葡萄雜交后代果實香氣物質(zhì)含量及遺傳傾向研究

郭印山，楊曉旭，蘇凱，牛早柱，劉鎮(zhèn)東，李成祥，李坤，郭修武*（沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，沈陽 110866）

葡萄雜交后代果實香氣物質(zhì)含量及遺傳傾向研究

郭印山，楊曉旭，蘇凱，牛早柱，劉鎮(zhèn)東，李成祥，李坤，郭修武*（沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，沈陽 110866）

本文分析葡萄親本對其雜交后代果實香氣的性狀遺傳傾向和特點，為葡萄雜交育種中親本的科學選配提供依據(jù)。本試驗以濃香型葡萄品種‘87-1’為母本，無香型歐亞種葡萄優(yōu)系‘9-22’為父本創(chuàng)建雜交群體，選取其中149株雜交后代為試材，采用頂空固相微萃取方法提取葡萄果實香氣物質(zhì)，運用氣質(zhì)聯(lián)用（GCMS）技術(shù)對雜交后代的個體進行香氣物質(zhì)種類及含量的測定。結(jié)果表明，主要香氣物質(zhì)在雜交后代呈廣泛分離。香氣物質(zhì)含量呈連續(xù)分布，為多基因控制的數(shù)量性狀，變異主要來自遺傳效應，部分香氣物質(zhì)受環(huán)境影響較大。

葡萄；雜交后代；香氣；遺傳傾向；GC-MS

葡萄是世界最重要的果樹種類之一。2015年我國葡萄種植面積為77.9萬 hm2，總產(chǎn)量超過1367萬 t[1]。果實香氣是決定果實風味品質(zhì)的重要因子之一，隨著消費者對果實鮮食品質(zhì)和加工產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，果實香氣的研究日益受到人們的關(guān)注。葡萄果實中影響果實香氣的揮發(fā)性物質(zhì)的種類很多，已經(jīng)檢出的成分有100多種。不同葡萄品種和漿果發(fā)育的不同時期，其揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量都有很大的不同[2-4]。葡萄的香氣成分主要包括萜稀類、酯類、醇類、醛類、以及含氮化合物等。

根據(jù)果實中的萜烯類化合物所占香氣成分的比例，葡萄被分成玫瑰香型品種、非玫瑰香型品種和非芳香品種[5]。玫瑰香型代表品種主要有玫瑰香、白玫瑰等，含有的芳香物質(zhì)主要有沉香醇、里那醇、橙花醇、香葉醇等萜稀類化合物。非玫瑰香型芳香品種包括雷司令、黑珍珠等，其香氣物質(zhì)中也含有萜類化合物，但含量相對較少。非芳香品種主要以釀酒葡萄如赤霞珠、霞多麗等組成，其香氣物質(zhì)主要為脂肪族酸和醇類[6-7]，其他香氣成分的種類和含量較少。李記明等[8]研究了毛葡萄×雷司令和毛葡萄×粉紅玫瑰的2個種間雜交組合后代芳香物質(zhì)的遺傳規(guī)律，發(fā)現(xiàn)里哪醇發(fā)生分離，認為里哪醇的遺傳受一對基因控制，而李坤等[9]在紅地球×玫瑰香種內(nèi)雜交后代群體中發(fā)現(xiàn)里哪醇沒有發(fā)生分離。Wu等[10]利用沒有玫瑰香味的京秀與具有玫瑰香味的香妃和亞歷山大的雜交群體的研究表明，有些萌類化合物，如順式-瑰醚、橙花醚、橙花醛、香葉醛和香葉酸等，在兩個雜交組合后代中發(fā)生了分離，分離比例為1∶1，認為是寡基因控制的質(zhì)量性狀遺傳。而有些萜類化合物在兩個組合后代中出現(xiàn)了不同的遺傳方式，如順式-氧化里哪醇在京秀×亞歷山大組合后代中發(fā)生了分離（分離比例1∶1)，但在京秀×香妃組合后代中沒有發(fā)生分離。本研究以具有濃玫瑰香味的葡萄品種87-1為母本，無香味的育種優(yōu)系9-22為父本進行雜交，選取149株后代為試材，測定親本及后代果實中主要的香氣物質(zhì)種類及含量，并分析其遺傳特點和趨勢，為深入研究葡萄果實香氣物質(zhì)的遺傳機制奠定基礎(chǔ)，也為今后香味葡萄育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2007年以87-1為母本，9-22為父本創(chuàng)建雜交群體，群體在2008年定植，共計635株，2009年開始結(jié)果，母本87-1是歐亞種，由遼寧鞍山市舊堡區(qū)東鞍山鄉(xiāng)一個葡萄園發(fā)現(xiàn)，1993年審定為品種，是一個極早熟品種，豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的特性，并具有濃郁的玫瑰香味。父本9-22為篩選優(yōu)系，具有意大利、里扎馬特和白玫瑰香多個歐亞種葡萄的遺傳背景，具有粒大、肉脆、可溶性固形物含量高的特點，無香味。本試驗從F1雜交群體中選用了149個單株作為研究對象，連同兩個親本共計151份材料進行研究。

