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石漠化地區澳洲堅果果實品質及產量的綜合評價

2024-06-13 00:00:00康專苗郭廣正王代谷何鳳平王文林曾輝涂行浩
經濟林研究 2024年1期
關鍵詞:綜合評價

摘 要:【目的】了解石漠化地區澳洲堅果種質資源的品質特征,篩選出能適應于石漠化地區種植的優良澳洲堅果品種?!痉椒ā恳再F州石漠化地區的13 個澳洲堅果品種為研究對象,分析測定澳洲堅果果實產量、外觀品質、營養成分和脂肪酸組分等34 項指標,采用變異分析、相關性分析及主成分分析法,對果實品質與產量進行分析和綜合評價?!窘Y果】不同澳洲堅果品種果實外觀品質和產量存在明顯差異,澳洲堅果單殼果質量為6.42 ~ 12.37 g,以Nanya No.12 和HAES344 的單殼果質量最大;出種率為35.10% ~ 55.37%,以HAES344 的出種率最高并顯著高于其他品種;果仁質量為2.27 ~ 4.36 g,出仁率為29.76% ~ 46.44%,單株產量為1.66 ~ 21.04 kg,其中Nanya No.116 的果仁質量、出仁率和單株產量顯著高于其他品種。不同品種澳洲堅果營養品質指標變異均較豐富,變異系數為0.98% ~ 41.82%,其中Fe 含量的變異系數最大,為41.82%,蛋白質和粗脂肪含量變異系數相對較小,分別為3.84% 和0.98%;果仁脂肪酸組分中,十五烷酸和十七烷酸的變異系數最大,均為14.29%,最小的是棕櫚酸、油酸,分別為5.53% 和2.86%,且果仁脂肪酸組分中均以油酸、棕櫚油酸為主。澳洲堅果果實主要營養品質指標間有明顯相關性,經主成分分析將12 項主要營養品質指標綜合為4 個主成分,其累積貢獻率可達82.828%。各品種主成分的綜合得分由高到低依次為:Nanya No.3、Own Choice、Hinde、HAES788、Nanya No.l、Nanya No.2、HAES344、Nanya No.12、Guire No.1、Nanya No.116、HVA16、HVA4、HAES695。【結論】Nanya No.3、Own Choice 的果實綜合性狀表現均相對較好,這兩個品種可通過深入研究作為貴州石漠化地區推廣種植的優良品種。此外,Nanya No.l、Nanya No.12、Nanya No.116 等品種的產量和營養品質均較好,可作為主要良種進行推廣。

關鍵詞:澳洲堅果;果實品質及產量;主成分分析;綜合評價

中圖分類號:S664 文獻標志碼:A 文章編號:1003—8981(2024)01—0067—10

澳洲堅果Macadamia spp. 又稱夏威夷果,為山龍眼科Proteaceae 澳洲堅果屬MacadamiaF. Muell 多年生常綠喬木果樹[1]。澳洲堅果是木本糧油植物,適應性強,耐貧瘠、耐旱,平地和山地均可種植,能有效提高喀斯特石漠化地區地表的植被覆被率,經濟效益與生態效益兼備,是綜合治理石漠化效果較好的樹種之一。

澳洲堅果營養豐富,其果仁的含油量高達70% ~ 80%,富含鈣、磷、鐵等多種礦物質、維生素B1、B2 以及人體必需的17 種氨基酸,素來享有“干果之王”的譽稱,被廣泛應用于食品、化妝品及制藥等領域[2-3]。目前,澳洲堅果已成為各產地的特色產業和優勢產業,主要分布在云貴和兩廣海拔1 300 m 以下的丘陵山地[4]。截止2021 年底,我國澳洲堅果的種植面積達3.27×105 hm2,其產值達20 多億元,我國已成為世界上澳洲堅果種植面積最大、發展最快的國家[5]。

