李建紅,殷德懷,郭小梅,呂立君,辛 國,楊世勇
(1.甘肅省林業(yè)科技推廣總站,甘肅 蘭州 730046;2.慶陽市經(jīng)濟(jì)林木管理站,甘肅 慶陽 745000;3.隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院,甘肅 隴南 746000;4.天水市果樹研究所,甘肅 天水 741000)
核桃Juglans regia Linn是甘肅省最重要的干果及木本油料經(jīng)濟(jì)林樹種。近年來,依托林業(yè)工程建設(shè)項(xiàng)目,其規(guī)?;耘嗝娣e不斷增加,截至2016年底,甘肅省核桃栽培面積37.74萬 hm2,核桃產(chǎn)業(yè)已成為甘肅核桃主產(chǎn)區(qū)的重要林業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。甘肅核桃栽培歷史悠久,遺傳資源豐富,但本地資源利用廣度和深度都不夠,生產(chǎn)中表現(xiàn)為沒有自己的推廣應(yīng)用良種,規(guī)?;耘嗨闷贩N均為引進(jìn)品種。甘肅省核桃主產(chǎn)區(qū)普遍存在產(chǎn)量低、抗逆性較差等問題,特別是近年來核桃病蟲危害日益嚴(yán)重,核桃主產(chǎn)區(qū)隴南市已發(fā)現(xiàn)病害 12種、蟲害50種[1],加上晚霜災(zāi)害頻繁發(fā)生[2],嚴(yán)重制約了核桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
遺傳資源是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要資源。甘肅核桃遺傳資源調(diào)查、保護(hù)和利用的研究起步晚。20世紀(jì)60年代,青德厚等[3]對甘肅全省27個(gè)優(yōu)良農(nóng)家品種進(jìn)行了較為全面的描述;2008年開展的甘肅省經(jīng)濟(jì)林本底資源調(diào)查,查清了栽培核桃的面積、產(chǎn)量、產(chǎn)值及主要分布區(qū)域[4];2014—2018年,依托原國家林業(yè)局的生物安全與遺傳資源項(xiàng)目,對甘肅境內(nèi)核桃遺傳資源進(jìn)行了較為全面、系統(tǒng)的調(diào)查,基本查清了甘肅省核桃遺傳資源的分布、數(shù)量及利用等方面的情況,并對優(yōu)質(zhì)和特異資源進(jìn)行了分析研究和初步篩選,為甘肅省核桃遺傳資源的保存與利用提供了數(shù)據(jù)支撐。
按照《核桃遺傳資源調(diào)查編目技術(shù)規(guī)程》(LY/T 2804—2017)中規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容與方法進(jìn)行調(diào)查;參照《核桃堅(jiān)果質(zhì)量等級》(GB/T 20398—2006)確定堅(jiān)果表型等級評價(jià)指標(biāo);依據(jù)《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測試指南核桃屬》(GB/T 26909—2011)和《核桃良種選育標(biāo)準(zhǔn)》(LY/T 3004—2018)篩選優(yōu)質(zhì)特異資源。
以甘肅省行政區(qū)域內(nèi)核桃資源(不含引進(jìn)品種)為調(diào)查對象,具體包括審(認(rèn))定品種、無性系、家系、野生資源、農(nóng)家品種和地方栽培品種,具有不同遺傳基礎(chǔ)的品種、類型、個(gè)體幼樹或具有特異性狀的類型,有重大科研、文化價(jià)值的材料,名木古樹等。
1.2.1 調(diào)查內(nèi)容
調(diào)查內(nèi)容包括資源產(chǎn)地及立地條件、樹體形態(tài)特征和生物學(xué)特性與堅(jiān)果特性。
1.2.2 調(diào)查方法
