喙核桃研究現(xiàn)狀

段偉，黃有軍

（浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江臨安 311300）

喙核桃（Annamocarya sinensis）為胡桃科（Jug?landaceae）植物，其果核頂部呈鳥喙?fàn)頪1]。喙核桃主要分布在有河流分布的森林內(nèi)，生境主要為河岸兩邊[2]。其自然更新能力極弱，對(duì)其資源保護(hù)的力度不夠，物種間的相互作用、自身的一些限制因素以及生長(zhǎng)環(huán)境的變化等，導(dǎo)致其種群數(shù)量不斷減少，被列為國(guó)家瀕危保護(hù)植物[3-6]。研究其分布規(guī)律與生存能力尤為重要[7]。楊金華等[8]研究了喙核桃植物群落、植物區(qū)系、群落結(jié)構(gòu)特征及演替，為我國(guó)喙核桃研究與保護(hù)提供參考；喻誠(chéng)鴻等[9]對(duì)喙核桃木材解剖的研究為胡桃科植物的分類以及栽培等提供了理論基礎(chǔ)。繼續(xù)喙核桃的研究與保護(hù)具有重要意義。為了更好地了解其特性并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)與利用，該文對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于喙核桃的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并探討研究中存在的問(wèn)題，旨在為后續(xù)喙核桃的研究與保護(hù)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 形態(tài)特征

喙核桃為落葉喬木，樹皮一般呈黑褐色，一般不開裂。枝葉形狀與其生長(zhǎng)年數(shù)相關(guān)；1～2年生枝葉的棱角不明顯；兩年生以上枝葉較粗壯，有明顯的棱角。雄性葇荑花序長(zhǎng)13～15 cm，生長(zhǎng)于長(zhǎng)約3～6 cm的花序總梗上；總梗圓柱形，向上端逐漸具棱；雌性穗狀花序直立，頂生，具3～5個(gè)雌花[10]。外果皮較厚，呈暗綠色，有黑色斑點(diǎn)；果核表面呈溝壑狀，頂部呈鳥喙?fàn)?，較大，與山核桃屬（Carya）植物湖南山核桃（C.hunanensis）、貴州山核桃（C.kweichowensis）和山核桃（C.cathayensis）等對(duì)比明顯，大多呈橢圓形；內(nèi)果皮骨質(zhì)，外面具不明顯的網(wǎng)紋及皺曲，內(nèi)面平滑[11]。

2 命名及分類歷史

在命名上，現(xiàn)在一般使用Annamocarya sinensis；在分類學(xué)上，分為兩派，一派認(rèn)為其應(yīng)歸屬于山核桃屬，另一派則認(rèn)為應(yīng)單獨(dú)歸屬。

1912年，Dode[12]認(rèn)為喙核桃應(yīng)歸入山核桃屬，并將其命名為Carya sinensisDode。雖然喙核桃在很多重要特征上與山核桃屬一致，但有些方面不同，其雌花穗苞片的數(shù)量一般為6～7片，多的有8～9片，與山核桃屬植物（4片）不同。1941年法國(guó)植物學(xué)家Chevalier[13]將喙核桃歸入一個(gè)新的屬，稱為Annamocarya，并將其命名為Annamocarya indo?chinensis。1948年，Hjelmqvist[14]認(rèn)為喙核桃的外部形態(tài)有許多重要特征（如缺少花被及心皮的位置等）均在山核桃屬的范疇內(nèi)，應(yīng)將其歸入山核桃屬，并根據(jù)匡可任的記載將其命名為Carya integrifolio?lata（Kuang）Hjelmqvist。1950年，Leroy[15]研究發(fā)現(xiàn)喙核桃的外部形態(tài)有足夠的特殊性，雖然木材的解剖結(jié)構(gòu)與山核桃屬植物差異不大，但果實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，認(rèn)為其不應(yīng)歸入山核桃屬，并將其命名為Annamocarya sinensis（Dode）Leroy。1951年，Manning等[16]在研究報(bào)告中認(rèn)為喙核桃在很多方面更接近于山核桃屬，應(yīng)歸入山核桃屬。1995年，趙運(yùn)林[17]經(jīng)過(guò)分析后認(rèn)為喙核桃屬可能是山核桃屬分化出的一個(gè)分支。Manos等[18]和Zhang等[19]分別在2007年和2013年通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析認(rèn)為喙核桃更接近于山核桃屬植物，應(yīng)將其歸入山核桃屬，與2016年Hu等[20]研究結(jié)果一致。

