菠蘿果實(shí)香氣成分多樣性研究

魏長(zhǎng)賓 劉勝輝 陸新華 吳青松 孫光明

摘 要 對(duì)12份菠蘿品種的果實(shí)香氣成分采用聚類分析和主成分分析方法進(jìn)行多樣性研究。結(jié)果表明：不同品種菠蘿果實(shí)香氣成分種類含量變化差異較大，聚類分析在相關(guān)系數(shù)距離19時(shí)，分為4個(gè)類群；主成分分析顯示120種揮發(fā)性成分簡(jiǎn)化得到3個(gè)主成分包含27個(gè)香氣成分，綜合得分顯示密寶菠蘿最高。本研究結(jié)果可對(duì)菠蘿果實(shí)香氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，有助于加快菠蘿選育種進(jìn)程。

關(guān)鍵詞 菠蘿；香氣成分；多樣性；主成分分析

中圖分類號(hào) S668.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Aroma Volatile Compounds Diversity Analysis of Pineapple Fruits

WEI Changbin1，LIU Shenghui1，2，LU Xinhua1，2，WU Qingsong1，2，SUN Guangming1，2*

1 South Subtropical Crop Reseaech Institude， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences /

Key Laboratory of Tropical Fruit Biology， Ministry of Agriculture， Zhanjiang， Guangdong 524091，China

2 Pineapple Germplasm nursery（Zhanjiang）， Ministry of Agriculture， Zhanjiang， Guangdong 524091，China

Abstract The diversity of aroma volatile compounds from 12 pineapple varieties were studied. Cluster analysis and principal component analysis were used to evaluate the experimental results. A high variability of aroma volatiles compounds were found among 12 pineapple varieties. Cluster analysis showed that these pineapple varieties were separated into four groups when correlation coefficient distance was 19. Principal component analysis suggested 120 compounds identified could be simplified to 3 components including 27 compounds， and Mibao variety reached the highest comprehensive score. The results had a certain applied value for assessing aroma qualities and improving the breeding process of pineapple.

Key words Pineapple；Aroma volatile compounds；Diversity；Principle component analysis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.02.032

菠蘿[Ananas comosus（L.）Merrill] 屬于鳳梨科（Bromeliaceae），鳳梨屬（Ananas Merr.）多年生單子葉常綠草本植物。菠蘿是一種重要的熱帶經(jīng)濟(jì)水果，主要分布在泰國(guó)、菲律賓、巴西、印度尼西亞、哥斯達(dá)黎加、中國(guó)、印度、尼日利亞、墨西哥和越南等國(guó)家和地區(qū)。中國(guó)是世界菠蘿生產(chǎn)大國(guó)之一，近年來(lái)引進(jìn)不少優(yōu)良菠蘿品種，有必要進(jìn)行種質(zhì)評(píng)價(jià)和利用研究。

構(gòu)成果實(shí)風(fēng)味的香氣成分主要取決于果實(shí)種質(zhì)、品種、栽培措施等因素，產(chǎn)生于果實(shí)發(fā)育期間、采收和保存過(guò)程。種菠蘿果實(shí)揮發(fā)性成分報(bào)道已有380鐘， 但是僅有一小部分有助于菠蘿的香氣[1]。果實(shí)香氣作為菠蘿的重要品質(zhì)指標(biāo)之一，已在品種[2-3]、種植區(qū)域[4-5]、成熟時(shí)期[6]、果實(shí)成熟過(guò)程[7-8]、貯藏條件[9]和果實(shí)部位[10-11]等方面的研究較多。菠蘿果肉的凍融處理導(dǎo)致香氣成分的減少[12]。Steingass等[13]研究了菠蘿成熟期和運(yùn)輸方式對(duì)菠蘿香氣的影響，指出完熟采收空運(yùn)的菠蘿δ-辛內(nèi)酯， γ-內(nèi)酯類等香氣濃郁，而綠熟期采收海運(yùn)的菠蘿的乙酯、乙酸酯、乙酰氧基酯成分含量增加。Pickenhagen等[14]報(bào)道菠蘿香氣成分最多的是酯類，特別是己酸乙酯和己酸甲酯含量很高，形成菠蘿的特征香氣。

