核桃研究进展

经济林木研究进展
1.1核桃概述
核桃(Juglans regia L.)又名胡桃属于胡桃科(Juglandaceae)核桃属(Juglans)，为胡桃科落叶乔木。

与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名四大干果(郗荣庭和张毅萍,1996)。

核桃是重要的果材兼用树种之一，也是中国重要的出口农产品。

按照FAO (2013)统计数据，2011年，我国种植核桃面积为40万公顷，带壳坚果产量为165.6万吨，占世界核桃总产量的48%，位居世界第一位。

我国核桃育种工作者于20世纪60年代开始实生选种、杂交育种，80年代开始从国外引种，到目前已有超过100个品种在生产中应用。

由于受环境条件限制和品种要求的影响，只有一部分品种被大面积推广，但很少有品种能占到绝对优势。

特别是由于我国核桃产业的迅速发展，种植者不考虑品种的合理配置，生产中栽培品种多而混杂，许多实生繁殖的苗木时常混于其中。

除此之外，由于四川品种间亲缘关系很近，有些苗木很难区分，也是造成品种混杂的原因之一。

品种杂乱、种植中配置又不够合理，造成收获的坚果质量层次不齐、形状各异，加工品质不一，对果实的加工、分选都造成障碍，不仅无力参与竞争，也难以满足市场对核桃品质的需求，建立一种合适的品种鉴定的体系，合理选择生产用的品种尤为重要和迫切。

坚果是核桃种植中最主要的目标产品，在栽培中合理配置品种，选用相同品种或坚果形状相近的品种对果实分选和加工有重要意义。

过去的研究证实在核桃不同基因型坚果特征中(比如：坚果大小、果形、果壳厚度、核仁颜色等)存在丰富的变异(Cosmulescu & Botu,2012)。

而且，坚果形状，也就是内果皮形状，是一种稳定可遗传的特性，能够在种质收集中通用(Trujillo et al.,2014)。

坚果形状特征也己被国际新品种保护联盟(UPOV)作为核桃DUS测试指南中的描述符被应用。

可是，仅用果实是很难区分所有品种，特别是由于许多品种的亲缘关系很近，许多坚果形状十分相近。

因此，需要用一种有效并且明确的遗传指纹作为形态评价的补充来清楚的区分每一个品种。

1.1.1核桃的起源
核桃原产于中亚，包括中国新疆、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和吉尔吉斯斯坦的部分区域，从尼泊尔、中国西藏、印度北部和巴基斯坦的山区往西到阿富汗、土库曼尼亚和印度，再到阿塞拜疆、亚美尼亚、格鲁吉亚和土耳其东部地区
(McGranahan&Leslie, 2012)，在我国的分布遍及南北。

泡核桃起源于云南、四川、西藏等省(自治区)，其中地处云南大理州的漾濞县占有重要位置。

20世纪80年代，有学者对泡核桃分布区考察后发现，在西藏和云南省，特别是澜沧江流域，泡核桃的种质资源也十分丰富，既有野生类型，也有栽培类型，还有半野生状态的中间类型。

在西藏，目前仍存在着许多核桃和泡核桃的原始群落。

1.1.2 核桃的种类
核桃属植物包含23个种，被分为四组，即：核桃组(Section Juglans)、核桃楸组(Section Cardiocaryon)、黑核桃组(Section Rhysocaryon)和灰核桃组(Section Trachycaryon)(郗荣庭,1990)，主要分布在北温带，但对亚热带、热带山地森林气候也有广泛的适应性。

据联合国粮农组织年鉴资料，2011年世界上生产核桃的国家有54个(FAO,2013)。

我国是核桃的原产地之一，现有核桃属植物9个种，其中原产于我国的有5个种，分别为核桃、核桃楸、野核桃、泡核桃和麻核桃；其中广泛栽培的是核桃和泡核桃，种质资源十分丰富，仅《中国核桃种质资源》一书记载的核桃品种、实生农家类型、优良无性系、优良单株和特异种质资源就有223个，泡核桃的47个(裴东和鲁新政,2011)。