目前，關(guān)于喙核桃的命名，有較為統(tǒng)一的認(rèn)知，在分類方面仍有分歧，存在爭(zhēng)議。

3 自然分布

喙核桃在我國(guó)被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物，是瀕危保護(hù)植物，主要分布于我國(guó)廣西、云南和貴州等?。ㄗ灾螀^(qū)），在越南也有零星分布。具體分布在廣西的羅城仫佬族自治縣、都安瑤族自治縣、東蘭縣、巴馬瑤族自治縣、凌云縣、樂(lè)業(yè)縣和那坡縣，貴州省的安龍縣、羅甸縣、望謨縣、三都水族自治縣和荔波縣，云南省的富寧縣和麻栗坡縣，一般以單株形式存在，也有稍多幾棵成群分布，樹下有剛發(fā)芽的幼苗。

喙核桃常與白桂木（Artocarpus hypargyreus）和沉水樟（Cinnamomum micranthum）等混生[21]，一般適生于酸性紅壤、黃壤或棕色石灰土。喙核桃對(duì)熱量和濕度要求較大，最適宜的地區(qū)一般為亞熱帶氣候地區(qū)[22-23]。喙核桃與湖南山核桃和貴州山核桃存在地域分布重疊。近年，隨著野生資源調(diào)查的深入，在不少地方陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了新的喙核桃野生植株；2016年，在云南文山州的麻栗坡發(fā)現(xiàn)了3個(gè)區(qū)域，有200多株。

4 喙核桃的研究現(xiàn)狀

4.1 繁育研究

在喙核桃果實(shí)成熟、外果皮自動(dòng)裂開時(shí)，進(jìn)行采種和播種，實(shí)現(xiàn)種子繁育。播種地應(yīng)為土壤肥沃、溝渠通暢的地點(diǎn)，可開溝條播或點(diǎn)播，也可扦播繁殖[24]。繁育前，需進(jìn)行充分的準(zhǔn)備工作，對(duì)其分布區(qū)的生境、植被和降水量等進(jìn)行調(diào)查研究；樹種的選擇也尤為關(guān)鍵，需從已有的樹種中選出長(zhǎng)勢(shì)好、抗逆性強(qiáng)且出油率高的優(yōu)良樹種。如繁育初期效果較好，可繼續(xù)深入研究，進(jìn)行雜交，可種間進(jìn)行，也可屬間進(jìn)行。親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近對(duì)雜交結(jié)果有很大影響，如雜交成功，將實(shí)現(xiàn)喙核桃育種的重大突破，不僅可以豐富和發(fā)展喙核桃的種質(zhì)資源，還能拓寬喙核桃的適生區(qū)和發(fā)展區(qū)[25]。喙核桃的分布區(qū)域逐漸減少，保存的很多植株結(jié)果較少或多年才結(jié)一次果，導(dǎo)致對(duì)其的開發(fā)利用存在一定難度，今后可采用多途徑進(jìn)行育種，可采用分子育種這項(xiàng)新型育種方式，加速喙核桃育種研究，讓育種項(xiàng)目的目標(biāo)和結(jié)果變得更容易掌控，從而完善喙核桃的育種研究。

4.2 分子輔助育種研究

分子標(biāo)記輔助育種具有快速、準(zhǔn)確和不受環(huán)境條件干擾等優(yōu)點(diǎn)。目前，關(guān)于喙核桃分子輔助育種方面的研究不多。Zhang等[26]利用12個(gè)多態(tài)微衛(wèi)星標(biāo)記，對(duì)來(lái)自3個(gè)不同種群（分布于貴州省三都縣、云南省富寧縣和麻栗坡縣）的70個(gè)個(gè)體進(jìn)行調(diào)查，研究其遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示喙核桃為低遺傳分化，遺傳距離與地理距離無(wú)相關(guān)性；方差分析結(jié)果顯示87%的方差來(lái)自群體內(nèi)部差異，13%來(lái)自群體間差異，不同基因型間有性繁殖和建立異種雜交方案是可行的。與相對(duì)豐富的物種相比，稀有物種在個(gè)體和種群間往往表現(xiàn)出較少的遺傳變異，多態(tài)性百分比更低，等位基因數(shù)目更少，觀察到和預(yù)期的異型基因也更少。

