湖南省30個薄殼山核桃新品種經(jīng)濟性狀比較分析

周文君，李 俊，劉 祥，曾淑珍，鄒 鋒，袁 軍

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院/經(jīng)濟林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室/經(jīng)濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004）

【研究意義】薄殼山核桃（Carya illinoensis）又名美國山核桃、長山核桃、碧根果，果實營養(yǎng)豐富，口感松脆，是一種世界性堅果[1]，種仁多不飽和脂肪酸含量較高，具有降低膽固醇等保健作用[2]。薄殼山核桃樹形高大，枝繁葉茂，可作為行道樹和庭院觀賞樹，在山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、精準扶貧和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)中具有重要作用。薄殼山核桃種植歷史悠久，市場需求越來越大，未加工的堅果售價可達50 元/kg?！厩叭搜芯窟M展】薄殼山核桃的原產(chǎn)地在密西西比河流域，17～18 世紀逐漸被美國殖民者作為商業(yè)項目推廣并擴大，誕生了最早的薄殼核桃產(chǎn)業(yè)[3]。我國引進薄殼山核桃最早從江蘇省開始[4]，直到1926 年湖南省開始了第一次美國山核桃的引種工作，之后陸續(xù)有中南林學(xué)院、湖南省林業(yè)科學(xué)院于20 世紀30 年代至80 年代進行了間斷性的引種工作，均能夠正常的生長與結(jié)實[5]，大樹通過高接換冠技術(shù)1～2 年后開始結(jié)果，盛果期是在結(jié)果10 年后進入，結(jié)果盛期長達50～70 年[6]。目前我國薄殼山核桃種植區(qū)域主要是位于北緯24°～40°的浙江省、江蘇省和云南省等22 個省份，不同的學(xué)者對不同地區(qū)的薄殼山核桃生長特性、果實經(jīng)濟性狀都進行了相關(guān)的研究，例如許夢洋等[7]、楊康[8]和黃玉華[9]分別對引種到江蘇、重慶和浙江等省份的薄殼山核桃品種的果實發(fā)育特征以及當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)適應(yīng)性方面做了相關(guān)研究。發(fā)現(xiàn)不同薄殼山核桃品種油脂中脂肪酸組成一致，其含量順序由大到小依次為油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸酸和花生酸[10]，但不同地區(qū)不同品種的薄殼山核桃油脂肪酸含量存在顯著差異[11-12]。基于薄殼山核桃的生長特性、果實經(jīng)濟性狀以及脂肪酸組成等指標，不同省份篩選出了適宜當(dāng)?shù)氐闹髟云贩N，取得了很好的成效?！颈狙芯壳腥朦c】湖南省是引種薄殼山核桃的最早省份之一[13]，其氣候條件和地理環(huán)境都適宜薄殼山核桃的種植和推廣。然而目前產(chǎn)業(yè)并沒有發(fā)展壯大，主要原因包括管理經(jīng)營措施不規(guī)范，未篩選出適宜的品種等。隨著我國其他省份大面積種植和多年的發(fā)展以及科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，改善經(jīng)營管理措施相對容易。所以，篩選出適宜湖南地區(qū)丘陵山地的薄殼山核桃品種是亟需開展的工作?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為此，本研究以引種到湖南種植的30個薄殼山核桃品種為研究對象，測定其產(chǎn)量、種子經(jīng)濟性狀、脂肪酸組成等指標，并進行綜合性狀評價，以期篩選出適宜湖南發(fā)展的優(yōu)良品種，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于湖南省洞口縣、靖州縣等薄殼山核桃基地，采樣地位坐標為26°57'17″N，110°57'20″E，土壤類型為紅壤，海拔67～90 m，年均溫16.6 ℃，無霜期281～293 d，測試樹齡9～10年，采樣時每個品種挑選5株中等樹進行調(diào)查和采樣。2019年11月果實成熟后，把測試樹的果實全部采收，除去青皮測定單株產(chǎn)量，把每個品種的種子分別混合陰干后，隨機抽取百粒種子測百粒質(zhì)量，隨機抽取10顆種子作為樣品測定其它經(jīng)濟性狀。