1.1.3 核桃的分布
据相关资料显示，目前核桃的分布和栽培遍及世界五大洲中40多个国家及地区，栽培总面积达到200万公顷以上(毅萍,2001)，我们国家作为核桃的原产地之一，除了黑龙江省、上海市、广东省、海南省、台湾省等省市外,全国其他省市地区均有栽培种植核桃，主要产区主要有云南、山西、陕西、河北、甘肃、河南、四川、北京、浙江、贵州、山东、新疆和辽宁省。

分布于中国西南地区(四川、云南和贵州)的核桃属3个种，不仅对世界核桃属植物的起源、系统进化有着重要作用(路安民,1982)，而且对世界核桃属资源的保护和可持续利用也具有重要的作用。

核桃在四川自然分布极为广泛，遍及全省各地，同时也是该省的主要经济树种之一。

1.1.4 核桃的价值
核桃是一种营养价值、药用价值、经济价值以及文化价值都很高的珍奇果木。

其中部分种的坚果具有极高的食用价值而被广泛栽培和利用，其种仁除含脂肪、蛋白质、碳水化合物外，还含钙、磷、铁、胡萝卜素、硫胺素、核黄素和尼克酸等
多种成分(高焕章等,2000)。

有关研究报道(郝艳宾等, 2008)每100g核桃仁中含有蛋白质14.6g-19g，脂肪63g-70g，碳水化合物5.4g-10.7g，钙85mg-108mg，磷280mg-329mg，铁2.6mg-3.2mg，硫胺素0.32mg，核黄素0.11mg，尼克酸1.0 mg。

而且所含的脂肪中有着丰富的必需脂肪酸——亚油酸，以及对人体健康有益的脂肪酸、褪黑激素、生育酚以及抗氧化剂等化合物，具有很高的营养和药用价值，能够有效减缓和预防心脏病、糖尿病、高血压、肥胖症以及抑郁症等疾病的发生(李敏等,2009)。

此外从核桃枝和皮中的提取的化学物质5-羟基-1,4-萘醌又名胡桃醌，研究表明在抗癌、抗菌作用中它起着重要功效的作用。

核桃对于大多数消费者来说主要在于食用核桃仁上，不过现今的核桃市场已不单单在食用核桃仁这一项上，近年来有报道(王丰俊等,2011)一种核桃仁榨油后的残渣，即核桃粕，可以用来作为蛋白原料进行核桃督油的生产，且这种核桃酱油的品质好，这使核桃资源得以充分利用，对于核桃的综合利用未来前景大好,而且核桃酱油的开发也对健全和建立健康的中国调味品市场，有着深远的意义。

核桃壳(王丰俊等,2009)也一度被作为弃物处理，然而有研究发现，用处理过的核桃壳颗粒来制造的过滤器，在石油行业中得到了良好的应用，此外核桃壳颗粒还适用于气流冲洗操作的研磨剂，并且将核桃壳颗粒添加在涂料中，能够增加涂料的鲜活立体感，如若在炸药中添加了核桃壳颗粒还能够增加威力，也可应用于化妆品行业，增加清洁效果。

1.2果树种质资源鉴别技术的研究现状
1.2.1我国果树种质资源的收集保存现状
果树种质资源指的是具有利用价值的果树遗传物质的总体，是植物保存和改良利用的物质基础，包括栽培品种、半栽培品种、野生类型及人工创造的新类型。

人们可以直接利用种质资源创造出新品种，也可以将其作为杂交亲本，进一步综合亲本有力基因来改良现有的植物品种，或做砧木材料间接加以利用，或通过诱变等方法来创造新的基因类型。

大多数果树种质资源是遗传上高度杂合的多年生木本植物，背景极为复杂，许多重要的农艺性状，如产量、品质、抗逆性等，多为微效多基因控制的数量性状。

中国果树资源丰富，是世界上最大的果树原产中心之一，素有“园林之母”的美称，是许多果树种类如海棠果、西府海棠、苹果、沙梨、杜梨、秋子梨、桃、
核桃、泡核桃、柿、山楂、枇杷、猕猴桃、甜橙、中国李、杏、板栗、枣、酸枣、荔枝、龙眼、梅等的原产国或起源中心，是果树种质资源最为丰富的国家之一(慕茜等,2011;任国慧等,2013)。