主成分分析是一種多元綜合性的分析方法,是采取降維的方式將多個復雜的指標綜合為相對簡單的綜合因子,在對樟木[7]、相思[8] 等樹種的研究中已經取得了較好的效果。澳洲堅果果實性狀復雜,包括單果質量、果仁質量、單殼果干質量、出種率、出仁率等,這些性狀具有豐富多樣的差異性[6]。研究澳洲堅果的果實品質變化及產量情況,對于制訂科學的栽培管理措施有重要的指導意義。前人對澳洲堅果的果實性狀[9-11] 等方面進行了研究,譚秋錦等[12] 對10 份澳洲堅果的果實性狀和與營養成分進行分析,發現鮮果縱橫徑、堅果單果質量、堅果橫徑、殼果干質量、出仁率、氨基酸含量等10 項指標可作為評價澳洲堅果種質品質的代表性指標,并篩選出了3 份高品質種質。康專苗等[13] 對貴州適種的5 個澳洲堅果品種的品質性狀進行了研究,分析得出了2 個綜合品質性狀最優的品種HAES344 和Own Choice。宮麗丹等[14]對38 份來源不同的澳洲堅果果實品質性狀進行多樣性分析研究,發現脂肪、總糖、蛋白、棕櫚酸、油酸、二十碳烯酸是構成果實品質性狀差異的主要因素。目前,尚未見關于石漠化地區不同澳洲堅果品種果實品質性狀和產量綜合評價的研究報道。本研究以石漠化地區13 個澳洲堅果品種為研究對象,通過變異分析、相關性分析和主成分分析,對不同澳洲堅果品種的果實品質產量進行綜合評價,以期為貴州石漠化地區澳洲堅果優質、豐產栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試13 個品種的果實均采自貴州省亞熱帶作物研究所興義萬峰林(104°53′23″E,24°58′30″N,海拔1 250 m)澳洲堅果基地、為處于成熟期且發育正常的新鮮果實(見表1),果園種植密度為495 株/hm2,土壤類型為鈣質石灰土,土壤pH 值為7.8。2022 年10 月8 日,選擇基地管理正常的7 年生澳洲堅果樹進行樣品采集,每個品種隨機選取5 株樣樹,在樹冠中上部外圍的東、西、南、北4 個方向隨機采摘5 個果柄完整的果實,每株樣樹采摘20 個成熟鮮果并稱取質量,每個品種共采摘100 個成熟果實,重復3 次。隨機選擇5 株樣樹,將樣樹整株采摘的全部果實進行產量測定,同時將測定品質的20 個果實樣品質量計入單株產量。

1.2 試驗方法

1.2.1 果實外觀性狀

于各樣品中隨機選擇20 個大小均勻的澳洲堅果成熟果實,采用電子天平(精度0.01 g)測定帶皮鮮果單果質量、帶殼鮮果的單果質量以及果仁質量,并計算出種率和出仁率。出種率(%)=(帶殼鮮果的單果質量/ 帶皮鮮果單果質量)×100;出仁率(%)=(果仁質量/ 帶殼干果質量)×100。

干殼果質量及果仁質量的測定參考康專苗等[9]的方法:分別在38℃、48℃、60℃的溫度條件下干燥48 h,當果仁含水量降至(1.5%±0.5%)時,將干燥的帶殼果冷卻至室溫(20±1)℃條件下稱取質量,破殼后再稱其單果果仁質量。

1.2.2 果仁營養成分

采用二硝基水楊酸法[15] 測定可溶性總糖含量;采用凱氏定氮法[16] 測定粗蛋白含量;采用索氏抽提法[17] 測定粗脂肪含量;采用干灰化- 姜黃素法測定硼含量[6];采用恒重法測量總灰分含量、采用濃硫酸- 過氧化氫消煮- 鉬銻抗比色法測定磷含量,采用干灰化- 火焰光度法測定鉀含量,采用干灰化-原子吸收法測定鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量[18]。

1.2.3 果仁脂肪酸組分

采用氣相色譜- 質譜法測定脂肪酸組分[19],稱取澳洲堅果仁10 g,粉碎均勻,稱取均勻試樣0.2 g 移入10 mL 離心管中,加入2 mL 石油醚- 乙醚混合液,加入1 mL 氫氧化鉀- 甲醇溶液為甲酯化溶液;渦旋振蕩,靜止反應1 h;再次渦旋振蕩,加入2 mL 去離子水;靜置30 min 分層,以8000 r/min離心5 min,稀釋2 倍,用氣相色譜- 質譜聯用儀分析。