Manos等[18]通過(guò)分子和形態(tài)數(shù)據(jù)集的整合，進(jìn)行喙核桃分子系統(tǒng)發(fā)育分析，結(jié)果表明以前被認(rèn)為是喙核桃屬單屬種的喙核桃應(yīng)屬于山核桃屬；幾年后，Zhang等[19]綜合化石和分子資料，揭示了亞洲東部和北美東部間斷分布的山核桃屬的生物地理多樣性，并從分子系統(tǒng)發(fā)育方向證明了喙核桃是山核桃屬分類的觀點(diǎn)。Hu等[20]對(duì)喙核桃進(jìn)行了葉綠體全基因組測(cè)序，這是山核桃屬第一個(gè)完整的葉綠體基因組，結(jié)果表明喙核桃為山核桃屬；Ji等[27]在云南省西疇縣采集喙核桃樣品，組裝了喙核桃完整的葉綠體基因組，并利用新一代測(cè)序技術(shù)得出了喙核桃葉綠體基因組完整序列，為確定喙核桃在胡桃科中的系統(tǒng)發(fā)育位置，從GenBank中獲得了胡桃科13個(gè)完整的cpDNA，并以胡桃科化香樹屬（Platycarya）作為外群，進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)果有力地支持了喙核桃與貴州山核桃的親緣關(guān)系；Mo等[28]對(duì)美國(guó)山核桃（C.illinoinensis）葉綠體基因組進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)SNP和Indel檢測(cè)，用mVISTA系統(tǒng)比較了核桃科5個(gè)cp?DNA，并以此作為參考，進(jìn)行紅外收縮與膨脹、系統(tǒng)發(fā)育等分析，結(jié)果顯示薄殼山核桃與貴州山核桃和喙核桃能形成一個(gè)姐妹枝。

關(guān)于喙核桃在分子方向上的研究不多，這是目前喙核桃知識(shí)體系不完善的主要原因，導(dǎo)致喙核桃的研究無(wú)法繼續(xù)深入，因此要加強(qiáng)喙核桃在分子方面的研究，可繼續(xù)從分子角度研究喙核桃的分類地位、與山核桃屬的親緣關(guān)系、瀕危機(jī)制以及保護(hù)策略等。

4.3 光合特性研究

綠色植物一般依靠光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣，并從中獲得養(yǎng)分，光合作用的本質(zhì)是植物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)儲(chǔ)存能的過(guò)程。喙核桃一般生長(zhǎng)在河流兩岸的陰生生境中，但仍具有很強(qiáng)的光合特性。史艷財(cái)?shù)萚29]從廣西喙核桃分布區(qū)采集喙核桃樣品，用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀研究其生理生態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)其凈光合速率與葉溫等呈正相關(guān)關(guān)系，與空氣濕度等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但均達(dá)不到顯著水平。提高光合有效輻射，能促進(jìn)喙核桃生長(zhǎng)，使其生理生態(tài)方面更優(yōu)良[30]。喙核桃對(duì)強(qiáng)光的利用力較強(qiáng)，可在光照充足的地方引種[31]。

4.4 ISSR標(biāo)記

ISSR標(biāo)記是根據(jù)植物基因組中廣泛存在SSR的特點(diǎn)，利用SSR本身設(shè)計(jì)引物。SSR的進(jìn)化變異速度較快，因此錨定引物的ISSR-PCR可以檢測(cè)基因組許多位點(diǎn)的差異。ISSR通常為顯性標(biāo)記，呈孟德?tīng)柺竭z傳,有良好的穩(wěn)定性和多態(tài)性，DNA用量少，技術(shù)要求低，成本低，且PCR擴(kuò)增時(shí)的退火溫度在52℃左右，可保證PCR擴(kuò)增的可重復(fù)性[32]。史艷財(cái)?shù)萚33]采用正交和單因素相結(jié)合的方法研究dNTPs、Mg2+、引物、Taq DNA聚合酶、模板DNA、循環(huán)次數(shù)及退火溫度對(duì)喙核桃ISSR-PCR擴(kuò)增效果的影響，得出最佳的擴(kuò)增條件為20 μL的反應(yīng)體系含dNTPs 0.5 mmol/L、Mg2+3.0 mmol/L、引物0.8 μmol/L、Taq DNA聚合酶2.5 U、模板DNA 45 ng、10×PCR Buffer 2.0 μL，退火溫度為54.4℃，循環(huán)次數(shù)為40次，可為后期喙核桃的遺傳多樣性評(píng)價(jià)和親緣關(guān)系分析等提供參考。張智勇[34]利用12對(duì)EST-SSR引物對(duì)來(lái)自3個(gè)居群的70個(gè)喙核桃樣本進(jìn)行遺傳多樣性及居群結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明喙核桃具有較高的遺傳多樣性和較低的遺傳分化系數(shù)。

5 資源保護(hù)

對(duì)于大多數(shù)物種來(lái)說(shuō)，棲息地的退化和喪失可能是種群隔離、衰退或滅絕的主要原因；對(duì)于瀕危物種來(lái)說(shuō)，遺傳變異的保護(hù)被認(rèn)為是其長(zhǎng)期生存的重要因素。Spielman等[35]提出，大多數(shù)稀有物種的種群在隨機(jī)事件導(dǎo)致種群滅絕之前就已經(jīng)受到遺傳因素的影響。越來(lái)越多的研究證明了遺傳數(shù)據(jù)在解決植物保護(hù)生物學(xué)，特別是自然資源保護(hù)方面的價(jià)值。

