河北太行山區(qū)15個核桃品種性狀綜合評價(jià)

唐 敏，劉紫煙，陳利英，許珍珍，劉 洋,3,4，張雪梅,3,4，齊國輝,3,4*

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北綠嶺果業(yè)有限公司，河北 臨城 054300；3.河北省核桃工程技術(shù)研究中心，河北 邢臺 054000；4.河北省(邢臺)核桃產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 臨城 054300)

核桃(Juglansregia)又稱胡桃、羌桃，是世界四大干果之一[1]。核桃仁中的蛋白質(zhì)含量(文中提到的含量是指質(zhì)量分?jǐn)?shù))15%～20%，油脂含量高達(dá)60%～70%，比花生、芝麻的油脂含量還要高，且90%以上為不飽和脂肪酸[2]，核桃仁中富含人體必需的氨基酸、維生素和多種礦質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)[3]，還含有多種抗氧化活性物質(zhì)[4]，如黃酮、多酚，具有抗癌和保護(hù)心血管的作用[5]。核桃廣泛分布于世界六大洲53個國家和地區(qū)。中國是世界上核桃起源中心之一，據(jù)FAO數(shù)據(jù)庫顯示[6]，2019年中國核桃產(chǎn)量為252.15萬t，是世界核桃生產(chǎn)第一大國，擁有最大的收獲面積和產(chǎn)量。支撐我國核桃產(chǎn)量世界第一位的一是面積，二是品種。我國核桃育種工作自20世紀(jì)70年代進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期，選育出了大量核桃新品種，不少學(xué)者關(guān)于不同產(chǎn)地核桃品種表型性狀進(jìn)行研究[7-9]，表明不同產(chǎn)地的不同核桃品種綜合性狀差異較大，立地條件、栽培條件、環(huán)境氣候等對核桃的堅(jiān)果外觀性狀及營養(yǎng)品質(zhì)影響顯著[10-12]。河北省太行山區(qū)是我國核桃主產(chǎn)區(qū)之一，近年來為改善和優(yōu)化核桃種植現(xiàn)狀，陸續(xù)引進(jìn)核桃品種，但是由于引種不當(dāng)導(dǎo)致栽培生長中存在許多問題，如結(jié)果后產(chǎn)量低、品質(zhì)差，樹體生長衰弱，嚴(yán)重降低了核桃的品質(zhì)和產(chǎn)量，因此，遵循適地適樹原則，研究不同核桃品種在同一地區(qū)的生長結(jié)果表現(xiàn)，篩選出適合本地生長且品質(zhì)優(yōu)良的品種，對于該地區(qū)核桃品種更新、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)核桃及核桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有十分重要的意義[13]。張瑩瑩等[14]以河北省103份核桃資源為研究對象對其蛋白質(zhì)、脂肪和脂肪酸組分進(jìn)行測定和分析，篩選出高蛋白、高脂肪、高亞油酸資源，但是未明確表達(dá)這些品種在不同栽植地的表現(xiàn)。趙書崗等[15]的研究表明，河北省核桃品種結(jié)構(gòu)不合理，傳統(tǒng)主栽品種優(yōu)勢下降，導(dǎo)致核桃抗性差、樹勢衰弱，因此調(diào)整核桃栽培品種、解決因品種導(dǎo)致的核桃產(chǎn)量和品質(zhì)降低迫在眉睫。本研究對引進(jìn)的15個核桃品種的果實(shí)特性及營養(yǎng)成分等主要生物學(xué)特性進(jìn)行了研究，綜合評價(jià)核桃生長結(jié)果及營養(yǎng)價(jià)值，為篩選出適宜在當(dāng)?shù)卦灾驳暮颂移贩N提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省臨城縣河北綠嶺果業(yè)有限公司李家韓核桃示范基地種質(zhì)資源圃(114°30′-114°33′E,37°29′-37°32′N)，屬于太行山南段東麓丘陵地區(qū)，土壤為褐土，土層厚度40～100 cm，含礫石，多是10°以下的緩坡，海拔85～135 m，年平均氣溫為13 ℃，極端低溫-23.1 ℃，極端高溫41.8 ℃，年平均日照時(shí)間2 653 h，無霜期202 d。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為2016年春季嫁接于當(dāng)?shù)?0年生實(shí)生核桃苗木的15個品種，分別為魯果6號、遼寧3號、金薄香2號、綠早、遼寧1號、綠嶺、魯光、阿克蘇9號、遼寧8號、綠波、魯果1號、香玲、上宋6號、中林1號、元豐，株行距為3 m×5 m，樹形為單層高位開心形，不同品種核桃立地條件及栽培管理?xiàng)l件均一致。每個品種隨機(jī)選擇生長狀況良好的樹各3株，于2018-2019年各品種果實(shí)成熟期采集果實(shí)，每株樹隨機(jī)采集20個，帶回實(shí)驗(yàn)室脫皮烘干后測定果實(shí)品質(zhì)。

