昭通市核桃种质资源坚果表型特征及多样性研究

2018-12-11肖良俊陈少瑜宁德鲁

西南农业学报 2018年11期

肖良俊，吴涛，陈少瑜，贺那，宁德鲁

(云南省林业科学院，云南昆明 650201)

全世界核桃有23个种，中国有8个种，目前广泛栽培的是核桃(Juglans regia)和深纹核桃(铁核桃、泡核桃、云南核桃)(Juglans sigillata)2个种。核桃主要栽培于中国北方及其他国家核桃产区，深纹核桃是中国西南的特有种和云南的主要栽培种，云南是其起源和分布中心［1］。昭通市地处云南省东北部，为云、贵、川3省结合处，金沙江下游沿岸，坐落在四川盆地向云贵高原抬升的过度地带。乌蒙山是该区金沙江和南盘江的分水岭，由于江河的切割和地层断裂的影响，境内山峦重叠，沟深谷狭，山高坡陡，地形十分复杂。复杂多样的地形地貌，造成该区域因海拔、坡度、坡向等变化，光、热、水、土壤组合的多样化，为核桃生长发育提供了多样的大环境与异常丰富的小环境［2］。加上该区域长期以来采用实生繁殖，形成了庞大的实生变异群体，孕藏着多样而特异的核桃种质资源，具有重要的研究开发利用价值。

针对昭通市丰富的核桃资源，云南省林业科学院2010年前后依据国家标准(GB/T 20398-2006、GB 7907-87)［3－4］从核桃果实表型的单果重、取仁难易、种仁颜色、饱满程度、风味、壳厚、出仁率等主要品质特性进行实生选育工作，经过初选、复选、决选、无性系扩繁、区域性试验选择出生产所需要的良种，但未对该区域核桃资源进行系统研究。核桃果实表型特征是其基因型与所在环境条件共同作用的结果，果实表型的特征和丰富程度代表了该区域资源的丰富程度和多样性水平。文章在昭通市核桃遗传资源调查和收集的基础上，对昭通市8个实生群体157份种质资源的坚果表型质量性状和数量性状进行测定和分析，揭示该区域核桃种质资源坚果表型特征及多样性状况，为该区域核桃资源科学合理的保存和利用以及核心种质的构建提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

昭通市位于云南省东北部，地处云、贵、川3省结合处，总面积23 021 km2，最高海拔4040 m(巧家县药山)，最低海拔267 m(水富县滚坎坝)。全年平均气温在11～21℃，最冷气温在1月，月平均气温在1～12℃，最热温度在7月，月平均气温在20～27℃。该区群山林立，海拔差异较大，不同海拔气候有着较大的差异，从高到低有高原气候、温带气候、亚热带气候之分，而在同一海拔上，昭通南部温度比北部高，湿度比北部低。

1.2 试材采集与处理

根据当地林业部门的相关资料，在核桃分布集中的区域，走访当地群众获取该区域核桃品种、农家品种、优特资源、古树核桃等相关信息，同时现场核实海拔、坐标、树龄等相关信息。在果实成熟时每棵树采集30个大小基本一致、饱满的坚果带回实验室，烘烤至恒重后进行表型性状的测定。本研究的157份试材分别采自昭通市8个县，8个核桃群体及相关的生态、地理信息、样本数见表1。

1.3 测定方法

坚果表型性状测定参照《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南－核桃属》进行特征描述和赋值［5］，针对深纹核桃刻纹特征进行刻纹大小、深浅、分布等12个质量性状的描述和赋值(表2)。坚果10个数量性状中的纵径、横径、棱径、壳厚用游标卡尺(精度0.01 mm)测定;单果重、仁重用天平(精度 0.01 g)测定;核仁粗蛋白含量:按照GB5009.5-2010《食品中蛋白质的测定》［6］测定;核仁粗脂肪含量:按照GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的测定》［7］测定。3个数量性状的计算公式:果型系数=(横径+棱径)/(2×纵径);出仁率(%)=仁重/单果重×100;三径均值=(纵径+横径+棱径)/3。

表1 采样地生态、地理信息及样本数Table 1 The ecological and geographical information and sample size of populations

表2 昭通市坚果表型特征赋值及描述Table 2 The description and assignment of nut quality character for walnut accession in Zhaotong prefecture