儀器條件: 安捷倫毛細管柱DB-225MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm); 質譜為5975C 四級桿質譜儀;氣化室溫度:280 ℃;升溫程序:初始溫度50 ℃;5 ℃ /min 升溫至200 ℃,2 ℃ /min升至230 ℃,保持10 min;載氣:氦氣,載氣流量:1 mL/min;分流比:30︰1;進樣量1μL。

1.3 數據處理

使用Excel 2021 軟件進行數據整理,并計算各指標的變異系數,變異系數(CV)= 標準差/平均值×100%;使用SPSS 25.0 統計軟件進行單因素方差分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同澳洲堅果品種果實外觀品質和產量分析

由表2 可知,各項外觀品質指標和產量指標在不同澳洲堅果品種果實之間差異較大。其中,單殼果質量范圍在6.42 ~ 12.37 g 之間,平均單殼果質量為9.60 g,品種Nanya No.12 最高,其次是HAES344,品種HAES695 最低;果仁質量范圍在2.27 ~ 4.36 g 之間,平均果仁質量為3.35 g,品種Nanya No.116 的果仁質量最大,顯著高于品種HAES695,HAES695 果仁質量最?。怀龇N率范圍在35.10% ~ 55.37% 之間,平均出種率為47.69%,品種HAES344 的出種率最高并顯著高于其他品種,品種HAES788 的出種率最低,表明788 的果皮較厚;出仁率范圍在29.76% ~ 46.44%之間,各品種平均出仁率為35.00%,其中NanyaNo.116 出仁率最高且顯著高于其他品種,品種Hinde 出仁率最?。?澳洲堅果單株產量范圍在1.66 ~ 21.04 kg 之間,平均單株產量為13.95 kg,品種Nanya No.116 的單株產量最高,其次為OwnChoice,Nanya No.116 和Own Choice 的單株產量均顯著高于其他品種,品種HAES344 的單株產量最低。此外,不同澳洲堅果種質的單殼果質量、果仁質量、出種率、出仁率和單株產量的變異系數存在較大差異,以果仁重的變異系數最大,為8.36%,其余依次為單殼果質量、單株產量、出仁率和出種率,分別為7.71%、4.87%、2.80% 和1.15%。

2.2 不同澳洲堅果品種果實的營養品質分析

2.2.1 不同澳洲堅果品種果仁營養成分分析

由表3 可知,各澳洲堅果品種蛋白質含量分布為6.53% ~ 9.44%,平均為8.33%,其中,Nanya No.2、Nanya No.3、HVA16 和Hinde 的蛋白質含量相對較高, 均超過9.00%,NanyaNo.12 最低, 僅為6.53%; 粗脂肪含量分布為74.40% ~ 78.50%, 平均含量為75.62%,NanyaNo.116 的粗脂肪含量最高,Nanya No.3 和Hinde最低;灰分含量分布為1.06% ~ 2.60%,HAES344灰分含量最高, 其次為Own Choice、Hinde 和Nanya No.3, 均超過1.50%,Nanya No.116 最低; 總糖含量分布為27.53% ~ 47.63%, 平均含量為37.62%,HAES788 的總糖含量最高,其次為Hinde,HVA4 含量最低, 僅為27.53%;N 含量分布為11.55 ~ 17.36 g/kg, 平均含量為14.02 g/kg,HAES344 的含量最高,其次為NanyaNo.116,Guire No.1 的N 含量則最低;P 含量分布為1.19 ~ 2.99 g/kg,Ca 含量范圍為0.36 ~0.98 g/kg, 其中,P、Ca 含量最高的是OwnChoice,P 含量最低的是HAES695,Ca 含量最低的是Guire No.1;K 含量分布為2.92 ~ 4.57 g/kg,K 含量最高的是HVA4, 最低的是HAES695;Mg 含量分布為0.98 ~ 1.46 g/kg,平均含量為1.20g/kg,Nanya No.3 含量最高,HAES695 最低;Fe 含量為21.22 ~ 78.38 mg/kg,其中Fe 含量最高的是HAES344, 含量最低的是Guire No.1;Mn 含量分布為26.21 ~ 117.72 mg/kg, 平均為64.67 mg/kg,Nanya No.116 的Mn 含量最高,其次為Hinde、HAES695 和HAES344,Mn 含量均超過85.00 mg/kg,Nanya No.12 最低僅為26.21 mg/kg;Cu 含量分布為5.58 ~ 22.03 mg/kg、Zn 含量范圍為11.71 ~ 28.21 mg/kg,HAES344 的Cu 和Zn 含量均最高,Guire No.1 的Cu 含量及Nanya No.3 的Zn 含量最低;B 含量分布為1.82 ~ 15.85 mg/kg,平均含量為5.41 mg/kg,HAES695 的B 含量最高,其次是Guire No.1,HAES788 含量最低僅為1.82mg/kg。