1.2 試驗方法

1.2.1樣品采集

試驗材料分別在2014年、2015年采自沈陽農(nóng)業(yè)大學葡萄試驗園，由于雜交后代的各個植株成熟時間不一致，因此葡萄果實的采集主要在8月中旬至9月下旬。采收原則是采集穗型標準，無病害，生長狀況良好，結(jié)果高度，遮蔽度較為一致的果穗，選取新鮮完好的果實，根據(jù)不同個體的成熟時間不同，將成熟的個體逐一采收，樣品采集后當天運回實驗室，經(jīng)液氮冷凍，于-80 ℃保存。

1.2.2主要儀器

手動HS-SPME裝置，美國supelco公司；二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS，50/30 μm）萃取頭，美國supelco公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（7890A-5795C），美國Agilent公司；色譜柱VF-max質(zhì)譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），美國J＆W公司；EI電離源。

1.2.3葡萄香氣物質(zhì)固相微萃取

從冰箱中將葡萄取出置于室溫解凍，每個樣品稱取30～50 g，破碎、榨汁后離心，取8 mL澄清的葡萄汁加入到20 mL的頂空瓶中，頂空瓶中預先加入3.0 g NaCl和轉(zhuǎn)子，加蓋密封，將SPEM萃取頭插入到頂空瓶中伸出石英纖維，于60 ℃吸附40 min。然后將石英纖維收回，取出萃取頭，迅速插入到GC/MS進樣口中，在250 ℃下解析5 min，同時啟動儀器。

1.2.4葡萄香氣的GC/MS分析條件

升溫條件為：60 ℃保持5 min，然后以2 ℃/min升至100 ℃，保持2 min，以3 ℃/min升至210 ℃，保持5 min。轉(zhuǎn)移線溫度為250 ℃，質(zhì)譜檢測器采用EI模式，電壓為70 eV；離子源溫度為200 ℃；掃描速率為2.88 scan/s；質(zhì)譜檢測范圍為 30～500 m/z，載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min。

1.2.5香氣成分分析

對采集到的質(zhì)譜圖用NIST05譜庫檢索，并根據(jù)已有標樣的色譜保留時間和質(zhì)譜信息，確定香氣成分的化學組成，利用已有的化合物制備標準曲線進行定量。主要對芳樟醇、α-萜品醇、橙花醇、香茅醇、香葉醇、香葉酸進行定量分析。

1.2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

本試驗采用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并采用SPSS 18.0分析葡萄雜交群的各香氣成分的頻率分布等。分別計算了87-1與9-22雜交后代各香氣物質(zhì)的變異系數(shù)（CV）、超高親率、超低親率等結(jié)果用于遺傳趨勢的分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 87-1和9-22雜交后代果實香氣物質(zhì)種類鑒定

通過NIST庫比對主要香氣物質(zhì)進行定性分析。分別得出峰時間為：芳樟醇10.35 min，萜品醇18.23 min，香茅醇20.81 min，橙花醇24.18 min，香葉醇27.86 min，苯乙醇40.79 min，香葉酸51.40 min。母本87-1中含有較高的芳樟醇、萜品醇和香葉醇，典型的玫瑰香型的葡萄這幾種物質(zhì)均有較高的含量。父本9-22各物質(zhì)含量均呈較低的指標，一些物質(zhì)甚至未被檢測到。說明葡萄品種87-1和優(yōu)系9-22果實香氣物質(zhì)種類及含量存在很大差異。

