重庆乡土核桃无性系坚果品质分析

唐佳佳， 李秀珍， 彭秀， 周小舟， 冯大兰

重庆市林业科学研究院，重庆 400036

核桃(JuglansregiaL.)属于胡桃科(Juglandaceae)胡桃属(Juglans)植物, 它与泡核桃(J.sigillataDode)、 核桃楸(J.mandshuricaMax.)、 河北核桃(J.hopeiensisHu)以及野核桃(J.cathayensisDode)同为我国原产的胡桃属植物[1]． 我国是核桃的起源中心, 已有2 000多年的栽培历史． 核桃在我国分布甚广, 主要分布在云南、 陕西、 河北、 山西、 新疆等地区[2-3]．

重庆市核桃的栽培面积也较大, 截至2021年底, 总面积已达到7.53万hm2, 核桃产业的发展情况极大地影响着重庆经济林产业的发展． 目前, 在重庆核桃产业发展中还存在很多问题, 其中产量和品质问题较为突出． 多年来, 重庆核桃产业发展主要依靠外引品种, 而外引品种在本地多表现为产量不高、 品质参差不齐、 病虫害严重等, 因此从重庆乡土核桃资源中选育良种进行推广更具现实意义． 核桃也是重庆的乡土树种, 在渝东北、 渝东南等高海拔地区存在较多的野生群体, 早在 2001年, 重庆城口县就被国家林业局命名为中国“核桃之乡”, 因此从重庆本地核桃资源中选育(培育)核桃新品种或核桃良种是可行的[4-5]．

核桃是一种集脂肪、 蛋白质、 糖类、 纤维素、 维生素5大营养要素于一体的优良干果类食物, 具有很高的营养价值[6], 其中脂肪和蛋白质是核桃仁的主要营养成分． 核桃蛋白质质量分数约为15.00%, 最高可达29.70%, 其消化率达到87.20%, 被誉为优质蛋白[7]． 核桃仁脂肪质量分数约为63.00%, 最高可达76.34%． 脂肪酸主要由棕榈酸、 硬脂酸、 油酸、 亚油酸和α-亚麻酸组成, 其中不饱和脂肪酸质量分数可达90.00%; 必需脂肪酸(亚油酸和亚麻酸)的质量分数达72.00%, 其对维持身体健康、 调节身体机能有着重要的作用, 是大脑组织细胞的主要结构脂肪, 能软化血管、 预防高血压和心脏病, 具有“动脉清道夫”的美誉[8-9]． 核桃的主要经济收入是坚果, 坚果的品质和产量直接影响该品种的成效, 而坚果品质受核桃品种、 立地环境和栽培管理等多重因素的影响, 其中核桃品种是影响核桃品质的最重要因素之一[10]．

重庆市林业科学研究院长期致力于重庆乡土核桃实生选种工作, 经过10多年的选育, 获得了6个适应重庆独特气候的乡土核桃无性系． 本文对该6个乡土核桃无性系的16个坚果品质指标进行测试分析, 旨在探明重庆乡土核桃无性系坚果的形态特征、 内含物营养成分组成及质量分数, 为这些无性系成为良种及其应用提供科学依据．

1 材料与方法

1.1 实验材料

YC-2, YC-3, YC-6, YC-8, YC-10, YC-12均为重庆市林业科学研究院核桃课题组前期依据生长势、 病害情况、 产量等, 在重庆市范围内进行综合评价以后, 通过单株繁育而成的无性系． 所有材料定植于该研究院核桃实验基地——巫溪县菱角镇店子核桃基地, 为高接换种6年生树, 于2020年9月果实成熟期采摘, 每个无性系设置3个重复, 每个重复采摘果实30个． 样品取好后带回实验室, 进行去青皮和烘干备用．

1.2 实验仪器

电子数显游标卡尺(0～150 mm), 螺旋测微仪(尖头千分尺0～25 mm), 宁波得力工具有限公司; 电子天平, 昆山优科维特电子科技有限公司; 电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9146A), 上海一恒科学仪器有限公司; 定氮仪(FOSS 2300), 丹麦福斯; 可见分光光度计(723N), 上海精科仪器有限公司; 气相色谱仪(Agilent 7890), 美国安捷伦．

1.3 方法

烘干坚果后用游标卡尺测定坚果三径值(纵径、 横径、 侧径), 坚果壳厚; 用电子天平直接称质量法测定坚果单果质量、 果仁质量, 计算出仁率(KR):