1.4 数据分析

运用Excel 2007软件进行数据库建立、统计和分析，包括平均值、坚果质量性状的频率分布、变异系数、Simpson 指数、Shannon-Wiener指数［8－9］。运用SPSS 19.0软件进行群体间坚果表型性状变异系数、多重比较，运用NTSYS对表型性状进行聚类分析［10］。

2 结果与分析

2.1 坚果表型的质量性状频率分布及多样性指数

由表3可知，12个坚果表型的质量性状Simpson指数为 0～0.85，Shannon-Wiener指数为 0～1.99。种形(代码1)的 Simpson指数为0.85，Shannon-Wiener指数为1.99，其拥有种形表型特征描述的9种类型，表现出较大的多样性和丰富性，但各类型的分布相差较大，其中扁圆形、卵圆形最多，均占19.11%，无心形核桃，说明该区核桃果实以扁圆形和卵圆形为主;种尖突出程度(代码2)，种尖凸和尖的类型分别占45.86%和52.87%;种肩形状(代码3)以平和溜为主，分别占40.13%和27.39%;种基形状(代码4)以平和稍凸为主，分别占33.12%和53.50%;缝合线条数(代码5)均为2条;缝合线突出程度(代码6)以凸为主占95.54%;在刻纹大小(代码7)、刻纹深度(代码8)和刻纹分布(代码9)方面，其中刻纹大的占57.32%、刻纹浅的占45.22%、分布均匀的占85.99%，说明该区域核桃果壳刻纹大、刻纹浅、分布均匀;在横膈膜质地(代码10)和內褶壁质地(代码11)的性状特征中，横膈膜膜质和內褶壁退化分别为65.61%和80.25%，表明该区域核桃具取仁容易的特性;在种仁颜色(代码12)方面 Simpson指数为 0.77，Shannon-Wiener指数为1.49，拥有种仁颜色描述全部6种类型，主要以浅黄色和黄白色为主分别占35.03%和22.93%，同时在特异仁色即紫(浅紫)色占12.10%，表明紫仁核桃在该区域有一定分布。

表3 12个坚果表型的质量性状变异状况Table 3 Variation of 12 quality traits for nut phenotype

表4 坚果表型10个数量性状的变异情况Table 4 Variation of 10 quantitative traits for nut phenotype

表5 坚果表型性状变异系数及多重比较Table 5 Variation coefficients and multiple comparisons of phenotype

图1 基于坚果表型性状聚类分析Fig.1 Cluster analyses of nut phenotypic traits

2.2 坚果表型数量性状范围及变异情况

表4 表明，单果重(代码13)为4.52 ～25.04 g，最大果与最小果相差5.54倍，平均单果重10.95 g，变异系数30.47%，单果重表现出较大的差异性;坚果纵径(代码14)为2.42 ～5.13 cm，平均 3.65 cm，变异系数12.62%;横径(代码 15)为 2.28 ～4.42 cm，平均 3.34 cm，变异系数 11.27%;棱径(代码16)为 2.20 ～4.12 cm，平均 3.04 cm，变异系数10.80%;三径均值(代码17)2.30 ～4.50 cm，平均3.34 cm，变异系数10.54%;果形系数(代码18)0.66 ～1.09，平均0.88，变异系数8.98%;壳厚(代码19)0.31～2.25 cm，表明该地区拥有壳极薄(0.31 mm)的纸皮核桃(露仁核桃)同时也拥有厚壳核桃(2.25 mm)，平均1.18 cm，变异系数28.84%;出仁率(代码20)10.39% ～74.34%，平均50.56%，最大出仁率果实与最小出仁率果实相差7.15倍，变异系数18.78%;含油率(代码21)为43.68% ～69.89%，平均62.87%，变异系数6.08%;蛋白质(代码22)为10.87% ～21.32%，平均16.03%，变异系数11.81%。

2.3 坚果表型在不同群体中的变异情况

由表5可知，22个坚果表型性状在8个群体间的平均变异系数为0～66.09%，平均为25.39%，差异显著(P=0.00 ＜0.05)，其中，变异程度最大的是种形和种仁颜色，分别为66.09%、64.47%，表明该区域种形和种仁颜色多样且丰富;变异程度最小的是缝合线条数，为0，该区域核桃果实缝合线均为2条;22个坚果表型性状在8个群体内的变异系数为20.36% ～27.69%，平均值为 25.39%，群体间差异不显著(P=0.962＞0.05)，数据表明各性状变异主要来源于群体内。

