秦巴山区和黄土塬区不同基因型核桃坚果品质的综合评价

陈芮蝶, 高飞， 计雅男， 贺海耘， 贾彩霞， 翟梅枝，2

(1.西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712100； 2.陕西省核桃工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100)

核桃(JuglansregiaL.)因其果仁营养丰富、风味独特和用途多样跻身于世界4大干果之一[1]。核桃树不仅具有较强的拦截烟尘、吸收二氧化碳和净化空气的能力，也具有水土保持的功能。核桃仁营养价值极高，含有大量的脂肪、蛋白质、微量元素和矿质元素等，具有温肺润肠、保健益智、预防心脑血管疾病等药用和保健功效[2-3]。中国核桃的基因型丰富，分布广泛[4]。目前，国内外已有大量对于不同基因型核桃研究的报道。GÜLSOY等[5]对土耳其东部阿拉斯谷的500个不同基因型核桃进行坚果品质测定，选择出20个品质优良的基因型品种。KAFKAS等[6]研究表明，核桃仁营养品质的丰度与基因型有很大的相关性。郭勤等[7]对山西吕梁地区不同品种核桃坚果的外观性状研究结果表明，供试品种的外形特征差异明显，其中香玲品种是适宜推广栽培的优良品种。不同基因型核桃的坚果性状和果实品质存在较大差异，研究不同基因型核桃坚果的差异，对核桃资源的生产、开发、综合利用及新品种选育具有重要的意义。位于秦巴山区和黄土塬区的陕西和山西部分地区是中国核桃主产区，对这些地区不同基因型核桃间差异还缺乏系统研究。本研究对来自秦巴山区和黄土塬区基本相同生境条件下的26个不同基因型核桃坚果进行感官指标和品质指标的差异分析，采用主成分分析以及聚类分析的方法，对其主要性状进行综合评价，以期为核桃品种选择和改良尤其是杂交亲本的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年9月初核桃果实成熟期，在位于秦巴山区和黄土塬区的陕西山阳、陕西杨陵和山西闻喜3个采样点选择不同基因型核桃26种。3个采样点生境条件基本一致，为暖温带半湿润季风性气候，年平均温度为12.5～13.0 ℃，降雨量适中，无霜期190 d以上，适宜核桃生长。所选样树树龄均为13～14 a生，处于盛果期，株行距为4 m×4 m，采取常规人工管理，株产为(15±1) kg。于上午9:00在每株树冠的上、中、下及里外层随机采摘成熟核桃样品50个，手工脱去青皮，置于通风处自然风干后，包装储藏。具体见表1。

表1 不同基因型核桃编号及采样地点Table 1 Numbers and sampling sites of walnut with different genotypes

1.2 测定方法

感官指标：依据中华人民共和国林业行业标准LY/T 3004.8—2018《核桃 第8部分：核桃坚果质量标准及检测》[8]的要求，对坚果果形、果面特征、横隔膜质地、饱满度、种皮色、取仁难易程度以及风味等感官指标进行测定。

品质指标：三径(横径、纵径、缝合线径)用游标卡尺测量。壳厚度用游标卡尺分别测量核壳中部的厚度，求其平均值，精确到0.01 mm。分别测量50个坚果单果质量和仁质量，求其平均值。采用索氏提取法[9]测定样品含油量，计算含油率。

出仁率/%=核仁质量/坚果质量×100

(1)

含油率/%=(核仁质量-饼粕质量)/核仁质量×100

(2)

1.3 数据处理

采用Excel 2017进行数据整理，SPSS 25.0进行主成分分析和聚类分析，DPS 2017进行差异性分析。

(3)

2 结果与分析

2.1 不同基因型核桃坚果经济性状分析

2.1.1 不同基因型核桃坚果感官指标分析 按照核桃坚果感官指标质量要求[8]，对26个不同基因型核桃进行坚果感官品质分析，结果见表2。从坚果形状来看，供试核桃品种以椭圆形为主，占38.46%，卵圆形占26.92%，尖圆形占19.23%；从果面特征来看，S09果面为光滑，果面较光滑的品种有7个,占26.92 %，果面麻的品种有10个,占38.46%，果面较麻的品种8个,占30.77%；从隔膜质地来看，15个品种隔膜为纸质，10个品种隔膜为革质，S02隔膜为膜质；从核仁饱满度来看，除S09、W01为较饱满外，其余24个品种为饱满；从种皮色来看，黄色品种12个占46.15%，其次是浅黄色品种7个和黄褐色品种5个，分别占26.92%和19.23%，黄白色品种和紫色品种各1个，分别为S08和W02；从取仁难易程度来看，7个品种易取整仁占26.92%，17个品种易取1/2仁占65.38%，3个品种取仁较难占11.54%；从风味来看，供试品种以清香为主12个占46.15%，其次为淡香9个占34.62%，其余5个品种为油香。

表2 不同基因型核桃的感官指标分析Table 2 Sensory indexes analysis of walnut with different genotypes

