我国澳洲坚果研究现状
2018-06-22刘黔英
刘黔英
摘 要 从澳洲坚果的引种、品种选育、繁殖技术、栽培生理、栽培技术、加工工艺等方面,综述中国澳洲坚果的研究现状,指出我国与国外澳洲坚果科研发展水平上存在的差距,并对澳洲坚果的研究方向提出建议。
关键词 澳洲坚果 ;引种 ;选育 ;繁殖 ;栽培生理 ;栽培技术 ;加工
中图分类号 S664.9 文献标识码 A Doi:10.12008/j.issn.1009-2196.2018.03.016
Abstract The research status of Macadamia integrifolia was reviewed from the aspects of introduction, variety breeding, cultivation technology, cultivation physiology, propagation techniques and processing technology. The difference of scientific research level between domestic and overseas was pointed. Some suggestions were put forward for the research orientation of M. integrifolia was suggested.
Keywrords Macadamia integrifolia ; introduction ; variety breeding ; breeding ; cultivation physiology ; cultivation technology ; processing
澳洲堅果(Macadamia integrifolia)为山龙眼科澳洲坚果属植物,原产于澳大利亚昆士兰东南部和新南威尔士东北部沿岸的亚热带雨林地区。由于营养价值和经济价值高,澳洲坚果在国际市场上极受青睐,目前已有20多个国家和地区种植澳洲坚果。作为一种新兴的高档坚果树种,澳洲坚果在我国发展前景广阔。我国主要分布于云南和广西,在广东、广西、云南、海南、福建、浙江、四川、贵州等省(区)也引种试种成功[1]。1995年,云南将澳洲坚果列入省“18生物资源开发工程”项目,广西将其列入星火计划。澳洲坚果已成为我国南方各省引种试种最热门的树种之一[2]。我国澳洲坚果产业及其科技发展至今,在品种选育、繁殖技术、栽培技术以及加工工艺等方面均取得一定进展,现对其研究现状进行回顾,为我国我国澳洲坚果产业发展提供理论上的支持。
1 引种和品种选育
我国于1910年前后引进澳洲坚果,在台北植物园作标本树。1979年,中国热带农业科学院南亚热带作物研究所从澳大利亚引进9个澳洲坚果商业性栽培品种,进行适应性试验[3]。经过长期的引种试种和选育种研究,该单位培育的H2、南亚1号、南亚2号、南亚116号、南亚3号、南亚12号、922等澳洲坚果新品种先后通过了品种审定,良种覆盖率达85%以上[4-6]。随后,在新品种‘南亚1号的基础上,该单位又选育出新品种‘桂热1号,并进行种苗繁育示范[7]。
1981年,云南热带作物研究所在西双版纳州景洪市引种试种澳洲坚果。1988和1991年,云南省热区办和云南省农垦总局,分别从中国热带农业科学院南亚热带作物研究所引进8个澳洲坚果品种,在景洪 、勐海、瑞丽、永德等县(市)进行适应性试种。1994年认定试种成功后,云南热带作物研究所通过品种区域性试验,从15个品种中筛选出4 个适合西双版纳种植的品种[8]。1999年,云南热带作物研究所引进15个澳洲坚果品种,定植了良种母树 5 000 余株,建立种质资源库,育出砧木苗 36 万余株[9]。经过多年的观测、研究和筛选,云南云澳达坚果开发有限公司从引进的60个品种中选育出农试 246、农试 344、农试 508、农试 660、农试 741、农试 788 等6个优良品种,通过了品种审定,作为林木良种在云南省宜植区推广种植[10]。2012年,云南有11个澳洲坚果新品种通过省级审(认)定[11]。