2.4 群体间坚果表型综合性状的聚类分析

以所测的22个坚果表型性状的变异系数平均值为参数，利用NTSYS进行表型性状的聚类分析(图1)。结果表明，昭通市8个群体分为2类，其昭通市东边金沙江沿线的YS、DG与QJ遗传距离较近，与昭通市西面YL、ZX、YJ聚为一个亚类，与中部另一亚类ZY聚为一类;中部LD单独为一类，聚类结果表现出明显的地域性。

3 讨论

核桃坚果表型特征丰富度和变异情况是核桃种质资源丰富度和多样性的具体体现。文章对昭通市8个群体157份单株核桃坚果表型特征的12个质量性状和10个数量性状进行测定分析和多样性研究，揭示了该区域核桃资源独特的坚果表型特征和丰富的多样性。质量性状上，种形和种仁颜色拥有较高的Simpson和Shannon-Wiener指数，昭通市核桃拥有种形表型特征描述的9种类型，表现出较高的多样性，其以扁圆形和卵圆形为主，文献报道凉山州核桃种形拥有10种类型，以圆形和卵圆形为主［11］。昭通市核桃种仁颜色以黄白(白)和浅黄为主，分别占35.03%和22.92%，特异紫(浅紫)仁核桃资源有12.10%，相邻地区凉山州核桃种质资源仁色以黄色为主占41.82%，表明昭通市核桃仁色较好、商品价值较高;单果重为4.52 ～25.04 g，与文献报道的(中国广泛种植的国家首批审定的16个早实品种单果重 9.4 ～16.4 g［12］、川西高山峡谷核桃单果重6.07 ～20.7 g［13］、西藏核桃单果重6.50～22.50 g［14］、伊朗中部核桃单果重 6.0 ～ 15.2 g［15］、罗马尼亚西南部核桃单果重 6.8 ～18.4 g［16］、凉山州核桃单果重 4.11 ～22.87 g［17］)相比变异范围更大，该区域拥有果重达25.04 g“巨果”泡核桃，也拥有果重小于6.0 g的“小果”核桃。坚果质量较大的变异范围和种仁颜色丰富的多样性为选育生产中需要的大果型、中果型、小果型的核桃及种仁白色或紫色核桃良种，满足生产的不同需求提供了较好的种质资源基础。

云南省是世界深纹核桃的起源地和分布中心，通过对该区域8个群体的研究，核桃果壳刻纹大的占57.32%、刻纹浅的占45.22%、刻纹分布均匀的占85.99%，进一步印证了该区域核桃果壳的特征以“浅麻”和“麻”为主，并有比例较小的刻纹小、刻纹浅，即果壳光滑或较光滑的类型，对鲁甸核桃种质资源壳面特征进行研究得出以“浅麻”、“麻”为主，其中浅麻占62.6%，麻占25.8%，光滑核桃和深麻核桃较少，分别占 7.9% 和 3.7%［18］，其结果与昭通市坚果表型特征基本一致。昭通市位于云、贵、川结合处，金沙江下游沿岸，四川盆地向云贵高原抬升的过渡地带，为金沙江流域深纹核桃天然分布区，与其他区域核桃、深纹核桃起源和分布有着密切联系，同时也长期受到人为干扰和外来种质如当地引种新疆核桃的融入影响。加上核桃是异花授粉植物，无种间隔离且相互授粉容易，造成实生后代遗传基础复杂、变异丰富，使该区域核桃果实以“浅麻”、“麻”果类型为主，同时拥有较光滑类型和光滑类型。

昭通市核桃独特的坚果表型特征和丰富多样性得益于该区域特异的地理位置、地形地貌以及独特的立体气候。本研究中22个坚果表型特征达到显著差异，复杂多样的地形地貌和立体气候导致了该区域核桃坚果差异显著的表型特征和丰富的多样性;群体间的变异程度小，即变异主要来源于群体内，可能与该区域属于同一个低纬高原季风气候类型有关，另外，核桃作为一种非常重要的经济林树种，人为的选择和传播也一定程度上减小了群体间的分化。聚类结果显示昭通东面YS、DG与QJ 3个群体的遗传距离较近，首先聚在一起，然后依次与昭通西面的YL、ZX、YJ聚在一起，最后再与中部的ZY和LD聚在一起，聚类结果与地理位置具有一定关联。