此外还有不少尚待驯化的栽培果树的近缘种、野生种和砧木资源，以及从世界各地引种的果树资源。

引种的果树资源经过长期的栽培选择，形成了许多适应本地自然和栽培条件的生态类型和地方品种。

中国的果树资源也为世界果树生产发展和品种改良作出了贡献。

如桃、柑橘、杏、梨、甜橙等已经在世界各地栽培，温州蜜柑和中华猕猴桃也已分别在日本和新西兰广泛栽培。

板栗、梨、山樱桃、毛桃、核桃楸等提供了抗病、抗寒育种的材料。

我国果树种质资源工作者经过多年艰苦奋斗，在果树种质资源的评价、利用等方面作出了卓越的成就。

上世纪60年代到80年代的开展了全国性果树资源普查，自1980年开始根据自然区划、树种分布，先后建立了17个国家种质资源圃，包括苹果、梨、葡萄、桃、柿、核桃、草莓、龙眼等重要果树的种质圃，以及专门保存珍贵少有果树类型的公主岭寒地果树圃和新疆名特果树圃等，截止2008年底，17个国家种质资源圃共保存种质14 720份，其中郑州葡萄、桃圃保存1777份，保存份数最多；泰安核桃、板栗圃保存种质741份(王力荣,2012)，到2013年底，泰安核桃、板栗圃已保存来自全国各地以及日本、美国等国家核桃属种质资源10个种的375份种质资源(刘庆忠和陈新,2014)。

随着经济的发展，又不断的选择和创造出许多果树新品种。

它们不仅是果树生产和科研的物质基础，还是果树产业可持续发展的前提和保障。

为了保护我国名、优、特种质及育种者的知识产权，加强和规范果树苗木市场管理，更好的利用已有资源,建立有效种质鉴别和品种鉴定评价体系十分必要。

从直观的形态学观察到细胞学和分子水平的检测，许多方法被成功应用于果树种质资源的起源、演化、分类和品种鉴定中。

1.2.2果树种质资源的传统鉴定方法
形态学性状是植物最直观的可以进行描述的外部特征，通过比较植物学形态特征的差异来达到种质鉴定的目的。

因为方法操作简单，依据所研究树种的最显著的形态特征如叶、花、果等进行区分、分类和命名，我国果树种质资源的评价主要停留在表型性状上。

形态性状特别是营养器官容易受到环境变化的影响，而且由于受育种亲本的限制，许多新品种形态上愈加相似，无法用形态学方法对品种进行鉴定，也就不能进行品种纯度的检测。

依据果实特征差异的品种鉴定要等到果
树结果之后，周期较长，所以形态学标记已经难以满足对越来越多自然选育和人工培育的果树品种进行鉴定的要求(王国荣和吴府胜,2007)。

细胞学鉴定利用染色体核型分析，实验条件相对简单，尤其是结合分带技术可以揭示出大量染色体结构的变异，但是由于染色体制片技术和分辨率的限制，核型分析在种的分类中应用较多，穆英林和郗荣庭(1988)根据核型特点，将供试的核桃属7个种分为三组，并讨论了组间及组内进化的亲缘演化关系。

但将核型分析应用于品种鉴定还有一定的难度，尤其对于大多数具有小染色体和结构差异较小的果树来说，染色体核型分析还不足以达到进行品种鉴定的目的(宋婉,2000)。

孢粉学鉴定主要根据植物花粉的形状、花粉的长宽比、花粉孔的大小和数量、花粉壁形状、花粉壁厚等对果树种、品种分类鉴定的方法。

花粉的形态特征因为受植物基因型控制不被外界条件影响，结果比较稳定。

该方法已成功用于桃(汪祖华和周建涛,1990)、板栗(谢治芳等,2006)、核桃(任列花等,2005)等果树的分类和品种鉴定中。

但是实验条件和花粉制备方法不同会对鉴定的结果有影响，造成同一品种的花粉粒之间会存在个体差异，还会因为败育等影响造成花粉粒干瘪，所以以个别花粉形状的差异，作为鉴定依据，有时并不可靠，必须结合其它指标进行评定。

