釀酒葡萄‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交后代果實性狀遺傳傾向分析*

劉政海，董志剛，李曉梅，譚 敏，楊镕兆，楊兆亮，唐曉萍

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制和利用山西省重點實驗室，太原 030031）

葡萄作為我國主要栽培的果樹之一，正確地把握育種目標(biāo)，理清育種技術(shù)，是促進我國葡萄產(chǎn)業(yè)更好發(fā)展的關(guān)鍵。目前我國葡萄育種以鮮食選育為主，釀酒葡萄育種未得到有效重視[1]，且目前我國主栽的釀酒葡萄品種以國外引進為主[2]，缺少具有較高影響力的自育品種。近幾年我國葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，葡萄酒生產(chǎn)量達到世界第六且消費量達到世界第五[3]，使得我國已經(jīng)成為世界葡萄酒生產(chǎn)大國，但目前還不是高品質(zhì)葡萄酒生產(chǎn)大國，因此，開展選育具有自主知識產(chǎn)權(quán)且能夠適應(yīng)我國風(fēng)土的釀酒葡萄新品種就顯得非常重要，通過品種創(chuàng)新改良能夠促進我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高我國葡萄酒產(chǎn)品競爭力。

葡萄酒生產(chǎn)中“三分靠工藝，七分靠原料”，葡萄原料的好壞直接決定葡萄酒成品的品質(zhì)[4]。釀酒葡萄果實主要釀酒品質(zhì)包括糖、酸、出汁率、酚類物質(zhì)、香氣物質(zhì)等[5-7]，研究釀酒葡萄雜交后代果實品質(zhì)指標(biāo)的遺傳規(guī)律對促進葡萄品質(zhì)改良、提高育種效率有著非常重要的作用。國內(nèi)外對葡萄親本及F1代的農(nóng)藝性狀及果實品質(zhì)的遺傳規(guī)律曾有報道，對2 個西班牙葡萄親本及F1代分析表明，F(xiàn)1代的農(nóng)藝性狀和果實品質(zhì)呈現(xiàn)出連續(xù)變異[8]。對‘龍眼’葡萄后代分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1代在單果重、果形指數(shù)、可食率、可溶性固形物含量等經(jīng)濟性狀上具有一定的雜種優(yōu)勢[9]。葡萄F1代果實中可溶性固形物、可滴定酸含量在不同的雜交組合呈現(xiàn)不同的遺傳趨勢，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織發(fā)現(xiàn)，雜交后代成熟果實的可溶性固形物、可滴定酸含量均存在較強的加性效應(yīng)[10]。對10 個鮮食葡萄雜交組合遺傳變異分析結(jié)果表明[11]，歐美種雜交后代的可溶性固形物含量傳遞力高于歐亞種雜交后代，且含糖量在遺傳中均存在加性效應(yīng)。香氣物質(zhì)是葡萄果實的重要品質(zhì)，對濃香型品種和無香型品種雜交群體分析發(fā)現(xiàn)，香氣物質(zhì)在F1代出現(xiàn)廣泛分離，提供了豐富的育種材料[12]。Alberto 等[13]通過對‘莫納斯特雷爾’與‘西拉’的雜交后代進行花青素的遺傳分析，目的選育品質(zhì)像‘莫納斯特雷爾’的新品種，能夠很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生態(tài)條件。本文通過對‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’的F1代果實基本釀酒品質(zhì)和果實不同部位酚類物質(zhì)的分析，研究各項果實品質(zhì)指標(biāo)的遺傳傾向，為雜交育種選擇親本提供材料依據(jù)，提高育種效率，為選育優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄新品種奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’組合于2015 年雜交獲得種子，經(jīng)過層積等處理于2016 年栽植于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所葡萄育種園，行株距為2.5 m×0.5 m，常規(guī)管理。于2019 年9 月開始對完全成熟的親本及76 個雜交后代果實進行采樣，放入冰盒帶回實驗室，測定果實基本品質(zhì)，利用液氮速凍100 g 果實于超低溫冰箱中，用于酚類物質(zhì)的測定。