1.3 測定方法

逐一數(shù)不同品種單株結(jié)果數(shù)；用電子天平稱量核桃堅(jiān)果干質(zhì)量和核仁質(zhì)量，計(jì)算堅(jiān)果產(chǎn)量和出仁率，用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測量堅(jiān)果三徑、堅(jiān)果殼厚。

堅(jiān)果產(chǎn)量(kg·株-1)=結(jié)果數(shù)×單果質(zhì)量/1 000

(1)

出仁率(%)=仁質(zhì)量/堅(jiān)果干質(zhì)量×100

(2)

總蛋白含量采用硫酸-高氯酸消煮，凱氏定氮儀測定[16]；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[17]；脂肪含量采用改良索氏抽提法[18]測定；維生素E含量采用比色法測定[19]；種仁氨基酸含量采用高效液相色譜儀測定[20]；K、Fe和Zn的含量采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度計(jì)測定[21]；P的含量采用硫酸-高氯酸消煮，鉬銻抗比色法[16]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019和DPS 7.05、SPSS 21.0等軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析，主成分分析法對果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種核桃樹的結(jié)果情況

由圖1可知，供試的15個品種中，綠嶺的單株堅(jiān)果產(chǎn)量最高，為2.29 kg·株-1，顯著高于其他14個品種，可作為豐產(chǎn)品種進(jìn)一步研究，其次是元豐，為1.64 kg·株-1，魯果6號的單株堅(jiān)果產(chǎn)量最低，僅為0.47 kg·株-1；豐產(chǎn)性是核桃選育的目標(biāo)之一，由于各品種的適應(yīng)性不同，導(dǎo)致產(chǎn)量差異極大。

2.2 不同品種核桃果實(shí)外在品質(zhì)

由表1可知，單果重最高的是元豐，為13.53 g，顯著高于魯果6號、遼寧3號、綠早等7個品種；單仁質(zhì)量最高的是魯光，達(dá)到了7.06 g，最低的是魯果6號，僅有4.62 g，大多數(shù)品種間無顯著性差異；供試的15個品種出仁率在42.34%～60.05%，香玲最高，高達(dá)60.05%，其次是綠嶺，這2個品種顯著高于魯果6號、遼寧3號、綠早等12個品種，金薄香2號最低，僅為42.34%；15個品種的三徑均值在32.89～38.55 mm，最大的是金薄香2號，為38.55 mm；核桃果殼厚度是衡量其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，本試驗(yàn)的15個品種殼厚在0.70～1.3 mm，按照核殼厚度標(biāo)準(zhǔn)[22]，供試品種核殼厚度有2個等級，分別為紙皮和薄殼核桃，多為薄殼核桃，其中綠嶺的殼厚僅有0.70 mm，并且絕大多數(shù)較容易取出整仁。

表1 不同品種核桃果實(shí)外在品質(zhì)

2.3 不同品種核桃果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)

2.3.1 種仁脂肪、總蛋白、維生素E和可溶性蛋白含量 核桃仁中脂肪和蛋白質(zhì)含量是人們評價(jià)核桃品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，由表2可知，15個核桃品種核仁脂肪含量為62.05%～68.90%，其中綠嶺最高，為68.90%，上宋6號最低，為62.05%，綠嶺、元豐、魯光等8個品種達(dá)到了國家核桃堅(jiān)果質(zhì)量規(guī)定的特級標(biāo)準(zhǔn)[23](脂肪含量大于等于65%)，優(yōu)于綠早、魯果1號等7個品種。供試品種種仁總蛋白含量為18.43%～23.82%，均達(dá)到了國家核桃堅(jiān)果質(zhì)量特級標(biāo)準(zhǔn)[23](蛋白質(zhì)含量大于等于14%)；可溶性蛋白含量為0.85%～1.67%，魯光含量最高，為1.67%，魯果1號含量最低，為0.85%。維生素E是人體必需的植物源脂溶性維生素，15個核桃品種種仁維生素E質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25～0.53 mg·g-1，中林1號含量最高，高達(dá)0.53 mg·g-1，顯著高于其他14個品種，魯果1號質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為0.25 mg·g-1。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成成分，15個品種的氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.51～225.72 mg·g-1，阿克蘇9號含量最高，遼寧3號最低。

