喙核桃研究现状

段伟，黄有军

（浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江临安 311300）

喙核桃（Annamocarya sinensis）为胡桃科（Jug⁃landaceae）植物，其果核顶部呈鸟喙状[1]。喙核桃主要分布在有河流分布的森林内，生境主要为河岸两边[2]。其自然更新能力极弱，对其资源保护的力度不够，物种间的相互作用、自身的一些限制因素以及生长环境的变化等，导致其种群数量不断减少，被列为国家濒危保护植物[3-6]。研究其分布规律与生存能力尤为重要[7]。杨金华等[8]研究了喙核桃植物群落、植物区系、群落结构特征及演替，为我国喙核桃研究与保护提供参考；喻诚鸿等[9]对喙核桃木材解剖的研究为胡桃科植物的分类以及栽培等提供了理论基础。继续喙核桃的研究与保护具有重要意义。为了更好地了解其特性并对其进行保护与利用，该文对近年来国内外关于喙核桃的研究进展进行综述，并探讨研究中存在的问题，旨在为后续喙核桃的研究与保护提供一定的理论基础。

1 形态特征

喙核桃为落叶乔木，树皮一般呈黑褐色，一般不开裂。枝叶形状与其生长年数相关；1～2年生枝叶的棱角不明显；两年生以上枝叶较粗壮，有明显的棱角。雄性葇荑花序长13～15 cm，生长于长约3～6 cm的花序总梗上；总梗圆柱形，向上端逐渐具棱；雌性穗状花序直立，顶生，具3～5个雌花[10]。外果皮较厚，呈暗绿色，有黑色斑点；果核表面呈沟壑状，顶部呈鸟喙状，较大，与山核桃属（Carya）植物湖南山核桃（C.hunanensis）、贵州山核桃（C.kweichowensis）和山核桃（C.cathayensis）等对比明显，大多呈椭圆形；内果皮骨质，外面具不明显的网纹及皱曲，内面平滑[11]。

2 命名及分类历史

在命名上，现在一般使用Annamocarya sinensis；在分类学上，分为两派，一派认为其应归属于山核桃属，另一派则认为应单独归属。

1912年，Dode[12]认为喙核桃应归入山核桃属，并将其命名为Carya sinensisDode。虽然喙核桃在很多重要特征上与山核桃属一致，但有些方面不同，其雌花穗苞片的数量一般为6～7片，多的有8～9片，与山核桃属植物（4片）不同。1941年法国植物学家Chevalier[13]将喙核桃归入一个新的属，称为Annamocarya，并将其命名为Annamocarya indo⁃chinensis。1948年，Hjelmqvist[14]认为喙核桃的外部形态有许多重要特征（如缺少花被及心皮的位置等）均在山核桃属的范畴内，应将其归入山核桃属，并根据匡可任的记载将其命名为Carya integrifolio⁃lata（Kuang）Hjelmqvist。1950年，Leroy[15]研究发现喙核桃的外部形态有足够的特殊性，虽然木材的解剖结构与山核桃属植物差异不大，但果实的解剖结构是独特的，认为其不应归入山核桃属，并将其命名为Annamocarya sinensis（Dode）Leroy。1951年，Manning等[16]在研究报告中认为喙核桃在很多方面更接近于山核桃属，应归入山核桃属。1995年，赵运林[17]经过分析后认为喙核桃属可能是山核桃属分化出的一个分支。Manos等[18]和Zhang等[19]分别在2007年和2013年通过系统发育分析认为喙核桃更接近于山核桃属植物，应将其归入山核桃属，与2016年Hu等[20]研究结果一致。

目前，关于喙核桃的命名，有较为统一的认知，在分类方面仍有分歧，存在争议。

3 自然分布

喙核桃在我国被列为国家二级保护植物，是濒危保护植物，主要分布于我国广西、云南和贵州等省（自治区），在越南也有零星分布。具体分布在广西的罗城仫佬族自治县、都安瑶族自治县、东兰县、巴马瑶族自治县、凌云县、乐业县和那坡县，贵州省的安龙县、罗甸县、望谟县、三都水族自治县和荔波县，云南省的富宁县和麻栗坡县，一般以单株形式存在，也有稍多几棵成群分布，树下有刚发芽的幼苗。

喙核桃常与白桂木（Artocarpus hypargyreus）和沉水樟（Cinnamomum micranthum）等混生[21]，一般适生于酸性红壤、黄壤或棕色石灰土。喙核桃对热量和湿度要求较大，最适宜的地区一般为亚热带气候地区[22-23]。喙核桃与湖南山核桃和贵州山核桃存在地域分布重叠。近年，随着野生资源调查的深入，在不少地方陆续发现了新的喙核桃野生植株；2016年，在云南文山州的麻栗坡发现了3个区域，有200多株。