1.2 試驗方法

1.2.1果實基本品質(zhì)評價

葡萄果實參照《果樹種質(zhì)資源描述符》[14]進行果實基本品質(zhì)性狀的描述。

1.2.2果實不同部位酚類物質(zhì)含量的測定

對從超低溫冰箱中取出的葡萄果實進行果皮、果肉、種子的分離，用濾紙將果皮和種子上的汁液吸收干凈后取2 g 果皮、6 g 果肉、2 g 種子分別于100 mL 棕色容量瓶中，用70%乙醇于暗處浸提24 h，過濾后的濾液為酚類物質(zhì)提取液。采用Folin-Ciocalteu 法測定總酚和單寧含量[15]，通過氯化鋁比色法測定總類黃酮含量[15]，采用正丁醇-鹽酸比色法測定原花色素含量[16]。稱0.4 g 果皮于100 mL棕色容量瓶中，用1%鹽酸-甲醇溶液于暗處提取12 h 后濾液為總花色苷提取液，采用pH 值示差法測定總花色苷含量[17]，以二甲花翠素葡萄糖苷表示（mg/g FW）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)分析及圖表的制作。變異系數(shù)（CV）、優(yōu)勢率（Ha）和遺傳傳遞力（Ta）的計算公式如下：

變異系數(shù)（%）=（S/F）×100

優(yōu)勢率（%）=［（F－MP）/MP］×100

組合傳遞力（遺傳傳遞力）（%）=（F/MP）×100

公式中S 表示標(biāo)準(zhǔn)差，F(xiàn) 表示F1代平均值，MP表示親本平均值（親中值）。

表1 F1代果實基本品質(zhì)遺傳變異

2 結(jié)果與分析

2.1 F1代果實基本品質(zhì)性狀遺傳變異分析

‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’的雜交后代成熟果實基本品質(zhì)遺傳變異如表1 所示，平均穗重等8 項指標(biāo)組合傳遞力為67.22%～114.58%，呈現(xiàn)連續(xù)分布。其中F1代果形指數(shù)和出汁率的變異系數(shù)較大，后代呈較廣泛分離，果形指數(shù)表現(xiàn)為較高的超低親遺傳；F1代可溶性固形物、可滴定酸含量的優(yōu)勢率為正值，且超高親率分別為22.37%、48.68%，表現(xiàn)出一定的強親優(yōu)勢。

從F1代果實基本品質(zhì)遺傳趨勢（圖1）可以看出，F(xiàn)1代8 項果實品質(zhì)指標(biāo)在后代中廣泛分離，呈現(xiàn)為數(shù)量性狀。其中F1代平均穗重有趨小方向的分離，較高比例后代平均穗重為30～90 g，呈小于雙親遺傳；F1代中有76.22%的后代皮肉比介于雙親之間，但出現(xiàn)了較高皮肉比的后代，為0.81，比父本‘馬瑟蘭’高65.98%，比母本‘黑比諾’高202.58%。較高比例的后代果形指數(shù)低于其父本‘馬瑟蘭’，集中在1.05～1.20。由于雙親可溶性固形物含量差距較大，后代可溶性固形物含量多集中在雙親的18.01%～22.00%之間。后代出汁率主要集中在雙親之間，表現(xiàn)為趨雙親遺傳。

圖1 F1代果實基本品質(zhì)遺傳趨勢

2.2 F1代果實酚類物質(zhì)含量遺傳變異分析

2.2.1F1代果實果皮中酚類物質(zhì)含量遺傳變異分析

‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’的雜交后代果實不同部位中酚類物質(zhì)含量呈連續(xù)變異，變異系數(shù)較高。由表2 中F1代成熟果實果皮中酚類物質(zhì)含量遺傳變異可知，果皮中原花色素含量變異系數(shù)最高，為77.13%，后代存在較廣的分離。F1代果皮中總酚、單寧含量的優(yōu)勢率為正值，且超高親遺傳率分別為52.63%、36.84%，表現(xiàn)出一定的強親優(yōu)勢。4 種酚類物質(zhì)在果皮中含量的組合傳遞力均較高，介于75.28%～132.38%之間。2 個紅色親本雜交后，果皮顏色出現(xiàn)分離，其中紅色后代60 個，綠色后代16個，在60 個紅色后代中，總花色苷含量的組合傳遞力為75.28%，但超低親率較高，為67.24%。

