定 粗脂肪測(cè)定按照GB/T 14488.1-2008《植物油料 含油量測(cè)定》索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定，抽提劑為石油醚。脂肪酸測(cè)定采用島津GC-2014氣相色譜儀測(cè)定，AccuStandard公司生產(chǎn)的AOCS007脂肪酸作為標(biāo)樣。索氏抽提法提取的山核桃油按照GB/T 17376-2008《動(dòng)植物油脂 脂肪酸甲酯制備》中的酯交換法進(jìn)行甲酯化，酯化完全后取2 μL注入色譜柱進(jìn)行分析。氣相色譜條件：毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）；火焰離子化檢測(cè)器（FID）；進(jìn)樣器溫度235℃；檢測(cè)器溫度240℃；程序升溫：起始溫度150℃，保持2 min，以5℃·min-1升至200℃，保持10 min，2.5℃·min-1升至240℃，保持10 min；載氣為氮?dú)猓∟2）；分流比為40∶1；用面積歸一化法定量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，百分率經(jīng)過(guò)反正弦平方根轉(zhuǎn)換后采用PASW Statistics 18.0進(jìn)行Duncan多重比較和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)成熟過(guò)程中種仁和果皮主要礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動(dòng)態(tài)變化及相關(guān)性

山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中果實(shí)干物質(zhì)緩慢增加，從8月5日的5.00 g·粒-1增加到至9月6日的5.15 g·粒-1（P＞0.05）。 種仁干物質(zhì)在 8月 5-20日快速增加， 從 0.62 g·粒-1增加到 1.34 g·粒-1， 增長(zhǎng)了116.13%，此后緩慢增加。果皮干物質(zhì)在8月5-17日明顯下降，從4.38 g·粒-1降到3.82 g·粒-1，之后緩慢下降（P＜0.05）。說(shuō)明該階段（8月5-17日）是果皮和種仁間儲(chǔ)藏物質(zhì)代謝轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移的旺盛期，是種仁干物質(zhì)積累的關(guān)鍵期（圖1）。

種仁氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈持續(xù)下降，其中8月5-20日，下降較快；果皮氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為種仁的1/3。種仁磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈不規(guī)則波動(dòng)，在8月10達(dá)最高值，為3.41 mg·kg-1；果皮磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)低于種仁磷，但相對(duì)穩(wěn)定（P＞0.05）。種仁鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)先上升，在8月10日達(dá)最高值，為12.40 mg·kg-1，此后迅速下降，至8月20日停止下降，之后又略微上升；果皮鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與種仁鉀變化趨勢(shì)相反，鉀在種仁和果皮間存在明顯的消長(zhǎng)變化。種仁鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先上升，后下降，再上升的趨勢(shì)，變化幅度較小，為1.91～2.06 mg·kg-1；果皮鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先下降后上升，在8月17-20日維持在一個(gè)較低的水平，此后又上升到3.36 mg·kg-1左右。種仁鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸下降的趨勢(shì)；果皮鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于種仁，為0.43～0.64 mg·kg-1。

相關(guān)性分析（表1）表明：果皮和種仁礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平以上的有6對(duì)。種仁氮和果皮氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.879，與果皮磷、鉀、鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)性均不顯著。種仁氮與種仁鉀、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.909和0.880。果皮氮與種仁鉀、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)和極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.801和0.859。種仁鉀與種仁鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.842。

表1 果實(shí)成熟過(guò)程中種仁和果皮礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析Table 1 Correlative analysis on N,P,K,Ca and Mg content of kernel and pericarp during the maturity of hickory nuts

圖1 山核桃堅(jiān)果成熟過(guò)程中各部質(zhì)量和氮、磷、鉀、鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動(dòng)態(tài)變化Figure 1 Dynamic change of mass and mineral element contents in kernel and pericarp during the maturity of hickory nuts

2.2 果實(shí)成熟過(guò)程中種仁脂肪、脂肪酸的動(dòng)態(tài)變化及相關(guān)性

從表2可見(jiàn)：種仁脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸上升，8月5-10日是脂肪快速積累期，從243.20 mg·g-1升高到586.02 mg·g-1，升高了1.4倍；之后緩慢上升，至9月6日達(dá)最高值，為665.24 mg·g-1。

