湖南省4個薄殼山核桃品種果實形態(tài)和品質(zhì)變化規(guī)律

王藝穎，周文君，盧 琨，曾淑珍，袁 軍

（中南林業(yè)科技大學(xué) a. 經(jīng)濟林培育與保護教育部重點實驗室；b. 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004）

薄殼山核桃Carya illinoinensis又名長山核桃、碧根果、美國山核桃，為胡桃科Julandaceae山核桃屬CaryaNutt的一種落葉喬木[1]。樹形高大通直，樹姿優(yōu)美，木材紋理細(xì)膩，可提供優(yōu)質(zhì)木材，亦可作庭院栽培的觀賞樹種和綠化的行道樹種。薄殼山核桃具有殼薄、果大、出仁率高、果仁口感松脆、營養(yǎng)豐富等特點。在胡桃果樹中品質(zhì)最佳，是世界上著名的干果油料樹種之一。薄殼山核桃果仁能提取山核桃油，富含不飽和脂肪酸、氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，種仁含油率介于51%～69%之間。成熟的山核桃含有65%～75%的脂類，不飽和脂肪酸總量在90%以上，主要包括油酸、亞油酸和亞麻酸等[2]。

薄殼山核桃原產(chǎn)于美國和墨西哥，在中國也有廣泛引種栽培[3]，目前已在我國22個?。▍^(qū)、市）進行引種栽培，其中在云南、浙江、安徽、江蘇等省份得到了大面積的推廣種植[4-5]。隨著薄殼山核桃在我國的快速發(fā)展，對薄殼山核桃品種的果實生長發(fā)育特性方面認(rèn)識不足，限制了薄殼山核桃的精準(zhǔn)栽培以及把控果實的最佳采收時期。因此，有關(guān)薄殼山核桃果實發(fā)育特性和果實品質(zhì)調(diào)控成為學(xué)者的重點研究方向。前人將‘波尼’（‘Pawnee’)‘馬罕’（‘Maha’）和‘金華’（‘Jinhua’）等已審（認(rèn)）定品種為對象，進行了果實發(fā)育規(guī)律的動態(tài)分析，將果實的發(fā)育規(guī)律分為4個時期[6-8]。許夢洋等[9]對南京地區(qū)栽培的薄殼山核桃‘波尼’連續(xù)169 d果實發(fā)育情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)最佳采收期在9月底—10月初，其中可作為優(yōu)選對象在南京地區(qū)廣泛栽培。常君等[10]以浙江金華的41個不同薄殼山核桃品種為主要研究對象，比較了不同品種間果實營養(yǎng)成分和脂肪酸組成的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)薄殼山核桃種仁富含粗脂肪、可溶性糖等營養(yǎng)成分，脂肪酸除花生酸表現(xiàn)出顯著性差異外，其他脂肪酸均表現(xiàn)出極顯著性差異。張鵬等[11]對胡桃屬多種植物胚中的含油率和脂肪酸組成進行分析比較發(fā)現(xiàn)，薄殼山核桃的不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的含量均相對較高。

薄殼山核桃的果實發(fā)育規(guī)律是影響果實成熟的關(guān)鍵因子，不同品種的果實發(fā)育規(guī)律通常有明顯差異。然而，這方面的研究還較匱乏，導(dǎo)致不能針對性地對薄殼山核桃林分進行水肥管理和適時采收，限制了薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鑒于此，本研究以湖南洞口種植的4個美國薄殼山核桃品種為試驗材料，從授粉后（5月初）開始對果實外觀形態(tài)和內(nèi)含物含量的變化進行觀測，并分析各品種果實性狀的生長發(fā)育規(guī)律，為薄殼山核桃的適時采收提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖南省邵陽市洞口縣毛坪村（27°14′10″N，110°42′54″E），亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，熱量充足，年平均氣溫16.6 ℃，年平均降水量1 491 mm，全年無霜期290 d左右，土壤類型為紅壤。