成立甘肅省核桃遺傳資源技術(shù)協(xié)作組,采用普查和重點(diǎn)調(diào)查同步進(jìn)行、查閱文獻(xiàn)、實(shí)地調(diào)查、行業(yè)推薦、產(chǎn)地報(bào)優(yōu)相結(jié)合的方法,對甘肅全省范圍內(nèi)的核桃地方遺傳資源進(jìn)行了調(diào)查和收集。確定調(diào)查區(qū)域及調(diào)查單株,逐株調(diào)查與登記;對初選性狀優(yōu)良單株進(jìn)行編號、標(biāo)記、定位,果實(shí)成熟期采集已調(diào)查單株堅(jiān)果樣本,按照《核桃遺傳資源調(diào)查編目技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行觀測。
樣本采集30 d后測定堅(jiān)果指標(biāo)(質(zhì)量、堅(jiān)果三徑、果形)、核殼指標(biāo)(刻紋、殼窩、核殼厚)、縫合線指標(biāo)(縫合線性狀、緊密度)、核仁指標(biāo)(出仁率、取仁難易、飽滿度、顏色、風(fēng)味)、內(nèi)膜指標(biāo)(隔壁、內(nèi)皺襞等)。用游標(biāo)卡尺(精度為 0.01 mm)測量堅(jiān)果縱徑、橫徑、側(cè)徑,用天平(精度為0.01 g)測量堅(jiān)果質(zhì)量、核仁質(zhì)量,以螺旋測微儀(精度為0.001 mm)測量核殼厚度。
2016—2017年連續(xù)兩年將篩選出的堅(jiān)果核仁樣本送到中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心(杭州)進(jìn)行檢測。依據(jù)GB 5009.6—2016[5]測定粗脂肪含量,依據(jù)GB 5009.5—2016[6]測定粗蛋白含量,依據(jù) GB 5009.168—2016[7]測定脂肪酸各組分含量,依照GB 5009.242—2017[8]和GB 5009.91—2017[9]采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分別測定鉀、磷、鎂和鋅等礦物質(zhì)元素含量。
2014—2018年調(diào)查的地域涉及甘肅省11個(gè)市州48個(gè)縣(市、區(qū)),占甘肅全省核桃屬Juglans自然分布區(qū)的85%以上;調(diào)查收集的核桃資源包括審定良種、無性系、優(yōu)質(zhì)地方資源等,收集登記了甘肅地方核桃遺傳資源658份,其中詳細(xì)記載了具有優(yōu)良或特異農(nóng)藝性狀的種質(zhì)資源246份。調(diào)查到的核桃資源其分布區(qū)域廣,南起北緯32°46′的文縣劉家坪鄉(xiāng)柏樹村,北至北緯39°49′的肅州區(qū)泉湖鄉(xiāng)泉湖村,西至東經(jīng)39°43′的肅州區(qū)西峰鄉(xiāng)官北溝村,東至東經(jīng)35°32′的正寧縣湫頭鎮(zhèn)湫頭村;橫跨寒溫帶、中溫帶、暖溫帶和北亞熱帶4個(gè)氣候帶。調(diào)查到的甘肅核桃種質(zhì)資源行政區(qū)域和垂直分布情況分別如圖1和2所示。由圖1可知,隴南市核桃種質(zhì)資源最為豐富,占調(diào)查總量的43.6%。由圖2可知,調(diào)查資源垂直分布于海拔849~2 034 m,相對集中地分布于海拔1 100~1 800 m,其中分布海拔最低的單株所在地位于成縣鐔河鎮(zhèn),海拔超過2 000 m的優(yōu)良單株散生在會寧、宕昌等縣,其產(chǎn)量正常,種仁飽滿,但堅(jiān)果普遍個(gè)小。
圖1 甘肅核桃種質(zhì)資源行政區(qū)域分布情況Fig.1 Administration zone distribution of walnut germplasm resources in Gansu
圖2 甘肅核桃種質(zhì)資源垂直分布情況Fig.2 Vertical distribution of walnut germplasm resources in Gansu
