我国板栗种质资源分布及营养成分比较

阚黎娜,李 倩,谢爽爽,欧阳杰

(北京林业大学生物科学与技术学院食品科学与工程系,林业食品加工与安全北京市重点实验室,北京 100083)



我国板栗种质资源分布及营养成分比较

阚黎娜,李 倩,谢爽爽,欧阳杰

(北京林业大学生物科学与技术学院食品科学与工程系,林业食品加工与安全北京市重点实验室,北京 100083)

总结了近几年我国板栗的产量、分布和品种群划分情况,收集了38个不同产地、品种板栗的营养成分资料,采用SPSS软件进行差异分析、主成分分析和聚类分析。不同品种的板栗水分、淀粉、可溶性糖、蛋白质和脂肪的含量差异极其显著。在主成分分析中,选取了前4个主成分对板栗种质资源进行评价,其累计方差贡献率为92.98%;进一步通过聚类分析,将38个品种板栗分为4类,其性状差异较明显。分析结果可为板栗加工的原料选择提供理论依据。

中国板栗,种质资源,营养成分,主成分分析,聚类分析

板栗又称大栗、栗子、栗等,属壳斗科(Fagceae)栗属经济植物,原产地为中国,是中国驯化利用最早的果树之一。板栗的栽培至今已有3 000多年的历史,其分布较广,种质资源十分丰富[1-4]。由于经过长期人为选择,板栗具有坚果品质优良、植株抗逆性强等优点,使其在世界食用栗中具有特殊地位,成为重要的食用栗种质资源[5-6],全世界以中国板栗(CastaneamollissimaBl.)、欧洲栗(C.sativaMill.)、美洲栗(C.dentateBorkh.)和日本栗(C.crenataSieb. et Zucc.)为主[7-9]。根据世界粮农组织数据库(FAO Statistics)统计,2013年世界板栗总产量为200万吨,其中我国居世界第一位,占世界的82.1%,其次分别为韩国、土耳其、玻利维亚和意大利等国。板栗不仅是食用栗遗传特性改良的重要资源,在板栗起源与演化研究中也起着重要作用,对资源的保护与开发具有重要意义。我国板栗资源丰富且实生变异类型多,故选种潜力极大[10]。因此,充分挖掘我国板栗资源品种优势,比较其品质差异,是板栗资源保护、选育、发展和进一步开发利用的重要保障。

1 中国板栗资源的分布情况

1.1 中国板栗的基本状况

作为板栗的原产国,我国板栗种植发展迅速,2014年板栗产量达到了228万吨,为2004年的2.9倍。全国除黑龙江、内蒙古、宁夏、青海、新疆、西藏、上海和海南外,均有板栗出产。其中板栗产量在20万吨以上的省有湖北、山东和河北,总产量为99.50万吨,占全国的43.68%;产量在10～20万吨的有安徽、云南、河南、辽宁、福建和湖南,总产量为82.25万吨,占全国的36.10%;产量在5～10万吨的有浙江、陕西、广西和贵州,总产量为29.9万吨,占全国的13.12%;产量在1～5万吨的有四川、江西、江苏、北京、广东和重庆,总产量为15.28万吨,占全国的6.71%;其余省、市的板栗产量在1万吨以下[11]。

