核桃雜交子代群體堅果主要礦質元素含量分析

蒲光蘭，韋 莉，蔡利娟，周蘭英*，金銀春，賈瑞芬，孫 權

（1.四川農業大學林學院，成都 611130；2.四川省林業調查規劃院，成都 610081；3.四川省林業科學研究院，成都 610081；4.自貢市貢井區農牧林業局，四川自貢 643020；5.內江市林業局，四川內江 641100）

核桃（Juglans regia）又稱胡桃、羌桃，系胡桃科（Juglandaceae）核桃屬（Juglans）落葉喬木，原產于歐洲東南部、亞洲西部和中國[1-2]，是重要的堅果樹種，也是我國主要的經濟栽培樹種，具有較強的生態優勢和資源優勢，對于山區資源的開發利用具有重要意義。四川是典型的山區大省，也是我國核桃主產區和核桃原產地之一，栽培歷史悠久，自然資源分布極為廣泛，除川西北高原外，幾乎遍及全省各地。核桃經濟價值極高，其果實、樹干、根、枝、葉等均具有一定的利用價值，尤以核桃堅果價值最高，因其味道鮮美，含有較高的蛋白質、優質脂肪、碳水化合物、礦質元素和維生素等，被譽為“萬壽子”、“長壽果”和“大力士食品”、“營養濃縮的堅果”，其營養價值和醫療保健功能逐漸被越來越多的國家和地區重視，栽培面積和規模日益擴大，價格逐年攀升，最高單株產量達300 kg，價值近萬元。發展核桃產業成為四川盆周山區和老少邊窮地區農民增收的重要途徑。

礦質元素對維持人體正常的生理功能起著積極作用，任何一種元素的缺乏或者過量都會影響其他元素的吸收和作用的發揮[3]。同時，礦質元素具有外源性，人體不能合成，必須從食物與環境中獲取。因此，發掘礦質元素含量高的植物對保障人類身體健康具有重要意義。關于植物礦質元素的研究已有大量報道，主要集中于核桃[4-6]、山核桃[7]、天麻[8]、茶[9]、油茶[10]、椰子[11]、澳洲堅果[12]等植物，研究表明品種間礦質元素的差異不顯著[7-8]，不同產地間差異顯著[8-9]。而對油茶、椰子、澳洲堅果的研究發現：不同品種或種質間礦質元素含量存在明顯差異[10-12]。然而，迄今為止，關于不同核桃品種或種質間堅果礦質元素的比較研究尚未見報道。因此，研究不同核桃品種或種質間堅果礦質元素，對核桃的綜合開發與利用具有重要意義。本文以雅安市石棉縣和漢源縣核桃良種資源收集圃的雜交早實核桃、引種核桃和鄉土核桃為研究對象，對核桃堅果中人體必需的P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、Fe 等 8 種礦質元素進行分析測定，擬通過相關分析和主成分分析，探討堅果礦質元素間的相關性，篩選出影響堅果品質的主要礦質指標和綜合性狀表現優良的單株，以期為發掘特異核桃種質資源、雜交育種材料及品種選育提供技術指導。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗材料來源于石棉和漢源核桃良種資源收集圃，選擇11個引進的優良核桃品種，9個優良鄉土種質資源和21個雜交子代群體作為對象，比較研究雜交子代群體的適應性。

于2013年8月底開始，待青皮即將開裂時進行分株采集。在每個單株的東南西北4個方向采取30～50個成熟且大小基本一致的果實，帶回實驗室，將鮮果堆放于陰涼通風處5～10 d，待青皮開裂即將自行脫落時，將青皮剝開并用清水洗凈，放于通風處干燥晾曬，勤翻動以便干燥均勻，待測。

1.2 測定方法

粗脂肪：索氏抽提法[13]；粗蛋白：凱氏定氮法[14]；全磷：釩鉬黃比色法測定[15]；K、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn：采用ICP光譜儀測定。

1.3 數據處理

數據采用Excel 2007進行整理，DPS 7.0進行相關分析和主成分分析。在主成分分析過程中，為了將全部信息利用起來，在計算各主成分得分的基礎上，根據綜合主成分函數模型F=∑biZi=b1Z1+b2Z2+…+bmZm（Z為主成分得分，b為主成分貢獻率，m為主成分的序號），計算綜合得分[16]。供試材料來源及編號如表1所示。

