甘肃省核桃遗传资源调查分析

李建红，殷德怀，郭小梅，吕立君，辛 国，杨世勇

（1.甘肃省林业科技推广总站，甘肃 兰州 730046；2.庆阳市经济林木管理站，甘肃 庆阳 745000；3.陇南市经济林研究院，甘肃 陇南 746000；4.天水市果树研究所，甘肃 天水 741000）

核桃Juglans regia Linn是甘肃省最重要的干果及木本油料经济林树种。近年来，依托林业工程建设项目，其规模化栽培面积不断增加，截至2016年底，甘肃省核桃栽培面积37.74万 hm2，核桃产业已成为甘肃核桃主产区的重要林业支柱产业。甘肃核桃栽培历史悠久，遗传资源丰富，但本地资源利用广度和深度都不够，生产中表现为没有自己的推广应用良种，规模化栽培所用品种均为引进品种。甘肃省核桃主产区普遍存在产量低、抗逆性较差等问题，特别是近年来核桃病虫危害日益严重，核桃主产区陇南市已发现病害 12种、虫害50种[1]，加上晚霜灾害频繁发生[2]，严重制约了核桃产业的健康发展。

遗传资源是实现经济林产业可持续发展的重要资源。甘肃核桃遗传资源调查、保护和利用的研究起步晚。20世纪60年代，青德厚等[3]对甘肃全省27个优良农家品种进行了较为全面的描述；2008年开展的甘肃省经济林本底资源调查，查清了栽培核桃的面积、产量、产值及主要分布区域[4]；2014—2018年，依托原国家林业局的生物安全与遗传资源项目，对甘肃境内核桃遗传资源进行了较为全面、系统的调查，基本查清了甘肃省核桃遗传资源的分布、数量及利用等方面的情况，并对优质和特异资源进行了分析研究和初步筛选，为甘肃省核桃遗传资源的保存与利用提供了数据支撑。

1 调查内容与方法

按照《核桃遗传资源调查编目技术规程》（LY/T 2804—2017）中规定的相关内容与方法进行调查；参照《核桃坚果质量等级》（GB/T 20398—2006）确定坚果表型等级评价指标；依据《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南核桃属》（GB/T 26909—2011）和《核桃良种选育标准》（LY/T 3004—2018）筛选优质特异资源。

1.1 调查对象

以甘肃省行政区域内核桃资源（不含引进品种）为调查对象，具体包括审（认）定品种、无性系、家系、野生资源、农家品种和地方栽培品种，具有不同遗传基础的品种、类型、个体幼树或具有特异性状的类型，有重大科研、文化价值的材料，名木古树等。

1.2 调查内容与方法

1.2.1 调查内容

调查内容包括资源产地及立地条件、树体形态特征和生物学特性与坚果特性。

1.2.2 调查方法

成立甘肃省核桃遗传资源技术协作组，采用普查和重点调查同步进行、查阅文献、实地调查、行业推荐、产地报优相结合的方法，对甘肃全省范围内的核桃地方遗传资源进行了调查和收集。确定调查区域及调查单株，逐株调查与登记；对初选性状优良单株进行编号、标记、定位，果实成熟期采集已调查单株坚果样本，按照《核桃遗传资源调查编目技术规程》进行观测。

1.3 坚果性状指标的测定

样本采集30 d后测定坚果指标（质量、坚果三径、果形）、核壳指标（刻纹、壳窝、核壳厚）、缝合线指标（缝合线性状、紧密度）、核仁指标（出仁率、取仁难易、饱满度、颜色、风味）、内膜指标（隔壁、内皱襞等）。用游标卡尺（精度为 0.01 mm）测量坚果纵径、横径、侧径，用天平（精度为0.01 g）测量坚果质量、核仁质量，以螺旋测微仪（精度为0.001 mm）测量核壳厚度。

1.4 核仁成分指标的测定

2016—2017年连续两年将筛选出的坚果核仁样本送到中国林业科学研究院亚热带林业研究所经济林产品质量检验检测中心（杭州）进行检测。依据GB 5009.6—2016[5]测定粗脂肪含量，依据GB 5009.5—2016[6]测定粗蛋白含量，依据 GB 5009.168—2016[7]测定脂肪酸各组分含量，依照GB 5009.242—2017[8]和GB 5009.91—2017[9]采用电感耦合等离子体发射光谱仪分别测定钾、磷、镁和锌等矿物质元素含量。