2.2 87-1和9-22雜交后代果實香氣物質(zhì)組分及含量的頻率分布

如圖1和表1可以看出，其雜交后代的芳樟醇、α-萜品醇含量主要集中在較低的范圍內(nèi)，并且只有少數(shù)子代呈現(xiàn)出超親遺傳。子代中芳樟醇含量的跨度最大，達到了0～350 μg/kg。子代中α-萜品醇含量幾乎是介于父母本含量（0.33～35.85 μg/kg）的區(qū)間之內(nèi)。相反，子代中香茅醇的含量呈現(xiàn)出較強的超親遺傳特性。超過60%的子代其香茅醇的含量超越高親含量，且在2014年和2015年呈現(xiàn)出相似的趨勢。子代中橙花醇含量跨度較大（0～300 μg/kg），但是主要集中0～200 μg/kg這個區(qū)間內(nèi)，其中超過一半的子代橙花醇含量集中在0～100 μg/kg區(qū)間內(nèi)。

圖1 87-1與9-22雜交組合后代香氣物質(zhì)含量2014年和2015年兩年中的分布

表1 87-1與9-22雜交后代果實香氣物質(zhì)組分及含量的遺傳指標

2.3 87-1和9-22雜交后代果實香氣物質(zhì)組分及含量的遺傳變異

由表1可以看出，對2014年、2015年各香氣物質(zhì)的含量進行分析，可以得出其變異系數(shù)均在92.83%以上，可以看出其雜交后代香氣物質(zhì)含量分離較為廣泛。其中在2014年雜交后代芳樟醇、香茅醇、橙花醇、香葉醇、香葉酸平均含量均大于親中值，呈增強變異，其中萜品醇在雜交后代中的平均值小于親中值。在2015年中，萜品醇、香茅醇、香葉醇、香葉酸平均含量均大于親中值，而芳樟醇、橙花醇平均含量低于親中值。通過兩年的各香氣物質(zhì)含量的變異范圍比較可以得出，雜交后的個香氣物質(zhì)含量變異范圍較大，各種香氣物質(zhì)均出現(xiàn)一定比例的超高親單株。

3 討論與結(jié)論

目前，常規(guī)雜交育種仍然是獲得葡萄新品種的最重要手段之一，玫瑰香味與萜類物質(zhì)及其含量密切相關(guān)。種間或品種間進行有性雜交時，親本的非加性效應解體后代呈現(xiàn)廣泛分離，劣變率往往很高，但也會出現(xiàn)超高親的植株，這使得雜交育種更有意義[11]。Wu等[10]利用歐亞種種內(nèi)雜交群體（京秀×亞歷山大和京秀×香妃雜交）進行香氣物質(zhì)遺傳規(guī)律研究，檢測到香葉酸在子代遺傳分離比率為1∶1。而在本試驗中只發(fā)現(xiàn)少數(shù)不含有香葉酸的植株。本試驗在2014年、2015年兩年的結(jié)果對比中發(fā)現(xiàn)比較大的差異，可以看出環(huán)境對葡萄果實香氣物質(zhì)含量產(chǎn)生較大的影響。通過田間觀察與記錄，發(fā)現(xiàn)2015年雜交后代的植株的結(jié)果率與果實品質(zhì)明顯低于2014年，這與年份間的氣候差異與田間管理有直接關(guān)系。趙新節(jié)[12]、南海龍等[13]研究也得到香氣的組成除受品種影響外，還因成熟度、生長環(huán)境和栽培水平的差異而不同。作為玫瑰香型品種的主要芳香性物質(zhì)芳樟醇，2014年在雜交后代的平均含量明顯高于2015年的平均含量。但是一些香氣物質(zhì)在兩年的差異較小，例如香葉醇、香葉酸的雜交后代平均含量兩年份間的差異不大，可以認定為該物質(zhì)受外界環(huán)境影響較小。在結(jié)果中同時發(fā)現(xiàn)香葉醇在雜交后代中超高親率較高，而超低親率較低，在遺傳效應上呈典型的增強變異。何明茜[14]在以研究玫瑰香型香氣物質(zhì)遺傳規(guī)律為主的‘北豐×34號’組合群體中，多數(shù)香氣物質(zhì)在子代中的含量均值低于親本均值，只有順式-玫瑰醚，檸檬醛子代中的含量高于親本均值，有遺傳的加性效應。這與本試驗的結(jié)果有部分一致。本試驗的所統(tǒng)計的結(jié)果中各種香氣物質(zhì)在雜交后代中均有超親現(xiàn)象。這可能與不同品種以及不同香氣物質(zhì)的遺傳力存在著一定關(guān)系。

葡萄中各香氣物質(zhì)含量在雜交后代呈廣泛分離。葡萄果實中香氣物質(zhì)含量為多基因控制的數(shù)量性狀，變異主要來自遺傳效應。部分香氣物質(zhì)受環(huán)境影響較大。在分析中同時發(fā)現(xiàn)，香葉醇在雜交后代中超高親率較高，超低親率較低，在遺傳效應上呈典型的增強變異。

[1] 晁無疾. 更新觀念, 頑強拼搏, 實現(xiàn)我國葡萄生產(chǎn)現(xiàn)代化[J].中外葡萄與葡萄酒, 2016(5): 8-9.