表2 不同品種核桃種仁營養(yǎng)成分含量

2.3.2 種仁礦質(zhì)元素含量 15個核桃品種種仁礦質(zhì)元素含量見表3，大量元素中K含量最高，其次是P含量。種仁K質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.08～6.45 g·kg-1，遼寧1號最高，為6.45 g·kg-1，顯著高于遼寧3號、金薄香2號、綠早等8個品種；P質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.75～1.06 g·kg-1，綠波最高，元豐最低，其他品種間無顯著性差異。微量元素Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)在103.13～498.06 mg·kg-1，元豐的Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為498.06 mg·kg-1，顯著高于其他14個品種；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)在81.85～173.31 mg·kg-1，金薄香2號鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為173.31 mg·kg-1，顯著高于除綠波和中林1號以外的12個品種。

表3 不同品種核桃種仁主要礦質(zhì)元素含量

2.4 基于主成分分析不同核桃新品種的結(jié)果及果實(shí)品質(zhì)的綜合評價(jià)

以測定的15個指標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用主成分分析法對15個核桃品種進(jìn)行綜合評價(jià)(表4)。由表4可知，所提取出的6個主成分能夠代表15個供試品種綜合性狀的88.233%，所提取的主成分對評價(jià)核桃品種綜合性狀有一定的把握，因此可以選取前6個成分作為供試核桃品種綜合性狀的主成分。

表4 不同品種核桃各性狀因子載荷矩陣和貢獻(xiàn)率

主成分表達(dá)式用Z=nX表示，n為因子載荷量。第1主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z1=0.314X1+0.034X2+0.128X3+0.263X4-0.417X5+0.001X6+0.348X7+0.463X8-0.206X9-0.163X10-0.358X11+0.208X12+0.168X13+0.042X14-0.186X15

(3)

第1主成分的特征值為3.733，方差貢獻(xiàn)率為24.886%，其脂肪和總蛋白質(zhì)含量在此主成分上有較高的權(quán)重。

第2主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z2=0.174X1+0.484X2+0.341X3-0.332X4+0.033X5+0.348X6+0.143X7-0.064X8+0.050X9+0.160X10-0.088X11-0.212X12+0.166X13+0.472X14+0.176X15

(4)

第2主成分的特征值為3.329，方差貢獻(xiàn)率為22.192%，其中單果質(zhì)量、殼厚和種仁Fe含量在此主成分上有較高的權(quán)重。

第3主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z3=-0.128X1+0.258X2+0.213X3-0.078X4+0.133X5-0.171X6+0.323X7+0.030X8+0.367X9-0.092X10-0.114X11+0.507X12-0.280X13-0.253X14+0.398X15

(5)

第3主成分的特征值為2.006，方差貢獻(xiàn)率為13.375%，其中種仁P含量、Zn含量在此主成分上有較高的權(quán)重。

第4主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z4=-0.170X1-0.177X2-0.208X3+0.046X4-0.225X5-0.038X6+0.152X7-0.158X8+0.428X9+0.522X10-0.372X11-0.066X12+0.427X13-0.096X14+0.070X15

(6)

第4主成分的特征值為1.676，方差貢獻(xiàn)率為11.171%，其中可溶性蛋白、維生素E含量、種仁K含量在此主成分上有較高的權(quán)重。

第5主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z5=0.233X1+0.068X2+0.397X3+0.403X4+0.280X5-0.379X6-0.054X7-0.032X8+0.183X9+0.358X10-0.100X11-0.192X12-0.274X13+0.084X14-0.322X15

(7)

第5主成分的特征值為1.302，方差貢獻(xiàn)率為8.680%，其中單仁質(zhì)量、出仁率和三徑均值在此主成分上有較高的權(quán)重。

第6主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Z6=0.422X1-0.013X2-0.264X3-0.147X4+0.175X5-0.500X6+0.141X7+0.102X8-0.282X9+0.285X10+0.261X11+0.105X12+0.226X13+0.094X14+0.347X15

(8)

第6主成分的特征值為1.189，方差貢獻(xiàn)率為7.928%，其中堅(jiān)果產(chǎn)量、氨基酸含量在此主成分上有較高的權(quán)重。

分別以第 1、2、3、4、5、6 主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率a1、a2、a3、a4、a5、a6作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評價(jià)模型，C=a1Z1+a2Z2+a3Z3+a4Z4+a5Z5+a6Z6得出綜合得分值，并進(jìn)行排序，計(jì)算結(jié)果見表5。由表5的綜合評價(jià)結(jié)果由大到小可知：綠嶺、遼寧1號、綠波、元豐、香玲、中林1號、遼寧3號、魯果1號、魯光、金薄香2號、遼寧8號、魯果6號、上宋6號、阿克蘇9號、綠早。