種仁中飽和脂肪酸相對(duì)含量先下降后上升，不飽和脂肪酸相對(duì)含量先上升后下降，其中單不飽和脂肪酸先上升后下降，多不飽和脂肪酸先下降后上升。飽和脂肪酸中棕櫚酸相對(duì)含量持續(xù)下降（從8月5日的6.68%降至9月6日的4.43%）；硬脂酸相對(duì)含量先降低（從8月5日的2.00%降低至8月20日的0.85%）后升高（9月6日達(dá)到2.09%）；花生酸相對(duì)含量變化不規(guī)則，在8月20日最低，為0.12%，8月10日和9月6日均較高，分別為0.36%和0.35%。

單不飽和脂肪酸中油酸相對(duì)含量先快速升高（從8月5日的59.79%升高至8月10日的74.62%），再緩慢升高（8月20日達(dá)81.78%），最后下降（9月6日降至70.78%）；反-11-二十碳烯酸變化不規(guī)則，8月10日最低，為0.17%，8月23日最高，達(dá)0.39%。多不飽和脂肪酸中亞油酸相對(duì)含量先快速下降 （從8月5日的25.86%下降至8月20日的10.75%）后升高（9月6日達(dá)20.24%）；亞麻酸相對(duì)含量與亞油酸相似，先降低（從8月5日的5.26%降至8月27日的1.13%）后升高（9月6日至1.77%），但最低值出現(xiàn)的時(shí)間滯后于亞油酸。在山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中，油酸、亞油酸、棕櫚酸是種仁脂肪酸的主要成分，三者占脂肪酸總量的92.33%～97.50%；8月5-10日果實(shí)脂肪和脂肪酸組分變化最大，主要表現(xiàn)在油酸相對(duì)含量的快速增加和亞油酸的快速降低。

表3表明：脂肪與棕櫚酸和亞麻酸極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.855和-0.931，與油酸顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.783。脂肪酸中具有相近或相同碳鏈長(zhǎng)度的脂肪酸相關(guān)性較高，棕櫚酸與亞麻酸極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.842；硬脂酸與花生酸顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.765；油酸與亞油酸和亞麻酸極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.966和-0.854。

表2 山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中脂肪和脂肪酸相對(duì)含量的動(dòng)態(tài)變化Table 2 Changes in oil contents and fatty acids composition during the maturity of hickory nut

表3 山核桃種仁成熟過(guò)程中脂肪和脂肪酸組分間的相關(guān)性Table 3 Correlative analysis on oil contents and fatty acids composition during the maturity of hickory nuts

2.3 果實(shí)成熟過(guò)程中脂肪、脂肪酸與礦質(zhì)元素的相關(guān)性

從表4可見(jiàn)：果皮氮與種仁脂肪、脂肪酸的相關(guān)性最高，其中與種仁飽和脂肪酸總量、棕櫚酸和亞麻酸極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.863，0.877和0.940；與種仁脂肪和不飽和脂肪酸極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.976和-0.861。種仁氮與飽和脂肪酸總量、棕櫚酸和亞麻酸極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.873，0.939和0.883；與種仁脂肪和不飽和脂肪酸總量極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.836和-0.747。種仁鉀與種仁飽和脂肪酸總量和亞麻酸極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.855和0.836，與棕櫚酸顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.796，與不飽和脂肪酸總量和反-11-二十碳烯酸顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.815和-0.748。果皮鉀、種仁和果皮鈣與種仁脂肪和脂肪酸相關(guān)性均未達(dá)到顯著性水平。種仁鎂與種仁和果皮中磷以及果皮鎂相關(guān)性達(dá)到顯著性水平的均僅有1對(duì)。

表4 山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中種仁脂肪和脂肪酸與種仁、果皮礦質(zhì)元素間的相關(guān)性Table 4 Correlative analysis on oil contents,fatty acids composition and mineral elements content of kernel and pericarp during the maturity of hickory nuts