表2 F1代果實果皮中酚類物質(zhì)含量遺傳變異

由F1代成熟果實果皮中酚類物質(zhì)含量遺傳趨勢（圖2）可以看出，F(xiàn)1代中出現(xiàn)了2 個總花色苷含量較高的后代，其含量分別為17.93、16.30 mg/g；后代果皮中總酚、單寧含量存在較高的加性效應(yīng)，其總酚含量集中高于其父本‘馬瑟蘭’。由于雙親果皮中總類黃酮含量相近，其F1代果皮中總類黃酮含量介于0.81～7.92 mg/g 之間。

圖2 F1代果實果皮中酚類物質(zhì)含量遺傳趨勢

2.2.2F1代果實果肉中酚類物質(zhì)含量遺傳變異分析

‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交后代果實果肉中酚類物質(zhì)含量遺傳變異如表3 所示，果肉中單寧含量變異系數(shù)為70.38%，組合傳遞力為53.78%。后代果肉中總類黃酮、原花色素含量的優(yōu)勢率均為正值，分別為14.30%、22.28%，超高親遺傳率分別為43.43%、42.11%，表現(xiàn)出一定的強親優(yōu)勢。

由圖3 可以看出，后代果肉中單寧含量高于母本‘黑比諾’的只有4 個，呈小于雙親遺傳，存在明顯的遺傳減性效應(yīng)；總類黃酮含量是其高親2 倍以上的后代有2 個，原花色素含量是其高親2 倍以上的后代有9 個，均具有較高的強親優(yōu)勢。

表3 F1代果實果肉中酚類物質(zhì)遺傳變異

圖3 F1代果實果肉中酚類物質(zhì)含量遺傳趨勢

2.2.3F1代果實種子中酚類物質(zhì)含量遺傳變異分析

種子中酚類物質(zhì)含量對釀酒葡萄品種的釀酒品質(zhì)有關(guān)鍵作用。由表4 中‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交后代果實種子中酚類物質(zhì)含量遺傳變異可看出，種子中4 種酚類物質(zhì)變異系數(shù)最低為74.36%，優(yōu)勢率均為正值，且大于100%?？傤慄S酮含量組合傳遞力最高，為308.67%，后代超高親遺傳率也均大于70%，遺傳加性效應(yīng)明顯，后代表現(xiàn)出一定的強親優(yōu)勢。

表4 F1代果實種子中酚類物質(zhì)遺傳變異

由圖4 可以看出，總酚含量最高的后代為57.80 mg/g，分別比其雙親高681.08%、876.35%；‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’果實種子中總類黃酮含量相近，分別為2.66、2.21 mg/g，但雜交后代分離較大，其后代總類黃酮含量介于0.27～26.82 mg/g 之間。原花色素在種子中含量較低，其后代中含量最高為1.39 mg/g。

