湖南省30个薄壳山核桃新品种经济性状比较分析

周文君，李 俊，刘 祥，曾淑珍，邹 锋，袁 军

（中南林业科技大学 林学院/经济林育种与栽培国家林业局重点实验室/经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室，湖南 长沙 410004）

【研究意义】薄壳山核桃（Carya illinoensis）又名美国山核桃、长山核桃、碧根果，果实营养丰富，口感松脆，是一种世界性坚果[1]，种仁多不饱和脂肪酸含量较高，具有降低胆固醇等保健作用[2]。薄壳山核桃树形高大，枝繁叶茂，可作为行道树和庭院观赏树，在山区经济发展、精准扶贫和美丽乡村建设中具有重要作用。薄壳山核桃种植历史悠久，市场需求越来越大，未加工的坚果售价可达50 元/kg。【前人研究进展】薄壳山核桃的原产地在密西西比河流域，17～18 世纪逐渐被美国殖民者作为商业项目推广并扩大，诞生了最早的薄壳核桃产业[3]。我国引进薄壳山核桃最早从江苏省开始[4]，直到1926 年湖南省开始了第一次美国山核桃的引种工作，之后陆续有中南林学院、湖南省林业科学院于20 世纪30 年代至80 年代进行了间断性的引种工作，均能够正常的生长与结实[5]，大树通过高接换冠技术1～2 年后开始结果，盛果期是在结果10 年后进入，结果盛期长达50～70 年[6]。目前我国薄壳山核桃种植区域主要是位于北纬24°～40°的浙江省、江苏省和云南省等22 个省份，不同的学者对不同地区的薄壳山核桃生长特性、果实经济性状都进行了相关的研究，例如许梦洋等[7]、杨康[8]和黄玉华[9]分别对引种到江苏、重庆和浙江等省份的薄壳山核桃品种的果实发育特征以及当地的生态适应性方面做了相关研究。发现不同薄壳山核桃品种油脂中脂肪酸组成一致，其含量顺序由大到小依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸酸和花生酸[10]，但不同地区不同品种的薄壳山核桃油脂肪酸含量存在显著差异[11-12]。基于薄壳山核桃的生长特性、果实经济性状以及脂肪酸组成等指标，不同省份筛选出了适宜当地的主栽品种，取得了很好的成效。【本研究切入点】湖南省是引种薄壳山核桃的最早省份之一[13]，其气候条件和地理环境都适宜薄壳山核桃的种植和推广。然而目前产业并没有发展壮大，主要原因包括管理经营措施不规范，未筛选出适宜的品种等。随着我国其他省份大面积种植和多年的发展以及科研成果的应用转化，改善经营管理措施相对容易。所以，筛选出适宜湖南地区丘陵山地的薄壳山核桃品种是亟需开展的工作。【拟解决的关键问题】为此，本研究以引种到湖南种植的30个薄壳山核桃品种为研究对象，测定其产量、种子经济性状、脂肪酸组成等指标，并进行综合性状评价，以期筛选出适宜湖南发展的优良品种，为产业发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于湖南省洞口县、靖州县等薄壳山核桃基地，采样地位坐标为26°57'17″N，110°57'20″E，土壤类型为红壤，海拔67～90 m，年均温16.6 ℃，无霜期281～293 d，测试树龄9～10年，采样时每个品种挑选5株中等树进行调查和采样。2019年11月果实成熟后，把测试树的果实全部采收，除去青皮测定单株产量，把每个品种的种子分别混合阴干后，随机抽取百粒种子测百粒质量，随机抽取10颗种子作为样品测定其它经济性状。

1.2 性状测定

1.2.1 表型性状测定 用游标卡尺测种子纵径、横径和果壳厚度，并计算果形指数，用精度到1%的分析天平测单果质量和果仁质量，并计算出仁率。

1.2.2 种仁含油率和脂肪酸组分测定 利用索氏抽提器测定种仁含油率[14]。把提取出来的薄壳山核桃油分别装在离心管中，放4°冰箱保存。随后测定美国山核桃的脂肪酸组成，先将提取出的薄壳山核桃油样甲酯化，然后利用气相色谱分析仪测定脂肪酸组成和相对含量，参考《食品中脂肪酸测定国家标准》，采用其中的内标法对提取出来的薄壳山核桃油样进行脂肪酸组分测定。根据保留时间确定脂肪酸组成，根据峰面积以归一化方法计算各脂肪酸的相对含量[15]。