調(diào)查可知,甘肅核桃遺傳資源有5個(gè)核心分布區(qū)域。南秦嶺山地分布區(qū)包括隴南市武都區(qū)、文縣、康縣和甘南州舟曲縣等,是野生資源集中分布區(qū),文縣丹堡有穗狀核桃、褳褡核桃、花紋核桃和多仁色野生核桃資源,這些資源可為油用等專項(xiàng)育種提供豐富的育種材料,甘肅省審定的良種母樹也多分布在此區(qū)域。隴東南及北秦嶺分布區(qū)包括天水市各縣及隴南市成縣、徽縣等縣,核桃資源類型豐富,古樹大樹眾多[10];禮縣有抗性單株2株,其萌芽晚,能避開早春寒的危害且能正常結(jié)實(shí);西和縣珍珠核桃核仁飽滿,外形美觀,品質(zhì)優(yōu)良;該區(qū)域內(nèi)實(shí)生選育及雜交育成的3個(gè) 優(yōu)良無性系正在全省中試之中。隴東丘陵分布區(qū)包括慶陽市和平?jīng)鍪腥A亭、崇信等縣區(qū),農(nóng)家品種眾多、高產(chǎn)單株多;在對慶陽市9個(gè)縣區(qū)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),百年以上的實(shí)生大樹其抗逆性普遍良好,病蟲害少,樹體生長健壯,產(chǎn)量高,從中篩選出的資源可為抗病等品種的選育提供育種材料。隴中及隴中西南分布區(qū)包括蘭州、臨夏等市州的部分縣區(qū),該分布區(qū)的核桃資源抗逆性強(qiáng),其中的積石山縣大河家鄉(xiāng)是著名核桃鄉(xiāng),樹齡為200~300 a的核桃大樹屢見不鮮,大樹均具有顯著的早實(shí)、早熟特性,是鮮食良種選育的良好基礎(chǔ)材料。河西走廊分布區(qū)的核桃大樹均為古代官府園林及駐軍驛站所遺留;肅州區(qū)的地方品種‘酒泉長’堅(jiān)果個(gè)大、核殼薄而完整、縫合線緊密,其品質(zhì)優(yōu)良;涼州區(qū)著名的東關(guān)核桃園占地 10 hm2,其中的百年核桃大樹近百株;2個(gè)地方栽培品種‘武威薄皮’和‘武威露仁’以有性或無性繁殖方式在此區(qū)域發(fā)展近1 000 hm2。本次調(diào)查登記的百年以上仍正常結(jié)實(shí)的核桃大樹古樹共有153株,遍及甘肅全省各核桃主要分布區(qū),形成了獨(dú)特的核桃大樹古樹文化,其中位于永登縣魯土司衙后院的明朝成化年間的3株古樹是目前有詳細(xì)文字記載并仍能正常掛果的最早核桃古樹。
2.2.1 堅(jiān)果形狀
對調(diào)查到的246份資源樣株的堅(jiān)果形狀進(jìn)行了觀察,結(jié)果如圖3所示。圖3顯示,246份資源的堅(jiān)果形狀共有12種,其中,圓形最多,闊橢圓形、橢圓形、卵形、扁圓形、倒卵形、長方形、倒梯形、闊卵形、長圓形、心形、梯形的數(shù)量依次遞減。其中,倒梯形和倒卵圓形均為《核桃遺傳資源調(diào)查編目技術(shù)規(guī)程》中未描述的形狀。
圖3 堅(jiān)果形狀的測定結(jié)果Fig.3 Determination result of nut shape
2.2.2 堅(jiān)果質(zhì)量與橫徑
對調(diào)查到的246份資源樣株的堅(jiān)果單果質(zhì)量進(jìn)行了測定,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,調(diào)查到的單果質(zhì)量為3.70~20.94 g。其中,單果質(zhì)量≥15 g和12~15 g的樣株數(shù)之和占調(diào)查樣株總數(shù)的58%,其分別達(dá)到了國家特級和I級標(biāo)準(zhǔn);單果質(zhì)量為10~12 g的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的24.4%,達(dá)到了國家Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn);單果質(zhì)量為8~10 g的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的10.9%,達(dá)到了國家Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn);單果質(zhì)量≤8 g的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的6.7%。
圖4 單果質(zhì)量的測定結(jié)果Fig.4 Determination result of single nut mass