等位酶进行果树资源鉴定曾受到广泛的关注，其研究几乎涉及所有种类的树种，取得的结果也较为理想。

但等位酶活性会受时空影响，在植物的生殖、发育的不同阶段会有差异，而且在非正常生长环境或逆境的条件下，可以诱导植物合成新的特异性蛋白，导致酶谱的改变，用于果树种质资源鉴定中，显然是有缺陷的。

除此之外，由于果树的生长周期较长，并且长期通过嫁接等无性方式繁殖，加上不同地域间的相互引种，造成果树中同名异物和同物异名现象十分普遍，这更为果树品种的鉴定和分类增加了难度。

因此，DNA分子标记一经发现，因为反映核苷酸水平的差异，不受发育阶段、组织差异以及环境条件影响，且变异丰富等众多优势，很快的应用于果树种质研宄的方方面面。

1.2.3分子标记在果树种质资源鉴定中的应用
RFLP标记在品种鉴定中的应用最早，但RFLP操作相对麻烦，因此RAPD一诞生，因为简便迅速、不受种属限制、有众多的随机引物可供筛选使用，很快成为品种鉴定的常用手段。

RAPD标记已成功地应用于桃、杏、李、樱桃、梅、草莓、
猕猴桃、苹果、香蕉、橄榄、梨、葡萄、番木瓜、芒果、无花果等多种果树上(薛淮等,2003)。

而于华平等(2009)对RAPD技术在鉴定果树品种中的科学性进行了技术上的验证与分析得出，不同果树中RAPD引物体现出谱带清晰度以及数量等方面的特点不同：碱基数为9、10与11的引物在杏、桃、李和梅上的多态性较高且谱带清晰，苹果、梨和葡萄更适合应用11个碱基的引物。

在目前已有的分子标记中，SSR因其高度的多态性和可重复性高，被越来越多的用于果树旳种质资源鉴定中。

Kimura等(2002)用9个SSR标记区分了6个梨属的60个基因型，Galli等(2005)用6个SSR标记区分了66个苹果品种，Cheng 和Huang(2009)用7个SSR标记区分了中国32个桃品种，每个品种都有独一无二的SSR指纹，可见SSR技术在用于果树品种鉴定中的有效性。

为了迅速并可靠的进行品种鉴定，Aranzana等(2001)利用AFLP和SSR两种多态性标记，对100个桃品种进行鉴定，其中9个引物组合的40个AFLP标记可区分97个基因型，7个SSR标记的32个等位基因可以鉴别78个基因型，如果将两种标记结合则可以鉴定99个基因型。

由此可见，DNA分子标记无疑为果树种质鉴定提供了一种强有力的技术。

除此之外，它们在遗传研究和果树生产中也有非常广泛的实际应用。

UPOV已将DNA分子标记鉴定纳入农作物品种DUS测试内容，并在分子生物学技术(BMT)测试指南草案中，将构建DNA指纹数据库所使用的标记方法确定为SSR和SNP。

其中，SSR标记因具有多态性高、重复性好、共显性优点，被UPOV生物化学和分子技术工作组验证为植物新品种保护最广泛应用的标记体系(张靖国等,2014)。

但值得注意的是，由于不同的育种机构保存、繁殖和选育标准的差别，有些同名品种间，无论在形态上还是在DNA指纹上，都存在一定的差异，这给用DNA指纹鉴定的一致性也造成了困难(滕海涛等,2009)。

近5年，研宄者综合不同标记系统，主要将形态学标记和生化标记、分子标记结合起来使用，综合的评判种质资源的多样性以及品种的分类。

特别是形态学同DNA分子标记技术的结合，为种质资源提供了更为客观的评价。

Malvolti等(2010)结合ISSR标记、种子形态特征(果形指数和单果重)和果实成分(总油、脂肪酸和维生素E)分析意大利十个不同地区的核桃种质，用基因分型的结果与形态学和果实生化分析的结果相互印证，认为坎帕尼亚的丘陵地区和阿布鲁佐的山
区的基因型具有不同的遗传、形态和生化特征，是优异的育种的资源。

