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《四川农业大学》 2007年
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核桃种质资源研究

李国和  
【摘要】: 核桃(Juglans regia L.)又名胡桃,系胡桃科(Juglandaceae)核桃属(Juglans),是重要的坚果和木本油料树种,原产中国,是古老的栽培植物之一。核桃种仁营养丰富,含有多种植物脂肪、蛋白质、不饱和脂肪酸、碳水化合物以及磷、钙、铁、钾等矿物元素和维生素B、C和E,是世界传统的坚果食品。研究和评价核桃种质资源的遗传多样性,对进一步探讨核桃的起源、传播和进化,开展种质资源的考察搜集,指导制定核桃资源遗传多样性保存措施、确定核桃资源遗传多样性保护范围和保护地点,合理开发利用核桃种质资源,以及指导核桃优异种质的创新和新品种选育均具有重要意义。因此,本研究以西部,特别是四川省的核桃种质资源材料为主,对核桃种质资源从形态特征、脂肪酸组成、氨基酸含量和分子标记等方面进行了系统评价,其主要结果如下: 1、对160份核桃种质资源的形态多样性研究结果表明,核桃种质资源具有丰富的形态多样性。坚果重量平均值5.82~21.04g,种仁重量平均值3.01~9.55g,种仁比率平均值0.36~0.67,壳厚平均值0.08-0.22cm,坚果宽度平均值2.42~5.17cm、坚果长度平均值2.05~4.19cm、坚果厚度平均值2.58~4.08cm、坚果直径平均值2.45~4.17cm,种仁饱满度平均值1.83~5.1g/cm。160株核桃资源中近圆形和圆球形较多,果面光滑和较光滑较多,横隔膜以革质为主,内褶壁退化与不发达的各占50%,缝合线以低平宽为主,种仁颜色以较深为主,风味以香甜为主,取仁情况以易为主。将27个核桃居群坚果的9个性状进行巢式方差分析,结果表明居群间和居群内差异均达极显著(P<0.01),说明其居群间和居群内存在广泛的变异。居群内的多样性程度大于居群间的多样性,居群间变异系数(CV)的变化范围是7.89%~17.12%,平均表型分化系数(V_(ST))变异范围为22.375%~30.109%,27个居群的平均表型分化系数为23.611%。居群内变异是核桃表型变异的主要部分,其方差分量接近60%。结合多重比较将27个居群按居群内表型变异程度高低分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ共四组,其中Ⅰ和Ⅱ组居群的表型多样性程度高于Ⅲ和Ⅳ组。 2、对不同来源的27个居群(160份)核桃果实的脂肪与脂肪酸含量研究表明,100g核桃仁中脂肪的变化范围为52.5~73.8g,饱和脂肪酸的变化范围为3.76~7.65g,单不饱和脂肪酸的变化范围为7.04~41.81g,多不饱和脂肪酸含量变化范围为21.61~52.88g,不饱和脂肪酸的变化范围为48.03~67.98g,棕榈酸(16:0 Palmitic)的变化范围为2.55~5.82g,棕榈油酸(16:1△9c Palmitoleic)的变化范围为0~0.33g,硬脂酸(18:0Stearic)的变化范围为0.83~2.74g,油酸(18:1△9c Oleic)的变化范围为6.99~41.51g,,亚油酸(18:2△9c,12c linoleic)的变化范围为18.51~47.87g,亚麻酸(18:3△9c,12c,15c linolenic)的变化范围为1.92~8.61g,花生酸(20:0Arachidic)的变化范围为0~0.33g,花生四烯酸(20:4△5c,8c,11c,14c arachidonic)的变化范围为0~0.28g。27个居群160份核桃单株的脂肪与脂肪酸组成在居群间存在极显著差异。P13、P15、P22和P24等4个核桃居群的脂肪与脂肪酸多样性程度较低,其平均变异系数为12.95%。P1、P2、P9和P16等4个核桃居群的脂肪与脂肪酸多样性程度较高,其平均变异系数为26.225%。核桃脂肪与脂肪酸在居群内的多样性程度大于居群间的多样性,居群间变异系数(CV)的变化范围是10.90%~31.93%,平均表型分化系数(V_(ST))变异范围为18.10%~28.60%,27个居群的平均表型分化系数为21.642%。年平均相对湿度、日照时数、7月平均气温、年降水量与核桃脂肪和脂肪酸组成的相关性分别呈极显著(P<0.01),无霜期则呈显著(P<0.05),表明年平均相对湿度、日照时数、7月平均气温和年降水量是影响核桃脂肪和脂肪酸组成的主要气候因子。 