4 喙核桃的研究现状

4.1 繁育研究

在喙核桃果实成熟、外果皮自动裂开时，进行采种和播种，实现种子繁育。播种地应为土壤肥沃、沟渠通畅的地点，可开沟条播或点播，也可扦播繁殖[24]。繁育前，需进行充分的准备工作，对其分布区的生境、植被和降水量等进行调查研究；树种的选择也尤为关键，需从已有的树种中选出长势好、抗逆性强且出油率高的优良树种。如繁育初期效果较好，可继续深入研究，进行杂交，可种间进行，也可属间进行。亲缘关系的远近对杂交结果有很大影响，如杂交成功，将实现喙核桃育种的重大突破，不仅可以丰富和发展喙核桃的种质资源，还能拓宽喙核桃的适生区和发展区[25]。喙核桃的分布区域逐渐减少，保存的很多植株结果较少或多年才结一次果，导致对其的开发利用存在一定难度，今后可采用多途径进行育种，可采用分子育种这项新型育种方式，加速喙核桃育种研究，让育种项目的目标和结果变得更容易掌控，从而完善喙核桃的育种研究。

4.2 分子辅助育种研究

分子标记辅助育种具有快速、准确和不受环境条件干扰等优点。目前，关于喙核桃分子辅助育种方面的研究不多。Zhang等[26]利用12个多态微卫星标记，对来自3个不同种群（分布于贵州省三都县、云南省富宁县和麻栗坡县）的70个个体进行调查，研究其遗传多样性和种群结构，结果显示喙核桃为低遗传分化，遗传距离与地理距离无相关性；方差分析结果显示87%的方差来自群体内部差异，13%来自群体间差异，不同基因型间有性繁殖和建立异种杂交方案是可行的。与相对丰富的物种相比，稀有物种在个体和种群间往往表现出较少的遗传变异，多态性百分比更低，等位基因数目更少，观察到和预期的异型基因也更少。

Manos等[18]通过分子和形态数据集的整合，进行喙核桃分子系统发育分析，结果表明以前被认为是喙核桃属单属种的喙核桃应属于山核桃属；几年后，Zhang等[19]综合化石和分子资料，揭示了亚洲东部和北美东部间断分布的山核桃属的生物地理多样性，并从分子系统发育方向证明了喙核桃是山核桃属分类的观点。Hu等[20]对喙核桃进行了叶绿体全基因组测序，这是山核桃属第一个完整的叶绿体基因组，结果表明喙核桃为山核桃属；Ji等[27]在云南省西畴县采集喙核桃样品，组装了喙核桃完整的叶绿体基因组，并利用新一代测序技术得出了喙核桃叶绿体基因组完整序列，为确定喙核桃在胡桃科中的系统发育位置，从GenBank中获得了胡桃科13个完整的cpDNA，并以胡桃科化香树属（Platycarya）作为外群，进行系统分析，结果有力地支持了喙核桃与贵州山核桃的亲缘关系；Mo等[28]对美国山核桃（C.illinoinensis）叶绿体基因组进行分析，经过SNP和Indel检测，用mVISTA系统比较了核桃科5个cp⁃DNA，并以此作为参考，进行红外收缩与膨胀、系统发育等分析，结果显示薄壳山核桃与贵州山核桃和喙核桃能形成一个姐妹枝。

关于喙核桃在分子方向上的研究不多，这是目前喙核桃知识体系不完善的主要原因，导致喙核桃的研究无法继续深入，因此要加强喙核桃在分子方面的研究，可继续从分子角度研究喙核桃的分类地位、与山核桃属的亲缘关系、濒危机制以及保护策略等。

4.3 光合特性研究

绿色植物一般依靠光合作用吸收二氧化碳释放氧气，并从中获得养分，光合作用的本质是植物将光能转变为化学储存能的过程。喙核桃一般生长在河流两岸的阴生生境中，但仍具有很强的光合特性。史艳财等[29]从广西喙核桃分布区采集喙核桃样品，用Li-6400便携式光合测定仪研究其生理生态特性，发现其净光合速率与叶温等呈正相关关系，与空气湿度等呈负相关关系，但均达不到显著水平。提高光合有效辐射，能促进喙核桃生长，使其生理生态方面更优良[30]。喙核桃对强光的利用力较强，可在光照充足的地方引种[31]。