2 結果與分析

2.1 堅果礦質元素與營養成分的變異特征

由表2、表3可知，供試材料的10項性狀差異明顯，變異范圍較大，變異系數為7.83%～80.37%。其中，就不同核桃類群而言，變幅最大的為雜交子代（9.21%～80.37%），其次為鄉土核桃（8.05%～69.73%），變異最小的為引種核桃（7.83%～58.80%）。各性狀指標的平均值中，Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 以鄉土核桃最高，分別為157.49、2.82、5.95、8.32、34.85 mg/100 g；P、粗脂肪含量以引種核桃最高，P含量為231.00 mg/100 g，粗脂肪含量為 63.24%；而 Ca、K、粗蛋白含量以雜交子代最高，Ca、K分別為248.56、371.36 mg/100 g，粗蛋白含量達23.91%。從各項指標的最大值來看，除P、Fe和粗脂肪外，其余均以雜交子代群體最高；而P以引種核桃最高，Fe和粗脂肪以鄉土核桃最高。就不同性狀指標而言，Ca、Fe和Mn的變異系數較大，分別為30.31%、43.28%和66.09%。由此可見，礦質金屬元素含量以鄉土核桃較高，而營養成分以雜交核桃和引種核桃較高。在衡量核桃堅果的礦質營養時，可將Ca、Fe和Mn作為主要參考指標。

表1 供試材料來源及編號Table1 Sources and numbers of materials

表2 堅果礦質元素與營養成分含量特征Table2 Content of mineral elements and nutrients

（續表2）

表3 堅果礦質元素與營養成分的變異特征Table3 Variation of mineral elements and nutrients

2.2 堅果礦質元素與營養成分的相關性

相關分析是處理變量間關系的一種統計方法，在處理變量之間的線性相關程度時，通常利用相關系數進行統計分析。為了探討礦質元素間及礦質元素與果實品質間的內在聯系，以供試堅果的P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 含量為一總體，以果實品質指標粗脂肪和粗蛋白為另一總體進行統計分析。

由表4可知，粗蛋白與P、Zn、Ca之間達顯著或極顯著水平（偏相關系數分別為0.326 5、0.392 7和0.416 6）；而 Mg與Mn、Zn、K之間相關性達顯著或極顯著水平（偏相關系數分別為0.386 5、0.386 7和0.631 6）；Cu與 Mn、Fe分別達顯著和極顯著水平（偏相關系數分別為0.387 6和0.408 2），K與粗脂肪、Mn之間相關性達顯著水平（偏相關系數分別為-0.345 7，-0.386 3）。由此可見，核桃各礦質元素含量及其與營養成分間存在一定的相關性。

2.3 雜交子代群體主成分分析

由表5可知，前3個主成分的特征值均大于1，累計方差貢獻率達65.09%，表明這3個主成分反映了核桃8項礦質指標65.09%的信息。因此，可以計算前3個主成分的單項得分和綜合得分，用來評價雜交子代群體及引種核桃、鄉土核桃的綜合表現。從表6可知，第1主成分的排序結果依次為：ZJ2、XT6、ZJ19、XT9；第2主成分的排序結果依次為：ZJ2、ZJ16、ZJ1、YJ7；第 3 主成分排序結果依次為：ZJ2、ZJ15、YJ11、ZJ7。前 3 個主成分得分最高的均為ZJ2，得分分別為3.908 7、4.842 1和2.788 9。由此基本可以判斷，ZJ2的綜合表現最好。

表4 各礦質元素及其與營養成分間的相關性分析Table4 Correlation analysis between mineral elements and nutritive compositions

表5 主成分分析的特征值和方差貢獻率Table5 Eigenvalues and cumulative variance proportion from PCA

從表6還可以看出，主成分綜合得分結果與用前3個主成分計算得出的結果一致，也與各性狀指標單獨評價結果一致，表明用主成分分析方法評價各優良單株的綜合表現結果是比較可靠的。就礦質元素而言，堅果的綜合表現依次為：鄉土核桃≈雜交子代＞引進核桃。

3 討論

3.1 核桃雜交子代群體堅果礦質元素

礦物質是構成人體組織的重要成分，然而，由于新陳代謝作用，每天都有一定量的礦物質經大小便、汗液、頭發、指甲、皮膚等途徑排出體外，所以必須由膳食加以補充[3]。本文通過對核桃堅果礦質元素和營養成分的測定結果表明：其礦質元素含量總體處于較高水平。蛋白質、鐵含量超過牛奶、玉米、稻米、豬肉（瘦）等，磷超過了常規谷物，豬、牛瘦肉及牛奶等。而鈣含量也超過了常規谷物，豬、牛瘦肉，處于較高水平[17-18]。由此可見，核桃富含礦物質和營

