河北太行山区15个核桃品种性状综合评价

唐 敏，刘紫烟，陈利英，许珍珍，刘 洋,3,4，张雪梅,3,4，齐国辉,3,4*

(1.河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；2.河北绿岭果业有限公司，河北 临城 054300；3.河北省核桃工程技术研究中心，河北 邢台 054000；4.河北省(邢台)核桃产业技术研究院，河北 临城 054300)

核桃(Juglansregia)又称胡桃、羌桃，是世界四大干果之一[1]。核桃仁中的蛋白质含量(文中提到的含量是指质量分数)15%～20%，油脂含量高达60%～70%，比花生、芝麻的油脂含量还要高，且90%以上为不饱和脂肪酸[2]，核桃仁中富含人体必需的氨基酸、维生素和多种矿质元素等营养物质[3]，还含有多种抗氧化活性物质[4]，如黄酮、多酚，具有抗癌和保护心血管的作用[5]。核桃广泛分布于世界六大洲53个国家和地区。中国是世界上核桃起源中心之一，据FAO数据库显示[6]，2019年中国核桃产量为252.15万t，是世界核桃生产第一大国，拥有最大的收获面积和产量。支撑我国核桃产量世界第一位的一是面积，二是品种。我国核桃育种工作自20世纪70年代进入全面发展时期，选育出了大量核桃新品种，不少学者关于不同产地核桃品种表型性状进行研究[7-9]，表明不同产地的不同核桃品种综合性状差异较大，立地条件、栽培条件、环境气候等对核桃的坚果外观性状及营养品质影响显著[10-12]。河北省太行山区是我国核桃主产区之一，近年来为改善和优化核桃种植现状，陆续引进核桃品种，但是由于引种不当导致栽培生长中存在许多问题，如结果后产量低、品质差，树体生长衰弱，严重降低了核桃的品质和产量，因此，遵循适地适树原则，研究不同核桃品种在同一地区的生长结果表现，筛选出适合本地生长且品质优良的品种，对于该地区核桃品种更新、生产优质核桃及核桃产业的健康发展具有十分重要的意义[13]。张莹莹等[14]以河北省103份核桃资源为研究对象对其蛋白质、脂肪和脂肪酸组分进行测定和分析，筛选出高蛋白、高脂肪、高亚油酸资源，但是未明确表达这些品种在不同栽植地的表现。赵书岗等[15]的研究表明，河北省核桃品种结构不合理，传统主栽品种优势下降，导致核桃抗性差、树势衰弱，因此调整核桃栽培品种、解决因品种导致的核桃产量和品质降低迫在眉睫。本研究对引进的15个核桃品种的果实特性及营养成分等主要生物学特性进行了研究，综合评价核桃生长结果及营养价值，为筛选出适宜在当地栽植的核桃品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河北省临城县河北绿岭果业有限公司李家韩核桃示范基地种质资源圃(114°30′-114°33′E,37°29′-37°32′N)，属于太行山南段东麓丘陵地区，土壤为褐土，土层厚度40～100 cm，含砾石，多是10°以下的缓坡，海拔85～135 m，年平均气温为13 ℃，极端低温-23.1 ℃，极端高温41.8 ℃，年平均日照时间2 653 h，无霜期202 d。

1.2 试验材料

供试材料为2016年春季嫁接于当地10年生实生核桃苗木的15个品种，分别为鲁果6号、辽宁3号、金薄香2号、绿早、辽宁1号、绿岭、鲁光、阿克苏9号、辽宁8号、绿波、鲁果1号、香玲、上宋6号、中林1号、元丰，株行距为3 m×5 m，树形为单层高位开心形，不同品种核桃立地条件及栽培管理条件均一致。每个品种随机选择生长状况良好的树各3株，于2018-2019年各品种果实成熟期采集果实，每株树随机采集20个，带回实验室脱皮烘干后测定果实品质。