所有調(diào)查資源堅(jiān)果橫徑的測量結(jié)果如圖5所示。由圖5可知,調(diào)查到的堅(jiān)果橫徑為23.00~40.87 mm。其中,堅(jiān)果橫徑≥40 mm的超大果樣株有2株;堅(jiān)果橫徑為30~35 mm的樣株有192株;堅(jiān)果橫徑為35~40 mm的樣株有36株;以上各類樣株數(shù)之和占所調(diào)查樣株總數(shù)的95.9%,這些樣株堅(jiān)果橫徑的大小分別達(dá)到了國家特級和I級標(biāo)準(zhǔn)。堅(jiān)果橫徑為28~30 mm的樣株有7株,占所調(diào)查樣株總數(shù)的5.7%,這些樣株堅(jiān)果橫徑的大小均達(dá)到了國家Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)。堅(jiān)果橫徑≤28 mm的樣株僅有2株。
圖5 堅(jiān)果橫徑的測量結(jié)果Fig.5 Determination result of nut transverse diameter
2.2.3 核殼厚與出仁率
所有調(diào)查資源堅(jiān)果核殼厚度的測定結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,調(diào)查到的堅(jiān)果核殼厚度為0.79~3.10 mm。其中,核殼厚≤1 mm的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的6.7%;核殼厚為1.0~1.5 mm 的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的50.4%;核殼厚為1.5~2.0 mm的樣株數(shù)占所調(diào)查樣株總數(shù)的26.9%;核殼厚為≥2.0 mm的樣株數(shù)占所調(diào)查樣株總數(shù)的16%。
圖6 核殼厚度的測定結(jié)果Fig.6 Determination result of shell thickness
所有調(diào)查資源堅(jiān)果出仁率的測定結(jié)果如圖7所示。由圖7可知,其出仁率為30.04%~69.87%。其中,堅(jiān)果出仁率≥53%的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的19.3%,達(dá)到了國家特級標(biāo)準(zhǔn);堅(jiān)果出仁率為48%~53%的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的22.6%,達(dá)到國家I級標(biāo)準(zhǔn);堅(jiān)果出仁率為43%~48%的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的31.2%,達(dá)到國家Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn);堅(jiān)果出仁率為38%~43%的樣株數(shù)占調(diào)查樣株總數(shù)的21.5%,達(dá)到國家Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn);堅(jiān)果出仁率≤38% 的樣株數(shù)僅有5株。
圖7 出仁率的測定結(jié)果Fig.7 Determination result of kernel rate
2.2.4 脂肪與蛋白質(zhì)的含量
堅(jiān)果樣品中核仁脂肪含量的測定結(jié)果如圖8所示。由圖8可知,核仁脂肪含量最高為72.46%,最低為48.5%,有38.2%的資源達(dá)到了國家堅(jiān)果質(zhì)量的特級標(biāo)準(zhǔn)(≥65%),有1個(gè)資源的核仁脂肪含量達(dá)到了育種專用的高脂肪含量(≥72%)。
圖8 脂肪含量的測定結(jié)果Fig.8 Determination result of fat content
調(diào)查資源核仁中蛋白質(zhì)含量的測定結(jié)果如圖9所示。由圖9可知,每100 g核仁中的蛋白質(zhì)含量,最高為23 g,最低為14.5 g,測定的所有資源的堅(jiān)果蛋白質(zhì)含量均達(dá)到了國家特級標(biāo)準(zhǔn)(≥14%),有2個(gè)資源的蛋白質(zhì)含量達(dá)到了育種專用的高蛋白質(zhì)含量(>22%)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.5 脂肪酸各組分的含量
