核桃杂交子代群体坚果主要矿质元素含量分析

2018-09-04蒲光兰蔡利娟周兰英金银春贾瑞芬

四川农业大学学报 2018年3期

蒲光兰，韦莉，蔡利娟，周兰英*，金银春，贾瑞芬，孙权

（1.四川农业大学林学院，成都 611130；2.四川省林业调查规划院，成都 610081；3.四川省林业科学研究院，成都 610081；4.自贡市贡井区农牧林业局，四川自贡 643020；5.内江市林业局，四川内江 641100）

核桃（Juglans regia）又称胡桃、羌桃，系胡桃科（Juglandaceae）核桃属（Juglans）落叶乔木，原产于欧洲东南部、亚洲西部和中国[1-2]，是重要的坚果树种，也是我国主要的经济栽培树种，具有较强的生态优势和资源优势，对于山区资源的开发利用具有重要意义。四川是典型的山区大省，也是我国核桃主产区和核桃原产地之一，栽培历史悠久，自然资源分布极为广泛，除川西北高原外，几乎遍及全省各地。核桃经济价值极高，其果实、树干、根、枝、叶等均具有一定的利用价值，尤以核桃坚果价值最高，因其味道鲜美，含有较高的蛋白质、优质脂肪、碳水化合物、矿质元素和维生素等，被誉为“万寿子”、“长寿果”和“大力士食品”、“营养浓缩的坚果”，其营养价值和医疗保健功能逐渐被越来越多的国家和地区重视，栽培面积和规模日益扩大，价格逐年攀升，最高单株产量达300 kg，价值近万元。发展核桃产业成为四川盆周山区和老少边穷地区农民增收的重要途径。

矿质元素对维持人体正常的生理功能起着积极作用，任何一种元素的缺乏或者过量都会影响其他元素的吸收和作用的发挥[3]。同时，矿质元素具有外源性，人体不能合成，必须从食物与环境中获取。因此，发掘矿质元素含量高的植物对保障人类身体健康具有重要意义。关于植物矿质元素的研究已有大量报道，主要集中于核桃[4-6]、山核桃[7]、天麻[8]、茶[9]、油茶[10]、椰子[11]、澳洲坚果[12]等植物，研究表明品种间矿质元素的差异不显著[7-8]，不同产地间差异显著[8-9]。而对油茶、椰子、澳洲坚果的研究发现：不同品种或种质间矿质元素含量存在明显差异[10-12]。然而，迄今为止，关于不同核桃品种或种质间坚果矿质元素的比较研究尚未见报道。因此，研究不同核桃品种或种质间坚果矿质元素，对核桃的综合开发与利用具有重要意义。本文以雅安市石棉县和汉源县核桃良种资源收集圃的杂交早实核桃、引种核桃和乡土核桃为研究对象，对核桃坚果中人体必需的P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、Fe 等 8 种矿质元素进行分析测定，拟通过相关分析和主成分分析，探讨坚果矿质元素间的相关性，筛选出影响坚果品质的主要矿质指标和综合性状表现优良的单株，以期为发掘特异核桃种质资源、杂交育种材料及品种选育提供技术指导。

1 材料和方法

1.1 实验材料

实验材料来源于石棉和汉源核桃良种资源收集圃，选择11个引进的优良核桃品种，9个优良乡土种质资源和21个杂交子代群体作为对象，比较研究杂交子代群体的适应性。

于2013年8月底开始，待青皮即将开裂时进行分株采集。在每个单株的东南西北4个方向采取30～50个成熟且大小基本一致的果实，带回实验室，将鲜果堆放于阴凉通风处5～10 d，待青皮开裂即将自行脱落时，将青皮剥开并用清水洗净，放于通风处干燥晾晒，勤翻动以便干燥均匀，待测。

1.2 测定方法

粗脂肪：索氏抽提法[13]；粗蛋白：凯氏定氮法[14]；全磷：钒钼黄比色法测定[15]；K、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn：采用ICP光谱仪测定。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2007进行整理，DPS 7.0进行相关分析和主成分分析。在主成分分析过程中，为了将全部信息利用起来，在计算各主成分得分的基础上，根据综合主成分函数模型F=∑biZi=b1Z1+b2Z2+…+bmZm（Z为主成分得分，b为主成分贡献率，m为主成分的序号），计算综合得分[16]。供试材料来源及编号如表1所示。