從表3 可知,不同澳洲堅果品種果實營養成分存在不同的變異。其中N、P、K、Ca、Fe 的變異系數分別為10.41%、13.95%、17.51%、12.70%和41.82%,均大于10%,說明不同澳洲堅果品種間果仁N、P、K、Ca、Fe 存在一定差異,其變異均較豐富。而其余11 項營養成分的變異系數均在10% 以下,介于0.98% ~ 8.38%,其中變異系數最小的是粗脂肪含量,為0.98%,這表明不同澳洲堅果品種果實的粗脂肪含量較穩定。

2.2.2 不同澳洲堅果品種果仁脂肪酸成分分析

由表4 可知,13 份澳洲堅果果仁中檢測出15 種脂肪酸。13 份澳洲堅果果仁中月桂酸相對含量為0.05% ~ 0.12%, 肉豆蔻酸相對含量為0.33% ~ 0.59%,十五烷酸相對含量為0.01% ~0.12%,棕櫚酸相對含量為5.63% ~ 7.39%,棕櫚油酸相對含量為19.66% ~ 24.71%, 十七烷酸相對含量為0.03% ~ 0.11%,10- 十七碳烯酸相對含量為0.05% ~ 0.17%, 油酸相對含量為61.16% ~ 65.80%,亞油酸相對含量為1.08% ~2.82%,亞麻酸相對含量為0.13% ~ 0.22%,花生酸相對含量為1.42% ~ 2.20%,花生一烯酸相對含量為1.53% ~ 2.87%, 山崳酸相對含量為0.34% ~ 0.71%,芥酸相對含量為0.10% ~ 0.23%,木焦油酸相對含量為0.11% ~ 0.43%;其中月桂酸、肉蔻酸、棕櫚酸、十七烷酸、十五烷酸、花生酸、山崳酸和木焦油酸8 種飽和脂肪酸總量為7.92% ~ 11.67%。花生一烯酸、10- 十七碳烯酸、棕櫚油酸、油酸和芥酸5 種單不飽和脂肪酸總量為82.50% ~ 93.78%,亞麻酸、亞油酸2 多不飽和脂肪酸總量為1.21% ~ 3.04%。此外,13 份澳洲堅果果仁中15 種脂肪酸的變異系數為2.86% ~ 14.29%,其中十五烷酸和十七烷酸變異系數最大(均為14.29%),肉豆蔻酸變異系數次之(13.33%),亞麻酸、棕櫚酸、油酸的變異系數相對較小,分別為5.56%、5.53% 和2.86%,這表明了棕櫚酸、亞麻酸和油酸在果仁中的含量相對穩定,不同品種間的變異程度較小。

2.3 不同澳洲堅果品種果實主要營養成分相關性分析

采用Pearson 法對不同澳洲堅果品種果實的12個主要營養成分指標進行相關性分析。由表5 可知,蛋白質與棕櫚酸呈極顯著負相關(P < 0.01);N含量與粗脂肪、呈極顯著正相關(P < 0.01),棕櫚油酸與油酸呈極顯著負相關(P < 0.01),與亞油酸呈顯著負相關(P < 0.05)。不同澳洲堅果果實主要營養成分之間有明顯的相關性且相互影響。