1.3 统计分析

表型性状分析均为5 次重复，油脂分析均为3 次重复，数据统计和柱状图采用Excel 2016 进行；方差分析和主成分分析采用SPSS22.0数据处理系统分析。

2 结果与分析

2.1 单株产量

测定不同品种薄壳山核桃的单株产量，表明不同品种的产量存在显著差异（图1），30个薄壳山核桃品种的产量在6～25 kg/株。调查结果表明，产量较高的品种是‘Wichita’‘Choctaw’‘Pawnee’‘Western’，这4 个品种的单株产量都高达20 kg/株或以上，显著高于其它品种。产量最低的品种是‘Native’，年产量只有6 kg/株。另外‘Mohawk’‘Tejas’‘Grapark’这3 个品种的产量也很低，可能是结实期较晚的原因，但不排除大小年现象的影响。

图1 薄壳山核桃不同品种单株产量对比Fig.1 Yield comparison of different Carya illinoeensis varieties

2.2 表型性状

分别测定30 个薄壳山核桃果实百粒质量、果仁质量、出仁率和种壳厚度等指标，发现不同品种之间的经济性状存在统计学差异。由表1 中可以看出，百粒质量最大的品种‘Imperial’为1 001.85 g，与百粒质量最小的品种‘Chichasaw’相差562.65 g，种壳厚度在0.70～1.29 mm，‘Navaho’的种壳最厚，‘Demas’的种壳最薄，各品种种壳厚度平均值是1.02 mm。分别测定30 个薄壳山核桃品种的种子横径、纵径，并计算果形指数发现，30 个薄壳山核桃品种的纵径和横径分别以‘Tejas’‘Mahan’的最大，‘Apache’‘Elliot’‘Native’‘Brake’的纵径和横径都普遍小于其它品种。分析表明，果形指数越小，果形越圆，果形指数越大，果形越长。由表中的果形指数可以看出，‘Sioux’‘Demas’‘Shawnee’‘Grapark’‘Mahan’的果形为狭长形，‘Elliot’为近圆形，其余品种的果形指数在二者之间，果形均是椭圆形。

表1 不同薄壳山核桃表型性状Tab.1 Phenotypic characters of different Carya illinoensis varieties

2.3 出仁率和出油率

2.3.1 出仁率 由图2 可知，不同品种的薄壳山核桃种子出仁率在41.41%～65.15%，平均出仁率53.95%，变异系数（CV）为12.01%，整体波动较大。出仁率最高的品种为‘Pawnee’，出仁率最低的品种是‘Kanza’，相差23.74%。

图2 薄壳山核桃不同品种出仁率Fig.2 Kernel rate of different Carya illinoensis varieties

2.3.2 出油率 由图3 可知，不同品种的薄壳山核桃含油率在54.36%～67.38%。平均出油率为60.59%，变异系数（CV）为7.11%，整体比较稳定。其中‘Pawnee’‘Imperial’‘Wichita’‘金华’‘Native’的含油率显著高于其它品种，都超过了65%。‘Apache’‘Sioux’‘黄山1 号’含油率显著低于其他品种，都不到55%。

图3 不同薄壳山核桃品种含油率Fig.3 Oil content of different Carya illinoensis varieties

2.4 脂肪酸组成

测定不同山核桃品种油脂的脂肪酸组成，发现其脂肪酸组成基本一致，相对含量由大到小依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸酸和花生酸（表2）。这6种脂肪酸占总量99%以上，另外还有及其少量的花生烯酸，但其含量很少不予统计。油酸、亚油酸、亚麻酸属于不饱和脂肪酸，总量达到80.16%～90.24%，其中油酸为最主要的不饱和酸，品种‘Wichita’‘Mahan’‘Pawnee’的油酸含量都达到了70%以上，所有品种的平均油酸含量为65.84%。亚油酸的含量相对稳定，在14.21%～24.23%。饱和脂肪酸含量在8.24%～18.78%，饱和脂肪酸含量最高的品种比最低的品种高10.54%，差异显著。

表2 不同品种薄壳山核桃脂肪酸组成Tab.2 Fatty acid composition of different Carya illinoensis varieties

2.5 主成分分析

薄壳山核桃种子经济性状评价的指标有很多，单纯根据某个或者某两个指标评价会导致评价结果不全面。为此，本文采用主成分分析的方法，对30个薄壳山核桃品种的14个经济指标进行主成分分析，根据方差积累贡献率＞75%的原则提取主成分。结果看出，总方差78.715%的贡献率来自前5个主成分。即这5个主成分较好的代替了上述14个指标来评价薄壳山核桃的经济性状。

由表3可知第一主成分方差贡献率为29.675%，根据特征值＞1.000，方差累积贡献率＞75%的原则，选择这5 个主成分进行分析。通过SPSS22.0 处理数据得到主成分的载荷矩阵，结果见表4。第1 主成分与纵径、百粒质量、油酸、出油率和产量高度正相关，与亚麻酸、硬脂酸和棕榈酸高度负相关，反映了薄壳山核桃的外形品质、产量品质和油脂品质。