1.2 中国板栗的资源分布

中国栗属植物的分布有较明显的区域性,分布数量自南向北呈递减趋势,以秦岭、淮河为界限,可以划分为南、北两个明显的自然区域[12]。板栗的种植范围极为广泛,北起北纬40°26′的辽宁凤城,南至海南岛(约北纬18°30′);西起东经约90°,东迄沿海(约东经124°),其间包括24个省(自治区、直辖市)。在此范围之外,西藏东南部与云南接壤处也有少量分布,人工引种栽培已扩展到内蒙古宁城以及黑龙江勃利(北纬45°40′)。板栗的栽培范围跨越了边缘热带、亚热带、暖温带和中温带4个气候带,适生于类型复杂的土壤条件。栽培最多的地区为黄河流域的华北地区以及长江流域地区。板栗的垂直分布范围亦跨度很大,海拔极差约2770 m,最低的是山东郯城和江苏新沂、沭阳等地海拔30 m左右的冲积平原;最高为云南维西,海拔达2800 m[13]。我国现已发现并确定的板栗品种有300多个,且已建立4处栗属种质资源库,共收集保存了6个种347份种质材料。根据产区的气候、土壤条件、栽培方式、人工选择方向以及品种性状特性等因素,可大致分为6个地方品种群,即华北品种群、长江流域品种群、西北品种群、东南品种群、西南品种群和东北品种群[14-15]。

1.2.1 华北品种群 分布于燕山山脉及太行山脉与黄河故道之间的河北、山东、河南东北部以及江苏北部地区。具有培植面积大、果实产量多、品质优等优点,是中国板栗的重要产区之一。主要特点:果实形状小,多数品种均为小果型,平均粒重一般不超过10 g;大多品种果皮毛绒少,富有光泽,色泽鲜艳,果深褐色;肉质糯性,含糖量高,淀粉含量较低。多数属实生繁殖,正逐步向嫁接化、品种化转变。主要栽培品种有燕山早丰、燕山魁栗、燕山短枝、大板红、遵达栗、东陵明珠、遵化短刺、沂蒙短枝、信阳大板栗、确山紫油栗、豫罗红等。

1.2.2 长江流域品种群 分布于湖北、安徽、江苏、浙江诸省的长江流域区域,属北亚热带气候。主要特点:品种内性状比较一致,特征比较明显;大多为大果型品种,平均粒重在15 g以上的品种约占品种总数的51%,最大者超过25 g;果皮毛绒一般较多,光泽不如华北品种群的明亮;含糖量较低,一般在12%以下,而淀粉含量较高,一般在50%以上;大多数肉质偏粳性,果皮色泽暗淡,适宜作菜肴用。以嫁接繁殖为主,品种数量多,全区共有品种及品种系100余个,占全国品种总数1/3以上。主要栽培品种有江苏的九家种、处暑红,安徽的大红袍、蜜蜂球、迟栗子,以及湖北的浅刺大板栗、深刺大板栗等。

1.2.3 西北品种群 分布于甘肃省南部、陕西渭河以南、四川北部、湖北西北部和河南的西部等地。主要特点:品种果形小,平均粒重在8 g左右,小的5 g以下,大的可达10～15 g,品种中果形不如华北品种群整齐;果面密布长茸毛,果皮色泽较深,光泽暗淡;肉质偏糯性,香甜,适于炒食。区域内品种数量较少,不足20个。主要栽培品种有长安明拣栗、长安灰拣栗、镇安大板栗等。

1.2.4 东南品种群 分布在浙江和江西的东南部,福建、广东、广西的东南大部以及湖南中部等地。主要特点:果实大小中等,平均粒重为10～15 g,大多为中等果型,也有部分属于大果和小果品种;果皮毛绒较少而短,富有光泽,果皮以赤褐色居多;含糖量低,淀粉含量高,肉质偏粳性;果仁含水量高,不耐贮藏;果实品质差异较大。嫁接或实生繁殖,管理粗放。本区板栗实生变异大,种质资源丰富。主要栽培品种有薄皮大油栗、灰黄油栗、毛板红等。

1.2.5 西南品种群 分布于四川东南部、湖南西部、广西、贵州、云南等地。主要特点:坚果小,平均粒重8 g左右;贵州及云南中部和东部大多果皮色泽深,呈黑色或深紫褐色,湘西及云南中、西部果实色泽较鲜艳呈赤褐色,光泽也较明亮;果实含糖量低,但淀粉含量较高,栗仁质地细密偏糯性;多数品种属实生繁殖,云贵高原部分品种呈半野生状态。主要栽培品种有接板栗、油板栗、中秋栗等。

