不同內(nèi)果皮厚度核桃的堅果品質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)差異分析

摘要 ［目的］研究不同內(nèi)果皮厚度核桃的堅果品質(zhì)、內(nèi)果皮組分和組織結(jié)構(gòu)的差異及相關(guān)性，為內(nèi)果皮相關(guān)的核桃品種改良提供理論基礎(chǔ)。［方法］以新疆主栽的5個不同內(nèi)果皮厚度的核桃品種為材料，采用標(biāo)準(zhǔn)化描述及分光光度計法等生理方法，測定堅果的表型性狀、核仁和內(nèi)果皮的主要成分，同時利用掃描電子顯微鏡觀測內(nèi)果皮縱切面的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)特征。［結(jié)果］內(nèi)果皮的厚度不同，堅果的光潔程度、核仁飽滿度、出仁率、縫合線緊密度以及核仁脂肪、蛋白質(zhì)和單寧的含量也不同，其中，內(nèi)果皮厚度與核仁脂肪、蛋白質(zhì)含量均呈負(fù)相關(guān)，而與縫合線緊密度呈極顯著正相關(guān)；內(nèi)果皮的主要組分為木質(zhì)素、纖維素及半纖維素，其中木質(zhì)素含量最高，與核仁的主要營養(yǎng)成分脂肪、蛋白質(zhì)及種仁單寧含量均呈負(fù)相關(guān)；內(nèi)果皮縱切面可分為疏松區(qū)、致密區(qū)和過渡區(qū)3部分，5個核桃品種各分區(qū)的細(xì)胞組織形態(tài)相似，但所占內(nèi)果皮總厚度的比例有差異。［結(jié)論］核桃內(nèi)果皮的厚度越大，縫合線越緊密，木質(zhì)素和纖維素含量也越高，其組織結(jié)構(gòu)中的疏松層占內(nèi)果皮的總厚度比例也較大，但核仁的主要營養(yǎng)成分含量會降低。

關(guān)鍵詞 核桃；堅果品質(zhì)；內(nèi)果皮組分；內(nèi)果皮結(jié)構(gòu)

中圖分類號 TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）21-0097-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.21.020

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Variance in the Nut Quality and Organizational Structure of Juglans regia L. with Different Husk Thickness

ZHANG Jie1， HAN Li-qun2

（1.Xinjiang Forestry School， Urumqi， Xinjiang 830026;2.Horticultural Crop Research Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Xinjiang Fruit Tree Science Observation and Test Station of the Ministry of Agriculture， Urumqi， Xinjiang 830091）

Abstract ［Objective］Study the difference and correlation of nut quality， the components and tissue structure of husk to provide a theoretical basis for the improvement of Juglans regia L. varieties related to husk. ［Method］Five main Juglans regia L. varieties in Xinjiang with different husk thickness were selected as the research objects.The phenotypic characters， the components of kernel and husk were determined by the standardized description and spectrophotometer method. At the same time， the cell tissue structure of the husk longitudinal section were observed by scanning electron microscope. ［Result］ The nut smoothness， fullness of kernel， kernel ratio， suture line tightness and the contents of kernel fat， proteinW49XtrxXwcDMVkyQ/rrt05H/F0TCqYGEGT8kLWKgm9Y= and tannin are different when the husk thickness of Juglans regia L. are different. Among which， the thickness of husk were negatively correlated with the contents of kernel fat， protein and tannin， but positively correlated with the suture line tightness. The main components of husk are lignin， cellulose and hemicellulose， among which the content of lignin is the highest， and negatively correlated with the contents of kernel fat， protein and tannin. The longitudinal section of Juglans regia L. husk can be divided into loose area， dense area and transition area. The cell tissue morphology of each area of the five Juglans regia L. are similar， but the proportion in the total thickness of husk are different. ［Conclusion］The thicker husk and tighter suture line tightness structure produced higher lignin and cellulose as well as thicker loose area， but the main nutrient contents of kernel will decrease.