近年來(lái)，喙核桃數(shù)量越來(lái)越少，很多地方原有的喙核桃樹遭到嚴(yán)重破壞。2013年4月，拉溝生態(tài)自然保護(hù)區(qū)一株喙核桃樹被盜，該株樹高24.3 m，胸徑198 cm，蓄積量36 m3，樹齡306年，對(duì)喙核桃的保護(hù)與研究造成了不良影響，制定對(duì)喙核桃的保護(hù)策略刻不容緩[36]。種群結(jié)構(gòu)分析和遺傳變異對(duì)于制定可執(zhí)行的保護(hù)策略是十分重要的，尤其是在只有部分種群可以被保護(hù)的情況下。在種群結(jié)構(gòu)水平較低的情況下，單個(gè)種群的丟失可能對(duì)物種范圍內(nèi)的遺傳多樣性影響不大[37]，在結(jié)構(gòu)水平較高的情況下，則可能會(huì)顯著降低整體的遺傳變異[38]。喙核桃具有較低的種群結(jié)構(gòu)水平和較高的遺傳變異水平，從保護(hù)的角度來(lái)看，為了避免破壞協(xié)同適應(yīng)基因復(fù)合物，每個(gè)喙核桃種群都應(yīng)得到保護(hù)，而且喙核桃野生種群間遺傳分化水平較低，歷史基因流動(dòng)水平高，促進(jìn)不同基因型間的有性繁殖和建立異交方案對(duì)其保護(hù)更為有利[39]。此外，應(yīng)注重保護(hù)盡可能多的個(gè)體和種群，增加小種群的規(guī)模，以減少遺傳變異的進(jìn)一步損失，并人為地協(xié)助基因流動(dòng)。鑒于貴州省三都縣、云南省富寧縣和麻栗坡縣的喙核桃種群數(shù)量較多，可建立保護(hù)區(qū)，以便恢復(fù)和維持喙核桃遺傳多樣性[40]。

6 展望

喙核桃從植株到果實(shí)均具有可塑性，樹皮及外果皮可提取單寧，果殼可制作活性炭，種仁含油率較高，在食用和工業(yè)方面均有應(yīng)用；其木材有光澤，紋理清晰，可作為家具和樂(lè)器等的用材。喙核桃的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也很高，覃芳等[41]分析了喙核桃和核桃（Juglans regia）的營(yíng)養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)喙核桃中的氨基酸和脂肪酸種類豐富，成分組成與核桃相似，富含優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)，可補(bǔ)鈣和護(hù)肝，有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和開發(fā)前景。喙核桃是一種高價(jià)值的瀕危樹種，需對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，在制定保護(hù)措施時(shí)需進(jìn)行詳盡的調(diào)查，重點(diǎn)關(guān)注其分布與保護(hù)現(xiàn)狀等。

現(xiàn)有的對(duì)喙核桃的研究已為喙核桃的資源利用與保護(hù)奠定了基礎(chǔ)，后期應(yīng)加強(qiáng)喙核桃的種質(zhì)資源分布調(diào)查，加強(qiáng)種質(zhì)資源的創(chuàng)新，在尊重生物多樣性的前提下，進(jìn)行植物資源可持續(xù)利用方面的研究。

隨著生物信息學(xué)和分子測(cè)序技術(shù)的不斷成熟，公共數(shù)據(jù)庫(kù)中不同物種和不同類型的DNA序列不斷增加，應(yīng)在分子水平上對(duì)喙核桃進(jìn)行更多的研究與分析，可利用SSR技術(shù)在檢測(cè)等位基因方面具有良好的重復(fù)性、精確性和有效性等的特點(diǎn)，對(duì)喙核桃進(jìn)行多態(tài)性分析，進(jìn)行種間或種內(nèi)遺傳物質(zhì)差異性的研究，區(qū)分植物基因類群；還可以對(duì)喙核桃的育種雜交后代與親本的關(guān)系進(jìn)行研究，利用ISSR標(biāo)記追蹤親本喙核桃遺傳物質(zhì)在雜交后代中的遺傳動(dòng)態(tài)，結(jié)合ISSR標(biāo)記在染色體上的位置，進(jìn)一步明確喙核桃親本染色體不同區(qū)段在后代中的傳遞動(dòng)態(tài)，為定向轉(zhuǎn)移某些片段提供有效手段，為喙核桃的育種提供幫助。

在后續(xù)的研究中，可繼續(xù)從比較基因組學(xué)和譜系地理學(xué)分析等方面出發(fā)，從遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)、群體進(jìn)化、基因流和種群動(dòng)態(tài)歷史等角度，探討喙核桃群體的瀕危機(jī)制，為其科學(xué)保護(hù)和合理開發(fā)提供參考。