1.2.6 东北品种群 分布在辽宁省及吉林的南部,是一个日本栗与中国板栗混交种植的特殊区域。果型一般较大,但日本栗涩皮不易剥离,其商品价值不如其它品种群。栽培品种有辽阳1号、辽南2号、绣球栗等。

2 中国各地区不同品种板栗的营养成分含量

从6个品种群中选取了品种多、栽培广、产量大的4个品种群(C1～C10为华北品种群、C11～C21为长江中下游品种群、C22～C29为东南品种群、C30～C38为西南品种群)中的38个不同产地的板栗品种,根据先前的研究报道,总结了其主要营养成分含量[13-14,16-26](表1)。不同产地和品种的板栗中各营养成分的含量均有较大差异。水分含量的变化幅度为42.10%～61.30%,其中安徽二新早的水分含量最高,云南特早熟的含量最低;淀粉含量变化幅度为21.54%～38.10%,其中北京怀柔燕红含量最高,云南正义大毛栗含量最低;可溶性糖含量变化幅度为0.72%～11.92%,其中浙江魁栗含量最高,云南正义大毛栗含量最低;脂肪含量变化幅度为0.85%～5.44%,其中福建尖油栗含量最高,湖南黄板栗含量最低;蛋白质含量变化幅度为2.90%～8.65%,其中湖北罗田乌壳栗含量最高,湖南双季栗含量最低。不同品种板栗的营养成分含量之间存在较大差异,其中品种间脂肪含量的变异程度最大,变异系数为51.41%;含水量变异程度最小,变异系数为8.15%。

表1 不同品种板栗的营养成分含量

3 中国各地区不同品种板栗营养成分比较

3.1 主成分分析

通过主成分分析得到各个主成分的方差贡献率(表2)和主成分载荷矩阵(表3)。如表2所示,第1主成分方差贡献率为31.63%,第2主成分方差贡献率为26.53%,第3主成分方差贡献率为19.86%,第4主成分方差贡献率为14.96%,4个主成分的累计方差贡献率为92.98%,说明前四个主成分反映了原始数据的大部分信息,故提取前四个主成分代替原指标评价板栗的营养质量。主成分载荷矩阵反应了某指标对主成分的影响程度,即该营养成分对此主成分负荷的相对大小以及作用的方向。第1主成分中,载荷较高的质量

表2 板栗营养质量主成分的方差贡献率

指标为淀粉和可溶性糖,载荷权数分别为0.864和0.618,且其对第1主成分均产生正向影响,说明第1主成分大时,淀粉和可溶性糖含量也较高,而其他成分含量基本不变;第2主成分中载荷数较高的为蛋白质(0.710)和脂肪(0.825),均为正向影响,表明第2主成分大时,蛋白质和脂肪含量均较高;第3主成分中水分的载荷权数(0.957)最高,表明第3主成分大的板栗水分含量较高;第4主成分中载荷权数较高的为可溶性糖(0.703),说明可溶性糖是影响第4主成分的主要指标,其他成分含量影响程度较小。

表3 板栗营养质量指标的主成分载荷矩阵

表4 中国不同地区板栗的营养成分分类

注:同列数据不同字母表示差异显著,p<0.05。

3.2 聚类分析

以不同产地、品种板栗的基本成分为指标,对38个品种的板栗进行聚类分析的结果见图1。依据聚类分析结果和表1中板栗的营养成分数据,在距离系数为11左右,将38个板栗品种划分为4类,其营养成分分类如表4所示。

图1 中国不同地区板栗质量聚类分析树状图Fig.1 Dendrogram of cluster analysis for nutritional quality of Chinese chestnuts

