Analysis of Dynamic Changes of Oil and Mineral Nutrients in Pecan at the Late Stage of Fruit Development

取样地位于浙江省建德市更楼街道洪宅村营建的12年生薄壳山核桃无性系测定试验林内，试验林株行距6 m×6 m，地理位置为29°28′ N，119°23′ E，海拔100 m，年均气温16.7℃, 无霜期254 d，年降水量1 500 mm，土壤为紫砂土，属中亚热带北缘季风气候带。

采用生产上栽培面积较大的薄壳山核桃品种‘马罕’和‘28号’为试验材料，选取13年生、生长健壮、无病虫害的‘马罕’和‘28号’品种进行定株采样，从树冠外围中部取样，果实要求无病虫害、大小基本一致。取样时间为2016年9月7日、9月14日、9月19日、9月25日、9月30日和10月9日，共6次，每次取样30个，重复3次。果实洗净后采用游标卡尺分别测定果实大小，采用电子天平称量果实总鲜质量，将果实青皮、坚果果壳在105℃下杀青30 min，同种仁在55℃下烘至恒质量，采用电子天平分别称量其干质量，粉碎过筛分别密闭于样品袋中，用于分析测定粗脂肪含量和氮、磷、钾、钙等营养元素含量。单个青果鲜质量=青果总鲜质量/果实个数，单个青果干质量=(种仁干质量+果实青皮干质量+坚果果壳干质量)/果实个数。

粗脂肪含量按照GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的测定》方法测定，脂肪酸甲酯参照GB/T 17376-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯制备》和GB/T17377-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析》方法测定，采用凯氏定氮法测定N含量，钼蓝比色法测定P含量，原子吸收分光光度法测定K、Ca含量。

所有数据采用Excel 2007、DPS 14.5数据处理软件进行统计分析。

测定结果表明：薄壳山核桃不同品种果实发育后期果实长度、宽度均呈现出缓慢上升的趋势，从9月7日至10月9日，‘马罕’品种青果长度和青果宽度分别增加16.56%和32.42%，‘28号’品种青果长度和青果宽度分别增加17.33%和20.70%(图 1)。果实发育后期，薄壳山核桃不同品种果实干质量均呈现缓慢上升的趋势，‘马罕’品种青果鲜质量表现出缓慢上升的趋势，‘28号’品种青果鲜质量在9月25日达到最大，随后又缓慢下降；10月9日‘马罕’品种青果鲜质量和青果干质量分别是9月7日的1.85倍和2.85倍，10月9日‘28号’品种青果鲜质量和青果干质量分别是9月7日的1.49倍和2.21倍(图 1)。

Figure 1.  Changes of fruit size and weight at the later stage of fruit development of pecan

试验结果(表 1)表明：果实发育后期薄壳山核桃品种‘马罕’和‘28号’种仁粗脂肪含量极显著提高(p﹤0.01)，2品种10月9日的含量比9月7日的分别增加47.71%和31.78%。随着果实不断发育成熟，脂肪酸组成也发生变化，油酸含量基本表现出不断上升的趋势，9月7日‘马罕’和‘28号’品种油酸含量分别为59.40%和53.90%，到10月9日，油酸含量分别提高至76.50%和71.70%；亚油酸和亚麻酸含量变化两参试品种间也表现出不同，‘马罕’品种表现出先增加后减小，而‘28号’品种亚油酸和亚麻酸含量则表现出先下降后增加；顺-11-二十碳烯酸含量较小，在果实发育过程中其变化也不大；两参试品种硬脂酸含量变化动态存在一定的差异，‘马罕’品种先小幅下降后又小幅提高，而‘28号’先提高后又小幅降低；两参试品种花生酸与棕榈酸含量都表现出随着果实发育逐步降低的总趋势，但‘28号’品种的棕榈酸含量后期出现了小幅上升。综合2个薄壳山核桃品种的饱和与不饱和脂肪酸总量的变化动态可以看出，两参试品种不饱和脂肪酸总量均表现出逐步增加的趋势，而饱和脂肪酸总量则表现出逐步降低的趋势，9月7日到10月9日，‘马罕’品种不饱和脂肪酸总量由77.90%增加到91.70%，饱和脂肪酸总量由20.80%降低至8.30%，‘28号’品种不饱和脂肪酸总量由87.10%增加到91.40%，饱和脂肪酸总量由12.90%降低至8.60%。

由表 2可以看出：矿质元素在薄壳山核桃果实种仁、青皮和坚果壳中的含量和分布不同，氮、钾元素含量相对较高，钙和磷元素次之。种仁中氮、磷元素的含量较青皮和坚果壳中高，种仁与青皮中的氮、磷元素含量随着果实成熟期的延长呈现出逐渐降低的趋势，而坚果壳中的氮、磷元素含量表现出先降低后升高的趋势；在果实发育前期种仁和青皮中的钾元素含量较高，后期坚果壳中钾元素含量较高，种仁中钾含量表现出逐渐降低的趋势，青皮中的钾含量表现出先升后降的趋势，坚果壳中钾含量则表现出先缓慢降低后又极显著升高的趋势；钙元素在青皮和坚果壳中含量较高，种仁中钙元素含量相对较低，在果实发育过程中，钙元素未表现出规律性变化。