2 结果与分析

2.1 种质资源类型与分布规律

2014—2018年调查的地域涉及甘肃省11个市州48个县（市、区），占甘肃全省核桃属Juglans自然分布区的85%以上；调查收集的核桃资源包括审定良种、无性系、优质地方资源等，收集登记了甘肃地方核桃遗传资源658份，其中详细记载了具有优良或特异农艺性状的种质资源246份。调查到的核桃资源其分布区域广，南起北纬32°46′的文县刘家坪乡柏树村，北至北纬39°49′的肃州区泉湖乡泉湖村，西至东经39°43′的肃州区西峰乡官北沟村，东至东经35°32′的正宁县湫头镇湫头村；横跨寒温带、中温带、暖温带和北亚热带4个气候带。调查到的甘肃核桃种质资源行政区域和垂直分布情况分别如图1和2所示。由图1可知，陇南市核桃种质资源最为丰富，占调查总量的43.6%。由图2可知，调查资源垂直分布于海拔849～2 034 m，相对集中地分布于海拔1 100～1 800 m，其中分布海拔最低的单株所在地位于成县镡河镇，海拔超过2 000 m的优良单株散生在会宁、宕昌等县，其产量正常，种仁饱满，但坚果普遍个小。

图1 甘肃核桃种质资源行政区域分布情况Fig.1 Administration zone distribution of walnut germplasm resources in Gansu

图2 甘肃核桃种质资源垂直分布情况Fig.2 Vertical distribution of walnut germplasm resources in Gansu

调查可知，甘肃核桃遗传资源有5个核心分布区域。南秦岭山地分布区包括陇南市武都区、文县、康县和甘南州舟曲县等，是野生资源集中分布区，文县丹堡有穗状核桃、裢褡核桃、花纹核桃和多仁色野生核桃资源，这些资源可为油用等专项育种提供丰富的育种材料，甘肃省审定的良种母树也多分布在此区域。陇东南及北秦岭分布区包括天水市各县及陇南市成县、徽县等县，核桃资源类型丰富，古树大树众多[10]；礼县有抗性单株2株，其萌芽晚，能避开早春寒的危害且能正常结实；西和县珍珠核桃核仁饱满，外形美观，品质优良；该区域内实生选育及杂交育成的3个 优良无性系正在全省中试之中。陇东丘陵分布区包括庆阳市和平凉市华亭、崇信等县区，农家品种众多、高产单株多；在对庆阳市9个县区的调查中发现，百年以上的实生大树其抗逆性普遍良好，病虫害少，树体生长健壮，产量高，从中筛选出的资源可为抗病等品种的选育提供育种材料。陇中及陇中西南分布区包括兰州、临夏等市州的部分县区，该分布区的核桃资源抗逆性强，其中的积石山县大河家乡是著名核桃乡，树龄为200～300 a的核桃大树屡见不鲜，大树均具有显著的早实、早熟特性，是鲜食良种选育的良好基础材料。河西走廊分布区的核桃大树均为古代官府园林及驻军驿站所遗留；肃州区的地方品种‘酒泉长’坚果个大、核壳薄而完整、缝合线紧密，其品质优良；凉州区著名的东关核桃园占地 10 hm2，其中的百年核桃大树近百株；2个地方栽培品种‘武威薄皮’和‘武威露仁’以有性或无性繁殖方式在此区域发展近1 000 hm2。本次调查登记的百年以上仍正常结实的核桃大树古树共有153株，遍及甘肃全省各核桃主要分布区，形成了独特的核桃大树古树文化，其中位于永登县鲁土司衙后院的明朝成化年间的3株古树是目前有详细文字记载并仍能正常挂果的最早核桃古树。

2.2 坚果表型与核仁成分的多样性

2.2.1 坚果形状

对调查到的246份资源样株的坚果形状进行了观察，结果如图3所示。图3显示，246份资源的坚果形状共有12种，其中，圆形最多，阔椭圆形、椭圆形、卵形、扁圆形、倒卵形、长方形、倒梯形、阔卵形、长圆形、心形、梯形的数量依次递减。其中，倒梯形和倒卵圆形均为《核桃遗传资源调查编目技术规程》中未描述的形状。

图3 坚果形状的测定结果Fig.3 Determination result of nut shape

2.2.2 坚果质量与横径

对调查到的246份资源样株的坚果单果质量进行了测定，结果如图4所示。由图4可知，调查到的单果质量为3.70～20.94 g。其中，单果质量≥15 g和12～15 g的样株数之和占调查样株总数的58%，其分别达到了国家特级和I级标准；单果质量为10～12 g的样株数占调查样株总数的24.4%，达到了国家Ⅱ级标准；单果质量为8～10 g的样株数占调查样株总数的10.9%，达到了国家Ⅲ级标准；单果质量≤8 g的样株数占调查样株总数的6.7%。