對所有調(diào)查資源核仁中各種脂肪酸組分的測定結(jié)果分別如圖10~12所示。由圖10~11可知,其亞油酸含量為47.4%~71.1%,亞麻酸含量為5.6%~14.3%,油酸含量為10.1%~38.3%,棕櫚酸含量為4.85%~6.80%,硬脂酸含量為1.40%~4.44%。亞油酸和亞麻酸是人體必需的 2種脂肪酸,對維持人體健康、調(diào)節(jié)生理機(jī)能均有重要作用。由圖12可知,所有調(diào)查資源堅(jiān)果樣品中這2種脂肪酸的含量之和,最高為81.6%,最低為53.9%。
圖9 蛋白質(zhì)含量的測定結(jié)果Fig.9 Determination result of protein content
圖10 亞麻酸、硬脂酸、棕櫚酸含量的測定結(jié)果Fig.10 Determination result of linolenic acid, stearic acid and palmitic acid contents
圖11 油酸、亞油酸含量的測定結(jié)果Fig.11 Determination result of oleic acid and linoleic acid contents
2.2.6 礦物質(zhì)元素
對所有調(diào)查資源核仁中礦物質(zhì)元素K、P、Mg、Zn含量的測定結(jié)果分別如圖13~14所示。由圖13~14可知,所有堅(jiān)果樣品中4種礦物質(zhì)元素的含量由高至低均依次為K>Mg>P>Zn。其K、P含量分別為263.00~696.00和3.24~5.50 mg/g;Mg、Zn含量分別為1.50~2.29和0.18~0.40 mg/g。不同資源的核仁中K、Mg的含量相近,而Zn含量的差異在不同資源間相對較小。
圖12 亞油酸和亞麻酸含量的測定結(jié)果Fig.12 Determination result of linoleic acid and linolenic acid contents
圖13 鉀、磷含量的測定結(jié)果Fig.13 Determination result of K and P contents
圖14 鎂、鋅含量的測定結(jié)果Fig.14 Determination result of Mg and Zn contents
以植物學(xué)性狀特異及豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆為篩選目標(biāo),依據(jù)《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測試指南 核桃屬》(GB/T 26909—2011)和《核桃良種選育標(biāo)準(zhǔn)》(LY/T 3004—2018),初步篩選出了15類53株優(yōu)良或者特異實(shí)生單株,其地理位置和特點(diǎn)見表1。
甘肅核桃分布區(qū)域廣泛,覆蓋了全省各市州,橫跨北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶等4個(gè)氣候帶,水平地理分布范圍為北緯32°46′—39°49′、東經(jīng)39°43′—35°32′;有隴南南北秦嶺山地、隴東丘陵溝壑、隴中及隴中西南部、河西走廊等 5個(gè)自然分布區(qū)域,核心分布區(qū)位于隴南、天水、慶陽等市行政區(qū)域內(nèi),垂直分布范圍為海拔849~2 034 m。甘肅省多樣迥異的生態(tài)條件形成了性狀和類型多樣的實(shí)生單株,資源類型特質(zhì)鮮明。
表型多樣性是遺傳變異和環(huán)境多樣性的綜合表現(xiàn)[11-15]。甘肅核桃資源堅(jiān)果及核仁表型多樣,堅(jiān)果形狀多達(dá)12種,其中的“倒梯形”和“倒卵圓形”為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未加描述的形狀類型;測定資源中有58%的單果質(zhì)量達(dá)到了國家特級及I級標(biāo)準(zhǔn),其商品性狀良好;核殼厚的變幅為0.79~3.10 mm,有利于生食或加工的薄殼及較薄殼資源占57.1%。核仁檢測結(jié)果表明,有1株高脂肪和2株高蛋白質(zhì)資源;主要不飽和脂肪酸亞油酸(ω-6)和α-亞麻酸(ω-3)含量之和的變幅為53.9%~78.3%。這些資源均具較大的選擇潛力。
