核桃是核桃科(Juglandaceae)核桃属(Juglans)的一种果材兼用树种,也是我国栽培历史悠久、分布广泛、种质资源极为丰富的古老果树。作为造林首选树种,核桃属植物具有极其重要的生态价值。核桃除食用价值外,其树干、枝、叶、花、青皮都有一定的医用和药用价值。但是核桃品种的单一化和树体营养的缺乏加剧了树体抵抗能力的遗传脆弱性,同时国内外市场对核桃的需求量的递增,使得核桃栽培和育种受到广泛的关注。本研究在优化核桃ISSR-PCR分子标记的基础上,对遗传背景复杂的华北山地核桃的居群遗传多样性和核桃属及其近缘种的的亲缘关系进行了研究;开展了华北地区的部分栽培品种的分子鉴定,构建了栽培品种的DNA指纹图谱;同时对该地区核桃矿质营养特性进行了分析,以期为科学保护和合理开发利用华北山地核桃资源提供指导,为科学合理施肥,提高肥料利用率提供参考依据。主要结果如下：1.利用正交设计L16(45)和方差分析对核桃ISSR的PCR扩增体系进行优化,结果表明dNTPs是该扩增体系的主导因子,25μl体系中各成分的浓度分别为0.8 μl dNTPs (10 mM).0.3 μl TaqE (2.5 U/μL)、1.2μl引物(10 μM)、0.8μl DNA模板(30 ng/μL)。通过初筛和复筛,从100个候选引物中筛选出9个多态性好、条带清晰的引物用于供试材料的ISSR分析。引物的退火温度采用温度梯度PCR进行确定。该体系的建立和优化对核桃ISSR标记技术的相关研究提供了技术支撑。2.采用ISSR标记技术,琼脂糖和聚丙烯酰胺两种凝胶电泳方式对华北山地核桃分布区的8个代表性核桃居群138份样品进行遗传多样性和遗传结构分析,结果表明9个引物对其进行PCR扩增,琼脂糖凝胶电泳共检测出多态性位点75个,多态位点百分率(PPL)80.44%,平均有效等位基因数(Ne)为1.4001,平均Nei’s基因多样性指数(h)为0.2390,平均Shannon多样性指数(I)为0.3612;而聚丙烯酰胺凝胶电泳共检测出135个多态性位点,PPL、Ne、h、I分别为83.25%、1.3868、0.2454和0.3818,二者的检测方式对居群遗传多样性参数没有明显的相关性,但聚丙烯酰胺凝胶的遗传多样度较琼脂糖凝胶高。从遗传分化水平看,聚丙烯酰胺凝胶电泳(Gst=0.2979)的居群基因分化度(Gst)较琼脂糖凝胶电泳(Gst=0.1820)高,因此,聚丙烯酰胺凝胶较适合分离ISSR-PCR的括增产物。基于ISSR-PAGE的Nei’s遗传距离,采用UPGMA法进行聚类分析,可以把8个居群分为三大类,即山西黎城(LC)居群、山西盂县(YX)居群和河北涉县(SX)居群首先聚在一起,与山西左权(ZQ)居群和山西汾阳(FY)居群组成第1类,河北涞源(LY)居群和河南林州(HN)居群聚在一起组成第2类,山西古县(GX)居群单独成为第3类。聚类结果与地理来源不完全一致,但与其地方品种的坚果性状相符,反映出华北山地核桃栽培存在着种质交流。3.基于ISSR聚丙烯酰胺标记技术,对核桃属的9个近缘种内36份样品进行多样性分析,结果表明,9个引物共检测到多态性位点57个,平均有效等位基因数(Ne)为1.3293,平均Nei’s基因多样性指数(h)和Shannon多样性指数(I)分别为0.2875和0.4300。基于遗传系数,分别采用Popgene32和NTSYS对9个近缘种问和36个个体进行聚类,二者反映的遗传关系基本一致,即9个近缘种聚为核桃属和山核桃属两大类,其中核桃属内分为3个亚类,分别为核桃组、核桃楸组和黑核桃组,其中地理起源较近的核桃组和核桃楸组首先聚在了一起,后与地理起源较远的黑核桃组聚成了核桃组,此结果与核桃属植物经典分类法相一致。这为种间远缘杂交培育新品种提供了理论基础。4.基于ISSR荧光标记技术,对华北地区的部分核桃栽培品种进行指纹图谱的构建,结果表明,60份供试材料,除金薄香2号和辽核7号外,其余58份样品都具有特征谱带,而2个引物组合鉴别率可达96.72%,表明ISSR荧光标记技术应用于品种鉴别是可行的。60份品种的遗传相似系数范围在0.860-0.938之间,变化幅度较窄,表明了核桃栽培品种间遗传变异较小,有着较近的亲缘关系,这可能是由于大部分栽培品种都是以新疆核桃为亲本实生选育或杂交的后代。对于供试的11份晚实核桃和49份早实核桃而言,并没有显示各自品系的共同条带,且大部分条带被这两个品系所共有,在聚类图中二者没有明显的分开,这说明早实核桃品系和晚实核桃品系的亲缘关系较近。基于特征谱带,建立了60份核桃品种的DNA指纹图谱,这对种苗的纯度鉴定和良种选育提供了最直接的依据。5.对华北地区核桃主栽品种矿质营养特性进行了研究,结果表明①叶片中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn 9种矿质营养元素含量高低依次为：Ca>N>Mg>P> K,Fe>Mn>Zn>Cu;②叶片内矿质元素含量的年变化趋势为：随着物候期的推进,N、P、K三要素含量总体上呈下降趋势;Ca、Mg、Fe、Mn 4元素的含量变化呈波动态增加,总体上前期低后期高;Cu、Zn含量变化有差异但不大。由此可以推断出核桃的养分稳定期为5-7月份；③叶片中9种矿质元素的相关性为：N、P、K三要素含量之间呈极显著的正相关,N、P与Ca、Mg、Mn、Cu间呈极显著的负相关,可以认为三要素间存在增效作用,Ca、Mg、Mn、Cu间有拮抗作用；④元素含量与产量的相关分析表明：肥料三要素在5-7月间均与产量达极显著正相关,相关系数分别为0.819、0.879和0.895(新梢速长期)。利用叶分析指导施肥时,采取叶样的时期应在新梢速长期至果实硬核期之间为宜;⑤在果实膨大期前后进行树体主干补肥对叶片和果实发育有显著的作用。