20世纪90年代,广西亚热带作物研究所从美国夏威夷大学大量引进澳洲坚果品种,经过多年选育种研究,选育出900#、788#、桂热1号、桂热2号、桂热3号、桂热4号、桂热5号、桂热6号、桂热7号、桂热8号、桂热9号等澳洲坚果品种,均通过品种审定并进行推广种植[12-13]。此外,还筛选出适合广西桂中地区种植的品种I-9、II-14、788#、695#、900#和Own Choice[14]。
2 繁殖技术
2.1 播种
澳洲坚果鲜播17~19 d开始发芽,发芽率仅1%~7%,随后发芽率迅速增高,种子播后25~35 d是发芽高峰期,55 d以后平缓;246、H2和Own Choice 3个品种中,H2种子的发芽率最高;澳洲坚果在收获前的落果,特别是7月底至8月中的落果,多数果实接近成熟,少量已是成熟果,种子发芽率在80%左右;用20 μg/mL赤霉素或80 μg/mL喷施宝处理可以提高种子发芽率,且处理过的种子出苗粗壮[15]。播种用种子以人工脱皮为佳,而品种是决定种子萌发率的重要因素[16]。
2.2 嫁接
经过多年的实践,目前生产上澳洲坚果普遍采用切接、合接和劈接。利用澳洲坚果籽芽苗为砧木,采用劈接法嫁接,嫁接成活率高达95%以上,从砧木培育到出圃只需要10个月左右[17]。而采用环剥木质化接穗与营养袋砧木切接法嫁接,嫁接成活率高达85%[18]。王代谷等[19]通过研究认为,澳洲坚果的适宜嫁接措施为:砧木粗度1.0~1.3 cm,嫁接时间为雨水前后10 d,嫁接方式为短枝切接。在3月、11月用劈接法,使用萘乙酸+吲哚丁酸1 500 mg/L处理后嫁接成活率有显著提高,特别是3月嫁接成活率可达85%以上[20]。在相同条件下,桂热1号接穗比O.C接穗的嫁接成活率高[21]。中国热带农业科学院南亚热带作物研究所研制出对澳洲坚果嫁接育苗具有明显的促进作用的WGD-3配方药剂,并获国家授权发明专利(ZL 200910089778.3),基于该配方的澳洲坚果嫁接繁殖技术,嫁接成活率平均达94.25%。
2.3 扦插
我国研究人员主要在插穗品种和药剂处理方面对澳洲坚果扦插繁育技术进行了研究。蓝庆江[22]进行了不同澳洲坚果品种的扦插繁殖试验,成苗率的高低为OCi>H2>344>246>741>660>786。而WGD-1、IBA、ABT-1号和IAA的合理使用均能促进澳洲坚果插穗的生根,8 000 mg/L WGD-1处理的插穗成苗率显著高于8 000 mg/L IBA处理及ABT-1号;品种344成苗率显著高于660和741[23]。陆超忠等[24]发现,用一种甲基托布津、赤霉素、吲哚丁酸、维生素B1组成的药液混合物,能促进澳洲坚果插条生根,提高扦插成苗率,平均达到96.2%。李富山研究表明,利用ABT1号生根粉1 000 mg/kg对澳洲坚果枝条基部浸渍10 s后扦播育苗的效果好[25]。而1 000 mg/L萘乙酸+吲哚丁酸药液处理澳洲坚果插穗,其生根率可达64%[26]。经过长期的试验研究,中国热带农业科学院南亚热带作物研究所形成了澳洲坚果WGD-1配方扦插繁殖技术,已扦插袋装苗30多万株苗,种植单位遍布云南、广西、贵州、四川、海南、广东等省(区)。
2.4 组织培养
国内很多科研人员已经对澳洲坚果外植体的选择、诱导培养基、培养条件等组织培养的各个环节进行了研究,已获得完整植株。何承忠等[27]选用1/4MS培养基为基本培养基,同时添加IBA和PEG,只需3周时间即可获得生根苗,且生根率可达99%。荷兰秀[28]以结果枝当年抽生枝条中带芽的叶作外植体进行组织培养,在培养基中添加不同浓度的激素和营养物质,配合适当的红外照射和LED光源照射,可降低污染率,提高澳洲坚果外植体的萌芽率、芽苗个数、芽苗长度以及生根率。郭凌飞等[29]以1/2MS培养基为基本培养基,并添加2.0 mg/L BA和1.0 mg/L GA3可有效提高澳洲坚果外植体的萌芽率、增殖率和芽苗伸长长度。肖再云[30]以茎顶为外植体,于MS+BA 2 mg/L+IBA 0.2 mg/L+CM 100 mL/L+Sucrose 3%+agar 0.5%培养基中培养,产生白色产生愈伤组织和畸胚,将其接种到培养基(MS+BA 1~7 mg/L+KT 1~7 mg/L+IBA 0.1~0.5 mg/L+AC 0.2%+Sucrose3%+agar0.5%)上,分化出丛芽,切下单芽置于培养基(1/2MS+IBA 2 mg/L+AC 0.2%+Sucrose2%)中诱导生根,诱根60 d后,将无根苗放在沙床上炼苗60 d,获得了生根良好的种苗。