Ebrahimi 等(2011)用形态学指标和SSR标记分析了35个核桃基因型，认为伊朗的基因型SSR位点和形态学特征都具有很高的多样性。

Trujillo等(2014)用33个SSR标记和11个内果皮特征对世界油橄榄资源库中的499份材料进行的区分，结果显示在鉴定的332个品种中验证了200个，它们有独一无二的SSR基因分型和内果皮特征。

Fendri等(2010)也用SSR标记结合内果皮特征对突尼斯油橄揽资源圃的种质资源进行了区分。

类似的研宄在其它果树也被开展(Ganopoulos et al.,2011)。

分子标记具有众多的优越性，但它们不能预测是否不同基因型之间存在形态学或农业性状的差异。

因此，分子标记只能作为形态学的重要补充，在植物新品种DUS测试中应用(Gunjaca et al., 2008)，这充分说明将不同标记系统结合来评价种质资源是顺应科学发展的新思路。

1.2.4果树核心种质的鉴定与评价
果树种质资源在长期自然选择和人工引种栽培过程中，形成了丰富的种质资源。

随着生产技术水平的提高，人们越来越注重种质资源的收集和保存，急切的想要保护因垦荒造地、丘陵山坡开荒等，导致流失甚至濒临灭绝的资源。

加之各国各地资源不断积累交换，种质资源数量也急剧增加。

大量的种质资源在为果树品种选育提供丰富的遗传基础的同时，也在一定程度上给种质资源的收集、评价、研究和利用带来了困难。

如何对其保存、更新和鉴定，从丰富的种质资源中快速、准确地鉴定出育种上迫切需要的优异基因，对其进行创新和有效利用。

Brown (1989)提出的核心种质的概念，为种质的保存、评价和利用提供便利。

它用一定的方法选择种质总保存资源中最小的资源数量和遗传重复性，最大程度地代表整个遗传资源的多样性(Brown,1989)。

目前，在许多果树上已开展了核心种质构建工作，并取得了一定进展。

比如在苹果(刘遵春等,2010; 2012)、桃(沈志军等,2013)、核桃(王红霞等,2013)、橄榄(Belaj etal.,2012)等树种中都己建立了核心种质。

但其中大多数都停留在初期核心种质阶段，且多是用DNA分子标记统计分析并抽样，没有专用的果树核心种质的基地。

只有少数树种运用了多种评价、鉴定方法相结合的方式进入了更高的层次的核心种质，如苹果(刘遵春等,2012)整合农艺性状和分子标记数据构建核心种质，所得的结果可能更具有利用价值。

1.3 核桃种质资源研究
1.3.1我国核桃属植物资源多样性
我国是世界上核桃属遗传多样性最为丰富的国家之一，蕴藏着众多优良基因源，如抗病、抗虫、抗逆、高产、优质等(郗荣庭和张毅萍,1992)。

特别是新疆、西藏产区，核桃种质资源十分丰富，存在大量的野生种及栽培种类型，且栽培地域十分广泛。

严兆福和尚新业(1987)早期对新疆核桃进行分类时发现，新疆核桃种内类型多样，包括薄壳、厚壳、早熟、晚熟、早实、晚实、麻面、小果等多样类型；种群内核壳厚薄、熟期早晚以及童期长短都包括多种类型；在早实核桃类群中，喀什、和田两地区的早实株数占该区总株数5%左右，阿克苏地区的占该区总株数15%左右，乌什县稍多。

郝艳宾(2008)用53个表型数据对核桃资源的起源、植物学特征、生物学特性等性状进行描述，构建了50份核桃资源的种质资源库；根据资源实用性、代表性、多样性等原则，筛选出‘薄壳香’、‘香玲’、‘辽宁5号’和‘北京746’4份优异核桃资源。

曾斌等(2013)利用SSR评价，认为新疆核桃的遗传多样性水平较高，并揭示了新疆核桃属植物的遗传变异、群体扩散及其地理系统发育进化等方面的规律，认为在进行遗传多样性保护和种质资源的保存时，应充分重视群体内不同类型个体的保存，同时也要在分布区不同区域内保存不同的群体。