Key words Juglans regia L.;Nut quality;Husk components;Husk morphology

基金項目 新疆維吾爾自治區(qū)創(chuàng)新環(huán)境（人才、基地）建設(shè)專項 － 資源共享平臺建設(shè)項目（PT2027）；新疆維吾爾自治區(qū)核桃產(chǎn)業(yè)專家團(tuán)隊 － 高效栽培崗（HTCYZJTD2020-02）。

作者簡介 張捷（1987—），女，甘肅平?jīng)鋈?，講師，碩士，從事林木遺傳育種研究。

*通信作者，副研究員，碩士，從事核桃資源與育種研究。

收稿日期 2023-12-24

核桃（Juglans regia L.）屬胡桃科核桃屬落葉喬木，是世界四大堅果樹種之一。內(nèi)果皮（核殼）作為核桃堅果的重要組成部分，在其生長、發(fā)育、漂洗、運(yùn)輸及貯藏過程中起著重要的保護(hù)作用［1］。核桃的內(nèi)果皮由子房壁發(fā)育而成，在果實(shí)發(fā)育的硬核期，薄壁組織木質(zhì)化形成堅硬的果殼［2-4］，其主要組成成分是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素［5］。內(nèi)果皮特征是鑒定評價核桃種質(zhì)資源的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［6-7］，與核仁品質(zhì)密切相關(guān)。內(nèi)果皮越厚，縫合線越緊密，漂洗污染率和貯藏期間蟲果率、霉變率越低［8］。新疆一些主栽核桃品種內(nèi)果皮薄甚至露仁，成熟期遇陰雨天氣及采后加工過程中，核仁極易霉變，貯藏期也易受蟲害侵襲，內(nèi)果皮的結(jié)構(gòu)和組成成分對維持內(nèi)果皮的硬度及支撐強(qiáng)度、保護(hù)核仁不受污染至關(guān)重要。趙書崗等［1］研究了核桃堅果硬殼結(jié)構(gòu)指標(biāo)（縫合線緊密度、機(jī)械強(qiáng)度、密度），認(rèn)為品種、光照等是影響堅果硬殼結(jié)構(gòu)的重要因素。鄭志鋒等［5］研究認(rèn)為，核桃內(nèi)果皮的主要組分是木質(zhì)素、纖維素和半纖維。李夕勃等［9］研究比較了核桃堅果內(nèi)果皮的結(jié)構(gòu)與內(nèi)果皮中的木質(zhì)素、纖維素含量，認(rèn)為內(nèi)果皮木質(zhì)素含量與縫合線緊密度、機(jī)械強(qiáng)度及內(nèi)果皮厚度呈正相關(guān)。肖玲等［2-3］研究認(rèn)為，核桃果皮結(jié)構(gòu)可分為外、中、內(nèi)果皮3層，內(nèi)果皮主要由堅硬的木質(zhì)化石細(xì)胞組成。魚尚奇等［10-12］研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)果皮硬化過程中主要涉及苯丙烷類代謝、氨基糖與核酸糖代謝等生物過程，生長素IAA、4-香豆酸輔酶A連接酶、苯丙氨酸解氨酶（PAL）等基因在內(nèi)果皮硬化過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。張宏等［13］研究了“溫185”核桃的斷口細(xì)胞形貌，將內(nèi)果皮的斷口分為疏松區(qū)、致密區(qū)和過渡區(qū)3個區(qū)域，認(rèn)為“溫185”內(nèi)果皮在宏觀上呈現(xiàn)脆性特征。關(guān)于不同內(nèi)果皮厚度核桃的堅果品質(zhì)、內(nèi)果皮的主要組分和組織特征結(jié)構(gòu)的差異及相關(guān)性的研究報道較少。筆者以新疆主栽的不同內(nèi)果皮厚度的核桃品種為材料，測定堅果的表型性狀、核仁主要營養(yǎng)成分含量、內(nèi)果皮組分和組織結(jié)構(gòu)，并分析它們的相關(guān)性，旨在為內(nèi)果皮相關(guān)的核桃品種改良等提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料來源于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所葉城縣核桃種質(zhì)資源圃，資源圃位于新疆喀什地區(qū)葉城縣，塔克拉瑪干沙漠南緣的綠洲平原（77.56°E，37.84°N），屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為12 ℃，年降水量為50 mm，年無霜期為225 d。試驗材料為不同內(nèi)果皮厚度的核桃，包括“扎200”“溫185”“新新2號”“新豐”和“新巨豐”5個品種，樹齡均為9年。核桃種質(zhì)資源圃以“新新2號”和“溫185”為主栽品種，匯集新疆主要的核桃栽培品種，株行距為4 m×6 m，樹形為疏散分層形或開心形，土壤為砂壤土，灌溉方式為滴灌，行間生草覆蓋，栽培管理水平較高。于果實(shí)成熟期分別采取5個核桃品種相同部位的果實(shí)50個，脫青皮，自然晾曬后，置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