薄壳山核桃果实发育到10月9日，其种仁、青皮中的氮、磷、钾元素含量均显著降低，如与9月7日取样测定结果相比，10月9日采收的‘马罕’品种果实种仁中氮元素含量由17.60 mg·g^-1下降到12.40 mg·g^-1，青皮中氮元素含量由7.04 mg·g^-1下降到3.09 mg·g^-1，种仁中磷元素含量由3.63 mg·g^-1下降到2.56 mg·g^-1，青皮中磷元素含量由1.07 mg·g^-1下降到0.42 mg·g^-1，种仁中钾元素含量由15.86 mg·g^-1下降到3.82 mg·g^-1，青皮中钾元素含量由14.20 mg·g^-1下降到3.29 mg·g^-1；坚果壳中氮、磷、钾元素含量均显著增加，果实发育末期采收的‘马罕’品种果实坚果壳中氮、磷、钾元素含量分别是果实发育初期的1.45、1.62和10.60倍；与果实发育初期相比，果实发育末期果实种仁、青皮和坚果壳中钙元素含量均极显著降低，分别由3.67、10.15和10.15mg·g^-1下降到0.41、4.45和2.63 mg·g^-1。

果实发育后期，薄壳山核桃不同品种果实种仁中油脂含量的合成与积累和矿质元素含量(氮、磷、钾和钙)呈显著或极显著负相关(表 3、4)，‘马罕’品种种仁中粗脂肪含量与钾元素和钙元素相关度较高，相关系数分别为-0.948 9和-0.979 4，‘28号’品种种仁中粗脂肪含量与钾元素和磷元素相关度较高，相关系数分别为-0.977 3和-0.955 1；‘28号’品种不饱和脂肪酸含量与氮、磷、钾和钙元素含量均表现出极显著负相关，饱和脂肪酸含量与氮、磷、钾和钙元素含量表现出极显著正相关；‘马罕’品种不饱和脂肪酸含量与氮、磷、钾和钙元素含量均表现出负相关，其中，与钾元素含量表现出显著负相关，与钙元素含量表现出极显著负相关，饱和脂肪酸含量与磷、钾元素含量表现出显著正相关，与钙元素含量表现出极显著正相关。

薄壳山核桃果实发育后期(9月7日至10月9日)，本研究2个参试无性系果实大小均呈现继续缓慢上升的趋势，与陈文静等^[10]及贾晓东等^[21]的研究结果基本一致，说明薄壳山核桃果实发育后期其果实形态大小还依然在增长，但贾晓东等^[21]在对‘波尼’品种青果长度观测中发现，在果实发育后期又出现略微下降的趋势，这可能是果实完全成熟后的果壳出现缩水引起的缩减；相对于果实形态大小的变化，2个参试无性系在果实发育后期其质量增加幅度较大，陈文静等^[10]、贾晓东等^[21]对其他品种的研究也得出了相似的结果，说明薄壳山核桃果实发育后期是果实质量增长最快的时期。

在果实发育后期(9月7日至10月9日)，2个参试品种的粗脂肪含量总体呈持续快速增加态势，与陈文静等^[10]对薄壳山核桃果实脂肪酸的积累研究结果一致，说明果实发育后期是薄壳山核桃油脂积累的关键阶段，但在本研究中发现‘马罕’品种粗脂肪含量从9月30日至10月9日出现了小幅下降，这与贾晓东等^[11]、袁紫倩^[12]等研究结果一致，出现这一现象是否与品种自身相关有待进一步研究。果实发育后期也是油脂组份转化的关键时期^[22]，薄壳山核桃脂肪酸组成比例在果实发育后期也在发生变化，油酸、硬脂酸含量表现出不断上升的趋势，但硬脂酸含量上升幅度相对较小，说明薄壳山核桃种仁脂肪积累过程中积累的脂肪酸是油酸。本研究发现，‘马罕’品种亚油酸和亚麻酸含量表现出先增加再减小的趋势，而‘28号’品种亚油酸和亚麻酸含量则表现出逐步下降的趋势，说明2个主要的不饱和脂肪酸变化在品种间存在差异；研究发现，果实发育后期不饱和脂肪酸总量逐步增加，饱和脂肪酸总量逐步降低，不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸含量变化表现极显著负相关，说明随着果实发育成熟，存在饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸转化的现象：脂肪酸以糖代谢的中间产物乙酰辅酶A为底物，在脂肪酸合成酶系的作用下首先合成棕榈酸，然后碳链延长2个碳原子转变为硬脂酸，由硬脂酸去饱和转变为油酸，油酸脱氢去饱和转变为亚油酸，亚油酸脱氢去饱和转变为亚麻酸^[22-25]。