1.2 試驗材料

試驗材料薄殼山核桃品種‘波尼’‘馬漢’‘普茲列’和‘威斯頓’。這4個薄殼山核桃品種均起源于美國，實生苗定植10 a后開始結(jié)果，通過嫁接繁殖的苗木，定植5～6 a后便開始結(jié)果，大樹通過高接換冠1～2 a后開始結(jié)果，盛果期為結(jié)果后15 a左右開始，持續(xù)時間長達(dá)50～60 a[12]。成熟的薄殼山核桃的種子呈矩圓狀或長橢圓形，縱徑3～5 cm，橫徑2 cm左右，實生樹果實形狀和大小變異較大[13]?！帷瘜儆谛巯刃停莾?yōu)質(zhì)的早期授粉樹種，中果型中熟品種，最佳采收期在花后145～155 d[6]。‘馬漢’是大果型晚熟品種，雌先型，果型狹長體積較大，果殼薄[14]?！掌澚小瘜儆谥泄驮缡炱贩N，湖南于1998年從路易斯安那州立大學(xué)的薄殼山核桃研究推廣站引進，雄先型，具有抗病蟲害的優(yōu)點，通常表現(xiàn)為4～5 a開花，成熟期在花后140 d左右[15]。‘威斯頓’是在美國西南地區(qū)最廣泛種植的薄殼山核桃品種，雄先型，小果型中熟品種，具有耐熱抗旱的優(yōu)點，在我國的成熟期為10月上旬，大概為花后160 d[5]。試驗樹為2012年通過高干嫁接的成年樹，栽植密度為8 m×8 m，土壤肥力中等，果園設(shè)有護欄保護，采用常規(guī)的水肥管理方式進行管護。

1.3 試驗方法

1.3.1 采樣方法

每個品種選擇5株生長健壯、長勢一致的樣樹，分別于2021年6月20日、7月20日、8月20日、9月10日、9月30日、10月20日進行采樣。采樣時從每株樹中上部東南西北4個方向采集中等果20個，低溫保存帶回實驗室。種仁在7月20日之后出現(xiàn)，在對4個薄殼山核桃品種種仁內(nèi)含物研究時，因前期無法分離種仁，6月20日和7月20日兩個時期的材料取全部果實磨碎后測定。

1.3.2 果實形態(tài)測定

每個品種以新鮮采集的20個果實為測量對象，采用精度為0.01 mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺沿著果實中部最寬處測量橫徑，沿著果實頂部至底部最寬處測得縱徑。用精度為千分之一的分析天平測果實鮮質(zhì)量和干質(zhì)量[16]；果實形態(tài)測定完成后，將種仁在60 ℃烘箱中烘干，粉碎，供分析測試用。

1.3.3 果實內(nèi)含物測定

采用索式提取法測定種仁含油率[17]。脂肪酸采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪酸的測定》中的內(nèi)標(biāo)法測定[18]。可溶性糖和淀粉的測定使用蒽酮-硫酸比色法[19]?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍(lán)法測定[20]。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics 25和Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)分析和作圖，相關(guān)性分析采用Pearson分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4個不同薄殼山核桃品種果實形態(tài)發(fā)育規(guī)律

2.1.1 果實橫徑和縱徑

圖1為4個薄殼山核桃品種的果實橫徑發(fā)育規(guī)律曲線，對6個發(fā)育時期的薄殼山核桃品種果實橫徑測量結(jié)果顯示，4個不同品種的薄殼山核桃果實橫徑均隨發(fā)育時期的變化有所增長。由圖1可知，7月20日—8月20日是薄殼山核桃果實橫徑的快速增長期?！诡D’在9月10日—10月20日期間果實橫徑無明顯增長，‘波尼’‘普茲列’和‘馬漢’在果實發(fā)育后期仍然保持較高的橫徑增長速度。比較這4個不同品種的薄殼山核桃在同一時期的果實橫徑變化，結(jié)果表明‘波尼’在6個發(fā)育時期中果實橫徑均大于其他品種。4個薄殼山核桃品種果實成熟后橫徑由大到小依次為‘波尼’＞‘普茲列’＞‘馬漢’＞‘威斯頓’。