3 栽培生理
在磷胁迫条件下,澳洲坚果叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间 CO2浓度均下降;澳洲坚果叶片中叶绿素a、 叶绿素b、总叶绿素含量以及叶绿素a 与叶绿素b 的比值也显著下降;在叶绿素荧光参数中最大荧光 Fm、可变荧光Fv和 最大荧光比Fv/Fm值均降低[31-32]。并且,在低磷胁迫条件下,植株的葉面积、株高和生长量受抑制,叶片的 SOD 和 POD 活性下降,MDA 含量升高;而高磷胁迫下叶片的 SOD 活性下降,POD 活性上升,MDA 含量升高但与常磷差异不显著[33]。
随着干旱胁迫的加剧,澳洲坚果的细胞膜受到一定程度的破坏,发生膜脂过氧化作用,使细胞膜透性增加,渗出物质增加,电导率随之增强,叶片相对含水量降低,叶绿素含量增加,超氧化物歧化酶活性呈先升后降的变化趋势。丙二醛含量随干旱处理时间的延长呈现出上升趋势[34]。在严重干旱条件下,澳洲坚果花器官发育不良,植株的花序和柱头长度缩短,花粉萌发率低,花粉管生长速度慢,坐果率低,同时幼果生长受抑制等。灌溉有利于花序和柱头的正常伸长、能提高花粉萌发率、坐果率和果实大小[35]。
在花期经水分胁迫后,植株的过氧化物酶和超氧物歧化酶活性下降,自由基含量增加,生物膜功能受损,造成叶片光合作用能力下降,干物质积累少,生物产量降低;花粉管生长速度变慢,造成花期不遇、有效花粉数目减少、柱头活性降低及授粉受精不良,导致落果严重、坐果率低,最后造成产量降低[36]。在水分胁迫下,澳洲坚果幼苗叶片中可溶性糖含量、脯氨酸含量增加,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性先升高后下降[37]。澳洲坚果叶绿素a荧光动力学参数中,可变荧光(Fv)下降,光系统Ⅱ(PSⅡ)原初光能转换效率(Fv/Fm)和PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)降低[38]。
低温对澳洲坚果的过氧化物酶和酯酶同工酶有显著影响,随温度降低,同工酶谱带减少,活性降低[39]。低温胁迫处理1 d后,丙二醛含量达到最大值,而后随低温处理时间的延长丙二醛含量呈下降趋势,说明在低温胁迫初期幼苗叶片细胞内膜脂过氧化水平较高;而随着处理时间延长,细胞内膜脂过氧化水平呈降低趋势。在零下低温处理1 d后幼苗叶片所积累的丙二醛含量要高于零上低温处理,表明丙二醛是衡量澳洲坚果抗寒性的一个重要指标[40]。研究认为,低温主要降低了叶绿素a的含量,而叶绿素a承担较多的能量传递,其结果将不利于光反应的进行。认为叶片水渍状斑点是在夜间零下低温情况下产生的,可将叶片寒害症状表现程度作为评价澳洲坚果品种幼苗抗寒能力的指标之一[41]。
4 栽培管理
在保花保果方面。将WGD-2 叶面肥在澳洲坚果幼果形成的不同时期施用,能显著提高坐果率,提高产量,且重复或多次施用具有累加效应。将WGD-2与植物生长调节剂搭配使用,在幼果期施用也具有累加效应,与 CPPU搭配效果最好[42]。将赤霉素和萘乙酸的配合施用能显著提高澳洲坚果的产量、一级果仁率和单果重[43]。盛花期喷施5 000 mg/L的硼砂溶液和5 000 mg/L尿素+5 000 mg/L磷酸二氢钾的混合溶液也能提高澳洲坚果的产量及一级果仁率[44]。花期干旱季节进行60%田间持水量灌溉有利于澳洲坚果的授粉受精,提高坐果率及产量[45]。