表3 薄壳山核桃主成分的方差贡献率Tab.3 Variance contribution rate of principal components of Carya illinoensis

表4 薄壳山核桃主成分的荷载矩阵Tab.4 Load matrix of principal components of Carya illinoensis

根据5 个主成分的载荷矩阵计算出每个主成分的得分，即Y1-Y5，再以每个主成分的贡献率为权重对主成分得分进行加权平均，求得主成分综合得分Y。由表5 看出，综合得分较高的品种有‘Mahan’‘Pawnee’‘Imperial’‘金华’‘Choctaw’，评价指数都达到了0.9以上，表明这5个品种的薄壳山核桃综合经济性状好，即适合做坚果食用，又适合提取油脂，产量也不错。‘Apache’‘Elliot’‘Native’这几个综合评分较低的品种，在生产上不做大面积推广种植，可以根据它们各自的特征，比如抗病能力、抗逆能力，作为授粉品种或者砧木，在特定地区栽培。

表5 薄壳山核桃主成分综合评价指数Tab.5 Comprehensive evaluation index of principal components of Carya illinoensis

3 结论与讨论

薄壳山核桃是综合经济、生态、社会三大效益于一身的优良树种，兼有观赏、食用和用材的特点，综合效益高，市场前景广阔，是乡村振兴、精准扶贫的优良树种。湖南是引种薄壳山核桃的最早地区之一[13]，但是目前产业一直未发展壮大，主要原因是没有筛选出适宜当地环境的优良品种。本研究通过对湖南引种的30个薄壳山核桃新品种的果实进行调查分析，比较了各品种的产量、百粒质量和果形指数等重要指标之间的差异，分析了不同品种薄壳山核桃的形态特征和油脂品质，并进行了主成分分析，筛选出了适宜的优良品种，包括‘Pawnee’‘Imperial’‘金华’‘Choctaw’4 个良种，为今后薄壳山核桃产业的发展提供了技术支撑。但是本次调查的主要是9～10 年生的幼树，据相关研究，15 年左右才能进入丰产期[4]，因此其产量观察还需要继续进行。同时，薄壳山核桃根据雌雄花开放时间差异，分为雌先型、雄先型和同时型等，因此种植过程中还需要考虑品种配置问题，以便达到最佳的产量[16]。

不饱和脂肪酸的含量是评价油脂品质的重要依据之一。本研究发现，不同品种的薄壳山核桃不饱和脂肪酸的含量差异显著，最高的达到90.24%，最低的只有80.26%。这可能与不同薄壳山核桃品种的成熟性和采收时间有关系。因为在果实发育的过程中，随着果仁发育的成熟，粗脂肪含量会逐渐上升，饱和脂肪酸含量会逐渐减少，不饱和脂肪酸含量逐渐增加，这一变化过程在薄壳山核桃果实发育后期到采收期的一个月时间内尤其明显[17]。中晚熟的品种比早熟品种不饱和脂肪酸含量要高一些，采收期长的品种比采收期短的品种饱和脂肪酸含量要少一些。下一步可以继续开展不同采收时间薄壳山核桃油脂脂肪酸组成的比较分析，为确定合理采收时间提供依据。

通过主成分分析，本研究获得综合得分较高的品种为‘Mahan’‘Pawnee’‘Imperial’‘Mahan’，但是其中‘Mahan’这个品种虽然果大并且早实，但极易感染黑斑病，导致空壳现象严重，不建议推广种植。也发现了‘Apache’‘Elliot’‘Native’这几个综合评分较低的品种，在生产上不宜做大面积推广种植，但可以根据它们各自的特征，比如抗病能力、抗逆能力，作为授粉品种或者砧木，在特定地区栽培或者研究使用。其他4 个品种‘Pawnee’‘Imperial’‘金华’‘Choctaw’没有明显的短板，可以考虑作为良种使用。当然，薄壳山核桃用途广泛，果用、油用需要不同的品种及其栽培技术，比如果用还需要进行口感测试，这些都是下一步要开展的工作。

综上所述，湖南省的气候和土壤条件比较适宜种植薄壳山核桃，适宜的品种有‘Pawnee’‘Imperial’‘金华’‘Choctaw’，但在栽培过程中要注意配置正确的授粉品种。同时薄壳山核桃的产量、品质与品种和繁殖方式、采收时间等也有较大关系。因此在栽培中，要在适宜主栽品种的基础上，研究并推广品种配置、整形修剪、合理采收等配套栽培技术，可以很好的克服结实迟群体产量低的缺点，并取得良好的种植效益。