1.3 测定方法

逐一数不同品种单株结果数；用电子天平称量核桃坚果干质量和核仁质量，计算坚果产量和出仁率，用精度为0.01 mm的游标卡尺测量坚果三径、坚果壳厚。

坚果产量(kg·株-1)=结果数×单果质量/1 000

(1)

出仁率(%)=仁质量/坚果干质量×100

(2)

总蛋白含量采用硫酸-高氯酸消煮，凯氏定氮仪测定[16]；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[17]；脂肪含量采用改良索氏抽提法[18]测定；维生素E含量采用比色法测定[19]；种仁氨基酸含量采用高效液相色谱仪测定[20]；K、Fe和Zn的含量采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度计测定[21]；P的含量采用硫酸-高氯酸消煮，钼锑抗比色法[16]测定。

1.4 数据处理

采用WPS 2019和DPS 7.05、SPSS 21.0等软件统计分析数据，Duncan新复极差法进行方差分析，主成分分析法对果实品质进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同品种核桃树的结果情况

由图1可知，供试的15个品种中，绿岭的单株坚果产量最高，为2.29 kg·株-1，显著高于其他14个品种，可作为丰产品种进一步研究，其次是元丰，为1.64 kg·株-1，鲁果6号的单株坚果产量最低，仅为0.47 kg·株-1；丰产性是核桃选育的目标之一，由于各品种的适应性不同，导致产量差异极大。

2.2 不同品种核桃果实外在品质

由表1可知，单果重最高的是元丰，为13.53 g，显著高于鲁果6号、辽宁3号、绿早等7个品种；单仁质量最高的是鲁光，达到了7.06 g，最低的是鲁果6号，仅有4.62 g，大多数品种间无显著性差异；供试的15个品种出仁率在42.34%～60.05%，香玲最高，高达60.05%，其次是绿岭，这2个品种显著高于鲁果6号、辽宁3号、绿早等12个品种，金薄香2号最低，仅为42.34%；15个品种的三径均值在32.89～38.55 mm，最大的是金薄香2号，为38.55 mm；核桃果壳厚度是衡量其品质的重要指标之一，本试验的15个品种壳厚在0.70～1.3 mm，按照核壳厚度标准[22]，供试品种核壳厚度有2个等级，分别为纸皮和薄壳核桃，多为薄壳核桃，其中绿岭的壳厚仅有0.70 mm，并且绝大多数较容易取出整仁。

表1 不同品种核桃果实外在品质

2.3 不同品种核桃果实内在品质

2.3.1 种仁脂肪、总蛋白、维生素E和可溶性蛋白含量 核桃仁中脂肪和蛋白质含量是人们评价核桃品质的重要指标之一，由表2可知，15个核桃品种核仁脂肪含量为62.05%～68.90%，其中绿岭最高，为68.90%，上宋6号最低，为62.05%，绿岭、元丰、鲁光等8个品种达到了国家核桃坚果质量规定的特级标准[23](脂肪含量大于等于65%)，优于绿早、鲁果1号等7个品种。供试品种种仁总蛋白含量为18.43%～23.82%，均达到了国家核桃坚果质量特级标准[23](蛋白质含量大于等于14%)；可溶性蛋白含量为0.85%～1.67%，鲁光含量最高，为1.67%，鲁果1号含量最低，为0.85%。维生素E是人体必需的植物源脂溶性维生素，15个核桃品种种仁维生素E质量分数为0.25～0.53 mg·g-1，中林1号含量最高，高达0.53 mg·g-1，显著高于其他14个品种，鲁果1号质量分数最低，仅为0.25 mg·g-1。氨基酸是蛋白质的基本组成成分，15个品种的氨基酸质量分数为22.51～225.72 mg·g-1，阿克苏9号含量最高，辽宁3号最低。