1.2 性狀測定

1.2.1 表型性狀測定 用游標卡尺測種子縱徑、橫徑和果殼厚度，并計算果形指數(shù)，用精度到1%的分析天平測單果質(zhì)量和果仁質(zhì)量，并計算出仁率。

1.2.2 種仁含油率和脂肪酸組分測定 利用索氏抽提器測定種仁含油率[14]。把提取出來的薄殼山核桃油分別裝在離心管中，放4°冰箱保存。隨后測定美國山核桃的脂肪酸組成，先將提取出的薄殼山核桃油樣甲酯化，然后利用氣相色譜分析儀測定脂肪酸組成和相對含量，參考《食品中脂肪酸測定國家標準》，采用其中的內(nèi)標法對提取出來的薄殼山核桃油樣進行脂肪酸組分測定。根據(jù)保留時間確定脂肪酸組成，根據(jù)峰面積以歸一化方法計算各脂肪酸的相對含量[15]。

1.3 統(tǒng)計分析

表型性狀分析均為5 次重復(fù)，油脂分析均為3 次重復(fù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和柱狀圖采用Excel 2016 進行；方差分析和主成分分析采用SPSS22.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單株產(chǎn)量

測定不同品種薄殼山核桃的單株產(chǎn)量，表明不同品種的產(chǎn)量存在顯著差異（圖1），30個薄殼山核桃品種的產(chǎn)量在6～25 kg/株。調(diào)查結(jié)果表明，產(chǎn)量較高的品種是‘Wichita’‘Choctaw’‘Pawnee’‘Western’，這4 個品種的單株產(chǎn)量都高達20 kg/株或以上，顯著高于其它品種。產(chǎn)量最低的品種是‘Native’，年產(chǎn)量只有6 kg/株。另外‘Mohawk’‘Tejas’‘Grapark’這3 個品種的產(chǎn)量也很低，可能是結(jié)實期較晚的原因，但不排除大小年現(xiàn)象的影響。

圖1 薄殼山核桃不同品種單株產(chǎn)量對比Fig.1 Yield comparison of different Carya illinoeensis varieties

2.2 表型性狀

分別測定30 個薄殼山核桃果實百粒質(zhì)量、果仁質(zhì)量、出仁率和種殼厚度等指標，發(fā)現(xiàn)不同品種之間的經(jīng)濟性狀存在統(tǒng)計學(xué)差異。由表1 中可以看出，百粒質(zhì)量最大的品種‘Imperial’為1 001.85 g，與百粒質(zhì)量最小的品種‘Chichasaw’相差562.65 g，種殼厚度在0.70～1.29 mm，‘Navaho’的種殼最厚，‘Demas’的種殼最薄，各品種種殼厚度平均值是1.02 mm。分別測定30 個薄殼山核桃品種的種子橫徑、縱徑，并計算果形指數(shù)發(fā)現(xiàn)，30 個薄殼山核桃品種的縱徑和橫徑分別以‘Tejas’‘Mahan’的最大，‘Apache’‘Elliot’‘Native’‘Brake’的縱徑和橫徑都普遍小于其它品種。分析表明，果形指數(shù)越小，果形越圓，果形指數(shù)越大，果形越長。由表中的果形指數(shù)可以看出，‘Sioux’‘Demas’‘Shawnee’‘Grapark’‘Mahan’的果形為狹長形，‘Elliot’為近圓形，其余品種的果形指數(shù)在二者之間，果形均是橢圓形。

表1 不同薄殼山核桃表型性狀Tab.1 Phenotypic characters of different Carya illinoensis varieties

2.3 出仁率和出油率

2.3.1 出仁率 由圖2 可知，不同品種的薄殼山核桃種子出仁率在41.41%～65.15%，平均出仁率53.95%，變異系數(shù)（CV）為12.01%，整體波動較大。出仁率最高的品種為‘Pawnee’，出仁率最低的品種是‘Kanza’，相差23.74%。