圖1 不同薄殼山核桃品種果實橫徑動態(tài)變化曲線Fig. 1 Dynamic change curve of fruit transverse diameter of different C. illinoinensis varieties

4個品種的果實縱徑發(fā)育規(guī)律變化曲線如圖2所示，薄殼山核桃‘馬漢’在各個發(fā)育時期果實縱徑都顯著高于‘普茲列’和‘威斯頓’。在7月20日—8月20日‘馬漢’‘波尼’和‘威斯頓’達(dá)到果實縱徑快速增長期，而‘普茲列’則在8月20日—9月10日達(dá)到果實縱徑快速增長期。9月10日—9月30日，4個品種果實縱徑變化均不顯著，‘馬漢’和‘威斯頓’在9月30日—10月20日仍保持較高的縱徑增長速度。4個薄殼山核桃品種果實成熟后縱徑由大到小依次為‘馬漢’＞‘波尼’＞‘威斯頓’＞‘普茲列’。

2.1.2 果實鮮質(zhì)量和干質(zhì)量

比較4個薄殼山核桃品種的6個發(fā)育時期的果實鮮質(zhì)量（圖3），結(jié)果顯示4個品種在整個發(fā)育時期果實鮮質(zhì)量均呈上升趨勢。果實鮮質(zhì)量的變化幅度為2.21～32.95 g，10月20日均達(dá)到最大值。從同一時期不同品種來看，4個薄殼山核桃的青果鮮質(zhì)量由大到小依次為‘波尼’‘馬漢’‘威斯頓’和‘普茲列’。10月20日果實鮮質(zhì)量最大的‘波尼’達(dá)32.95 g，是此時鮮質(zhì)量最小品種‘普茲列’的1.69倍。6月20日—7月20日果實鮮質(zhì)量基本無增長，7月20日—9月30日是果實鮮質(zhì)量的快速增長期。9月30日—10月20日‘馬漢’仍然保持較快的鮮質(zhì)量增長速度，其他3個品種鮮質(zhì)量變化不明顯。

圖2 不同薄殼山核桃品種果實縱徑變化曲線Fig. 2 Variation curve of fruit longitudinal diameter of different C. illinoinensis varieties

圖3 不同薄殼山核桃品種果實鮮質(zhì)量變化曲線Fig. 3 Change curve of fresh fruit mass of different C. illinoinensis varieties

比較4個不同薄殼山核桃品種的6個發(fā)育時期的果實干質(zhì)量（圖4），結(jié)果顯示4個薄殼山核桃品種的干質(zhì)量變化趨勢與鮮質(zhì)量基本一致。7月20日—9月30日是所有薄殼山核桃品種果實營養(yǎng)物質(zhì)的快速積累期。4個薄殼山核桃品種果實成熟后期果實干質(zhì)量由大到小依次為‘波尼’＞‘馬漢’＞‘威斯頓’＞‘普茲列’。

2.2 4個不同薄殼山核桃品種內(nèi)含物動態(tài)變化

2.2.1 種仁含油率

對4個薄殼山核桃品種的6個發(fā)育時期的種仁含油率測定發(fā)現(xiàn)，油脂開始形成的時期在7月20日之后，油脂的快速積累期是9月10日—9月30日。果實發(fā)育后期種仁含油率最高的品種是‘波尼’，在10月20日達(dá)到最高值為60.34%。7月20日—9月10日‘普茲列’‘波尼’和‘馬漢’3個品種的種仁含油率差異不顯著。9月10日‘威斯頓’的含油率顯著高于‘馬漢’，‘威斯頓’在整個時期含油率變化趨勢呈直線型增長。9月30日‘波尼’的含油率顯著高于其他品種。10月20日4個品種含油率排序為‘波尼’＞‘馬漢’＞‘普茲列’＞‘威斯頓’。

圖5 不同薄殼山核桃品種種仁含油率變化曲線Fig. 5 Variation curve of oil yield of different C. illinoinensis varieties.

