昭通市核桃種質資源堅果表型特征及多樣性研究

肖良俊，吳 濤，陳少瑜，賀 那，寧德魯

(云南省林業科學院，云南昆明 650201)

全世界核桃有23個種，中國有8個種，目前廣泛栽培的是核桃(Juglans regia)和深紋核桃(鐵核桃、泡核桃、云南核桃)(Juglans sigillata)2個種。核桃主要栽培于中國北方及其他國家核桃產區，深紋核桃是中國西南的特有種和云南的主要栽培種，云南是其起源和分布中心［1］。昭通市地處云南省東北部，為云、貴、川3省結合處，金沙江下游沿岸，坐落在四川盆地向云貴高原抬升的過度地帶。烏蒙山是該區金沙江和南盤江的分水嶺，由于江河的切割和地層斷裂的影響，境內山巒重疊，溝深谷狹，山高坡陡，地形十分復雜。復雜多樣的地形地貌，造成該區域因海拔、坡度、坡向等變化，光、熱、水、土壤組合的多樣化，為核桃生長發育提供了多樣的大環境與異常豐富的小環境［2］。加上該區域長期以來采用實生繁殖，形成了龐大的實生變異群體，孕藏著多樣而特異的核桃種質資源，具有重要的研究開發利用價值。

針對昭通市豐富的核桃資源，云南省林業科學院2010年前后依據國家標準(GB/T 20398-2006、GB 7907-87)［3－4］從核桃果實表型的單果重、取仁難易、種仁顏色、飽滿程度、風味、殼厚、出仁率等主要品質特性進行實生選育工作，經過初選、復選、決選、無性系擴繁、區域性試驗選擇出生產所需要的良種，但未對該區域核桃資源進行系統研究。核桃果實表型特征是其基因型與所在環境條件共同作用的結果，果實表型的特征和豐富程度代表了該區域資源的豐富程度和多樣性水平。文章在昭通市核桃遺傳資源調查和收集的基礎上，對昭通市8個實生群體157份種質資源的堅果表型質量性狀和數量性狀進行測定和分析，揭示該區域核桃種質資源堅果表型特征及多樣性狀況，為該區域核桃資源科學合理的保存和利用以及核心種質的構建提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

昭通市位于云南省東北部，地處云、貴、川3省結合處，總面積23 021 km2，最高海拔4040 m(巧家縣藥山)，最低海拔267 m(水富縣滾坎壩)。全年平均氣溫在11～21℃，最冷氣溫在1月，月平均氣溫在1～12℃，最熱溫度在7月，月平均氣溫在20～27℃。該區群山林立，海拔差異較大，不同海拔氣候有著較大的差異，從高到低有高原氣候、溫帶氣候、亞熱帶氣候之分，而在同一海拔上，昭通南部溫度比北部高，濕度比北部低。

1.2 試材采集與處理

根據當地林業部門的相關資料，在核桃分布集中的區域，走訪當地群眾獲取該區域核桃品種、農家品種、優特資源、古樹核桃等相關信息，同時現場核實海拔、坐標、樹齡等相關信息。在果實成熟時每棵樹采集30個大小基本一致、飽滿的堅果帶回實驗室，烘烤至恒重后進行表型性狀的測定。本研究的157份試材分別采自昭通市8個縣，8個核桃群體及相關的生態、地理信息、樣本數見表1。

1.3 測定方法

堅果表型性狀測定參照《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南－核桃屬》進行特征描述和賦值［5］，針對深紋核桃刻紋特征進行刻紋大小、深淺、分布等12個質量性狀的描述和賦值(表2)。堅果10個數量性狀中的縱徑、橫徑、棱徑、殼厚用游標卡尺(精度0.01 mm)測定;單果重、仁重用天平(精度 0.01 g)測定;核仁粗蛋白含量:按照GB5009.5-2010《食品中蛋白質的測定》［6］測定;核仁粗脂肪含量:按照GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的測定》［7］測定。3個數量性狀的計算公式:果型系數=(橫徑+棱徑)/(2×縱徑);出仁率(%)=仁重/單果重×100;三徑均值=(縱徑+橫徑+棱徑)/3。

表1 采樣地生態、地理信息及樣本數Table 1 The ecological and geographical information and sample size of populations

表2 昭通市堅果表型特征賦值及描述Table 2 The description and assignment of nut quality character for walnut accession in Zhaotong prefecture

1.4 數據分析

運用Excel 2007軟件進行數據庫建立、統計和分析，包括平均值、堅果質量性狀的頻率分布、變異系數、Simpson 指數、Shannon-Wiener指數［8－9］。運用SPSS 19.0軟件進行群體間堅果表型性狀變異系數、多重比較，運用NTSYS對表型性狀進行聚類分析［10］。