表5 不同品種核桃各性狀的主成分得分和綜合得分

3 結(jié)論與討論

采用主成分分析法對河北綠嶺果業(yè)有限公司核桃示范基地引進(jìn)的15個核桃新品種的綜合品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，得出各品種的重要主成分值，綜合排名最高的是綠嶺，其次是遼寧1號、綠波、元豐、香玲、中林1號、遼寧3號、魯果1號、魯光、金薄香2號、遼寧8號、魯果6號、上宋6號、阿克蘇9號、綠早，評價(jià)結(jié)果與實(shí)際表現(xiàn)相一致。綜上所述，綠嶺、遼寧1號、綠波表現(xiàn)較好，可在類似地區(qū)進(jìn)行引種。

研究表明，15個核桃品種果實(shí)特性及營養(yǎng)成分有很大差別，表型豐富，由于遺傳基礎(chǔ)不同，同一引種地栽植的不同核桃品種產(chǎn)生不同的表現(xiàn)型[24]。許多專家學(xué)者育種的目標(biāo)是高產(chǎn)[25]，認(rèn)為產(chǎn)量、堅(jiān)果品質(zhì)以及適應(yīng)特定氣候條件的能力，都是開發(fā)和選擇新的核桃品種時(shí)要考慮的重要因素[26]。根據(jù)各品種在太行山丘陵地區(qū)實(shí)際生長狀況，遼寧3號果實(shí)偏小，易早衰，難更新，但產(chǎn)量較高；綠早成熟期比其他品種早近1個月；魯光產(chǎn)量低，通常結(jié)單果，不抗日燒；阿克蘇9號頂芽結(jié)果，產(chǎn)量低，品質(zhì)差，但是種仁氨基酸含量高；遼寧8號果實(shí)偏小，核桃仁顏色略深；綠波抗病性極差，營養(yǎng)生長旺盛，易徒長；香玲出仁率高；魯果1號產(chǎn)量高，但易早衰，殼厚，核桃仁顏色深，口感澀；上宋6號脂肪含量低，抗病性差，核桃仁口感苦澀，常用作授粉樹；中林1號抗性差，出仁率低，但維生素E含量高；元豐產(chǎn)量高，但在結(jié)果后期日燒嚴(yán)重，并且出仁率低，空殼現(xiàn)象嚴(yán)重，殼厚，種仁顏色深，表明不同品種核桃具有各自的特性。

韓華柏等[27]研究表明有關(guān)核桃選育的性狀，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)果縱橫徑、平均堅(jiān)果質(zhì)量、殼厚、出仁率、核仁質(zhì)量、脂肪含量、蛋白質(zhì)含量是核桃選育的重要指標(biāo)。張麗等[28]研究得出堅(jiān)果品質(zhì)和產(chǎn)量是能否判定豐產(chǎn)的重要性狀。本研究表明，15個核桃品種果實(shí)特性及營養(yǎng)成分有很大差別，其中總蛋白質(zhì)含量、單果質(zhì)量、P含量、維生素E含量、出仁率、堅(jiān)果產(chǎn)量分別在6個主成分上占有最高的權(quán)重，因此是評價(jià)核桃品質(zhì)的關(guān)鍵性指標(biāo)，與實(shí)際生長現(xiàn)狀相符，與施麗麗[29]的研究結(jié)論有不一致的地方，因?yàn)樗u價(jià)的指標(biāo)不同，評價(jià)結(jié)果也會有不同。齊國輝等[30]對早實(shí)核桃生物學(xué)特性的研究表明，不同核桃品種性狀不同，其價(jià)值不同。15個核桃品種在引種地表現(xiàn)一定的差異，優(yōu)良性狀有所改變，取決于品種的遺傳差異，氣候差異[31]、管理水平以及土壤因素。

主成分分析能夠很好地將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為綜合指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，許多相關(guān)變量都被簡化為幾個主要因子，在本試驗(yàn)中將15個品種核桃的15個性狀轉(zhuǎn)化成6個主成分，可以很好地評價(jià)核桃的綜合性狀，篩選出適合引種地栽植的品種。杜天宇等[32]研究了56個核桃單株，對堅(jiān)果的9個主要特征進(jìn)行鑒定，表明三徑均值、出仁率、含油量3個指標(biāo)可以綜合反映核桃的堅(jiān)果指標(biāo)，篩選出10個優(yōu)良單株，表明主成分分析法在篩選核桃優(yōu)良單株中具有重要意義。肖良俊等[33]利用主成分分析法對滇東北地區(qū)7個烏蒙核桃優(yōu)株的主要經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行分析，即可根據(jù)選種目標(biāo)，綜合評判優(yōu)良單株的生產(chǎn)性能。