4.4 ISSR标记

ISSR标记是根据植物基因组中广泛存在SSR的特点，利用SSR本身设计引物。SSR的进化变异速度较快，因此锚定引物的ISSR-PCR可以检测基因组许多位点的差异。ISSR通常为显性标记，呈孟德尔式遗传,有良好的稳定性和多态性，DNA用量少，技术要求低，成本低，且PCR扩增时的退火温度在52℃左右，可保证PCR扩增的可重复性[32]。史艳财等[33]采用正交和单因素相结合的方法研究dNTPs、Mg2+、引物、Taq DNA聚合酶、模板DNA、循环次数及退火温度对喙核桃ISSR-PCR扩增效果的影响，得出最佳的扩增条件为20 μL的反应体系含dNTPs 0.5 mmol/L、Mg2+3.0 mmol/L、引物0.8 μmol/L、Taq DNA聚合酶2.5 U、模板DNA 45 ng、10×PCR Buffer 2.0 μL，退火温度为54.4℃，循环次数为40次，可为后期喙核桃的遗传多样性评价和亲缘关系分析等提供参考。张智勇[34]利用12对EST-SSR引物对来自3个居群的70个喙核桃样本进行遗传多样性及居群结构分析，结果表明喙核桃具有较高的遗传多样性和较低的遗传分化系数。

5 资源保护

对于大多数物种来说，栖息地的退化和丧失可能是种群隔离、衰退或灭绝的主要原因；对于濒危物种来说，遗传变异的保护被认为是其长期生存的重要因素。Spielman等[35]提出，大多数稀有物种的种群在随机事件导致种群灭绝之前就已经受到遗传因素的影响。越来越多的研究证明了遗传数据在解决植物保护生物学，特别是自然资源保护方面的价值。

近年来，喙核桃数量越来越少，很多地方原有的喙核桃树遭到严重破坏。2013年4月，拉沟生态自然保护区一株喙核桃树被盗，该株树高24.3 m，胸径198 cm，蓄积量36 m3，树龄306年，对喙核桃的保护与研究造成了不良影响，制定对喙核桃的保护策略刻不容缓[36]。种群结构分析和遗传变异对于制定可执行的保护策略是十分重要的，尤其是在只有部分种群可以被保护的情况下。在种群结构水平较低的情况下，单个种群的丢失可能对物种范围内的遗传多样性影响不大[37]，在结构水平较高的情况下，则可能会显著降低整体的遗传变异[38]。喙核桃具有较低的种群结构水平和较高的遗传变异水平，从保护的角度来看，为了避免破坏协同适应基因复合物，每个喙核桃种群都应得到保护，而且喙核桃野生种群间遗传分化水平较低，历史基因流动水平高，促进不同基因型间的有性繁殖和建立异交方案对其保护更为有利[39]。此外，应注重保护尽可能多的个体和种群，增加小种群的规模，以减少遗传变异的进一步损失，并人为地协助基因流动。鉴于贵州省三都县、云南省富宁县和麻栗坡县的喙核桃种群数量较多，可建立保护区，以便恢复和维持喙核桃遗传多样性[40]。

6 展望

喙核桃从植株到果实均具有可塑性，树皮及外果皮可提取单宁，果壳可制作活性炭，种仁含油率较高，在食用和工业方面均有应用；其木材有光泽，纹理清晰，可作为家具和乐器等的用材。喙核桃的营养价值也很高，覃芳等[41]分析了喙核桃和核桃（Juglans regia）的营养成分，发现喙核桃中的氨基酸和脂肪酸种类丰富，成分组成与核桃相似，富含优质的蛋白质，可补钙和护肝，有较好的经济价值和开发前景。喙核桃是一种高价值的濒危树种，需对其进行保护，在制定保护措施时需进行详尽的调查，重点关注其分布与保护现状等。

现有的对喙核桃的研究已为喙核桃的资源利用与保护奠定了基础，后期应加强喙核桃的种质资源分布调查，加强种质资源的创新，在尊重生物多样性的前提下，进行植物资源可持续利用方面的研究。

随着生物信息学和分子测序技术的不断成熟，公共数据库中不同物种和不同类型的DNA序列不断增加，应在分子水平上对喙核桃进行更多的研究与分析，可利用SSR技术在检测等位基因方面具有良好的重复性、精确性和有效性等的特点，对喙核桃进行多态性分析，进行种间或种内遗传物质差异性的研究，区分植物基因类群；还可以对喙核桃的育种杂交后代与亲本的关系进行研究，利用ISSR标记追踪亲本喙核桃遗传物质在杂交后代中的遗传动态，结合ISSR标记在染色体上的位置，进一步明确喙核桃亲本染色体不同区段在后代中的传递动态，为定向转移某些片段提供有效手段，为喙核桃的育种提供帮助。

在后续的研究中，可继续从比较基因组学和谱系地理学分析等方面出发，从遗传多样性、群体结构、群体进化、基因流和种群动态历史等角度，探讨喙核桃群体的濒危机制，为其科学保护和合理开发提供参考。