喙核桃研究現狀

段偉，黃有軍

（浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江臨安 311300）

喙核桃（Annamocarya sinensis）為胡桃科（Jug?landaceae）植物，其果核頂部呈鳥喙狀[1]。喙核桃主要分布在有河流分布的森林內，生境主要為河岸兩邊[2]。其自然更新能力極弱，對其資源保護的力度不夠，物種間的相互作用、自身的一些限制因素以及生長環境的變化等，導致其種群數量不斷減少，被列為國家瀕危保護植物[3-6]。研究其分布規律與生存能力尤為重要[7]。楊金華等[8]研究了喙核桃植物群落、植物區系、群落結構特征及演替，為我國喙核桃研究與保護提供參考；喻誠鴻等[9]對喙核桃木材解剖的研究為胡桃科植物的分類以及栽培等提供了理論基礎。繼續喙核桃的研究與保護具有重要意義。為了更好地了解其特性并對其進行保護與利用，該文對近年來國內外關于喙核桃的研究進展進行綜述，并探討研究中存在的問題，旨在為后續喙核桃的研究與保護提供一定的理論基礎。

1 形態特征

喙核桃為落葉喬木，樹皮一般呈黑褐色，一般不開裂。枝葉形狀與其生長年數相關；1～2年生枝葉的棱角不明顯；兩年生以上枝葉較粗壯，有明顯的棱角。雄性葇荑花序長13～15 cm，生長于長約3～6 cm的花序總梗上；總梗圓柱形，向上端逐漸具棱；雌性穗狀花序直立，頂生，具3～5個雌花[10]。外果皮較厚，呈暗綠色，有黑色斑點；果核表面呈溝壑狀，頂部呈鳥喙狀，較大，與山核桃屬（Carya）植物湖南山核桃（C.hunanensis）、貴州山核桃（C.kweichowensis）和山核桃（C.cathayensis）等對比明顯，大多呈橢圓形；內果皮骨質，外面具不明顯的網紋及皺曲，內面平滑[11]。

2 命名及分類歷史

在命名上，現在一般使用Annamocarya sinensis；在分類學上，分為兩派，一派認為其應歸屬于山核桃屬，另一派則認為應單獨歸屬。

1912年，Dode[12]認為喙核桃應歸入山核桃屬，并將其命名為Carya sinensisDode。雖然喙核桃在很多重要特征上與山核桃屬一致，但有些方面不同，其雌花穗苞片的數量一般為6～7片，多的有8～9片，與山核桃屬植物（4片）不同。1941年法國植物學家Chevalier[13]將喙核桃歸入一個新的屬，稱為Annamocarya，并將其命名為Annamocarya indo?chinensis。1948年，Hjelmqvist[14]認為喙核桃的外部形態有許多重要特征（如缺少花被及心皮的位置等）均在山核桃屬的范疇內，應將其歸入山核桃屬，并根據匡可任的記載將其命名為Carya integrifolio?lata（Kuang）Hjelmqvist。1950年，Leroy[15]研究發現喙核桃的外部形態有足夠的特殊性，雖然木材的解剖結構與山核桃屬植物差異不大，但果實的解剖結構是獨特的，認為其不應歸入山核桃屬，并將其命名為Annamocarya sinensis（Dode）Leroy。1951年，Manning等[16]在研究報告中認為喙核桃在很多方面更接近于山核桃屬，應歸入山核桃屬。1995年，趙運林[17]經過分析后認為喙核桃屬可能是山核桃屬分化出的一個分支。Manos等[18]和Zhang等[19]分別在2007年和2013年通過系統發育分析認為喙核桃更接近于山核桃屬植物，應將其歸入山核桃屬，與2016年Hu等[20]研究結果一致。

目前，關于喙核桃的命名，有較為統一的認知，在分類方面仍有分歧，存在爭議。

3 自然分布

喙核桃在我國被列為國家二級保護植物，是瀕危保護植物，主要分布于我國廣西、云南和貴州等?。ㄗ灾螀^），在越南也有零星分布。具體分布在廣西的羅城仫佬族自治縣、都安瑤族自治縣、東蘭縣、巴馬瑤族自治縣、凌云縣、樂業縣和那坡縣，貴州省的安龍縣、羅甸縣、望謨縣、三都水族自治縣和荔波縣，云南省的富寧縣和麻栗坡縣，一般以單株形式存在，也有稍多幾棵成群分布，樹下有剛發芽的幼苗。

喙核桃常與白桂木（Artocarpus hypargyreus）和沉水樟（Cinnamomum micranthum）等混生[21]，一般適生于酸性紅壤、黃壤或棕色石灰土。喙核桃對熱量和濕度要求較大，最適宜的地區一般為亞熱帶氣候地區[22-23]。喙核桃與湖南山核桃和貴州山核桃存在地域分布重疊。近年，隨著野生資源調查的深入，在不少地方陸續發現了新的喙核桃野生植株；2016年，在云南文山州的麻栗坡發現了3個區域，有200多株。