圖2 薄殼山核桃不同品種出仁率Fig.2 Kernel rate of different Carya illinoensis varieties

2.3.2 出油率 由圖3 可知，不同品種的薄殼山核桃含油率在54.36%～67.38%。平均出油率為60.59%，變異系數(shù)（CV）為7.11%，整體比較穩(wěn)定。其中‘Pawnee’‘Imperial’‘Wichita’‘金華’‘Native’的含油率顯著高于其它品種，都超過了65%。‘Apache’‘Sioux’‘黃山1 號’含油率顯著低于其他品種，都不到55%。

圖3 不同薄殼山核桃品種含油率Fig.3 Oil content of different Carya illinoensis varieties

2.4 脂肪酸組成

測定不同山核桃品種油脂的脂肪酸組成，發(fā)現(xiàn)其脂肪酸組成基本一致，相對含量由大到小依次為油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸酸和花生酸（表2）。這6種脂肪酸占總量99%以上，另外還有及其少量的花生烯酸，但其含量很少不予統(tǒng)計。油酸、亞油酸、亞麻酸屬于不飽和脂肪酸，總量達到80.16%～90.24%，其中油酸為最主要的不飽和酸，品種‘Wichita’‘Mahan’‘Pawnee’的油酸含量都達到了70%以上，所有品種的平均油酸含量為65.84%。亞油酸的含量相對穩(wěn)定，在14.21%～24.23%。飽和脂肪酸含量在8.24%～18.78%，飽和脂肪酸含量最高的品種比最低的品種高10.54%，差異顯著。

表2 不同品種薄殼山核桃脂肪酸組成Tab.2 Fatty acid composition of different Carya illinoensis varieties

2.5 主成分分析

薄殼山核桃種子經(jīng)濟性狀評價的指標有很多，單純根據(jù)某個或者某兩個指標評價會導(dǎo)致評價結(jié)果不全面。為此，本文采用主成分分析的方法，對30個薄殼山核桃品種的14個經(jīng)濟指標進行主成分分析，根據(jù)方差積累貢獻率＞75%的原則提取主成分。結(jié)果看出，總方差78.715%的貢獻率來自前5個主成分。即這5個主成分較好的代替了上述14個指標來評價薄殼山核桃的經(jīng)濟性狀。

由表3可知第一主成分方差貢獻率為29.675%，根據(jù)特征值＞1.000，方差累積貢獻率＞75%的原則，選擇這5 個主成分進行分析。通過SPSS22.0 處理數(shù)據(jù)得到主成分的載荷矩陣，結(jié)果見表4。第1 主成分與縱徑、百粒質(zhì)量、油酸、出油率和產(chǎn)量高度正相關(guān)，與亞麻酸、硬脂酸和棕櫚酸高度負相關(guān)，反映了薄殼山核桃的外形品質(zhì)、產(chǎn)量品質(zhì)和油脂品質(zhì)。

表3 薄殼山核桃主成分的方差貢獻率Tab.3 Variance contribution rate of principal components of Carya illinoensis

表4 薄殼山核桃主成分的荷載矩陣Tab.4 Load matrix of principal components of Carya illinoensis

根據(jù)5 個主成分的載荷矩陣計算出每個主成分的得分，即Y1-Y5，再以每個主成分的貢獻率為權(quán)重對主成分得分進行加權(quán)平均，求得主成分綜合得分Y。由表5 看出，綜合得分較高的品種有‘Mahan’‘Pawnee’‘Imperial’‘金華’‘Choctaw’，評價指數(shù)都達到了0.9以上，表明這5個品種的薄殼山核桃綜合經(jīng)濟性狀好，即適合做堅果食用，又適合提取油脂，產(chǎn)量也不錯。‘Apache’‘Elliot’‘Native’這幾個綜合評分較低的品種，在生產(chǎn)上不做大面積推廣種植，可以根據(jù)它們各自的特征，比如抗病能力、抗逆能力，作為授粉品種或者砧木，在特定地區(qū)栽培。

表5 薄殼山核桃主成分綜合評價指數(shù)Tab.5 Comprehensive evaluation index of principal components of Carya illinoensis