2.1.2 不同基因型核桃坚果品质指标分析 不同基因型核桃的品质指标分析结果见表3。不同基因型核桃的品质指标均存在一定差异。从三径均值来看，Y07、Y06、S02和Y01分别为43.17、41.38、41.22和39.40 mm，Y06和S02无显著差异，Y07、Y01与Y06和S02差异显著，Y08的三径最小仅为31.44 mm。从单果质量来看，Y07、S04、Y06、S02分别为24.79、21.47、19.51、19.44 g，Y06和S02无显著差异，Y07、S04与Y06和S02差异显著，单果质量最小为Y08。从仁质量来看，S04、Y07、S02、Y06的仁质量较大，均在10～12 g，与其他品种之间差异显著；仁质量在6～8 g的最多，有16个品种。从壳厚度来看，壳最薄的品种是Y05为1.00 mm，与其他品种相比差异显著，S01、S06壳最厚均为1.56 mm。从出仁率来看，Y02、S02、Y06出仁率显著高于其他品种，分别为57.64%、56.13%、54.7%；Y09、S09的出仁率分别为42.83%和43.28%，显著低于其他品种。从含油率来看，不同基因型核桃的含油率在63.20%～73.45%。

26个供试品种的油脂含量总体较高且品种间的差异性较小，Y01、W03、W04、S09、W06、Y10含油率高于70%，属于高油含量的品种。仁质量的变异系数最大为25.91%，含油率的变异系数最小为4.59%，各坚果品质的变异系数大小依次为仁质量>单果质量>壳厚度>纵径>横径>出仁率>三径均值>缝合线径>含油率。仁质量和单果质量的变异程度较大，表明供试的26个基因型核桃在这2个品质特征上具有较高遗传多样性；含油率的变异系数最小，表明供试的26个基因型核桃的油脂含量上具有较好的一致性。

表3 不同基因型核桃的坚果品质指标分析Table 3 Quality indexes analysis of walnut with different genotypes

2.2 不同基因型核桃坚果性状主成分分析和坐标图评价

2.2.1 不同基因型核桃坚果品质指标主成分分析 主成分分析可以利用原变量间具有较强的相关性的特点，对原变量进行降维分析，用少量因素来描述多种指标或因素之间的关系[12]。对9个坚果品质指标进行主成分分析，得出各主成分的特征值、方差贡献率和累积方差贡献率，结果见表4。第1主成分的方差贡献率为35.903%，第2主成分的方差贡献率为25.545%，第3主成分的方差贡献率为22.299%，第4主成分的方差贡献率为8.889%。前4个主成分的累计方差贡献率达92.636%，表明前4个主成分已经基本代表了坚果品质的综合信息，可作为核桃坚果品质的重要主成分进行分析评价。

表4 主成分的特征值、方差贡献率和累积方差贡献率Table 4 Eigen value, variance contribution rate, cumulative variance contribution rate of principal component

2.2.2 不同基因型核桃坚果的主成分分析坐标图评价 PCA主成分得分图能直观看出各基因型核桃与主成分之间的关系，明确区分出不同核桃品种的优势特征。以坚果品质第1主成分(PC1)与第2主成分(PC2)、第3主成分(PC3)和第4主成分(PC4)分别绘制PCA得分坐标图。如图1所示，PC1主要综合了出仁率和仁质量的信息，其中出仁率在PC1正向分布分值最大，因此PC1主要反映出仁率，含油率呈负向分布且分值最小。PC2正向区间的指标为出仁率和含油率，其中含油率在PC2上正向分布最大，因此PC2主要反映含油率，而横径和缝合线径在PC2上负向分布最小。从各基因型与PC1和PC2的关系来看，W01、W02、Y05、Y03、S01和S03这6个品种同时都落在PC1和PC2正向区间，表明这6个品种不仅出仁率较高，同时也具有良好的油脂品质。如图2所示，在PC3中壳厚度在正向区间且取值最大，表明PC3越大核壳越厚；含油率处于负向分布，取值最大，表明PC3主要反映壳厚度和油脂含量的信息。从各基因型与PC1和PC3的关系来看，落在第3区间的品种为W03、W06、W04、Y10和Y01，虽然处在PC1的负向区间，出仁率相对偏低，但是落在PC3的负向区间，负向分布越小含油量越高，表明这些品种具有薄壳和含油率高的优势。如图3所示，在PC4中，缝合线径位于正向区间且取值最大，其次是横径也处于正向区间，而纵径处于负向分布取值最大，表明PC4主要反映形状特征。就不同基因型核桃与PC1和PC4的关系而言，落在第1区间的基因型Y02、S05和Y06缝合线径和横径的比值较大，出仁率较高；落在第4区间的基因型S02和S03则是纵径较大，出仁率也较高。

图1 不同基因型核桃与第1主成分和第2主成分的关系 Fig.1 The relationship between PC1 and PC2 ofdifferent walnut genotypes