遺傳資源調(diào)查是資源保護(hù)和利用的基礎(chǔ),豐富的遺傳資源是種質(zhì)創(chuàng)新和品種改良的先決條件。依據(jù)植物學(xué)特性和經(jīng)濟(jì)性狀的觀測結(jié)果,在所收集的資源中初步篩選出了15類53株性狀優(yōu)良或特異的實(shí)生單株,其中樹形葉形堅(jiān)果特異資源 12株,豐產(chǎn)、穗狀資源12株,優(yōu)質(zhì)資源21株,早熟資源4株,抗逆資源4株。這些來自不同氣候條件和生態(tài)區(qū)域的優(yōu)良單株,為各類選育目標(biāo)提供了基礎(chǔ)材料[16-17]。
本次調(diào)查也進(jìn)一步探究了甘肅核桃的起源和歷史。核桃又名羌桃,出自“西羌”,我國羌族自古居住在甘肅、四川等省地,遠(yuǎn)在秦漢時(shí)期隴南就有羌族部落“武都”,后至魏晉南北朝和唐宋間又有“宕昌”等羌族部落出現(xiàn),這些部落居住的古桓水(即白龍江)、古白水(即白水江)以及現(xiàn)在的甘肅岷縣東南的岷江,古代均因有羌族居住而通稱為“羌水”,距今已有2 000多年的歷史。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),位于白龍江流域的南、北秦嶺山地的核桃,無論堅(jiān)果表型、核仁顏色還是其分布區(qū)域均有豐富多樣性,這進(jìn)一步印證了該區(qū)域核桃歷史悠久。另一方面,古“絲綢之路”促進(jìn)了地域貿(mào)易往來,豐富了甘肅核桃的遺傳資源,以隴中西南積石山縣、隴東南張家川縣等為代表的穆斯林自治縣的核桃資源因古樹大樹眾多、性狀各異而最有代表性[18];河西走廊酒泉地方資源當(dāng)?shù)厝朔Q“鐵核桃”,其樹形異于普通核桃且具有典型的新疆早實(shí)核桃特征。這也是甘肅核桃歷史悠久的有力佐證。
表1 初步篩選出的優(yōu)良或特異實(shí)生單株Table 1 Selected good and specific seedling plants
地方資源保護(hù)和調(diào)查收集刻不容緩。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),實(shí)生資源生存環(huán)境脆弱,農(nóng)家資源疏于管理,保護(hù)意識淡漠,隨意損毀現(xiàn)象普遍發(fā)生;多地核桃名木古樹由于缺乏保護(hù)仍處在瀕危邊緣,5年間已有10余株定點(diǎn)跟蹤資源被人為毀失。另一方面,核桃遺傳資源調(diào)查和收集具有長期性,在對收集到的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷補(bǔ)充和完善的同時(shí),對自然保護(hù)區(qū)等未踏足區(qū)域的資源調(diào)查和收集依然任重而道遠(yuǎn)。
核桃遺傳資源是產(chǎn)業(yè)發(fā)展最寶貴、最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[19-20]。通過調(diào)查初步完成了甘肅核桃遺傳資源編目工作,建立起甘肅核桃資源信息庫和優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)本庫。因受時(shí)間所限,種質(zhì)資源調(diào)查和收集只涉及了甘肅省的11個(gè)市州48個(gè)縣(市、區(qū)),調(diào)查結(jié)果存在一定的局限性,對其分析也僅停留在堅(jiān)果表型方面。下一步將在更加系統(tǒng)深入的種質(zhì)資源調(diào)查收集的基礎(chǔ)上繼續(xù)開展相關(guān)研究,建設(shè)優(yōu)良種質(zhì)資源產(chǎn)地和遷地保護(hù)圃,開展種質(zhì)創(chuàng)新研究,加快地方良種和品種選育,為甘肅核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。