图4 单果质量的测定结果Fig.4 Determination result of single nut mass

所有调查资源坚果横径的测量结果如图5所示。由图5可知，调查到的坚果横径为23.00～40.87 mm。其中，坚果横径≥40 mm的超大果样株有2株；坚果横径为30～35 mm的样株有192株；坚果横径为35～40 mm的样株有36株；以上各类样株数之和占所调查样株总数的95.9%，这些样株坚果横径的大小分别达到了国家特级和I级标准。坚果横径为28～30 mm的样株有7株，占所调查样株总数的5.7%，这些样株坚果横径的大小均达到了国家Ⅱ级标准。坚果横径≤28 mm的样株仅有2株。

图5 坚果横径的测量结果Fig.5 Determination result of nut transverse diameter

2.2.3 核壳厚与出仁率

所有调查资源坚果核壳厚度的测定结果如图6所示。由图6可知，调查到的坚果核壳厚度为0.79～3.10 mm。其中，核壳厚≤1 mm的样株数占调查样株总数的6.7%；核壳厚为1.0～1.5 mm 的样株数占调查样株总数的50.4%；核壳厚为1.5～2.0 mm的样株数占所调查样株总数的26.9%；核壳厚为≥2.0 mm的样株数占所调查样株总数的16%。

图6 核壳厚度的测定结果Fig.6 Determination result of shell thickness

所有调查资源坚果出仁率的测定结果如图7所示。由图7可知，其出仁率为30.04%～69.87%。其中，坚果出仁率≥53%的样株数占调查样株总数的19.3%，达到了国家特级标准；坚果出仁率为48%～53%的样株数占调查样株总数的22.6%，达到国家I级标准；坚果出仁率为43%～48%的样株数占调查样株总数的31.2%，达到国家Ⅱ级标准；坚果出仁率为38%～43%的样株数占调查样株总数的21.5%，达到国家Ⅲ级标准；坚果出仁率≤38% 的样株数仅有5株。

图7 出仁率的测定结果Fig.7 Determination result of kernel rate

2.2.4 脂肪与蛋白质的含量

坚果样品中核仁脂肪含量的测定结果如图8所示。由图8可知，核仁脂肪含量最高为72.46%，最低为48.5%，有38.2%的资源达到了国家坚果质量的特级标准（≥65%），有1个资源的核仁脂肪含量达到了育种专用的高脂肪含量（≥72%）。

图8 脂肪含量的测定结果Fig.8 Determination result of fat content

调查资源核仁中蛋白质含量的测定结果如图9所示。由图9可知，每100 g核仁中的蛋白质含量，最高为23 g，最低为14.5 g，测定的所有资源的坚果蛋白质含量均达到了国家特级标准（≥14%），有2个资源的蛋白质含量达到了育种专用的高蛋白质含量（＞22%）标准。

2.2.5 脂肪酸各组分的含量

对所有调查资源核仁中各种脂肪酸组分的测定结果分别如图10～12所示。由图10～11可知，其亚油酸含量为47.4%～71.1%，亚麻酸含量为5.6%～14.3%，油酸含量为10.1%～38.3%，棕榈酸含量为4.85%～6.80%，硬脂酸含量为1.40%～4.44%。亚油酸和亚麻酸是人体必需的 2种脂肪酸，对维持人体健康、调节生理机能均有重要作用。由图12可知，所有调查资源坚果样品中这2种脂肪酸的含量之和，最高为81.6%，最低为53.9%。

图9 蛋白质含量的测定结果Fig.9 Determination result of protein content

图10 亚麻酸、硬脂酸、棕榈酸含量的测定结果Fig.10 Determination result of linolenic acid, stearic acid and palmitic acid contents

图11 油酸、亚油酸含量的测定结果Fig.11 Determination result of oleic acid and linoleic acid contents

2.2.6 矿物质元素

对所有调查资源核仁中矿物质元素K、P、Mg、Zn含量的测定结果分别如图13～14所示。由图13～14可知，所有坚果样品中4种矿物质元素的含量由高至低均依次为K＞Mg＞P＞Zn。其K、P含量分别为263.00～696.00和3.24～5.50 mg/g；Mg、Zn含量分别为1.50～2.29和0.18～0.40 mg/g。不同资源的核仁中K、Mg的含量相近，而Zn含量的差异在不同资源间相对较小。

图12 亚油酸和亚麻酸含量的测定结果Fig.12 Determination result of linoleic acid and linolenic acid contents