[2] GIRARD B, FUKUMOTO L, MAZZA G, et al. Volatile terpene constituents in maturing Gewurztraminer grapes from British Columbia[J]. American Journal of Enology & Viticulture, 2002, 53(2): 99-109.

[3] GOLDGERG D M, KARUMANCHIRI A, TSANG E, et al. Catechin and Epicatechin Concentrations of Red Wines: Regionaland Cultivar Related Differences[J]. American Journal of Enology & Viticulture, 1998, 49(1): 23-34.

[4] GUNATA Y Z, BAYONOVE C L, BAUMES R L, et al. The aroma of grapes I. Extraction and determination of free and glycosidically bound fractions of some grape aroma components[J]. Journal of Chromatography A, 1985, 331(1): 83-90.

[5] 薛潔. 葡萄品種的香氣[J]. 中外葡萄與葡萄酒, 2003(6): 55-59. [6] GOMEZ E, MARTIAEZ A, LAENCINA J. Localization of free and bound aromatic compounds among skin, juice and pulp fractions of some grape varieties[J]. Vitis, 1994, 33(1): 1-4.

[7] BOLZONI L, BARBIERI G, VIRGILI R. Changes in volatile compounds of Parma ham during maturation[J]. Meat Science, 1996, 43(3-4): 301-310.

[8] 李記明, 賀普超. 葡萄種間雜交香味成分的遺傳研究[J]. 園藝學報, 2002(1): 9-12.

[9] 李坤, 郭修武, 謝洪剛, 等. 葡萄自交與雜交后代香氣成分的遺傳研究[J]. 園藝學報, 2005(2): 218-221.

[10] WU B H, YANG C X, LIANG Z C, et al. Inheritance of berry volatile compounds in two half-sib grape (Vitis vinifera) populations[J]. Euphytica, 2013, 189: 351-364.

[11] 朱軍. 運用混合線性模型定位復雜數(shù)量性狀基因的方法[J].浙江大學學報(自然科學版), 1999(3): 111-119.

[12] 南海龍, 李華, 蔣志東. 山葡萄及其種間雜種結(jié)冰果實香氣成分的GC-MS分析[J]. 食品科學, 2009(12): 168-171.

[13] 趙新節(jié), 孫玉霞, 王詠梅, 等. 栽培架式對玫瑰香葡萄酒香氣物質(zhì)的影響[J]. 釀酒科技, 2007(7): 45-48.

[14] 何明茜. 葡萄香氣物質(zhì)在兩類雜交群體中的遺傳規(guī)律[D]. 華中農(nóng)業(yè)大學, 2013.

Research on aroma substance content and genetic tendency of hybrid offspring in grape berries

GUO Yinshan, YANG Xiaoxu, SU Kai, NIU Zaozhu, LIU Zhendong, LI Chengxiang, LI Kun, GUO Xiuwu*
(College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

In this study, genetic tendency and character of grape berry aroma from the parents to their offspring were analyzed, and could provide some references for the parental apolegamy of grape breeding. In this study, "87-1" was selected as the female parent for its strong-flavor trait and aroma-free cultivar "9-22" was selected as male parent for constructing hybrid population, 149 individual strains were selected as experimental material, aroma substance were extracted by using headspace solid-phase microextraction method, aroma substance kinds and content were detected by GC-MS method. The results showed that major aroma substance were widely segregated among hybrid population. Aroma substance content showed continuous distribution, it showed that aroma was quantitative trait and controlled by polygenes, the variation major came from genetic effects and partial aroma substance could be easily affected by the environment.

grape; hybrid offspring; aroma; genetic tendency; GC-MS

TS262.61

：A

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.04.007

2017-06-09

國家自然科學基金（31372021，31572085）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項基金（CRAS-30-yz-6）

郭印山，副教授，主要從事葡萄遺傳育種與生物技術(shù)研究。

*通訊作者：郭修武，教授，博士生導師，主要從事果樹遺傳育種與生物技術(shù)研究。E-mail: guoxw1959@163.com