图2 不同基因型核桃与第1主成分和第3主成分的关系 Fig.2 The relationship between PC1 and PC3 of different walnut genotypes

2.3 不同基因型核桃坚果品质指标聚类分析

由图4可知，26个不同基因型核桃在平方欧式距离为15时，被分为A、B共2大类，其中A类核桃坚果三径均值与核仁质量较大，为大果型品种；依据坚果形状，A类在平方欧式距离为10时，分为A-1、A-2共2个亚类。其中，巨丰(Y07)、西林3号(S02)为椭圆形，为A-1亚类；温185(Y01)、西林2号(Y06)、晋龙1号(S04)为卵圆形，为A-2亚类。B类核桃坚果相对较小，为中小果型品种。依据坚果大小，B类在平方欧式距离为5时，分为B-1和B-2 2个亚类。其中，香玲(W02)、辽宁1号(Y03)、辽宁3号(Y04)等11个品种果个较小，质量在8～12 g，为B-1亚类；西洛2号(S05)、宜核1号(S07)、中林5号(Y02)等10个品种果个中等，质量在13～16 g，为B-2亚类。聚类结果反映了核桃品质在不同基因型间存在较大遗传差异，核桃的物理品质与其亲缘关系之间存在联系。

图3 不同基因型核桃与第1主成分和第4主成分的关系Fig.3 The relationship between PC1 and PC4 of different walnut genotypes

注：横轴表示平方欧式距离；节点上的标注表示分类结果。

3 结论与讨论

中国核桃的种质资源非常丰富，不同基因型核桃的性状差异较大。当选取的指标体系或者评价侧重点不一样，对不同基因型的核桃坚果性状的综合评价结果也会不相同[12]。秦巴山区和黄土塬区气候适宜、自然条件较好，适宜核桃生长，本研究对来自该地区相似生境条件下不同基因型核桃坚果感官和品质指标进行分析，结果表明26个基因型核桃坚果品质存在明显的差异性和丰富的特征性。供试的26个基因型核桃外观特征比较明显，果形主要为椭圆形、卵圆形和尖圆形，果面主要为较光滑和麻。核仁是核桃的主要食用部分，其品质好坏直接决定了核桃的商品价值，这是由于种皮色是核桃坚果的重要商品性状之一，且种皮色浅的核桃一般涩味轻、口感好[13]。供试的26个基因型核桃中种皮色黄色12个，浅黄色7个，黄白色1个，2/3以上的种皮色较浅，包括5个风味为油香的品种，这与申艳红等[13]研究结果相似。天王1号(S08)种皮色为紫色，是少有的特异基因型，为核桃特色品种的推广提供可能性。

变异系数是性状遗传多样性的量化指标，变异系数越大表明遗传多样性越丰富[14]。26个基因型核桃仁质量变异达到25.91%、单果质量变异为24.31%、壳厚度变异为11.27%，变异幅度大，在核桃杂交亲本选择时有较大的潜力，这与赵萌君等[15]的研究结果基本一致。此外，26个基因型核桃含油率变异最小为4.59%，含量在63.20%～73.45%之间，与多数研究相吻合[16-18]。温185(Y01)、岱香(W03)、元林(W04)、元丰(S09)、清香(W06)、吐莱尔(Y10)为高油品种，今后可作为油用品种加大推广力度，以满足核桃油加工企业对高出油率原料的市场需求[19]。

孙垟等[20]和苏彦苹等[21]均在核桃优株综合评价中应用主成分分析法，认为该方法用于优良品种的选择，既能把握品种的综合性状表现，又能简化选择程序，且更具有科学性。本研究通过主成分分析得出，出仁率、含油率、壳厚度、纵径4个指标的累计方差贡献率达92.636%，表明选取的主成分能很好地代表测定的坚果品质指标，分析结果比较合理。结合主成分分析得分图表明，鲁光(W01)、香玲(W02)、西扶1号(Y05)、辽核1号(Y03)、西扶2号(S01)、丰辉(S03)是出仁率和含油率较高的基因型，岱香(W03)、清香(W06)、元林(W04)、吐萘尔(Y10)、温185(Y01)是核壳薄且高含油率的基因型，西林2号(Y06)、巨丰(Y07)、西林3号(S02)是单果较大的基因型。通过聚类分析将26个不同基因型核桃分为2大类4个亚类，21个中小果型品种聚为1个大类，5个大果型品种聚为另1个大类，这表明核桃坚果品质存在遗传差别，在核桃新品种选育时，根据育种目标可以选择更适配的亲本组合[22]。本研究结果与潘学军等[23]研究结果相似，也进一步证明核桃坚果性状特征作为核桃资源鉴定中最主要特征之一的科学性和正确性[24]。综上所述，本研究对26个基因型核桃主要感官指标和品质指标进行了分析，并通过主成分分析和聚类分析对其进行了评价，在一定程度上为不同基因型核桃的品质鉴定、合理利用及品种选择提供了理论依据。