1.2.1 堅果表型性狀測定及描述。

每個核桃品種隨機(jī)選取10個果實(shí)，參照《核桃種質(zhì)資源性狀描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［14］中的方法對堅果的形狀、大小、單果重、核殼（內(nèi)果皮）厚度、出仁率、核仁顏色、縫合線緊密度等性狀進(jìn)行測定和描述。

1.2.2 核仁主要品質(zhì)含量測定。

采用索氏抽提法測定脂肪含量［15］，采用凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量［16］，采用分光光度法測定種皮和種仁的單寧含量［17］。

1.2.3 內(nèi)果皮主要組分含量測定。

采用分光光度法測定內(nèi)果皮中木質(zhì)素、纖維素和半纖維含量，均參照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司試劑盒中的方法。

1.2.4 內(nèi)果皮縱切面結(jié)構(gòu)形態(tài)觀察。

參照張宏等［13］的方法，分別采取不同核桃品種內(nèi)果皮的軸部組織，大小為0.2 cm×0.5 cm，將樣品用雙面膠粘于樣品臺上，噴金后置于掃描電子顯微鏡SEM（JEM-1200EX）工作臺進(jìn)行觀測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用GraphPad Prism軟件進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同核桃品種堅果表型性狀差異

5個核桃品種的堅果在表型性狀方面均存在差異（表1）。由表1可知，“新豐”和“新巨豐”堅果表型性狀的一致性較多，均為長橢圓形，果面粗糙，不露仁等；“扎200”“溫185”和“新新2號”的堅果表面較光潔，核仁飽滿，均勻度好?！靶戮挢S”在堅果大小、單果重、核殼厚度、核仁平均重及縫合線緊密度等方面均明顯大于其余4個核桃品種，屬于中厚殼類型核桃。“扎200”的堅果縱徑和橫徑最小，單果重最低，核殼厚度最小，和“新豐”“新新2號”“溫185”均屬于薄殼核桃類型。

2.2 不同核桃品種堅果主要營養(yǎng)品質(zhì)比較

5個核桃品種核仁的主要組分含量比較表明（圖1），核仁中脂肪含量最高，除“新巨豐”外，含量均達(dá)到了60%以上，“新豐”脂肪含量最高，達(dá)68.46%。5個核桃品種的蛋白質(zhì)含量均在16%以上，“新豐”蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)18.62%。單寧是核仁澀味的主要來源，主要分布在種皮上，5個核桃品種的種皮單寧含量均在20%以上，其中，“扎200”種皮中單寧含量最高，“新豐”最低；而5個核桃品種種仁中單寧含量均較低。

2.3 不同核桃品種堅果品質(zhì)與內(nèi)果皮組分的相關(guān)性分析

對5個核桃堅果主要品質(zhì)與內(nèi)果皮組分之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明（表2），核殼厚度與縫合線緊密度、木質(zhì)素含量均呈極顯著正相關(guān)。木質(zhì)素是內(nèi)果皮的主要結(jié)構(gòu)物質(zhì)，可使內(nèi)果皮細(xì)胞的細(xì)胞壁硬度增加，進(jìn)而增強(qiáng)組織硬度和機(jī)械支撐，提高內(nèi)果皮抵御外界脅迫的能力［9，18］。核仁主要營養(yǎng)成分與內(nèi)果皮組分之間也存在相關(guān)性，脂肪、蛋白質(zhì)及種仁單寧含量均與木質(zhì)素含量呈負(fù)相關(guān)，且與核殼厚度也呈負(fù)相關(guān)。因此，木質(zhì)素含量越高，其內(nèi)果皮厚度越大，縫合線越緊密，而核仁的主要營養(yǎng)成分含量則降低。

2.4 不同核桃品種內(nèi)果皮縱切面的組織結(jié)構(gòu)