2 结果与分析

2.1 坚果矿质元素与营养成分的变异特征

由表2、表3可知，供试材料的10项性状差异明显，变异范围较大，变异系数为7.83%～80.37%。其中，就不同核桃类群而言，变幅最大的为杂交子代（9.21%～80.37%），其次为乡土核桃（8.05%～69.73%），变异最小的为引种核桃（7.83%～58.80%）。各性状指标的平均值中，Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 以乡土核桃最高，分别为157.49、2.82、5.95、8.32、34.85 mg/100 g；P、粗脂肪含量以引种核桃最高，P含量为231.00 mg/100 g，粗脂肪含量为 63.24%；而 Ca、K、粗蛋白含量以杂交子代最高，Ca、K分别为248.56、371.36 mg/100 g，粗蛋白含量达23.91%。从各项指标的最大值来看，除P、Fe和粗脂肪外，其余均以杂交子代群体最高；而P以引种核桃最高，Fe和粗脂肪以乡土核桃最高。就不同性状指标而言，Ca、Fe和Mn的变异系数较大，分别为30.31%、43.28%和66.09%。由此可见，矿质金属元素含量以乡土核桃较高，而营养成分以杂交核桃和引种核桃较高。在衡量核桃坚果的矿质营养时，可将Ca、Fe和Mn作为主要参考指标。

表1 供试材料来源及编号Table1 Sources and numbers of materials

表2 坚果矿质元素与营养成分含量特征Table2 Content of mineral elements and nutrients

（续表2）

表3 坚果矿质元素与营养成分的变异特征Table3 Variation of mineral elements and nutrients

2.2 坚果矿质元素与营养成分的相关性

相关分析是处理变量间关系的一种统计方法，在处理变量之间的线性相关程度时，通常利用相关系数进行统计分析。为了探讨矿质元素间及矿质元素与果实品质间的内在联系，以供试坚果的P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 含量为一总体，以果实品质指标粗脂肪和粗蛋白为另一总体进行统计分析。

由表4可知，粗蛋白与P、Zn、Ca之间达显著或极显著水平（偏相关系数分别为0.326 5、0.392 7和0.416 6）；而 Mg与Mn、Zn、K之间相关性达显著或极显著水平（偏相关系数分别为0.386 5、0.386 7和0.631 6）；Cu与 Mn、Fe分别达显著和极显著水平（偏相关系数分别为0.387 6和0.408 2），K与粗脂肪、Mn之间相关性达显著水平（偏相关系数分别为-0.345 7，-0.386 3）。由此可见，核桃各矿质元素含量及其与营养成分间存在一定的相关性。

2.3 杂交子代群体主成分分析

由表5可知，前3个主成分的特征值均大于1，累计方差贡献率达65.09%，表明这3个主成分反映了核桃8项矿质指标65.09%的信息。因此，可以计算前3个主成分的单项得分和综合得分，用来评价杂交子代群体及引种核桃、乡土核桃的综合表现。从表6可知，第1主成分的排序结果依次为：ZJ2、XT6、ZJ19、XT9；第2主成分的排序结果依次为：ZJ2、ZJ16、ZJ1、YJ7；第 3 主成分排序结果依次为：ZJ2、ZJ15、YJ11、ZJ7。前 3 个主成分得分最高的均为ZJ2，得分分别为3.908 7、4.842 1和2.788 9。由此基本可以判断，ZJ2的综合表现最好。

表4 各矿质元素及其与营养成分间的相关性分析Table4 Correlation analysis between mineral elements and nutritive compositions

表5 主成分分析的特征值和方差贡献率Table5 Eigenvalues and cumulative variance proportion from PCA

从表6还可以看出，主成分综合得分结果与用前3个主成分计算得出的结果一致，也与各性状指标单独评价结果一致，表明用主成分分析方法评价各优良单株的综合表现结果是比较可靠的。就矿质元素而言，坚果的综合表现依次为：乡土核桃≈杂交子代＞引进核桃。