圖4 不同薄殼山核桃品種果實干質(zhì)量變化曲線Fig. 4 Variation curve of dried fruit mass of different C. illinoinensis varieties

2.2.2 種仁脂肪酸組分分析

隨著薄殼山核桃果實內(nèi)部油脂合成活動的開展（7月20日），薄殼山核桃油脂中的脂肪酸組成也發(fā)生了動態(tài)變化。油酸作為山核桃油中不飽和脂肪酸的最大組成部分，隨時間占比越來越重，到發(fā)育后期達(dá)到80.16%～91.00%。從果實發(fā)育后期脂肪酸組成成分來看，成熟的薄殼山核桃油脂中脂肪酸含量順序為油酸＞亞油酸＞棕櫚酸＞硬脂酸＞亞麻酸＞花生酸。其中油酸、亞油酸和亞麻酸屬于不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸含量占總脂肪酸含量的80%以上；棕櫚酸、硬脂酸和花生酸屬于飽和脂肪酸，飽和脂肪酸含量約占總脂肪酸含量的10%～15%。

從4個品種脂肪酸各組分對比可以看出，這4個薄殼山核桃品種相對油酸含量增長最快的時期是8月20日—9月10日，9月10日—9月30日除‘普茲列’外其他3個品種的油酸含量均無明顯變化，品種間也無明顯差異。10月20日4個品種相對油酸含量由大到小依次為‘波尼’＞‘馬漢’＞‘威斯頓’＞‘普茲列’。隨著果實發(fā)育油脂合成，相對亞油酸含量整體呈下降趨勢，‘普茲列’亞油酸含量在9月10日—9月30日下降幅度最大，‘波尼’和‘馬漢’在8月20日—9月10日果實中相對亞油酸含量下降幅度明顯，‘威斯頓’在7月20日—8月20日明顯下降。‘馬漢’在9月10日達(dá)到相對亞油酸含量的最低值，其他3個品種在10月20日為最低值。棕櫚酸大量存在于油脂合成的前中期，從整個發(fā)育時期看，棕櫚酸的相對含量變化幅度較大，超過了20%。8月20日—9月10日為‘波尼’‘威斯頓’和‘普茲列’棕櫚酸下降最明顯的時期，‘馬漢’在9月10日—9月30日相對棕櫚酸含量下降最快。硬脂酸在‘普茲列’和‘威斯頓’中有先增后減的趨勢。8月20日—9月10日4個品種中的相對硬脂酸含量有顯著降低，其他時期中占比變化不明顯?；ㄉ嵩谒衅贩N中含量都很低，在整個發(fā)育時期中相對含量穩(wěn)定在1%以內(nèi)。‘威斯頓’和‘普茲列’在油脂合成初期并未檢測出花生酸。

圖6 4個不同品種的脂肪酸組成Fig. 6 Fatty acid composition of 4 different varieties

2.2.3 種仁可溶性糖

對4個薄殼山核桃品種果實可溶性糖含量測定發(fā)現(xiàn)，可溶性總糖呈先降低后升高的趨勢，果實發(fā)育前期是可溶性糖含量的最高點，為110.34 mg/g。8月20日—9月10日下降最快，9月10日—9月30日達(dá)到最低點。果實發(fā)育前期4個品種果實內(nèi)的可溶性糖含量差異不大，9月10日—9月30日‘威斯頓’果實中的可溶性糖含量顯著低于其他3個品種。果實發(fā)育前期4個品種可溶性糖含量由大到小依次為‘波尼’＞‘威斯頓’＞‘普茲列’＞‘馬漢’。

2.2.4 種仁淀粉

淀粉的變化曲線結(jié)果顯示，4個薄殼山核桃果實內(nèi)的淀粉含量呈‘M’形曲線，7月20日—8月20日是種仁中淀粉含量的快速減少期，在8月20日達(dá)到最低值，為1.178 mg/g。9月30日—10月20日是種仁淀粉含量的另一個減少期。8月20日—9月10日，除‘馬漢’外的其他3個品種的淀粉含量顯著升高。比較4個品種間的差異發(fā)現(xiàn)，8月20日‘波尼’和‘馬漢’中的淀粉含量顯著高于其他兩個品種，9月10日‘波尼’中的淀粉含量顯著高于其他3個品種，其他時期各品種差異不顯著。