采用掃描電子顯微鏡對5個核桃品種內(nèi)果皮的軸部縱切面進(jìn)行觀察，采用ImageJ軟件對縱切面各分區(qū)厚度及其占內(nèi)果皮總厚度的比例進(jìn)行計算。在相同放大倍數(shù)（200.00 μm）下，5個核桃內(nèi)果皮縱切面的細(xì)胞組織形態(tài)大致相似，分為疏松區(qū)、過渡區(qū)和致密區(qū)3部分［17］（圖2）。“新豐”和“新巨豐”為疏松區(qū)占內(nèi)果皮總厚度的比例大，該區(qū)域的細(xì)胞密度較小、較疏松，呈蜂窩孔洞狀，受力不均勻，易沿細(xì)胞壁斷裂；而“扎200”“溫185”和“新新2號”均為致密區(qū)占內(nèi)果皮總厚度的比例最大，該區(qū)域的細(xì)胞密度較大，排列緊密，呈球狀或橢球狀，受力較均勻，呈脆性特征（圖3、4）。

3 討論

新疆薄皮核桃以其殼薄、堅果外觀光潔、易取核仁等較受市場歡迎，但因其縫合線較松，核仁在采后加工、貯藏運(yùn)輸過程中易受到污染及病蟲害的侵入。內(nèi)果皮特征是核桃堅果質(zhì)量的重要評價指標(biāo)，核桃品種不同，內(nèi)果皮厚度的差異也較大，內(nèi)果皮較厚、縫合線緊密的果實(shí)有利于防止采收后加工及貯藏過程中的污染和蟲害，保證核仁品質(zhì)質(zhì)量。因此，培育內(nèi)果皮較薄、縫合線緊密的品種，既可以滿足市場化的需求，又可以保證堅果的品質(zhì)。

核桃內(nèi)果皮主要是由木質(zhì)素、纖維素、半纖維素共同組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并結(jié)合其他物質(zhì)形成的堅硬石細(xì)胞組織［2，5］，其中木質(zhì)素含量最高，與纖維素均為結(jié)構(gòu)物質(zhì)，能夠增強(qiáng)核桃內(nèi)果皮的組織硬度和機(jī)械支撐［9］。該研究表明，木質(zhì)素的含量與內(nèi)果皮的厚度及縫合線的緊密度有顯著的相關(guān)性，木質(zhì)素的含量越高，內(nèi)果皮越厚、縫合線越緊密，這與李夕勃等［9］的研究結(jié)果一致。核桃內(nèi)果皮的成分與核仁的營養(yǎng)品質(zhì)也密切相關(guān)，木質(zhì)素、纖維素的含量與核仁的脂肪、蛋白質(zhì)及種仁單寧含量均呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)內(nèi)果皮中木質(zhì)素、纖維素的含量增加時，內(nèi)果皮的厚度也會增加，但核仁的主要營養(yǎng)成分含量會降低。

核桃內(nèi)果皮的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)與堅果品質(zhì)也密切相關(guān)。核桃品種不同，內(nèi)果皮的結(jié)構(gòu)特征也有差異。根據(jù)組織排布致密程度不同，內(nèi)果皮可分為疏松區(qū)、過渡區(qū)和致密區(qū)3部分［13］，均由木質(zhì)化的石細(xì)胞組成［3］。根據(jù)斷裂力學(xué)可知，核桃的內(nèi)果皮呈脆性特性［13］，但其脆性與內(nèi)果皮的厚度不呈一定的相關(guān)性，內(nèi)果皮較厚的類型也可能脆性弱，但由于其厚度較高，縫合線較緊密，抗壓能力強(qiáng)。

4 結(jié)論

核桃堅果內(nèi)果皮厚度較低的品種，其殼面較光潔，取仁容易，出仁率也較高。內(nèi)果皮的厚度與縫合線緊密度及其木質(zhì)素、纖維素的含量均呈正相關(guān)，與內(nèi)果皮組織結(jié)構(gòu)中的疏松層也呈正相關(guān)。內(nèi)果皮的主要組分與核仁的營養(yǎng)品質(zhì)也密切相關(guān)，木質(zhì)素、纖維素的含量與核仁的脂肪、蛋白質(zhì)及種仁單寧含量均呈負(fù)相關(guān)。因此，核桃內(nèi)果皮的厚度越高，縫合線越緊密，木質(zhì)素、纖維素含量也越高，其組織結(jié)構(gòu)中的疏松層占內(nèi)果皮總厚度的比例也較大，而核仁的主要營養(yǎng)成分含量會降低。

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