3 結(jié)論與討論

薄殼山核桃是綜合經(jīng)濟、生態(tài)、社會三大效益于一身的優(yōu)良樹種，兼有觀賞、食用和用材的特點，綜合效益高，市場前景廣闊，是鄉(xiāng)村振興、精準扶貧的優(yōu)良樹種。湖南是引種薄殼山核桃的最早地區(qū)之一[13]，但是目前產(chǎn)業(yè)一直未發(fā)展壯大，主要原因是沒有篩選出適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的優(yōu)良品種。本研究通過對湖南引種的30個薄殼山核桃新品種的果實進行調(diào)查分析，比較了各品種的產(chǎn)量、百粒質(zhì)量和果形指數(shù)等重要指標之間的差異，分析了不同品種薄殼山核桃的形態(tài)特征和油脂品質(zhì)，并進行了主成分分析，篩選出了適宜的優(yōu)良品種，包括‘Pawnee’‘Imperial’‘金華’‘Choctaw’4 個良種，為今后薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。但是本次調(diào)查的主要是9～10 年生的幼樹，據(jù)相關(guān)研究，15 年左右才能進入豐產(chǎn)期[4]，因此其產(chǎn)量觀察還需要繼續(xù)進行。同時，薄殼山核桃根據(jù)雌雄花開放時間差異，分為雌先型、雄先型和同時型等，因此種植過程中還需要考慮品種配置問題，以便達到最佳的產(chǎn)量[16]。

不飽和脂肪酸的含量是評價油脂品質(zhì)的重要依據(jù)之一。本研究發(fā)現(xiàn)，不同品種的薄殼山核桃不飽和脂肪酸的含量差異顯著，最高的達到90.24%，最低的只有80.26%。這可能與不同薄殼山核桃品種的成熟性和采收時間有關(guān)系。因為在果實發(fā)育的過程中，隨著果仁發(fā)育的成熟，粗脂肪含量會逐漸上升，飽和脂肪酸含量會逐漸減少，不飽和脂肪酸含量逐漸增加，這一變化過程在薄殼山核桃果實發(fā)育后期到采收期的一個月時間內(nèi)尤其明顯[17]。中晚熟的品種比早熟品種不飽和脂肪酸含量要高一些，采收期長的品種比采收期短的品種飽和脂肪酸含量要少一些。下一步可以繼續(xù)開展不同采收時間薄殼山核桃油脂脂肪酸組成的比較分析，為確定合理采收時間提供依據(jù)。

通過主成分分析，本研究獲得綜合得分較高的品種為‘Mahan’‘Pawnee’‘Imperial’‘Mahan’，但是其中‘Mahan’這個品種雖然果大并且早實，但極易感染黑斑病，導(dǎo)致空殼現(xiàn)象嚴重，不建議推廣種植。也發(fā)現(xiàn)了‘Apache’‘Elliot’‘Native’這幾個綜合評分較低的品種，在生產(chǎn)上不宜做大面積推廣種植，但可以根據(jù)它們各自的特征，比如抗病能力、抗逆能力，作為授粉品種或者砧木，在特定地區(qū)栽培或者研究使用。其他4 個品種‘Pawnee’‘Imperial’‘金華’‘Choctaw’沒有明顯的短板，可以考慮作為良種使用。當(dāng)然，薄殼山核桃用途廣泛，果用、油用需要不同的品種及其栽培技術(shù)，比如果用還需要進行口感測試，這些都是下一步要開展的工作。

綜上所述，湖南省的氣候和土壤條件比較適宜種植薄殼山核桃，適宜的品種有‘Pawnee’‘Imperial’‘金華’‘Choctaw’，但在栽培過程中要注意配置正確的授粉品種。同時薄殼山核桃的產(chǎn)量、品質(zhì)與品種和繁殖方式、采收時間等也有較大關(guān)系。因此在栽培中，要在適宜主栽品種的基礎(chǔ)上，研究并推廣品種配置、整形修剪、合理采收等配套栽培技術(shù)，可以很好的克服結(jié)實遲群體產(chǎn)量低的缺點，并取得良好的種植效益。