表2 不同品种核桃种仁营养成分含量

2.3.2 种仁矿质元素含量 15个核桃品种种仁矿质元素含量见表3，大量元素中K含量最高，其次是P含量。种仁K质量分数为3.08～6.45 g·kg-1，辽宁1号最高，为6.45 g·kg-1，显著高于辽宁3号、金薄香2号、绿早等8个品种；P质量分数在0.75～1.06 g·kg-1，绿波最高，元丰最低，其他品种间无显著性差异。微量元素Fe质量分数在103.13～498.06 mg·kg-1，元丰的Fe质量分数最高，为498.06 mg·kg-1，显著高于其他14个品种；Zn质量分数在81.85～173.31 mg·kg-1，金薄香2号锌质量分数最高，为173.31 mg·kg-1，显著高于除绿波和中林1号以外的12个品种。

表3 不同品种核桃种仁主要矿质元素含量

2.4 基于主成分分析不同核桃新品种的结果及果实品质的综合评价

以测定的15个指标为依据，应用主成分分析法对15个核桃品种进行综合评价(表4)。由表4可知，所提取出的6个主成分能够代表15个供试品种综合性状的88.233%，所提取的主成分对评价核桃品种综合性状有一定的把握，因此可以选取前6个成分作为供试核桃品种综合性状的主成分。

表4 不同品种核桃各性状因子载荷矩阵和贡献率

主成分表达式用Z=nX表示，n为因子载荷量。第1主成分的函数表达式为：

Z1=0.314X1+0.034X2+0.128X3+0.263X4-0.417X5+0.001X6+0.348X7+0.463X8-0.206X9-0.163X10-0.358X11+0.208X12+0.168X13+0.042X14-0.186X15

(3)

第1主成分的特征值为3.733，方差贡献率为24.886%，其脂肪和总蛋白质含量在此主成分上有较高的权重。

第2主成分的函数表达式为：

Z2=0.174X1+0.484X2+0.341X3-0.332X4+0.033X5+0.348X6+0.143X7-0.064X8+0.050X9+0.160X10-0.088X11-0.212X12+0.166X13+0.472X14+0.176X15

(4)

第2主成分的特征值为3.329，方差贡献率为22.192%，其中单果质量、壳厚和种仁Fe含量在此主成分上有较高的权重。

第3主成分的函数表达式为：

Z3=-0.128X1+0.258X2+0.213X3-0.078X4+0.133X5-0.171X6+0.323X7+0.030X8+0.367X9-0.092X10-0.114X11+0.507X12-0.280X13-0.253X14+0.398X15

(5)

第3主成分的特征值为2.006，方差贡献率为13.375%，其中种仁P含量、Zn含量在此主成分上有较高的权重。

第4主成分的函数表达式为：

Z4=-0.170X1-0.177X2-0.208X3+0.046X4-0.225X5-0.038X6+0.152X7-0.158X8+0.428X9+0.522X10-0.372X11-0.066X12+0.427X13-0.096X14+0.070X15

(6)

第4主成分的特征值为1.676，方差贡献率为11.171%，其中可溶性蛋白、维生素E含量、种仁K含量在此主成分上有较高的权重。

第5主成分的函数表达式为：

Z5=0.233X1+0.068X2+0.397X3+0.403X4+0.280X5-0.379X6-0.054X7-0.032X8+0.183X9+0.358X10-0.100X11-0.192X12-0.274X13+0.084X14-0.322X15

(7)

第5主成分的特征值为1.302，方差贡献率为8.680%，其中单仁质量、出仁率和三径均值在此主成分上有较高的权重。

第6主成分的函数表达式为：

Z6=0.422X1-0.013X2-0.264X3-0.147X4+0.175X5-0.500X6+0.141X7+0.102X8-0.282X9+0.285X10+0.261X11+0.105X12+0.226X13+0.094X14+0.347X15

(8)