2 結果與分析

2.1 堅果表型的質量性狀頻率分布及多樣性指數

由表3可知，12個堅果表型的質量性狀Simpson指數為 0～0.85，Shannon-Wiener指數為 0～1.99。種形(代碼1)的 Simpson指數為0.85，Shannon-Wiener指數為1.99，其擁有種形表型特征描述的9種類型，表現出較大的多樣性和豐富性，但各類型的分布相差較大，其中扁圓形、卵圓形最多，均占19.11%，無心形核桃，說明該區核桃果實以扁圓形和卵圓形為主;種尖突出程度(代碼2)，種尖凸和尖的類型分別占45.86%和52.87%;種肩形狀(代碼3)以平和溜為主，分別占40.13%和27.39%;種基形狀(代碼4)以平和稍凸為主，分別占33.12%和53.50%;縫合線條數(代碼5)均為2條;縫合線突出程度(代碼6)以凸為主占95.54%;在刻紋大小(代碼7)、刻紋深度(代碼8)和刻紋分布(代碼9)方面，其中刻紋大的占57.32%、刻紋淺的占45.22%、分布均勻的占85.99%，說明該區域核桃果殼刻紋大、刻紋淺、分布均勻;在橫膈膜質地(代碼10)和內褶壁質地(代碼11)的性狀特征中，橫膈膜膜質和內褶壁退化分別為65.61%和80.25%，表明該區域核桃具取仁容易的特性;在種仁顏色(代碼12)方面 Simpson指數為 0.77，Shannon-Wiener指數為1.49，擁有種仁顏色描述全部6種類型，主要以淺黃色和黃白色為主分別占35.03%和22.93%，同時在特異仁色即紫(淺紫)色占12.10%，表明紫仁核桃在該區域有一定分布。

表3 12個堅果表型的質量性狀變異狀況Table 3 Variation of 12 quality traits for nut phenotype

表4 堅果表型10個數量性狀的變異情況Table 4 Variation of 10 quantitative traits for nut phenotype

表5 堅果表型性狀變異系數及多重比較Table 5 Variation coefficients and multiple comparisons of phenotype

圖1 基于堅果表型性狀聚類分析Fig.1 Cluster analyses of nut phenotypic traits

2.2 堅果表型數量性狀范圍及變異情況

表4 表明，單果重(代碼13)為4.52 ～25.04 g，最大果與最小果相差5.54倍，平均單果重10.95 g，變異系數30.47%，單果重表現出較大的差異性;堅果縱徑(代碼14)為2.42 ～5.13 cm，平均 3.65 cm，變異系數12.62%;橫徑(代碼 15)為 2.28 ～4.42 cm，平均 3.34 cm，變異系數 11.27%;棱徑(代碼16)為 2.20 ～4.12 cm，平均 3.04 cm，變異系數10.80%;三徑均值(代碼17)2.30 ～4.50 cm，平均3.34 cm，變異系數10.54%;果形系數(代碼18)0.66 ～1.09，平均0.88，變異系數8.98%;殼厚(代碼19)0.31～2.25 cm，表明該地區擁有殼極薄(0.31 mm)的紙皮核桃(露仁核桃)同時也擁有厚殼核桃(2.25 mm)，平均1.18 cm，變異系數28.84%;出仁率(代碼20)10.39% ～74.34%，平均50.56%，最大出仁率果實與最小出仁率果實相差7.15倍，變異系數18.78%;含油率(代碼21)為43.68% ～69.89%，平均62.87%，變異系數6.08%;蛋白質(代碼22)為10.87% ～21.32%，平均16.03%，變異系數11.81%。

2.3 堅果表型在不同群體中的變異情況

由表5可知，22個堅果表型性狀在8個群體間的平均變異系數為0～66.09%，平均為25.39%，差異顯著(P=0.00 ＜0.05)，其中，變異程度最大的是種形和種仁顏色，分別為66.09%、64.47%，表明該區域種形和種仁顏色多樣且豐富;變異程度最小的是縫合線條數，為0，該區域核桃果實縫合線均為2條;22個堅果表型性狀在8個群體內的變異系數為20.36% ～27.69%，平均值為 25.39%，群體間差異不顯著(P=0.962＞0.05)，數據表明各性狀變異主要來源于群體內。