2.4 不同澳洲堅果品種果實品質性狀的綜合評價

根據特征值大于1 的原則提取主成分,對不同澳洲堅果品種果實的12 個主要營養品質指標進行主成分分析。由表6 可知,從不同澳洲堅果品種的12 個主要營養成分指標中提取出5 個主成分,分別為第一主成分(PC1)、第2 主成分(PC2)、第3 主成分(PC3)、第4 主成分(PC4)、第5 主成分(PC5), 其貢獻率依次為27.590%、23.008%、15.520%、12.386%、8.597%,5 個主成分的累計貢獻率為87.102%。因此,可采用這5 個主成分對不同澳洲堅果品種果實品質進行綜合分析[18]。其中,PC1 的特征值為3.311,方差貢獻率為27.590%,主要反映了蛋白質、脂肪含量、總糖含量以及棕櫚酸和棕櫚油酸;PC2 的特征值為2.761,方差貢獻率為23.008%,主要反映的指標是K 含量、棕櫚酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸;PC3 的特征值為1.863,方差貢獻率為15.520%,其主要反映的指標為N、P 含量及油酸;PC4 的特征值為1.486,方差貢獻率為12.386%,PC4 主要反映的指標為總糖含量、Mg 含量、亞油酸含量;PC5 的特征值為1.032,方差貢獻率為8.597%,PC5 主要反映的指標為K、Ca 及油酸含量。

在主成分分析的基礎上,以選取5 個主成分的貢獻率為權重,構建13 個澳洲堅果果實品質的綜合評價模型,F=0.32×F1+0.26×F2+0.18×F3+0.14×F4+0.10×F5,計算綜合得分并進行排序,得分越高,說明該品種的綜合品質性狀越好。式中F 為果實品質的綜合得分,F1 ~ F5 分別為主成分PC1 ~ PC5 的得分。由表7 可知,13 個澳洲堅果品種主要營養品質指標的綜合得分從高到低依次為Nanya No.3、Own Choice、Hinde、HAES788、Nanya No.l、Nanya No.2、HAES344、Nanya No.12、Guire No.1、Nanya No.116、HVA16、HVA4、HAES695。其中Nanya No.3、Own Choice 的綜合得分較高,排名靠前,說明該品種的綜合營養品質相對較好;HAES695、HVA4的綜合得分較低,排名靠后,說明這倆個品種的綜合品質性狀相對較差。

3 結論與討論

3.1 結 論

石漠化地區栽培的澳洲堅果果實品質及產量變異豐富,多數指標在品種間達到顯著差異水平。綜合分析果實的主要營養品質后發現,NanyaNo.3、Own Choice 的綜合表現最佳,這2 個品種可以在貴州進行推廣。Nanya No.116 的果仁質量、出仁率和產量均最高,但其營養品質綜合得分較一般,可將Nanya No.116 在貴州石漠化地區適當推廣。而Guire No.1 的營養品質雖然一般,但是其單株產量也比較高,且出種率達53.43%,也可以逐步地適度推廣。HAES695 的果實偏小,品質一般,但是其花量大,且花色呈粉紅色,坐果率高,可以作為貴州澳洲堅果果園的授粉品種搭配種植,同時也可以作為育種材料。

3.2 討 論

石漠化地區不同澳洲堅果品種果實的外觀性狀和產量之間存在明顯差異。分析結果表明,Nanya No.12 和HAES344 的單殼果質量較大,單殼果質量均在11.00 g 以上;Nanya No.2 和NanyaNo.116 的果仁質量較高,果仁質量均在3.80 g 以上;HAES344、Guire No.1 以及Nanya No.3 的出種率較高, 其出種率均在53.00% 以上;NanyaNo.116 的出仁率和單株產量均顯著高于其他澳洲堅果品種。果仁營養成分的測定分析結果表明,13 個澳洲堅果品種果仁營養成分均以粗脂肪為主,這與Maro 等[21] 的研究結果相一致。其中粗脂肪含量最高的是Nanya No.116,為78.50%,其次為HAES344,含量最低的品種是Nanya No.3,為74.40%。從果仁脂肪酸組分來看,13 個澳洲堅果品種果實中共檢測出15 種脂肪酸,其中有8種不飽和脂肪、5 種單不飽和脂肪酸和2 種多不飽和脂肪酸,其總量分別為7.54% ~ 12.16%、78.98% ~ 98.01%、1.20% ~ 3.01%,這說明了不飽和脂肪酸是澳洲堅果油脂的主要成分。其中,澳洲堅果果仁的油酸、棕櫚油酸相對含量較其他脂肪酸高,本研究結果與楊為海等[22]、杜麗清等[23]、賀鵬等[10] 的研究結果一致。

