湖南省4個薄殼山核桃品種果實形態和品質變化規律

王藝穎，周文君，盧 琨，曾淑珍，袁 軍

（中南林業科技大學 a. 經濟林培育與保護教育部重點實驗室；b. 食品科學與工程學院，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，樹姿優美，木材紋理細膩，可提供優質木材，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、營養豐富等特點。在胡桃果樹中品質最佳，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、氨基酸和礦物質等營養物質，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?。▍^、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展，對薄殼山核桃品種的果實生長發育特性方面認識不足，限制了薄殼山核桃的精準栽培以及把控果實的最佳采收時期。因此，有關薄殼山核桃果實發育特性和果實品質調控成為學者的重點研究方向。前人將‘波尼’（‘Pawnee’)‘馬罕’（‘Maha’）和‘金華’（‘Jinhua’）等已審（認）定品種為對象，進行了果實發育規律的動態分析，將果實的發育規律分為4個時期[6-8]。許夢洋等[9]對南京地區栽培的薄殼山核桃‘波尼’連續169 d果實發育情況進行了研究，發現最佳采收期在9月底—10月初，其中可作為優選對象在南京地區廣泛栽培。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成分和脂肪酸組成的差異，結果發現薄殼山核桃種仁富含粗脂肪、可溶性糖等營養成分，脂肪酸除花生酸表現出顯著性差異外，其他脂肪酸均表現出極顯著性差異。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現，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育規律是影響果實成熟的關鍵因子，不同品種的果實發育規律通常有明顯差異。然而，這方面的研究還較匱乏，導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業的發展。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和內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育規律，為薄殼山核桃的適時采收提供參考依據。

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后開始結果，通過嫁接繁殖的苗木，定植5～6 a后便開始結果，大樹通過高接換冠1～2 a后開始結果，盛果期為結果后15 a左右開始，持續時間長達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?，是優質的早期授粉樹種，中果型中熟品種，最佳采收期在花后145～155 d[6]?！R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的薄殼山核桃研究推廣站引進，雄先型，具有抗病蟲害的優點，通常表現為4～5 a開花，成熟期在花后140 d左右[15]?！诡D’是在美國西南地區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，果園設有護欄保護，采用常規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，在對4個薄殼山核桃品種種仁內含物研究時，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的數顯游標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量和干質量[16]；果實形態測定完成后，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《食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》中的內標法測定[18]?？扇苄蕴呛偷矸鄣臏y定使用蒽酮-硫酸比色法[19]?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍法測定[20]。

1.3.4 數據分析

采用IBM SPSS Statistics 25和Excel 2016軟件進行數據分析和作圖，相關性分析采用Pearson分析。

2 結果與分析

2.1 4個不同薄殼山核桃品種果實形態發育規律

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育規律曲線，對6個發育時期的薄殼山核桃品種果實橫徑測量結果顯示，4個不同品種的薄殼山核桃果實橫徑均隨發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，結果表明‘波尼’在6個發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育規律變化曲線如圖2所示，薄殼山核桃‘馬漢’在各個發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 果實鮮質量和干質量

比較4個薄殼山核桃品種的6個發育時期的果實鮮質量（圖3），結果顯示4個品種在整個發育時期果實鮮質量均呈上升趨勢。果實鮮質量的變化幅度為2.21～32.95 g，10月20日均達到最大值。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日果實鮮質量最大的‘波尼’達32.95 g，是此時鮮質量最小品種‘普茲列’的1.69倍。6月20日—7月20日果實鮮質量基本無增長，7月20日—9月30日是果實鮮質量的快速增長期。9月30日—10月20日‘馬漢’仍然保持較快的鮮質量增長速度，其他3個品種鮮質量變化不明顯。

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個發育時期的果實干質量（圖4），結果顯示4個薄殼山核桃品種的干質量變化趨勢與鮮質量基本一致。7月20日—9月30日是所有薄殼山核桃品種果實營養物質的快速積累期。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含物動態變化

2.2.1 種仁含油率

對4個薄殼山核桃品種的6個發育時期的種仁含油率測定發現，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。果實發育后期種仁含油率最高的品種是‘波尼’，在10月20日達到最高值為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生了動態變化。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，到發育后期達到80.16%～91.00%。從果實發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?！R漢’在9月10日達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，在整個發育時期中相對含量穩定在1%以內?！诡D’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現，可溶性總糖呈先降低后升高的趨勢，果實發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日達到最低點。果實發育前期4個品種果實內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

淀粉的變化曲線結果顯示，4個薄殼山核桃果實內的淀粉含量呈‘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個品種間的差異發現，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，種仁內的可溶性蛋白含量處于一個穩定的低谷期＜10 mg/g。隨著果實的生長發育，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 相關性分析

2.3.1 薄殼山核桃果實形態與內含物之間的相關性分析

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

圖11 不同薄殼山核桃品種果實含水率動態變化曲線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與內含物之間的相關系數?Table 1 Correlation coefficient between form and content of C. illinoinensis fruit

3 結論與討論

3.1 結 論

對薄殼山核桃果實形態和單果質量等性狀指標的測定結果表明，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育后期仍然保持較高的橫徑增長速度，‘馬漢’在果實發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量隨時間累積，‘波尼’和‘馬漢’兩個品種的鮮果質量增長量和干物質累積量都顯著高于另外兩個品種，8月20日—9月30日是種子營養物質的快速積累期。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60.34%。內含物質隨果實發育呈“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育時期呈下降趨勢，變化范圍為75.68%～60.83%。相關性分析表明，可溶性蛋白、不飽和脂肪酸含量都與果實橫徑和鮮質量顯著相關。

3.2 討 論

果實橫縱徑與果實干鮮質量均隨發育時間呈明顯的‘慢—快—慢’的增長趨勢，這與前人的研究結果一致[6-8]。整個發育時期果形指數呈先減后增的趨勢，且發育前期大于發育后期，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，種子鮮質量與鮮果質量、仁質量以及出仁率之間均呈極顯著正相關。這與本研究結果相似，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，果實的外觀品質無明顯差異。發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，且果實發育前期高于發育后期。解紅恩等[24]的研究結果表明，在果實發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化成為粗脂肪。在果實發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，對果實的生長發育產生影響，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育而變化，存在飽和脂肪酸向不飽和脂肪酸轉化的趨勢，這與常君等[28]的研究結果一致。

湖南是最早引進薄殼山核桃的地區，也是最適宜栽培的地區之一。本研究對湖南省4個薄殼山核桃的果實形態發育和內含物動態變化的規律進行測定，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。自花授粉會導致果仁質量和體積減小、坐果率降低的現象，大部分情況下異花授粉的果實表現更佳。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。