3、对不同来源的27个居群(160份)核桃果实的氨基酸含量研究表明,100g核桃仁中氨基酸总量的变化范围为10.07~29.94g,亮氨酸的变化范围为0.74~1.63g,异亮氨酸的变化范围为0.39~0.84g,赖氨酸的变化范围为0.31~0.67g,蛋氨酸的变化范围为0.15~0.53g,苯丙氨酸的变化范围为0.46~0.98g,苏氨酸的变化范围为0.35~0.79g,缬氨酸的变化范围为0.48~1.01g,组氨酸的变化范围为0.23~0.52g,胱氨酸的变化范围为0.15~0.33g,酪氨酸的变化范围为0.32~0.71g,天冬氨酸的变化范围为0.99~2.26g、精氨酸的变化范围为1.52~3.81g,谷氨酸的变化范围为2.09~4.76g、丝氨酸的变化范围为0.55~1.20g,甘氨酸的变化范围为0.56~1.05g,丙氨酸的变化范围为0.43~0.95g,脯氨酸的变化范围为0.35~0.73g。核桃氨基酸组成及总量在居群间存在广泛差异,达到极显著水平(P<0.01)。巢式设计方差分析结果表明,P3、P12、P15、P19、P24和P27居群多样性程度较低,平均变异系数为6.44%;P2、P4、P9、P10、P17和P20居群的多样性程度则较高,平均变异系数为14.22%;总体来说,居群内的多样性程度大于居群间的多样性,居群间变异系数(CV)的变化范围是4.47%~16.89%,平均表型分化系数(V_(ST))变异范围为2.94%~45.05%,27个居群的平均表型分化系数为15.79%。年降水量、七月平均气温、年平均相对湿度与核桃氨基酸的相关性分别呈极显著(P<0.01),大于10℃年积温呈显著(P<0.05),说明年降水量、七月平均气温和年平均相对湿度是影响核桃氨基酸形成的主要气候因子。 4、利用AFLP-银染技术,运用EcoRⅠ/MseⅠ双切酶组合,选用多态性高、分辨力强的4对选择性扩增引物组合E32/M48、E33/M61、E35/M61、E33/M62分别对四川省3个核桃(Juglans regia L.)居群和1个铁核桃(Juglans sigillata Dode)居群共46个样品进行遗传多样性分析、居群遗传结构分析及种属关系探讨。结果表明:(1)共扩增出244个遗传位点,其中146个多态位点,多态率为59.84%;核桃居群组和铁核桃居群的多态性百分率分别为55.33%和52.05%,两个物种遗传多态性水平相当;核桃居群组所检出的位点平均有效等位基因数Ae、Nei's基因多样度H、平均Shannon信息指数Ⅰ分别为1.3229、0.1908、0.2863,而铁核桃居群分别为1.3399、0.1961、0.2898,铁核桃居群遗传多样性水平略高于核桃居群。(2)居群间特异带及居群间共有带占总扩增带数的15.16%,其中铁核桃居群特异谱带最多,居群特异谱带揭示了居群间的遗传差异及相似性。(3)Sharmon信息指数(Ⅰ)、Nei's基因多样性指数(H)、分子方差分析(AMOVA)表明核桃遗传多样性在居群间和居群内的分布分别为14.36%和85.64%,12.6%和87.4%,11.07%和88.93%,表明居群内的遗传多样性大于居群间的遗传多样性;核桃居群组与铁核桃居群的变异主要存在于居群组内,组间的遗传变异仅占总变异的9.35%,两者间的遗传分化系数Gst为0.0935,与AMOVA分析结果一致。(4)四个居群的Nei's遗传距离在0.0382~0.0692之间,遗传一致度在0.9332~0.9625之间,表现出较高的遗传相似性;运用Nei's遗传一致度对供试居群进行了UPGMA聚类,结果表明核桃的三个居群优先聚类,大渡河流域居群与甘南地区居群聚类最近。AFLP所检测出的结果既是核桃与铁核桃生物学特性的反映,又是其各自生态学特性的反映,本研究结果对核桃种质资源的保护和育种提供一定的理论依据。 综上所述,形态特征、脂肪酸组成、氨基酸含量和分子水平的检测结果均证明,核桃种质间存在丰富的遗传多样性。同时,AFLP分子标记检测到较高的多态性,可以作为核桃遗传图谱构建、种质鉴定和分类以及新品种保护的有效工具。结合国内外学者的研究结果,提出了核桃育种的策略,以便充分利用核桃种质资源研究提供的信息,合理开发利用核桃种质资源,有效地进行核桃种质创新和新品种选育。
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