圖7 4個不同品種的脂肪酸相對含量Fig. 7 The relative contents of fatty acids in 4 different varieties

圖8 不同薄殼山核桃品種果實可溶性糖含量變化曲線Fig. 8 Variation curve of soluble sugar in different C. illinoinensis varieties

圖9 不同薄殼山核桃果實淀粉含量變化曲線Fig. 9 Variation curve of starch content in different C. illinoinensis varieties

2.2.5 種仁可溶性蛋白

4個薄殼山核桃品種果實發(fā)育過程中可溶性蛋白的含量變化如圖11所示。在7月20日之前，種仁內(nèi)的可溶性蛋白含量處于一個穩(wěn)定的低谷期＜10 mg/g。隨著果實的生長發(fā)育，種仁中可溶性蛋白含量總體呈上升趨勢，7月20日—8月20日為快速增長期。在果實發(fā)育的前中期，4個薄殼山核桃品種之間的可溶性蛋白含量差異不顯著。果實發(fā)育后期4個薄殼山核桃品種的可溶性蛋白含量由大到小依次為‘波尼’＞‘馬漢’＞‘普茲列’＞‘威斯頓’。8月20日—9月30日‘威斯頓’可溶性蛋白含量顯著低于其他品種，9月30日時‘波尼’和‘馬漢’中可溶性蛋白含量顯著高于其他兩個品種。9月30日—10月20日，‘馬漢’的變化趨勢呈下降趨勢，其他3個品種呈小幅上升趨勢。整個發(fā)育時期可溶性蛋白含量的變化幅度在6.1～27.0 mg/g之間。

圖10 不同薄殼山核桃果實可溶性蛋白含量變化曲線Fig. 10 Variation curve of soluble protein content in different C. illinoinensis varieties

2.2.6 果實含水率

4個薄殼山核桃品種的含水率在整個發(fā)育時期呈下降趨勢，如圖16所示。果實含水率的變化范圍在75.68%～58.53%之間，果實含水率的變化趨勢總體保持動態(tài)平衡。9月10日—10月20日4個薄殼山核桃品種之間的含水率變化情況無顯著差異，6月20日時‘普茲列’果實中的含水率顯著低于其他3個品種，8月20日時‘波尼’含水率顯著低于其他品種。果實發(fā)育中后期水分主要存在于果皮中，去除果皮后種子含水率在30%～40%之間。

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1 薄殼山核桃果實形態(tài)與內(nèi)含物之間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果表明，薄殼山核桃果實出油率與果實橫徑、果實鮮質(zhì)量極顯著正相關(guān)?？扇苄缘鞍?、不飽和脂肪酸含量都與果實橫徑和鮮質(zhì)量顯著相關(guān)，可以通過果實的形狀和質(zhì)量預(yù)測這2種內(nèi)含物含量。

圖11 不同薄殼山核桃品種果實含水率動態(tài)變化曲線Fig. 11 Dynamic change curve of fruit moisture content of different C. illinoinensis varieties

表1 薄殼山核桃果實形態(tài)與內(nèi)含物之間的相關(guān)系數(shù)?Table 1 Correlation coefficient between form and content of C. illinoinensis fruit

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

對薄殼山核桃果實形態(tài)和單果質(zhì)量等性狀指標(biāo)的測定結(jié)果表明，4個薄殼山核桃品種果實生長呈“S”型增長曲線，4個品種的果實橫縱徑均隨時間有所增長，8月20日—9月10日是果實橫徑的快速增長期，7月20日—8月20日是果實縱徑的快速增長期?！帷诠麑嵃l(fā)育后期仍然保持較高的橫徑增長速度，‘馬漢’在果實發(fā)育后期仍保持較高的縱徑增長速度。4個薄殼山核桃果實單果質(zhì)量隨時間累積，‘波尼’和‘馬漢’兩個品種的鮮果質(zhì)量增長量和干物質(zhì)累積量都顯著高于另外兩個品種，8月20日—9月30日是種子營養(yǎng)物質(zhì)的快速積累期。4個薄殼山核桃品種種仁中油脂累積主要在7月20日之后。含油率最高的品種為‘波尼’，達(dá)60.34%。內(nèi)含物質(zhì)隨果實發(fā)育呈“V”型或“M”型增長曲線。成熟的薄殼山核桃油脂中脂肪酸含量順序為油酸＞亞油酸＞棕櫚酸＞硬脂酸＞亞麻酸＞花生酸。果實含水率在整個發(fā)育時期呈下降趨勢，變化范圍為75.68%～60.83%。相關(guān)性分析表明，可溶性蛋白、不飽和脂肪酸含量都與果實橫徑和鮮質(zhì)量顯著相關(guān)。