3 讨论

3.1 核桃杂交子代群体坚果矿质元素

矿物质是构成人体组织的重要成分，然而，由于新陈代谢作用，每天都有一定量的矿物质经大小便、汗液、头发、指甲、皮肤等途径排出体外，所以必须由膳食加以补充[3]。本文通过对核桃坚果矿质元素和营养成分的测定结果表明：其矿质元素含量总体处于较高水平。蛋白质、铁含量超过牛奶、玉米、稻米、猪肉（瘦）等，磷超过了常规谷物，猪、牛瘦肉及牛奶等。而钙含量也超过了常规谷物，猪、牛瘦肉，处于较高水平[17-18]。由此可见，核桃富含矿物质和营

养成分，作为人体矿质元素和蛋白质的有益补充，核桃优势凸显。研究结果还可以看出：供试核桃中，坚果Ca、K和粗蛋白含量以杂交核桃平均含量最高，也高于北方优良品种鲁光、香玲、辽宁1号和中林 1 号坚果的 K、Ca 含量[4]；坚果 Fe、Mg、Cu、Zn、Mn和粗脂肪以乡土核桃平均含量最高；而P含量以引种核桃平均含量最高。因此，通过鲜食补充钙和蛋白质以杂交核桃为首选；而榨油宜选择乡土核桃。

表6 供试核桃优良单株的主成分得分及综合得分Table6 Scores of principal component and comprehensive scores from the superior individuals

此外，Mn、Fe、Ca等主要经济性状指标的变异系数相对较高，分别达66.09%、43.28%和30.31%，是核桃矿质营养最主要的变异来源，具有较大的可选择空间。因此，在针对核桃矿质营养的品种选育时，可将Mn、Fe、Ca作为重要的参考指标。

3.2 杂交子代群体遗传多样性

核桃种质资源多样性研究是保护和开发利用的基础，性状遗传多样性的一个量化指标是其变异频率，而变异系数的大小反映了种质的固有特征及性状变异程度的大小，是决定资源选择的前提[19]。为此，国内外学者对其开展了大量研究，主要集中在运用分子标记技术探讨核桃种质资源遗传多样性[20-25]。关于核桃表型性状多样性的研究也有少量报道，主要集中在对花[26-27]、坚果表型[28-30]、树体[27]等表型多样性的研究。研究认为：核桃由于雌雄同株异花，花期不遇，异花授粉的特性，使核桃遗传多样性极其丰富。本项研究表明：供试材料的10项性状差异明显，变异范围较大，变异系数为7.83%～80.37%，遗传多样性丰富，这与前人研究结论一致[26-31]。总体而言，变幅为杂交子代＞乡土核桃＞引种核桃。这可能是由于乡土核桃主要为石棉和汉源县的优良单株，以铁核桃（Juglans sigillata）为主，供试的引种核桃以核桃（Juglans regia）为主，由于泥巴山对气候的二次分配，气候复杂，从而造就该区核桃遗传多样性丰富，其表型兼具南方核桃和北方核桃的特征，因此，乡土核桃遗传多样性较引种核桃丰富；杂交子代的父本主要为广元地区的优良品种或单株，母本来源于云南核桃（Juglans sigillata）和新疆早实核桃（Juglans regia）的杂交种，杂交亲本生态类型不同，地理来源和亲缘关系差异较大，遗传基础较宽。因此，杂交子代群体坚果遗传多样性较乡土核桃和引种核桃丰富。

3.3 杂交子代群体综合性状

主成分分析结果表明：杂交子代和乡土优良单株综合性状优良，优于引种核桃。这可能是由于乡土核桃和杂交子代对四川生态环境具有较强的适应性，而引进品种多来自日照偏高的地区，难以适应四川低日照高湿热的特殊生态环境。因此，总体表现不如乡土核桃和杂交子代。其中，排名前四的有2个为杂交子代，即ZJ2和ZJ19，分别位居第一和第三；而另外2个为乡土优良核桃，即：XT6和XT9，分别排名第二和第四。综合性状表现最优的为杂交子代ZJ2，由此可见：杂交子代群体综合性状优良，杂种优势凸显；ZJ2、XT6、ZJ19和XT9这4个优良单株综合性状表现优良，可结合丰产稳产及抗逆性展开进一步观测，有望为四川核桃杂交育种亲本的选择和良种选育提供物质基础。