4 喙核桃的研究現狀

4.1 繁育研究

在喙核桃果實成熟、外果皮自動裂開時，進行采種和播種，實現種子繁育。播種地應為土壤肥沃、溝渠通暢的地點，可開溝條播或點播，也可扦播繁殖[24]。繁育前，需進行充分的準備工作，對其分布區的生境、植被和降水量等進行調查研究；樹種的選擇也尤為關鍵，需從已有的樹種中選出長勢好、抗逆性強且出油率高的優良樹種。如繁育初期效果較好，可繼續深入研究，進行雜交，可種間進行，也可屬間進行。親緣關系的遠近對雜交結果有很大影響，如雜交成功，將實現喙核桃育種的重大突破，不僅可以豐富和發展喙核桃的種質資源，還能拓寬喙核桃的適生區和發展區[25]。喙核桃的分布區域逐漸減少，保存的很多植株結果較少或多年才結一次果，導致對其的開發利用存在一定難度，今后可采用多途徑進行育種，可采用分子育種這項新型育種方式，加速喙核桃育種研究，讓育種項目的目標和結果變得更容易掌控，從而完善喙核桃的育種研究。

4.2 分子輔助育種研究

分子標記輔助育種具有快速、準確和不受環境條件干擾等優點。目前，關于喙核桃分子輔助育種方面的研究不多。Zhang等[26]利用12個多態微衛星標記，對來自3個不同種群（分布于貴州省三都縣、云南省富寧縣和麻栗坡縣）的70個個體進行調查，研究其遺傳多樣性和種群結構，結果顯示喙核桃為低遺傳分化，遺傳距離與地理距離無相關性；方差分析結果顯示87%的方差來自群體內部差異，13%來自群體間差異，不同基因型間有性繁殖和建立異種雜交方案是可行的。與相對豐富的物種相比，稀有物種在個體和種群間往往表現出較少的遺傳變異，多態性百分比更低，等位基因數目更少，觀察到和預期的異型基因也更少。

Manos等[18]通過分子和形態數據集的整合，進行喙核桃分子系統發育分析，結果表明以前被認為是喙核桃屬單屬種的喙核桃應屬于山核桃屬；幾年后，Zhang等[19]綜合化石和分子資料，揭示了亞洲東部和北美東部間斷分布的山核桃屬的生物地理多樣性，并從分子系統發育方向證明了喙核桃是山核桃屬分類的觀點。Hu等[20]對喙核桃進行了葉綠體全基因組測序，這是山核桃屬第一個完整的葉綠體基因組，結果表明喙核桃為山核桃屬；Ji等[27]在云南省西疇縣采集喙核桃樣品，組裝了喙核桃完整的葉綠體基因組，并利用新一代測序技術得出了喙核桃葉綠體基因組完整序列，為確定喙核桃在胡桃科中的系統發育位置，從GenBank中獲得了胡桃科13個完整的cpDNA，并以胡桃科化香樹屬（Platycarya）作為外群，進行系統分析，結果有力地支持了喙核桃與貴州山核桃的親緣關系；Mo等[28]對美國山核桃（C.illinoinensis）葉綠體基因組進行分析，經過SNP和Indel檢測，用mVISTA系統比較了核桃科5個cp?DNA，并以此作為參考，進行紅外收縮與膨脹、系統發育等分析，結果顯示薄殼山核桃與貴州山核桃和喙核桃能形成一個姐妹枝。

關于喙核桃在分子方向上的研究不多，這是目前喙核桃知識體系不完善的主要原因，導致喙核桃的研究無法繼續深入，因此要加強喙核桃在分子方面的研究，可繼續從分子角度研究喙核桃的分類地位、與山核桃屬的親緣關系、瀕危機制以及保護策略等。

4.3 光合特性研究

綠色植物一般依靠光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣，并從中獲得養分，光合作用的本質是植物將光能轉變為化學儲存能的過程。喙核桃一般生長在河流兩岸的陰生生境中，但仍具有很強的光合特性。史艷財等[29]從廣西喙核桃分布區采集喙核桃樣品，用Li-6400便攜式光合測定儀研究其生理生態特性，發現其凈光合速率與葉溫等呈正相關關系，與空氣濕度等呈負相關關系，但均達不到顯著水平。提高光合有效輻射，能促進喙核桃生長，使其生理生態方面更優良[30]。喙核桃對強光的利用力較強，可在光照充足的地方引種[31]。