3.2 討 論

果實橫縱徑與果實干鮮質(zhì)量均隨發(fā)育時間呈明顯的‘慢—快—慢’的增長趨勢，這與前人的研究結(jié)果一致[6-8]。整個發(fā)育時期果形指數(shù)呈先減后增的趨勢，且發(fā)育前期大于發(fā)育后期，這是由于果實縱徑的生長速度高于果實橫徑的增長速度。于敏等[21]對浙江種植的薄殼山核桃‘威斯頓’‘波尼’和‘馬漢’的外觀性狀比較分析表明，種子鮮質(zhì)量與鮮果質(zhì)量、仁質(zhì)量以及出仁率之間均呈極顯著正相關(guān)。這與本研究結(jié)果相似，表明相同的薄殼山核桃品種，在浙江省新昌縣與湖南省洞口縣種植后，果實的外觀品質(zhì)無明顯差異。發(fā)育后期薄殼山核桃油脂中脂肪酸含量順序為油酸＞亞油酸＞棕櫚酸＞硬脂酸＞亞麻酸＞花生酸。這與俞春蓮等[22]測定的脂肪酸含量結(jié)果相一致，薄殼山核桃的油脂主要由油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸、花生酸等成分組成[23]。4個薄殼山核桃果實可溶性總糖呈先降低后升高的趨勢，且果實發(fā)育前期高于發(fā)育后期。解紅恩等[24]的研究結(jié)果表明，在果實發(fā)育過程中粗蛋白和可溶性糖不斷減少，這是由于果實成熟過程中種仁可溶性糖和粗蛋白不斷轉(zhuǎn)化成為粗脂肪。在果實發(fā)育過程中種仁淀粉含量總體保持增長，增長曲線呈“M”形。在果實發(fā)育的前期，4個薄殼山核桃品種間可溶性蛋白含量差異不顯著。果實發(fā)育后期可溶性糖含量短暫升高，可溶性糖對植物代謝有重要作用，對果實的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，后期可增加光合作用和施加肥料等，促進苗木生長補充果實生長后期糖類的需求[25-27]。4個薄殼山核桃品種成熟期的種仁含油率達(dá)50.67%～60.34%，顯著高于油茶、油棕等木本油料樹種[11]。油脂中脂肪酸組成比例隨果實發(fā)育而變化，存在飽和脂肪酸向不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化的趨勢，這與常君等[28]的研究結(jié)果一致。

湖南是最早引進薄殼山核桃的地區(qū)，也是最適宜栽培的地區(qū)之一。本研究對湖南省4個薄殼山核桃的果實形態(tài)發(fā)育和內(nèi)含物動態(tài)變化的規(guī)律進行測定，篩選出薄殼山核桃品種‘波尼’和‘馬漢’在10月20日左右為最佳采收期；薄殼山核桃品種‘普茲列’和‘威斯頓’在9月30日前達(dá)到最佳采收期，但對于品種配置方面存在一定的局限性。自花授粉會導(dǎo)致果仁質(zhì)量和體積減小、坐果率降低的現(xiàn)象，大部分情況下異花授粉的果實表現(xiàn)更佳。后期可進行實驗篩選得出與主栽品種親和性較高、花粉活力強、花粉量大的授粉樹對主栽品種進行授粉雜交實驗，篩選出最適合在湖南省大面積推廣種植的薄殼山核桃品種配置方案。