養成分，作為人體礦質元素和蛋白質的有益補充，核桃優勢凸顯。研究結果還可以看出：供試核桃中，堅果Ca、K和粗蛋白含量以雜交核桃平均含量最高，也高于北方優良品種魯光、香玲、遼寧1號和中林 1 號堅果的 K、Ca 含量[4]；堅果 Fe、Mg、Cu、Zn、Mn和粗脂肪以鄉土核桃平均含量最高；而P含量以引種核桃平均含量最高。因此，通過鮮食補充鈣和蛋白質以雜交核桃為首選；而榨油宜選擇鄉土核桃。

表6 供試核桃優良單株的主成分得分及綜合得分Table6 Scores of principal component and comprehensive scores from the superior individuals

此外，Mn、Fe、Ca等主要經濟性狀指標的變異系數相對較高，分別達66.09%、43.28%和30.31%，是核桃礦質營養最主要的變異來源，具有較大的可選擇空間。因此，在針對核桃礦質營養的品種選育時，可將Mn、Fe、Ca作為重要的參考指標。

3.2 雜交子代群體遺傳多樣性

核桃種質資源多樣性研究是保護和開發利用的基礎，性狀遺傳多樣性的一個量化指標是其變異頻率，而變異系數的大小反映了種質的固有特征及性狀變異程度的大小，是決定資源選擇的前提[19]。為此，國內外學者對其開展了大量研究，主要集中在運用分子標記技術探討核桃種質資源遺傳多樣性[20-25]。關于核桃表型性狀多樣性的研究也有少量報道，主要集中在對花[26-27]、堅果表型[28-30]、樹體[27]等表型多樣性的研究。研究認為：核桃由于雌雄同株異花，花期不遇，異花授粉的特性，使核桃遺傳多樣性極其豐富。本項研究表明：供試材料的10項性狀差異明顯，變異范圍較大，變異系數為7.83%～80.37%，遺傳多樣性豐富，這與前人研究結論一致[26-31]?？傮w而言，變幅為雜交子代＞鄉土核桃＞引種核桃。這可能是由于鄉土核桃主要為石棉和漢源縣的優良單株，以鐵核桃（Juglans sigillata）為主，供試的引種核桃以核桃（Juglans regia）為主，由于泥巴山對氣候的二次分配，氣候復雜，從而造就該區核桃遺傳多樣性豐富，其表型兼具南方核桃和北方核桃的特征，因此，鄉土核桃遺傳多樣性較引種核桃豐富；雜交子代的父本主要為廣元地區的優良品種或單株，母本來源于云南核桃（Juglans sigillata）和新疆早實核桃（Juglans regia）的雜交種，雜交親本生態類型不同，地理來源和親緣關系差異較大，遺傳基礎較寬。因此，雜交子代群體堅果遺傳多樣性較鄉土核桃和引種核桃豐富。

3.3 雜交子代群體綜合性狀

主成分分析結果表明：雜交子代和鄉土優良單株綜合性狀優良，優于引種核桃。這可能是由于鄉土核桃和雜交子代對四川生態環境具有較強的適應性，而引進品種多來自日照偏高的地區，難以適應四川低日照高濕熱的特殊生態環境。因此，總體表現不如鄉土核桃和雜交子代。其中，排名前四的有2個為雜交子代，即ZJ2和ZJ19，分別位居第一和第三；而另外2個為鄉土優良核桃，即：XT6和XT9，分別排名第二和第四。綜合性狀表現最優的為雜交子代ZJ2，由此可見：雜交子代群體綜合性狀優良，雜種優勢凸顯；ZJ2、XT6、ZJ19和XT9這4個優良單株綜合性狀表現優良，可結合豐產穩產及抗逆性展開進一步觀測，有望為四川核桃雜交育種親本的選擇和良種選育提供物質基礎。

4 結論

①雜交子代群體堅果礦質元素含量處于較高水平，其中，K＞Ca＞P＞Mg＞Zn＞Mn＞Fe＞Cu。

②堅果礦質元素的變異程度總體較高，遺傳多樣性極其豐富，具有較大的選擇潛力。在針對核桃礦質營養的品種選育時，可將Mn、Fe、Ca作為重要的參考指標。

③核桃各礦質元素含量及其與營養成分間存在一定的相關性。其中，粗蛋白與Zn、P、Ca之間，Mg與 Mn、Zn、K 之間，Cu與 Mn、Fe之間相關性均達顯著或極顯著水平；

④以主成分綜合得分對堅果進行評價，其綜合表現依次為：鄉土核桃≈雜交子代＞引進核桃。其中，綜合表現排名前 4 的依次為：ZJ2＞XT6＞ZJ19＞XT9。4個優良單株綜合性狀表現優良，可作為優良種質資源進一步應用推廣。