3 討論

山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中果實(shí)干物質(zhì)總量增加緩慢，種仁干物質(zhì)顯著增加，且8月5-17日是果皮干物質(zhì)大量向種仁中轉(zhuǎn)移，種仁干物質(zhì)快速積累期；種仁和果皮鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8月5日至9月6日存在明顯的消長(zhǎng)變化。表明核桃類堅(jiān)果果實(shí)成熟過(guò)程中果皮也是代謝活躍的器官［18］。種仁氮、磷、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于果皮，種仁氮/果皮氮最為穩(wěn)定，為2.90～3.28，果皮鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于種仁。核桃種仁充實(shí)期種仁和青皮氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均逐漸下降，種仁鉀先快速下降，之后緩慢下降，青皮鉀均呈先升高后下降，種仁鈣、鎂總體呈先快速下降，之后趨于穩(wěn)定，青皮鈣先升高后降低［19］。核桃Juglans regia和山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中種仁和果皮礦質(zhì)元素的變化存在較大差異。

油料作物籽粒成熟過(guò)程中有機(jī)物質(zhì)的積累以脂肪為中心。山核桃果實(shí)成熟過(guò)程中的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)先快速上升后緩慢上升，但僅有1個(gè)增長(zhǎng)高峰，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8月5日的243.20 mg·g-1升高到586.02 mg·g-1；脂肪酸的主要成分是油酸、亞油酸、棕櫚酸，三者占脂肪酸總量的92.33%～97.50%，與核桃、薄殼山核桃Carya illinoinensis脂肪酸的主要成分一致［20-21］。山核桃種仁脂肪和脂肪酸組分相對(duì)含量在8月5-10日變化最大，主要表現(xiàn)在油酸的快速增加和亞油酸的快速降低，這與油茶Camellia oleifera和薄殼山核桃籽粒成熟過(guò)程中的變化一致［22-23］。不同物種、品種間籽粒發(fā)育過(guò)程中脂肪酸的變化規(guī)律不同。大豆Glycine max籽粒發(fā)育過(guò)程中隨著棕櫚酸、亞麻酸的下降，硬脂酸、油酸和亞油酸上升［24］；棕櫚酸與亞油酸極顯著負(fù)相關(guān)，與亞麻酸顯著正相關(guān)，硬脂酸與亞油酸極顯著負(fù)相關(guān)，與亞麻酸顯著正相關(guān)，亞油酸與油酸、亞油酸極顯著負(fù)相關(guān)［25］。而在花生Arachis hypogaea種子發(fā)育過(guò)程中，棕櫚酸與亞麻酸極顯著負(fù)相關(guān)，油酸與亞油酸極顯著正相關(guān)［26］。此外，種子含油率和脂肪酸組分的變化受遺傳因子與環(huán)境互作的影響［27-28］。

氮是植物必需礦質(zhì)元素中的核心元素，具有重要的生理功能［29］，也是儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化代謝酶的重要組成部分。本研究發(fā)現(xiàn)：山核桃種仁和果皮中礦質(zhì)元素間存在一定的相關(guān)性，氮與其他元素的相關(guān)性最高；礦質(zhì)元素與脂肪和脂肪酸的相關(guān)性分析也表明：氮與脂肪和脂肪酸組分的相關(guān)性最高，種仁和果皮氮均與脂肪和多不飽和脂肪酸總量極顯著負(fù)相關(guān)，而與棕櫚酸、飽和脂肪酸總量和亞麻酸均極顯著正相關(guān)。鉀與種仁脂肪和脂肪酸組分的相關(guān)性僅次于氮，在脂肪積累高峰期，種仁鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，但隨后迅速下降，核桃種仁充實(shí)期也有類似現(xiàn)象［16］。種仁鉀與飽和脂肪酸總量極顯著正相關(guān)，這也與核桃的研究相似［18］。山核桃種仁高油脂特性與喜鉀的特性有一定關(guān)系，鉀能顯著提高葉片的凈光合速率［12］，提高功能葉中磷酸蔗糖合成酶的活性，增加可溶性糖的供應(yīng)，加速糖類物質(zhì)向果實(shí)中的運(yùn)轉(zhuǎn)［30］。氮、鉀是山核桃果實(shí)發(fā)育過(guò)程中最重要的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，種仁氮、鉀與脂肪酸組分的相關(guān)性最高；豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培建議施好果實(shí)膨大肥。