式中, MK为果仁质量, MN为坚果单果质量．

脂肪质量分数测定参照《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》(GB 5009.6-2016), 蛋白质质量分数测定参照《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》(GB 5009.5-2016), 可溶性糖质量分数测定参照《蔬菜及其制品中可溶性糖的测定 铜还原碘量法》(NY/T 1278-2007), 单宁质量分数测定参照《水果、蔬菜及其制品中单宁含量的测定 分光光度法》(NY/T 1600-2008), 脂肪酸质量分数测定参照《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》(GB 5009.168-2016)．

1.4 数据处理

实验数据采用EXCEL 2017进行处理, 用SPSS 24.0对实验数据进行多重比较、 主成分分析． 在主成分分析中, 根据主成分函数模型计算单项主成分得分[11]:

Fi=A1ZX1+A2ZX2+A3ZX3+…+AnZXn

式中,Fi代表第i个主成分表达式,A1, …,An代表特征向量矩阵,ZX1, …,ZXn为标准化后的数据, 最后以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重计算综合主成分(F)[12]:

F=(λ1F1+λ2F2+…+λnFn)/(λ1+λ2+…+λn)

式中,F1, …,Fn为提取的单一主成分,λ1, …,λn为主成分对应的特征值．

2 结果与分析

2.1 坚果外观品质分析

各参试无性系坚果的三径均值、 单果质量、 壳厚、 出仁率存在一定的差异(表1)． YC-8和YC-3的三径均值高于其他无性系, 其中YC-8的三径均值最大, 为35.16 mm; YC-6的三径均值最小, 为28.45 mm． YC-8的单果质量最大, 为15.18 g, 高于其他无性系且差异有统计学意义(p<0.05); YC-6的单果质量最小, 仅为6.85 g． YC-8的壳最厚, 为1.32 mm, 高于其他无性系且差异有统计学意义(p<0.05); YC-2的壳最薄, 仅为0.96 mm． YC-3的出仁率最高, 为60.25%; 其次是YC-12, 为55.75%, 二者均高于其他无性系; YC-6的出仁率最低, 仅为50.00%．

参照《核桃 第2部分: 核桃良种选育标准》所载[13], 从单果质量来看, 除YC-6外, 其余5个无性系均达到鲜食和干食良种标准(≥10 g)． 从壳厚看, YC-8符合干食良种标准(0.80～1.50 mm), 但不符合鲜食良种标准(0.80～1.20 mm), 其余5个无性系均符合鲜食和干食良种标准． 从出仁率来看, 6个无性系均达到鲜食和干食良种标准(≥50%)． 结果表明, 6个无性系除YC-6外, 其余无性系的坚果外观品质均较高．

2.2 坚果种仁内含物分析

各无性系坚果种仁的脂肪、 蛋白质、 可溶性糖和单宁质量分数均存在一定的差异(表2)． YC-10, YC-2和YC-8的蛋白质质量分数高于其他无性系, 且差异有统计学意义(p<0.05), 其中YC-10最高(为24.23%), 较最低的YC-6(为17.07%)高出41.94%． YC-6, YC-3和YC-8的脂肪质量分数高于其他无性系, 其中YC-6最高(为67.63%), 较最低的YC-10(为54.40%)高出24.32%． YC-3的单宁质量分数最低, 为10.50 mg/g． YC-2, YC-10和YC-3的可溶性糖质量分数高于其他无性系, 其中YC-2可溶性糖质量分数最高(为7.95%), 较最低的YC-6(为4.47%)高出77.85%．

表2 坚果种仁内含物分析

参照《核桃 第2部分: 核桃良种选育标准》所载[13], 6个参试无性系的蛋白质质量分数和脂肪质量分数均达到良种标准; YC-2和YC-10因其脂肪质量分数仅符合鲜食良种标准(≥50%)而未达到干食良种标准(≥60%), YC-3和YC-12符合干食和鲜食良种标准．

2.3 坚果种仁脂肪酸组成分析

各无性系坚果种仁脂肪酸组成成分的质量分数存在一定的差异(表3)．

表3 坚果种仁脂肪酸组成分析 /%

棕榈酸质量分数介于5.24%～6.16%之间, 其中YC-2, YC-6, YC-8和YC-12之间差异无统计学意义, 它们均高于YC-3和YC-10且差异有统计学意义(p<0.05), 最高的YC-8较最低的YC-10 高出17.56%． 硬脂酸质量分数介于2.20%～4.41%之间, 其中YC-3最高, 高于其他无性系且差异有统计学意义(p<0.05), 较最低的YC-10高出100.45%． 花生酸质量分数介于0.07%～0.10%之间, 其中YC-3和 YC-6高于其他无性系, 且差异有统计学意义(p<0.05)． 油酸质量分数介于17.13%～30.33%之间, 其中YC-2和YC-8高于其他无性系且差异有统计学意义(p<0.05), 油酸质量分数最高的YC-2较最低的YC-12高出77.06%． 亚油酸质量分数介于54.30%～65.20%之间, 其中YC-12最高, 高于YC-2, YC-3, YC-6和YC-8, 且差异有统计学意义(p<0.05), 较最低的YC-2高出20.07%． α-亚麻酸质量分数介于6.68%～9.07%之间, 其中YC-3, YC-6, YC-10, YC-12之间差异无统计学意义, 它们高于YC-2 和YC-8, 最高的YC-3较最低的YC-8高出35.78%． YC-8和YC-12的棕榈烯酸质量分数高于其他无性系且差异有统计学意义(p<0.05)． YC-2, YC-6, YC-8和YC-10的顺-11-二十碳烯酸质量分数高于YC-3和YC-12且差异有统计学意义(p<0.05), 其中最高的YC-2较最低的YC-3高出40.00%．