图13 钾、磷含量的测定结果Fig.13 Determination result of K and P contents

图14 镁、锌含量的测定结果Fig.14 Determination result of Mg and Zn contents

2.3 优良或特异资源

以植物学性状特异及丰产、优质、抗逆为筛选目标，依据《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南 核桃属》（GB/T 26909—2011）和《核桃良种选育标准》（LY/T 3004—2018），初步筛选出了15类53株优良或者特异实生单株，其地理位置和特点见表1。

3 结论与讨论

3.1 讨 论

甘肃核桃分布区域广泛，覆盖了全省各市州，横跨北亚热带、暖温带、中温带、寒温带等4个气候带，水平地理分布范围为北纬32°46′—39°49′、东经39°43′—35°32′；有陇南南北秦岭山地、陇东丘陵沟壑、陇中及陇中西南部、河西走廊等 5个自然分布区域，核心分布区位于陇南、天水、庆阳等市行政区域内，垂直分布范围为海拔849～2 034 m。甘肃省多样迥异的生态条件形成了性状和类型多样的实生单株，资源类型特质鲜明。

表型多样性是遗传变异和环境多样性的综合表现[11-15]。甘肃核桃资源坚果及核仁表型多样，坚果形状多达12种，其中的“倒梯形”和“倒卵圆形”为相关标准中未加描述的形状类型；测定资源中有58%的单果质量达到了国家特级及I级标准，其商品性状良好；核壳厚的变幅为0.79～3.10 mm，有利于生食或加工的薄壳及较薄壳资源占57.1%。核仁检测结果表明，有1株高脂肪和2株高蛋白质资源；主要不饱和脂肪酸亚油酸(ω-6)和α-亚麻酸(ω-3)含量之和的变幅为53.9%～78.3%。这些资源均具较大的选择潜力。

遗传资源调查是资源保护和利用的基础，丰富的遗传资源是种质创新和品种改良的先决条件。依据植物学特性和经济性状的观测结果，在所收集的资源中初步筛选出了15类53株性状优良或特异的实生单株，其中树形叶形坚果特异资源 12株，丰产、穗状资源12株，优质资源21株，早熟资源4株，抗逆资源4株。这些来自不同气候条件和生态区域的优良单株，为各类选育目标提供了基础材料[16-17]。

本次调查也进一步探究了甘肃核桃的起源和历史。核桃又名羌桃，出自“西羌”，我国羌族自古居住在甘肃、四川等省地，远在秦汉时期陇南就有羌族部落“武都”，后至魏晋南北朝和唐宋间又有“宕昌”等羌族部落出现，这些部落居住的古桓水（即白龙江）、古白水（即白水江）以及现在的甘肃岷县东南的岷江，古代均因有羌族居住而通称为“羌水”，距今已有2 000多年的历史。调查中发现，位于白龙江流域的南、北秦岭山地的核桃，无论坚果表型、核仁颜色还是其分布区域均有丰富多样性，这进一步印证了该区域核桃历史悠久。另一方面，古“丝绸之路”促进了地域贸易往来，丰富了甘肃核桃的遗传资源，以陇中西南积石山县、陇东南张家川县等为代表的穆斯林自治县的核桃资源因古树大树众多、性状各异而最有代表性[18]；河西走廊酒泉地方资源当地人称“铁核桃”，其树形异于普通核桃且具有典型的新疆早实核桃特征。这也是甘肃核桃历史悠久的有力佐证。

表1 初步筛选出的优良或特异实生单株Table 1 Selected good and specific seedling plants

地方资源保护和调查收集刻不容缓。调查中发现，实生资源生存环境脆弱，农家资源疏于管理，保护意识淡漠，随意损毁现象普遍发生；多地核桃名木古树由于缺乏保护仍处在濒危边缘，5年间已有10余株定点跟踪资源被人为毁失。另一方面，核桃遗传资源调查和收集具有长期性，在对收集到的资源数据进行不断补充和完善的同时，对自然保护区等未踏足区域的资源调查和收集依然任重而道远。

3.2 结 论

核桃遗传资源是产业发展最宝贵、最坚实的基础[19-20]。通过调查初步完成了甘肃核桃遗传资源编目工作，建立起甘肃核桃资源信息库和优质资源标本库。因受时间所限，种质资源调查和收集只涉及了甘肃省的11个市州48个县（市、区），调查结果存在一定的局限性，对其分析也仅停留在坚果表型方面。下一步将在更加系统深入的种质资源调查收集的基础上继续开展相关研究，建设优良种质资源产地和迁地保护圃，开展种质创新研究，加快地方良种和品种选育，为甘肃核桃产业的发展提供技术支撑。