水肥管理方面。澳洲坚果适宜的生育期灌溉定额为2 806.09 mm,开花坐果期54.22 mm,果实膨大期104.47 mm,果实油份积累期226.69 mm。开花座果期灌水周期为10 d/次,果实膨大期和果实油份积累期为8 d/次[46]。澳洲坚果施肥以全年施肥量约 9 kg/株最好;品种对产量影响最大,其次是施肥和修剪[46]。而不同施肥方式也会影响澳洲坚果的产量,年施3次肥的单株产量高于年施2次肥的,施水肥的单株产量最高,其次为沟施,撒施最差[48]。广西南亚热带农业科学研究所研究总结出一套适合澳洲坚果的水肥一体化技术——环形滴灌有机肥,可以有效提高产量,减少落果[48]。
为了提高了土地使用率、提高单位面积产量和经济效益,各地先后研究与推广了澳洲坚果套种模式。如,德宏农业部门与后谷咖啡公司成功地创新出咖啡—澳洲坚果立体套种模式[49]。云南芒市推广了澳洲坚果套种咖啡、澳洲坚果套种茶叶、澳洲坚果套种菠萝的栽培模式[50]。此外,还有适合在贵州山地推广的澳洲坚果套作绿肥-大豆模式[51]。
5 加工工艺与设备
加工工艺方面,我国澳洲坚果普遍采用如下加工工艺:田间收集带荚的成熟坚果→立即脱果荚→带壳果自然晾干、筒仓干燥→贮存、坚果分级→脱壳→水浮选(一级仁)→离心脱水→果仁干燥→果仁分级→果仁焙烤→捡烂果及变色果、杀菌→真空充氮包装[52]。在干燥技术方面,黄克昌等[53-54]、王云阳[55]分别采用风机强制风干(<38℃)和热风干燥(50~60℃)为一体的二步筒仓干燥方法、数字型洞道干燥装置、热风辅助射频干燥技术对带壳澳洲坚果进行干燥。杨薇等[56]研发的澳洲坚果果仁微波真空干燥工艺,使果仁的干燥周期由原来的2~5 d缩短至40~90 min。宋德庆等[57]研发了一种新鲜澳洲坚果低温烘干加工工艺,该工艺全程低温,能够很好地保留坚果的营养成分,特别是坚果的不饱和脂肪酸,避免了高温处理造成氧化变质。破壳工艺方面,种仁含水量3.0%~4.0%的果仁最适合破壳,破壳率达90%~93%,整仁率63%~65%达最高[58]。适宜澳洲坚果破壳的最佳工艺参数为:加载速率45 mm/min、沿水平向加载、果壳含水率6%~9%,在此破壳工艺下进行试验,得出澳洲坚果的整仁率最高可达93%[59]。
破壳设备的研发。1998年华南热带农产品加工设计研究所研制了澳洲坚果锯壳机,采用高速旋转的圆形锯盘对坚果的坚硬果壳进行锯削,果仁整仁率达60%[60]。2008 年广西亚热带作物研究所研制了板式澳洲坚果脱壳机和链式澳洲坚果脱壳机[61-62]。2009年,中国热带农业科学学院农业机械研究所研制了手动剪切式澳洲坚果剥壳机,该机破壳率可以达 85%[63]。2013年云南智奇工程技术有限公司研发了冲压式澳洲坚果破壳机和挤压锯削式澳洲坚果破壳机[64-65]。2016年中国热带农业科学院农业机械研究所研发的双通道澳洲坚果破壳装置及破壳方法,破壳率达95%,整仁率達90%[66]。2017年云南智奇工程技术有限公司研发的卧式澳洲坚果破壳机以冲压切割方式对坚果进行破壳,果仁完好率可达到95%以上[68]。
6 结语
自从我国开展澳洲坚果商业性栽培品种的引进与推广以来,在品种选育、繁育技术、栽培技术及加工等方面均取得了一定的成绩,但是,与澳大利亚、美国和南非等国家相比,由于我国的澳洲坚果产业起步较晚,各项科研水平还存在较大差距。主要表现在以下几个方面:(1)在新品种选育方面,适合我国自然环境、具有自主知识产权的新品种较少;(2)虽然已有很多科研人员对澳洲坚果组织培养的各个环节进行了研究,也已获得完整植株,但是澳洲坚果的组织培养技术还不够成熟,还未能真正推广用于生产;(3)比较注重品种引进、选育种和生产推广,而对保花保果、稳产、高产等重要生产环节的研究不足;(4)对澳洲坚果的精深加工、利用价值开发不够,产品附加值低。
随着全球澳洲坚果产业的不断增长,未来市场的竞争力在很大程度上将取决于科技的发展水平。为了促进我国澳洲坚果产业的健康快速发展,认为应加强以下几个方面的科研工作:(1)加强品种选育及产业化开发,培育适合我国种植的品种,提高良种覆盖率;(2)加强澳洲坚果苗木的快繁技术研究,建立良种苗木培育、繁殖和推广体系;(3)加强澳洲坚果保花保果、稳产、高产等生产环节的研究,提高产量;(4)加强澳洲坚果的精深加工和综合利用研究,提高产品附加值。
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