3 討論與結(jié)論

圖4 F1代果實種子中酚類物質(zhì)含量遺傳趨勢

雜交是葡萄選育新品種的常規(guī)途徑，也是目前國內(nèi)外應(yīng)用最有效的方法之一[18]，如通過歐亞種葡萄與山葡萄雜交，先后培育出‘北玫’‘北紅’等新品種，表現(xiàn)為抗旱、高糖的特性，且研究發(fā)現(xiàn)，對山葡萄多代雜交后，能明顯提高釀造葡萄酒的品質(zhì)[19]。葡萄酒的品質(zhì)取決于釀酒葡萄的果實品質(zhì)，通過對新疆19 個釀酒葡萄品種的果實測定表明[20]，單果重、果形指數(shù)、糖、酸、出汁率、風(fēng)味等指標(biāo)能夠反映釀酒葡萄果實加工品質(zhì)的絕大部分信息。曹亞平[21]對9 個雜交組合512 個株系分析發(fā)現(xiàn)，8個組合的雜交后代果穗重一般低于親中值，存在出現(xiàn)小果穗的遺傳傾向，與本研究中F1代平均穗重較高比例低于雙親的分布一致。Ban 等[22]對一雜交群體進行QTL 分析發(fā)現(xiàn)了一個增加漿果重的等位基因，在‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交后代中平均粒重出現(xiàn)了明顯的分離，果粒重的變化可能是數(shù)量性狀，這些結(jié)果都將有助于提高葡萄育種目的性選擇。母本‘黑比諾’是一個果皮較薄的釀酒品種[23]，與父本‘馬瑟蘭’皮肉比差異較大，使得較高比例后代皮肉比介于雙親之間，且表現(xiàn)明顯的分離。鄭永春[24]對72 個山葡萄雜交組合后代糖酸分析發(fā)現(xiàn)，后代果實中總酸、糖含量的分離表現(xiàn)為連續(xù)分布，且有趨向于高酸和低糖的親本，這與‘黑比諾’和‘馬瑟蘭’雜交F1代果實可滴定酸含量較多子代接近高親‘黑比諾’的趨勢一致。紅葡萄酒中的多酚物質(zhì)主要來源于果實，包括總酚、單寧、總類黃酮、原花色素、花色苷等物質(zhì)[25]，且果實不同部位酚類物質(zhì)含量對加工品質(zhì)的影響不同，Somkuwar 等[26]通過對葡萄果實不同部位中總酚、單寧、花青素的測定來比較6 個釀酒葡萄品種的加工品質(zhì)。通過對‘黑比諾’與‘霞多麗’雜交后代果實不同部位5種酚類物質(zhì)的比較，能夠反映后代酚類物質(zhì)的遺傳規(guī)律。對二倍體與四倍體雜交后代的研究發(fā)現(xiàn)，后代花青素總含量遵循加性遺傳模型，且不同倍體種群中不同類花青素對總花青素含量的相對貢獻差異顯著[27]，二倍體紅色品種‘黑比諾’與二倍體紅色品種‘馬瑟蘭’雜交后，出現(xiàn)了紅葡萄和綠葡萄的后代，其中紅葡萄后代總花色苷含量有趨于低親遺傳，這與李坤等[28]對5 個自交葡萄組合和9 個雜交葡萄組合出現(xiàn)顏色性狀分離的結(jié)論一致，遺傳分析認為葡萄果色是由主基因控制，紅色為顯性基因，綠色為隱性基因。釀酒葡萄果實不同部位酚類物質(zhì)含量不同，張娟等[29]對20 個釀酒紅色品種果實不同部位酚類物質(zhì)測定發(fā)現(xiàn)，果皮中酚類物質(zhì)含量最高，果肉中最低，且不同品種間酚類物質(zhì)含量存在顯著差異?！诒戎Z’與‘馬瑟蘭’雜交后代中存在種子中總酚、單寧含量高于雙親2～3 倍的后代，這可能與后代種子不能夠完全成熟有關(guān)，釀酒葡萄在發(fā)育過程中，種子中總酚、單寧含量逐漸降低[30]。譚偉等[31]研究發(fā)現(xiàn)，毛歐雜交后代果皮中總酚含量呈趨低向遺傳，這與歐亞種‘黑比諾’和歐亞種‘馬瑟蘭’雜交后代果皮中酚類物質(zhì)呈趨高向遺傳相反，這可能與親本的選擇有關(guān)?？傤慄S酮物質(zhì)在果皮和種子中含量較高，Zhu 等[32]在栽培實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境有利于本土葡萄果皮中類黃酮的積累，其中NW196 葡萄為當(dāng)?shù)匾吧咸训暮蟠谙募竟ぶ蓄慄S酮的積累優(yōu)于非本土葡萄。在‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交F1代果皮和種子中總類黃酮含量呈廣泛分離，其變異主要來自遺傳。代紅軍等[33]對‘赤霞珠’果皮中總類黃酮含量的分析發(fā)現(xiàn)，在果實完熟時期含量最高，類黃酮的代謝與苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸4-羥基化酶、4-香豆酸輔酶A 連接酶活性密切相關(guān)。原花色素主要存在于果皮中，‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’F1代果皮中原花色素含量有低于雙親的趨勢，表現(xiàn)為減性遺傳，這與譚偉等[31]研究2-1-3 與‘寶石解百納’雜交后代果皮中原花色素的遺傳趨勢一致。

‘黑比諾’與‘馬瑟蘭’雜交后代果實品質(zhì)性狀呈現(xiàn)較廣泛的分離，表現(xiàn)為連續(xù)分布，其中平均粒重和可滴定酸含量表現(xiàn)一定的超高親遺傳，皮肉比和可溶性固形物含量介于雙親間遺傳。果實不同部位不同酚類物質(zhì)遺傳規(guī)律不同，果皮中總酚、單寧含量表現(xiàn)為較高的加性遺傳，具有一定的強親優(yōu)勢，可應(yīng)用到雜交育種親本選擇中，提高釀酒葡萄選育的目的性。