一些學(xué)者已經(jīng)從形態(tài)、產(chǎn)量和外觀品質(zhì)、精細(xì)化學(xué)成分、礦質(zhì)元素、糖酸組分、酚類物質(zhì)等方面對(duì)菜用大豆、大花紅景天、新疆野蘋果、野生櫻桃李等方面對(duì)植物的遺傳多樣性進(jìn)行了研究[15-18]。野生櫻桃李、新疆野蘋果和秋水梨的果實(shí)揮發(fā)性化合物的遺傳多樣性也有研究[17，19-21]。劉衛(wèi)國(guó)[22]、竇每安等[23]從分子水平上研究了菠蘿種質(zhì)的遺傳多樣性，但尚未有菠蘿果實(shí)香氣成分的多樣性研究。研究菠蘿果實(shí)香氣成分的多樣性，旨在探討各品種果實(shí)香氣成分的差異，有助于為菠蘿種質(zhì)資源評(píng)價(jià)、挖掘和利用及新品種選育等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

12個(gè)菠蘿品種采自農(nóng)業(yè)部湛江菠蘿種質(zhì)資源圃，包括金菠蘿、Phetchaburi#1、Fresh Premium、冬蜜（臺(tái)農(nóng)13號(hào)）、蘋果（臺(tái)農(nóng)6號(hào)）、無(wú)刺卡因（無(wú)吸芽）、無(wú)刺卡因、昆士蘭卡因、New Puket、神灣、金鉆（臺(tái)農(nóng)17號(hào)）、密寶（臺(tái)農(nóng)19號(hào)）。

1.2 方法

1.2.1 前處理方法 每個(gè)品種選取成熟期一致（果實(shí)基部2～3層小果呈現(xiàn)黃色，成熟度9成左右）的5個(gè)果實(shí)， 將5個(gè)果實(shí)的果肉混勻后稱取10.0 g，放入頂空瓶，采用固相微萃取SPME-GC/MS方法進(jìn)行果實(shí)香氣成分分析。

1.2.2 SPME-GC/MS測(cè)定方法 香氣的提取、分析參照Wei等[24]的研究方法。

色譜條件：采用HP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱溫采用程序升溫，初溫60 ℃以4 ℃/min升至120 ℃，再以6 ℃/min升至200 ℃，保持5 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃，采用不分流進(jìn)樣模式，載氣He，流量1.0 mL/min。萃取頭在進(jìn)樣口處于250 ℃下脫附2 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI）；檢測(cè)器電壓350 V；離子源溫度230 ℃；接口溫度250 ℃；電子能量70 eV；掃描質(zhì)量范圍35～335 amu。

化合物的鑒定采用NIST05譜庫(kù)檢索分析，定量分析采用峰面積歸一化法求各成分相對(duì)百分含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將1.2.2分析結(jié)果基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中所鑒定的主要香氣成分，采用相關(guān)系數(shù)距離的聚類方法，對(duì)12個(gè)菠蘿品種的香氣成分通過(guò)類間相關(guān)系數(shù)距離進(jìn)行R型聚類分析，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 16.0軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要香氣成分

12個(gè)菠蘿品種共檢測(cè)出了120種揮發(fā)性成分，結(jié)果見表1。鑒別出的化合物相對(duì)含量變異幅度為46.34%～87.02%，數(shù)量變異幅度為15～45種；己酸甲酯、辛酸甲酯在12個(gè)品種均檢測(cè)出，相對(duì)含量范圍分別為2.10%～40.36%、1.79%～14.95%。

2.2 菠蘿品種香氣成分的聚類分析

由圖1可知，相關(guān)系數(shù)距離為19時(shí)，可以把它們分成4大類，第一類包括金菠蘿、Phetchaburi#1 、Fresh Premium、冬蜜（臺(tái)農(nóng)13）、蘋果（臺(tái)農(nóng)6）；第二類包括昆士蘭卡因、New Puket、神灣；第三類包括金鉆（臺(tái)農(nóng)17）、密寶（臺(tái)農(nóng)19）、無(wú)刺卡因；第四類包括無(wú)刺卡因（無(wú)吸芽）。

第三類的臺(tái)農(nóng)17號(hào)和臺(tái)農(nóng)19號(hào)親緣關(guān)系較近，2個(gè)品種均以無(wú)刺卡因?yàn)槟副?，Rough為父本雜交而成，與無(wú)刺卡因品種聚為一類。聚類結(jié)果表明，每一類中品種的香氣成分種類較為接近。