类别Ⅰ为C24、C25、C30、C31、C33、C38,属于东南品种群和西南品种群,水分含量高(51.83%),而淀粉、蛋白质、脂肪的平均含量均最低,分别为24.29%,3.49%,1.22%,可溶性糖的平均含量也处在较低水平(5.22%);类别Ⅱ为C5、C6、C8、C9、C20、C22、C26、C32、C34、C35、C36,在各个品种群均有分布,水分含量的平均值在四个类别中最低,为48.23%,淀粉、可溶性糖、蛋白质和脂肪含量均处于中等水平;类别Ⅲ为C1、C2、C3、C4、C7、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C17、C18、C19、C21、C23,均匀分布在华北品种群和长江中下游品种群,水分、淀粉、可溶性糖、蛋白质的平均含量均极高,分别为54.19%,30.38%,7.21%,6.06%,脂肪含量为中等水平(1.76%);类别Ⅳ为C16、C27、C28、C29、C37,属于长江中下游品种群、东南品种群和西南品种群,脂肪的平均含量显著高于其他类别,为4.05%。

板栗聚类结果在一定程度上反映了板栗营养质量在不同品种间存在较大差异,板栗的营养成分与其亲缘关系之间有一定的联系;同时,板栗营养质量也存在地域性特征,来源地相近的板栗营养质量也相似。由主成分分析中选出的4个营养质量较高的板栗品种,在此聚类分析中皆分入第III类,同时根据对第III类营养质量的分析可以发现,华北品种群和长江中下游品种的大多数品种水分含量、淀粉含量、可溶性糖含量和蛋白质含量均处于高水平,是营养质量较好的品种。而在主成分分析中营养质量较差的4个品种均分入第I类,属于西南品种群,其淀粉含量、可溶性糖含量、蛋白质含量和脂肪含量均处于较低水平。

4 结论

通过比较我国38个不同地区和品种板栗的营养成分含量,进行差异性分析、主成分分析和聚类分析,不同品种板栗的水分、淀粉、可溶性糖、蛋白质和脂肪的含量差异极其显著,这些差异是板栗品种选用的基础因素。主成分分析结果表明,淀粉和蛋白质含量对板栗的营养质量评价非常重要,为特征评价指标;从综合评价数值来看,湖北罗田乌壳栗、河北遵化遵达栗、河北迁西燕山短枝和北京怀柔燕红4个品种综合质量较高;从聚类分析结果来看,38个不同的板栗品种被分成了4类,总体情况是同一或相似品种群的品种分到了一类,表明板栗品种间的遗传变异与地理分布有一定的关系。通过比较不同品种板栗的营养成分差别,可为板栗资源的优株鉴选和营养质量鉴定,以及板栗加工的原料选择提供理论依据。

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Resource distribution and nutritional quality difference of Chinese chestnuts

KAN Li-na,LI Qian,XIE Shuang-shuang,OU Yang-jie*

(Department of Food Science and Engineering,College of Biological Science and Technology,Beijing Key Laboratory of Forest Food Processing and Safety,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

The production,distribution and classification of Chinese chestnuts in the past several years were summarized,and the nutritional components of 38 chestnut varieties were collected and analyzed by SPSS,including difference analysis,principal component analysis and cluster analysis. The results showed that there were high differences in water,starch,protein,water-soluble saccharides and fats contents. For principal component analysis,four principal components were extracted,and their cumulative variance contribution rate was 92.98%,which reflected much of the quality characteristics of chestnuts. Cluster analysis showed that thirty-eight cultivars could be divided into 4 groups with remarkable difference. The results can provide the theoretical basis for the raw material selection of Chinese chestnut processing.

Chinese chestnut;resource distribution;nutritional quality;principal component analysis;cluster analysis

2016-03-23

阚黎娜(1993-)，女，硕士研究生，研究方向：农产品加工及贮藏工程，E-mail：kanlina1122@163.com。

*通讯作者:欧阳杰(1971-)，男，副教授，研究方向：农产品加工及贮藏工程，E-mail：ouyangjie@bjfu.edu.cn。

中央高校基本科研业务费专项资金资助 (2015ZCQ-SW-04)。

TS

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000