2.4 群體間堅果表型綜合性狀的聚類分析

以所測的22個堅果表型性狀的變異系數平均值為參數，利用NTSYS進行表型性狀的聚類分析(圖1)。結果表明，昭通市8個群體分為2類，其昭通市東邊金沙江沿線的YS、DG與QJ遺傳距離較近，與昭通市西面YL、ZX、YJ聚為一個亞類，與中部另一亞類ZY聚為一類;中部LD單獨為一類，聚類結果表現出明顯的地域性。

3 討論

核桃堅果表型特征豐富度和變異情況是核桃種質資源豐富度和多樣性的具體體現。文章對昭通市8個群體157份單株核桃堅果表型特征的12個質量性狀和10個數量性狀進行測定分析和多樣性研究，揭示了該區域核桃資源獨特的堅果表型特征和豐富的多樣性。質量性狀上，種形和種仁顏色擁有較高的Simpson和Shannon-Wiener指數，昭通市核桃擁有種形表型特征描述的9種類型，表現出較高的多樣性，其以扁圓形和卵圓形為主，文獻報道涼山州核桃種形擁有10種類型，以圓形和卵圓形為主［11］。昭通市核桃種仁顏色以黃白(白)和淺黃為主，分別占35.03%和22.92%，特異紫(淺紫)仁核桃資源有12.10%，相鄰地區涼山州核桃種質資源仁色以黃色為主占41.82%，表明昭通市核桃仁色較好、商品價值較高;單果重為4.52 ～25.04 g，與文獻報道的(中國廣泛種植的國家首批審定的16個早實品種單果重 9.4 ～16.4 g［12］、川西高山峽谷核桃單果重6.07 ～20.7 g［13］、西藏核桃單果重6.50～22.50 g［14］、伊朗中部核桃單果重 6.0 ～ 15.2 g［15］、羅馬尼亞西南部核桃單果重 6.8 ～18.4 g［16］、涼山州核桃單果重 4.11 ～22.87 g［17］)相比變異范圍更大，該區域擁有果重達25.04 g“巨果”泡核桃，也擁有果重小于6.0 g的“小果”核桃。堅果質量較大的變異范圍和種仁顏色豐富的多樣性為選育生產中需要的大果型、中果型、小果型的核桃及種仁白色或紫色核桃良種，滿足生產的不同需求提供了較好的種質資源基礎。

云南省是世界深紋核桃的起源地和分布中心，通過對該區域8個群體的研究，核桃果殼刻紋大的占57.32%、刻紋淺的占45.22%、刻紋分布均勻的占85.99%，進一步印證了該區域核桃果殼的特征以“淺麻”和“麻”為主，并有比例較小的刻紋小、刻紋淺，即果殼光滑或較光滑的類型，對魯甸核桃種質資源殼面特征進行研究得出以“淺麻”、“麻”為主，其中淺麻占62.6%，麻占25.8%，光滑核桃和深麻核桃較少，分別占 7.9% 和 3.7%［18］，其結果與昭通市堅果表型特征基本一致。昭通市位于云、貴、川結合處，金沙江下游沿岸，四川盆地向云貴高原抬升的過渡地帶，為金沙江流域深紋核桃天然分布區，與其他區域核桃、深紋核桃起源和分布有著密切聯系，同時也長期受到人為干擾和外來種質如當地引種新疆核桃的融入影響。加上核桃是異花授粉植物，無種間隔離且相互授粉容易，造成實生后代遺傳基礎復雜、變異豐富，使該區域核桃果實以“淺麻”、“麻”果類型為主，同時擁有較光滑類型和光滑類型。

昭通市核桃獨特的堅果表型特征和豐富多樣性得益于該區域特異的地理位置、地形地貌以及獨特的立體氣候。本研究中22個堅果表型特征達到顯著差異，復雜多樣的地形地貌和立體氣候導致了該區域核桃堅果差異顯著的表型特征和豐富的多樣性;群體間的變異程度小，即變異主要來源于群體內，可能與該區域屬于同一個低緯高原季風氣候類型有關，另外，核桃作為一種非常重要的經濟林樹種，人為的選擇和傳播也一定程度上減小了群體間的分化。聚類結果顯示昭通東面YS、DG與QJ 3個群體的遺傳距離較近，首先聚在一起，然后依次與昭通西面的YL、ZX、YJ聚在一起，最后再與中部的ZY和LD聚在一起，聚類結果與地理位置具有一定關聯。

4 結論

昭通市核桃種質資源堅果表型特征在果實大小、果型和仁色方面表現出豐富的多樣性，堅果刻紋(殼面)以“淺麻”、“麻”為主;8個群體間的變異程度小，變異主要來源于群體內;8個群體被聚為3個類群，聚類結果與地理位置有一定關聯。昭通市核桃資源堅果表型具有豐富的變異及較高的多樣性。