13 個澳洲堅果品種果實外觀品質和產量指標的變異系數分布為1.15% ~ 8.36%,其中果仁重變異系數最大、其次是單殼果干質量,而出種率的變異系數最小,是較穩定的指標,這與譚秋錦等[12]的研究結果基本一致。果實營養成分變異系數分布在0.98% ~ 41.82%,其中,N、P、K、Ca、Fe等指標變異比較大,變異系數均達到10% 以上,說明了這些營養變異較為豐富,類型廣泛,具有很好的利用前景[24],且與曾輝等[11] 的研究結果一致。脂肪酸組分變異系數為2.83% ~ 13.95%,其中肉蔻酸、月桂酸、十五烷酸、十七烷酸和亞油酸的變異系數均大于10%,表明這些脂肪酸組分的差異較大,在優異資源中的選擇空間就越大。油酸和亞麻酸的變異系數較小,未表現出品種間差異性,說明這兩種成分在遺傳過程中較為穩定,這與康專苗等[11] 對澳洲堅果不同品種間果實性狀變異分析的結果相同。

通過分析不同澳洲堅果品種果實主要營養成分指標之間的相關性,結果表明部分營養品質指標間具有明顯的相關性且相互影響。蛋白質與棕櫚酸呈極顯著負相關(P < 0.01);N 含量與粗脂肪呈顯著正相關(P < 0.01),棕櫚油酸與油酸呈極顯著負相關(P < 0.01),與亞油酸呈顯著負相關(P < 0.05)。不同澳洲堅果果實主要營養成分之間有明顯的相關性且相互影響。這些指標間的顯著相關性說明,各個指標并不是獨立的,而是相互影響的。在評價不同澳洲堅果品種特性時,性狀的相關性可為簡化評測指標體系提供參考依據[25]。但本研究也發現,有些澳洲堅果果實品質指標之間是相互獨立的,它們之間的相關性并未達到顯著水平。

果實外觀和內在品質的評價,對澳洲堅果新品種的選育具有重要意義,單一的性狀指標評價所提供的育種信息比較片面,所以需要對各品質進行綜合評價以提供更全面、更科學的參考信息。主成分分析法通過降維,可以將多個具有相關性的變量降維為少量因子,以提高評價。該方法被廣泛應用于多樣品多指標的品質分析[26-28]。為了更準確地區分各品種的營養品質情況,本研究挑選了對澳洲堅果營養價值影響較大的12 個指標進行了主成分分析,將12 個主要品質性狀指標轉換成5 個綜合指標,即前5 個主成分,方差累計貢獻率達到87.102%,基本反映了澳洲堅果營養品質性狀的主要信息。基于主成分分析結果,對果實主要營養品質的綜合得分進行排序,使不同澳洲堅果品種果實品質性狀間的差異具有可比性,一定程度上提高了果實品質綜合評價的準確性,客觀反映了果實品質綜合評價情況[29]。對13個澳洲堅果品種果實品質的綜合評價結果顯示:HAES344、Nanya No.116 和HAES788 的綜合得分較高,排名靠前;Nanya No.3、Own Choice 的綜合得分較高,排名靠前;HAES695 和HVA4 的綜合得分較低,排名靠后。在本研究中,Nanya No.3果實營養品質表現最好,其次為Own Choice,而HAES695 和HVA4 果實的營養品質表現相對較差,這與譚秋錦等[12]、康專苗等[13] 的研究結果有一定的差異,其原因是本研究僅對營養品質指標進行了綜合評價,沒有將外觀性狀和產量指標納入綜合評價范圍。因此,下一步我們將構建綜合的評價模型,將加入氨基酸等功能性成分及抗逆性等評價指標,為澳洲堅果良種選育、品種推廣提供更為全面的參考依據。

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[ 本文編校:趙 坤]

基金項目:貴州省林業種苗開發項目(2023-ZM-KBM-01);貴州省林業科研項目(黔林科合〔2022〕19 號和〔2020〕03 號);貴州山地澳洲堅果育種長期科研基地項目(2020132540)。

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