2.4 坚果品质主成分分析及综合评价

主成分的特征值和方差贡献率是选择主成分的依据, 由表4可以看出, 总方差94.94%的贡献来自前4个主成分, 因此可以用这4个主成分代替16个指标来评价参试核桃无性系坚果的综合性状． 第1主成分(F1)与α-亚麻酸、 亚油酸、 棕榈酸高度正相关, 与单宁、 油酸和顺-11-二十碳烯酸高度负相关; 第2主成分(F2)与蛋白质、 单果质量高度正相关, 与花生酸、 硬脂酸高度负相关; 第3主成分(F3)与出仁率、 三径均值高度正相关; 第4主成分(F4)与棕榈烯酸、 脂肪、 壳厚高度正相关．

表4 坚果品质主成分分析

根据前4个主成分的贡献率和主成分得分可建立重庆乡土核桃无性系坚果性状综合评价的数学模型:F=(0.417×F1+ 0.279×F2+ 0.159×F3+ 0.094×F4)/0.949 4, 综合主成分F值越高, 综合品质表现越好． 各主成分得分及优良度排序见表5, 各无性系坚果性状综合得分由高到低依次为YC-8, YC-3, YC-10, YC-6, YC-12, YC-2． 结果显示, YC-8的三径均值最大, 单果最重, 壳最厚, 棕榈酸质量分数最高, 可作为选育综合品质优良的干食核桃无性系; YC-3的出仁率最高, 单宁质量分数最低, 硬脂酸质量分数和α-亚麻酸质量分数最高, 可作为选育高出仁率的干鲜两用核桃无性系; YC-10的蛋白质质量分数最高, 可作为选育专门加工核桃蛋白用途的高蛋白核桃无性系．

表5 无性系主成分得分及优良度排名

3 讨论与结论

核桃的单果质量与产量有较大关系, 且是核桃坚果外观品质的主要指标． 本研究中6个核桃无性系中除YC-6的单果质量较小外, 其余较为适中, YC-8单果质量达到15.18 g, 超过其他大多数品种[14-15], 为大果型核桃． 核桃坚果的出仁率、 种仁脂肪质量分数、 蛋白质质量分数等是核桃选育种的重要指标[16], 6个参试核桃无性系坚果的出仁率、 蛋白质质量分数和脂肪质量分数均达到国家良种标准[13]． 出仁率最高的YC-3达到了60.25%, 高于大多数核桃品种[17-20]; 3个无性系(YC-2, YC-8和YC-10)的蛋白质质量分数高于20.00%, 与其他品种相比也较高[21-22]． 在核桃的不同资源类型中, 大多蛋白质质量分数在15.00%～23.00%之间[1], 本研究中YC-10蛋白质质量分数高达24.23%, 已超过大多核桃资源类型． 对照《核桃 第2部分: 核桃良种选育标准》[13], YC-3和YC-12均满足鲜食和干食良种标准, YC-2和YC-10满足鲜食良种标准, YC-8满足干食良种标准, YC-6因单果质量小不满足良种标准． 除YC-6外, 其余5个可作为进一步选育不同用途品种的优良无性系． 核桃坚果品质性状评价的指标较多, 依据某个或少数几个指标进行评价所得的结果并不可靠, 因此需利用多指标进行综合评价, 主成分分析法是目前核桃品质综合评价的一种有效方法[23-26]． 依据主成分分析结果, YC-8可作为选育综合品质优良的干食核桃无性系, YC-3可作为选育高出仁率的干鲜两用核桃无性系, YC-10可作为选育专门加工核桃蛋白用途的高蛋白核桃无性系．

综上所述, 本研究对重庆市6个乡土核桃无性系的坚果品质进行了分析, 为重庆优良核桃品种选育提供了重要参考, 后续将继续对其抗性、 早实性、 丰产稳产性等方面进行评价, 以期早日获得重庆乡土核桃优质品种．