4.4 ISSR標記

ISSR標記是根據植物基因組中廣泛存在SSR的特點，利用SSR本身設計引物。SSR的進化變異速度較快，因此錨定引物的ISSR-PCR可以檢測基因組許多位點的差異。ISSR通常為顯性標記，呈孟德爾式遺傳,有良好的穩定性和多態性，DNA用量少，技術要求低，成本低，且PCR擴增時的退火溫度在52℃左右，可保證PCR擴增的可重復性[32]。史艷財等[33]采用正交和單因素相結合的方法研究dNTPs、Mg2+、引物、Taq DNA聚合酶、模板DNA、循環次數及退火溫度對喙核桃ISSR-PCR擴增效果的影響，得出最佳的擴增條件為20 μL的反應體系含dNTPs 0.5 mmol/L、Mg2+3.0 mmol/L、引物0.8 μmol/L、Taq DNA聚合酶2.5 U、模板DNA 45 ng、10×PCR Buffer 2.0 μL，退火溫度為54.4℃，循環次數為40次，可為后期喙核桃的遺傳多樣性評價和親緣關系分析等提供參考。張智勇[34]利用12對EST-SSR引物對來自3個居群的70個喙核桃樣本進行遺傳多樣性及居群結構分析，結果表明喙核桃具有較高的遺傳多樣性和較低的遺傳分化系數。

5 資源保護

對于大多數物種來說，棲息地的退化和喪失可能是種群隔離、衰退或滅絕的主要原因；對于瀕危物種來說，遺傳變異的保護被認為是其長期生存的重要因素。Spielman等[35]提出，大多數稀有物種的種群在隨機事件導致種群滅絕之前就已經受到遺傳因素的影響。越來越多的研究證明了遺傳數據在解決植物保護生物學，特別是自然資源保護方面的價值。

近年來，喙核桃數量越來越少，很多地方原有的喙核桃樹遭到嚴重破壞。2013年4月，拉溝生態自然保護區一株喙核桃樹被盜，該株樹高24.3 m，胸徑198 cm，蓄積量36 m3，樹齡306年，對喙核桃的保護與研究造成了不良影響，制定對喙核桃的保護策略刻不容緩[36]。種群結構分析和遺傳變異對于制定可執行的保護策略是十分重要的，尤其是在只有部分種群可以被保護的情況下。在種群結構水平較低的情況下，單個種群的丟失可能對物種范圍內的遺傳多樣性影響不大[37]，在結構水平較高的情況下，則可能會顯著降低整體的遺傳變異[38]。喙核桃具有較低的種群結構水平和較高的遺傳變異水平，從保護的角度來看，為了避免破壞協同適應基因復合物，每個喙核桃種群都應得到保護，而且喙核桃野生種群間遺傳分化水平較低，歷史基因流動水平高，促進不同基因型間的有性繁殖和建立異交方案對其保護更為有利[39]。此外，應注重保護盡可能多的個體和種群，增加小種群的規模，以減少遺傳變異的進一步損失，并人為地協助基因流動。鑒于貴州省三都縣、云南省富寧縣和麻栗坡縣的喙核桃種群數量較多，可建立保護區，以便恢復和維持喙核桃遺傳多樣性[40]。

6 展望

喙核桃從植株到果實均具有可塑性，樹皮及外果皮可提取單寧，果殼可制作活性炭，種仁含油率較高，在食用和工業方面均有應用；其木材有光澤，紋理清晰，可作為家具和樂器等的用材。喙核桃的營養價值也很高，覃芳等[41]分析了喙核桃和核桃（Juglans regia）的營養成分，發現喙核桃中的氨基酸和脂肪酸種類豐富，成分組成與核桃相似，富含優質的蛋白質，可補鈣和護肝，有較好的經濟價值和開發前景。喙核桃是一種高價值的瀕危樹種，需對其進行保護，在制定保護措施時需進行詳盡的調查，重點關注其分布與保護現狀等。

現有的對喙核桃的研究已為喙核桃的資源利用與保護奠定了基礎，后期應加強喙核桃的種質資源分布調查，加強種質資源的創新，在尊重生物多樣性的前提下，進行植物資源可持續利用方面的研究。

隨著生物信息學和分子測序技術的不斷成熟，公共數據庫中不同物種和不同類型的DNA序列不斷增加，應在分子水平上對喙核桃進行更多的研究與分析，可利用SSR技術在檢測等位基因方面具有良好的重復性、精確性和有效性等的特點，對喙核桃進行多態性分析，進行種間或種內遺傳物質差異性的研究，區分植物基因類群；還可以對喙核桃的育種雜交后代與親本的關系進行研究，利用ISSR標記追蹤親本喙核桃遺傳物質在雜交后代中的遺傳動態，結合ISSR標記在染色體上的位置，進一步明確喙核桃親本染色體不同區段在后代中的傳遞動態，為定向轉移某些片段提供有效手段，為喙核桃的育種提供幫助。

在后續的研究中，可繼續從比較基因組學和譜系地理學分析等方面出發，從遺傳多樣性、群體結構、群體進化、基因流和種群動態歷史等角度，探討喙核桃群體的瀕危機制，為其科學保護和合理開發提供參考。