由于我国核桃分布地域广阔，品种类型繁多，许多特异的种质资源在逐步的研究中被发掘出来，比如分布于我国陕西省的串子核桃，耐寒、抗晚霜、青果以串状着生；红瓤核桃因其坚果核仁皮色为鲜红而得名；三棱核桃有3条缝合线；五蕾核桃青果聚集成簇状着生；乌米核桃仁皮为黑褐色；橡子核桃坚果特小、似橡子。

还有一些如鸡蛋皮核桃、尖尖核桃、尖尾巴核桃、尖嘴核桃、露仁核桃、圆核桃、纸皮核桃等极为形象的描述了其坚果的特点。

这些复杂的名称，形象的反映了我国核桃品种类型的多样性，以及丰富的种质资源。

但是以植物特征进行的命名，造成许多种质同名异物或同物异名，这给核桃种质资源的收集、保存和评价都带来一定的困难。

因此，建立简单有效的核桃种质资源的分类和鉴定方法，对核桃资源的利用和新品种选育十分必要。

1.3.2 核桃种质创新
核桃主要育种途径有实生选种、引种和杂交育种。

引种主要受品种本身适应能力，特别是生态环境条件的影响，但成本低操作简单；而杂交育种则由于核桃树树体
大，不易操作，需要很大的人力、物力，而且周期长，见效慢，但杂交育种可把双亲的优良特性综合在一起，可以针对特定的性状进行育种，因此仍然是核桃品种改良的重要手段。

以美国的核桃育种为例，加州大学戴维斯分校从1948年开始进行核桃育种，实生选育了‘Ashley’、‘Chico’、‘Chandler’、‘Howard’、‘Sunland’、‘Hartley’等早实、丰产品种。

近年来，通过人工控制授粉，又培育了产量高、抗病性强、仁色浅、熟期早的三个品种‘Sexton’、‘Gillet’、‘Forde’，并应用杂交和回交的方式培育抗病及抗线虫品种(McGranahan& Leslie, 2004)。

特别有成效的是种间杂交种‘奇异核桃’的培育，它以北加州黑核桃为母本，以核桃为父本通过自然杂交获得种子后而得到的，到目前为止，在很多试验表明奇异核桃的杂种生长势强于纯种，并对核桃黑线病有明显的抗性，不但是优良的砧木类型，还是优秀的用材用品种。

波兰、捷克、保加利亚等国家也主要是通过实生选种培育新品种，他们首先进行资源调査，然后从中选出优株、优系，鉴定后予以推广(郗荣庭和张毅萍,1992)。

西欧国家如西班牙、法国等国主要是对美国选育出的品种进行引进、试验并进行推广，比如西班牙通过对核桃品种‘Serr’的实生后代进行筛选，选育出了抗根癌农杆菌的砧木类型(Frutos et al., 2004)。

在我国，从1959年新疆早实核桃被引入北京地区后，全国许多省份开始引种新疆核桃，并在其实生后代中选育早实丰产的核桃良种。

中国林业科学研究院、辽宁经济林研究所、山东省农科院果树所等单位还先后将新疆核桃与当地核桃杂交育种，培育出了‘中林1号’、‘中林5号’、‘辽宁1号’、‘香玲’、‘鲁光’等良种。

林业部1989年鉴定的我国北方地区16个早实核桃新品种中，约80%与新疆核桃有渊源，其中有3个品种是新疆直接选送的，另有10个品种是其他省份从新疆核桃的实生后代中选育或利用新疆核桃为亲本或亲本之一与当地核桃杂交培育的。

方文亮等(1991)在国内率先开展种间杂交，用泡核桃与新疆早实核桃进行种间杂交，获得了早实、丰产、优质和抗病的云新系列新品种5个。

这些新品种的培育为推动我国核桃良种化奠定了坚实的基础。

近年来，随着核桃产业的迅速发展，不同省份间的种质资源交流也更加频繁。

此外，通过基因工程技术改良进行核桃遗传改良也是一条有效的途径。

汤浩茹等(2001)通过根癌农杆菌C58CIATHVRif R介导法，将哈兹木霉几丁质酶ThEn-42基因导入核桃体细胞胚，获得了遗传转化的核桃植株。

方宏筠和王关林(2000)以。