第6主成分的特征值为1.189，方差贡献率为7.928%，其中坚果产量、氨基酸含量在此主成分上有较高的权重。

分别以第 1、2、3、4、5、6 主成分对应的方差贡献率a1、a2、a3、a4、a5、a6作为权数，构建综合评价模型，C=a1Z1+a2Z2+a3Z3+a4Z4+a5Z5+a6Z6得出综合得分值，并进行排序，计算结果见表5。由表5的综合评价结果由大到小可知：绿岭、辽宁1号、绿波、元丰、香玲、中林1号、辽宁3号、鲁果1号、鲁光、金薄香2号、辽宁8号、鲁果6号、上宋6号、阿克苏9号、绿早。

表5 不同品种核桃各性状的主成分得分和综合得分

3 结论与讨论

采用主成分分析法对河北绿岭果业有限公司核桃示范基地引进的15个核桃新品种的综合品质进行评价，得出各品种的重要主成分值，综合排名最高的是绿岭，其次是辽宁1号、绿波、元丰、香玲、中林1号、辽宁3号、鲁果1号、鲁光、金薄香2号、辽宁8号、鲁果6号、上宋6号、阿克苏9号、绿早，评价结果与实际表现相一致。综上所述，绿岭、辽宁1号、绿波表现较好，可在类似地区进行引种。

研究表明，15个核桃品种果实特性及营养成分有很大差别，表型丰富，由于遗传基础不同，同一引种地栽植的不同核桃品种产生不同的表现型[24]。许多专家学者育种的目标是高产[25]，认为产量、坚果品质以及适应特定气候条件的能力，都是开发和选择新的核桃品种时要考虑的重要因素[26]。根据各品种在太行山丘陵地区实际生长状况，辽宁3号果实偏小，易早衰，难更新，但产量较高；绿早成熟期比其他品种早近1个月；鲁光产量低，通常结单果，不抗日烧；阿克苏9号顶芽结果，产量低，品质差，但是种仁氨基酸含量高；辽宁8号果实偏小，核桃仁颜色略深；绿波抗病性极差，营养生长旺盛，易徒长；香玲出仁率高；鲁果1号产量高，但易早衰，壳厚，核桃仁颜色深，口感涩；上宋6号脂肪含量低，抗病性差，核桃仁口感苦涩，常用作授粉树；中林1号抗性差，出仁率低，但维生素E含量高；元丰产量高，但在结果后期日烧严重，并且出仁率低，空壳现象严重，壳厚，种仁颜色深，表明不同品种核桃具有各自的特性。

韩华柏等[27]研究表明有关核桃选育的性状，目前尚无统一标准，坚果纵横径、平均坚果质量、壳厚、出仁率、核仁质量、脂肪含量、蛋白质含量是核桃选育的重要指标。张丽等[28]研究得出坚果品质和产量是能否判定丰产的重要性状。本研究表明，15个核桃品种果实特性及营养成分有很大差别，其中总蛋白质含量、单果质量、P含量、维生素E含量、出仁率、坚果产量分别在6个主成分上占有最高的权重，因此是评价核桃品质的关键性指标，与实际生长现状相符，与施丽丽[29]的研究结论有不一致的地方，因为所评价的指标不同，评价结果也会有不同。齐国辉等[30]对早实核桃生物学特性的研究表明，不同核桃品种性状不同，其价值不同。15个核桃品种在引种地表现一定的差异，优良性状有所改变，取决于品种的遗传差异，气候差异[31]、管理水平以及土壤因素。

主成分分析能够很好地将多个指标转化为综合指标进行评价，许多相关变量都被简化为几个主要因子，在本试验中将15个品种核桃的15个性状转化成6个主成分，可以很好地评价核桃的综合性状，筛选出适合引种地栽植的品种。杜天宇等[32]研究了56个核桃单株，对坚果的9个主要特征进行鉴定，表明三径均值、出仁率、含油量3个指标可以综合反映核桃的坚果指标，筛选出10个优良单株，表明主成分分析法在筛选核桃优良单株中具有重要意义。肖良俊等[33]利用主成分分析法对滇东北地区7个乌蒙核桃优株的主要经济性状进行分析，即可根据选种目标，综合评判优良单株的生产性能。