2.3 果實(shí)香氣成分的主成分分析

選取12個(gè)品種共32個(gè)主要香氣成分進(jìn)行主成分分析，通過(guò)主成分特征值及貢獻(xiàn)率表（表2）可知，前3個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為31.65%、26.86%、16.65%，它們的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到75.16%，因此，提取3 個(gè)主成分，即 m=3。從旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣表（表3），可知3個(gè)主成分包含了27個(gè)果實(shí)香氣成分，基本反映了菠蘿品種香氣成分的全部信息。

由表3可知，第1主成分主要反映2-甲基丁酸甲酯、己酸乙酯、甲酸辛酯、Z-4-辛烯酸甲酯、癸酸甲酯、β-欖香烯、表雙環(huán)倍半水芹烯、α-依蘭烯、α- 香檸檬烯、α-古云烯、δ-杜松烯、貝殼杉-16-烯等成分的信息。

第2主成分主要反映E-羅勒烯、Z-羅勒烯、γ-己內(nèi)酯、壬醛、辛酸甲酯、別羅勒烯、1，3，5，8-十一碳四烯、辛酸乙酯、α-萜品醇、癸醛、γ-辛內(nèi)酯等成分的信息。

第3主成分主要反映己酸甲酯、3-甲硫基丙酸乙酯、DL-3-乙酰氧基丁酸乙酯、癸酸乙酯等成分的信息。

根據(jù)各主成分的貢獻(xiàn)率可以得到主成分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，在本研究中，主成分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)F=0.42F1+0.36F2+0.22F3。

12個(gè)菠蘿品種的3個(gè)主成分得分見表4，可見綜合排名密寶為第一，昆士蘭卡因品種排名最后。

3 討論與結(jié)論

利用AFLP、SRAP、SCoT等分子生物學(xué)技術(shù)分析菠蘿種質(zhì)資源的遺傳多樣性報(bào)道較多[22-23]。但是針對(duì)不同種質(zhì)資源果實(shí)香氣成分的遺傳研究較少，主要是由于其遺傳比較復(fù)雜，不同自交或雜交組合所含有的成分不同，同種成分在不同組合中的分離情況也不完全相同[25-26]。研究表明，在新疆野蘋果果實(shí)中揮發(fā)性化合物組分的變異幅度及變異系數(shù)最大[20]。

本研究中，金菠蘿、冬蜜和蘋果等菠蘿品種聚為一類，與竇美安等[23]和陳香玲等[27]的研究結(jié)果將金菠蘿單獨(dú)聚為一類有區(qū)別。金鉆、蜜寶品種的母本為smooth cayenne，父本為roguh，SCoT 標(biāo)記將其與無(wú)刺卡因、神灣等歸為一類[27]，SRAP標(biāo)記將密寶、神灣歸為一類，無(wú)刺卡因歸為一類[23]，而本研究中將金鉆、密寶和無(wú)刺卡因歸為一類，而神灣與昆士蘭卡因歸為一類。菠蘿香氣成分聚類結(jié)果與分子標(biāo)記結(jié)果不一致，可能是由于菠蘿的遺傳背景較為復(fù)雜，不同類型的品種間雜交后代存在較大的性狀分離，尤其是果實(shí)香氣成分在雜交后代經(jīng)多代選育后有了較為劇烈的變異。

目前主成分分析法已經(jīng)應(yīng)用于杏、桃和芒果的果實(shí)品質(zhì)性狀的遺傳多樣性研究[28-30]。本研究利用主成分分析法分析了菠蘿果實(shí)香氣成分結(jié)果表明，第1主成分主要以酯類和萜類為主，第2主成分主要以萜烯類為主，還有少量醇、醛和內(nèi)酯等，第3主成分主要以酯類為主，這些主成分具有較強(qiáng)的代表性，可以作為評(píng)價(jià)菠蘿果實(shí)香氣品質(zhì)的重要指標(biāo)。

本研究結(jié)果表明，利用菠蘿重要的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)-果實(shí)香氣成分來(lái)進(jìn)行多樣性分析的結(jié)果與分子生物學(xué)技術(shù)手段獲得的結(jié)果存在一定差異，反映了香氣成分遺傳的復(fù)雜性，難以評(píng)價(jià)菠蘿果實(shí)的香氣品質(zhì)，但利用菠蘿香氣成分的主成分分析確定的3個(gè)主成分，可以在一定程度上對(duì)菠蘿果實(shí)香氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，有助于挖掘利用菠蘿種質(zhì)資源和加快菠蘿品種選育進(jìn)程。

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