本研究发现，‘28号’品种不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸与矿质元素含量均表现出极显著相关性，‘马罕’品种不饱和脂肪酸含量与钾元素含量表现出显著负相关，与钙元素含量表现出极显著负相关，饱和脂肪酸含量与磷、钾元素含量表现出显著正相关，与钙元素含量表现出极显著正相关，说明薄壳山核桃果实发育后期油脂的积累与氮、磷、钾、钙元素的含量具有相关性。在藻类^{[8, 26-27]}研究中普遍认为，氮缺乏会导致微藻细胞内大量积累油脂，在缺氮情况下藻细胞形成的蛋白质量减少，硅藻光合作用形成的能量物质有可能更多地转向合成油脂，这可能是因为氮元素缺乏对藻类是一种环境胁迫，它刺激藻类启动抗逆生理反应，即通过过量积累油脂来度过不利环境。本文也表现出与藻类一致的规律，不同薄壳山核桃品种种仁粗脂肪含量与氮元素含量均表现出显著负相关，随着氮元素含量的减少，种仁粗脂肪含量不断增加，这也与贾晓东^[4]等研究结果一致，在脂肪的形成过程中，蛋白质和可溶性糖等营养物质转变为脂肪，使种仁脂肪含量不断增加。因此，可借助分子生物学的研究方法，深入了解薄壳山核桃油脂形成及转化机理，为提高油脂含量、改善油脂品质提供理论依据。

果树的正常生长需要大量的钾，钾主要集中在植物最活跃的部位，缺钾使淀粉与脂肪酸无法合成^[13]。本试验结果表明，从果实发育初期9月7日到9月19日，薄壳山核桃果实种仁、青皮中钾元素含量相对较高，坚果壳中钾含量相对较低，种仁与坚果壳中钾含量逐渐降低，而青皮中钾元素含量不断升高至最高值，从9月19日到10月9日，果实种仁中钾元素含量继续降低，青皮中钾元素含量开始降低，而坚果壳中钾元素含量开始急剧增加至最高值，可见薄壳山核桃果实中的钾元素在种仁、坚果壳和青皮间存在转运，这与核桃^[13]、油茶^[22]研究结果一致，这可能是因为青皮与坚果壳是较为活跃的生理部位，钾元素含量的增加，能促进糖分的转化和运输，使光合产物迅速运输到种仁中转化为油脂。

磷是构成生物体的重要元素之一，与作物体内脂肪代谢密切相关，是脂肪合成不可缺少的营养元素。磷在薄壳山核桃果实种仁中的含量，远高于果实青皮和坚果壳中的含量，在果实发育后期果实种仁中磷元素含量不断下降，也可能与油脂合成消耗了部分磷元素有关，这与油茶^[22]、核桃^[28]研究结果一致。本试验结果表明，磷元素含量与薄壳山核桃种仁粗脂肪含量、不饱和脂肪酸含量呈负相关，与饱和脂肪酸含量呈正相关，可见磷元素含量可以影响薄壳山核桃果实脂肪酸含量及组成。在藻类^[29-30]研究中认为，磷含量显著影响细胞内多不饱和脂肪酸的含量，主要是因为细胞中的多不饱和脂肪酸多以极性脂肪酸的形式存在(如磷脂)，低磷浓度限制了藻类的生长，却有利于总脂的提高，因此，可以设法通过控制对磷元素的吸收来改善薄壳山核桃果实脂肪酸含量及比例。钙是偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使，当植物受到低温、盐渍、高温及厌氧等逆境胁迫时，能够参与植物对胁迫的应答，从而提高植物的抗性^[31-32]。本试验结果表明，不同薄壳山核桃品种钙元素含量与粗脂肪含量、不饱和脂肪酸含量呈显著负相关，与饱和脂肪酸含量呈极显著正相关。在胁迫条件下，对草莓(Fragaria × ananassa Duch.)叶片^[32]、大豆叶片膜脂^[33]脂肪酸含量及组成研究认为，钙处理可以影响其脂肪酸含量及组成比例，钙对膜脂的这种影响，增加了膜流动性，从而提高了植株的抗胁迫能力。在正常抚育管理措施下，钙元素含量在薄壳山核桃果实油脂积累过程中的作用，还有待于进一步研究与探讨。

薄壳山核桃果实发育后期，果实大小与干质量均呈现出缓慢上升的趋势，不同品种果实鲜质量变化趋势略有不同，‘马罕’品种青果鲜质量表现出缓慢上升的趋势，‘28号’品种青果鲜质量先达到最大，随后又缓慢下降。果实发育后期是薄壳山核桃油脂积累的关键时期，粗脂肪含量和脂肪酸组成均发生变化，不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸表现出极显著负相关，不饱和脂肪酸总量逐步增加，饱和脂肪酸总量逐步降低，存在饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸转化趋势。薄壳山核桃不同品种果实发育后期油脂积累和氮、磷、钾、钙元素的含量存在显著或极显著相关性，这些矿质元素可能在薄壳山核桃种仁油脂积累和脂肪酸转化中发挥作用。