三倍体苹果杂交后代及其亲本果实香气及品质分析

王玉霞，李林光，王海波，董文轩

（1.沈阳农业大学 园艺学院，辽宁 沈阳 110866；2.山东省烟台市农业科学研究院，山东 烟台 265500；3.山东省果树研究所，山东 泰安 271000）

苹果Malus×domesticaBorkh.属蔷薇科苹果属多年生木本植物，因具高产优质、营养丰富、供应期长、耐贮运、适应性强等优点和特点而有“果王之称”[1]。中国是苹果生产大国，面积和产量均居世界第一位。目前，我国生产的苹果品种大多数为二倍体品种，但是，为数不多的多倍体品种（特别是三倍体品种，如“乔纳金”、“世界一”等品种）却表现优良。与二倍体苹果相比，三倍体苹果具有适应性高、结实有规律、商品价值高（如外观好、果个大、耐贮藏、营养价值高）等优点[2]。目前，三倍体苹果育种已经成为苹果多倍体育种的重要组成部分。果实中的挥发性物质虽只占果实鲜质量的0.01%～0.001%，却是影响果实品质的主要因素之一[3]。有关研究结果表明，在苹果果实中检测到的挥发性物质已超过300种，但是其中对苹果香味起决定作用的仅有20种[4]；这些香气具有不同的嗅感，对果实的香气具有决定性作用[5-7]。同样，不同的糖酸组分其味感阈值不同，因此其对果实风味的影响也不同；而苹果果实的甜味与酸味的平衡还与总糖和苹果酸的含量有关[8]。

目前有关研究者已对多种果树的香气成分进行了研究，如苹果[4-8]、梨[9-11]、草莓[12]、李[13]、樱桃[3]等，关于苹果果实中的挥发性物质的研究报道有很多，但这些研究报道主要针对现有苹果品种而言，而对杂种后代尤其是三倍体杂交后代苹果果实中的挥发性物质的研究报道却甚少。因此，文中对以“寒富”苹果与“四倍体嘎拉”苹果杂交获得的6份三倍体杂交后代的果实香气及品质进行了分析与评价，探讨其遗传规律，以期为苹果的风味育种提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2012年8～10月在山东农业大学作物生物学国家重点实验室进行。试材是来自山东省肥城市安驾庄镇山东省果树研究所试验基地的6份三倍体杂交后代（2n＝3x＝51）H4G1、H4G2、H4G4、H4G5、H4G8、H4G9及其母本“寒富”（2n＝2x＝34）和父本“四倍体嘎啦”（2n＝4x＝68）。将上述试材嫁接于基砧八棱海棠、中间砧M26之后，于2007年春季定植，架式栽培，常规管理。每份试材取新鲜果实样品500 g，用保温盒带回实验室，立即进行试验。

1.2 试验方法

1.2.1 果实香气的测定

参照王海波等人[8]的方法，采用静态顶空（SHS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术进行测定。挥发性成分的定性分析方法：对未知化合物质谱图以计算机检索，同时与NIST05质谱库相匹配，并结合人工图谱解析及资料分析，从而确认各种挥发性成分。挥发性成分的定量分析方法：按峰面积归一化法求得各化合物相对质量百分含量，并选择3-壬酮为内标进行精确定量分析。通过计算所得香气值的常用对数值来确定所用试材的特征香气成分，以 l g（香气值）＞0的成分为特征香气成分[8]。

香气值＝某种化合物含量/该化合物香气阈值。

1.2.2 果实糖酸含量的测定

参照王海波等人[8]采用的研究方法，采用高效液相色谱法测定果实中的糖酸组分，利用N2000色谱工作站（Ver.3.30）计算糖酸各组分的含量，通过计算所得糖酸组分含量与该组分味感阈值比值的常用对数值确定该成分是否对果实甜味或酸味产生影响，lg（某种糖酸组分含量/该组分味感阈值）＞0的成分能够对果实甜味或酸味产生影响[8]。

2 结果与分析

2.1 杂交后代与其亲本果实中挥发性物质的比较分析

对6份三倍性杂交后代与其母本“寒富”、父本“四倍体嘎拉”共8份品种（系）苹果果实中的挥发性物质进行了检测，特征香气成分是根据已报道的香气阈值[5-7,14]计算得到的，测定结果见表1。表1表明：8份品种（系）苹果果实中共检测到34种挥发性物质。H4G1中共检测到23种，其中酯类最多（12种，占52.2%），醇类有6种（26.1%），醛类4种（17.4%），酮类1种（4.3%）；H4G2中共检测到11种，其中酯类7种（63.6%），醇类4种（36.4%）；H4G4中共检测到17种，其中酯类11种（64.7%），醇类5种（29.4%），醛类1种（5.9%）；H4G5中共检测到21种，其中酯类11种（55.0%），醇类4种（20.0%），醛类4种（20.0%），酮类1种（5.0%）；H4G8中共检测到18种，其中酯类9种（50.0%），醇类4种（22.2%），醛类3种（16.7%），酮类1种（5.6%），萜类1种（5.6%）；H4G9中共检测到20种，其中酯类8种（40.0%），醇类6种（30.0%），醛类5种（25.0%），萜类1种（5.0%）。“寒富”中共检测到16种，其中酯类6种（37.5%），醇类6种（37.5%），醛类3种（18.8%），萜类1种（6.3%）。“四倍体嘎拉” 中共检测到18种，其中酯类8种（44.4%），醇类5种（27.8%），醛类2种（11.1%），酮类1种（5.6%），萜类2种（11.1%）。由此结果可知，杂交后代与其父本“四倍体嘎拉”果实中的酯类物质占检测到的所有挥发性物质中的大多数（40.0%～64.7%），这6个杂交后代与其父本“四倍体嘎拉”苹果一样都属于酯香类苹果。

2.2 杂交后代与其亲本果实中特异性挥发物质的比较分析?

从表1中可以看出，H4G1果实中的特征香气成分有6种，按其香气值常用对数值从大到小排序，

这6种特征香气成分依次为乙酸己酯、乙酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸己酯、乙酸戊酯和己醛；H4G2果实中的特征香气成分有4种，按其香气值常用对数值从大到小排序，这4种特征香气成分依次为乙酸己酯、乙酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯和2-甲基丁酸己酯；H4G4果实中的特征香气成分有6种，其香气值常用对数值从大到小依次为乙酸己酯、乙酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸己酯、乙酸戊酯和2-甲基丁酸丁酯；H4G5果实中的特征香气成分有3种，其香气值常用对数值的大小依次为乙酸己酯、乙酸丁酯和2-甲基丁酸己酯；H4G8果实的特征香气成分有4种，其香气值常用对数值从大到小依次为乙酸己酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸己酯和2-甲基丁酸丁酯；H4G9果实中的特征香气成分有7种，其香气值常用对数值从大到小依次为乙酸己酯、2-甲基丁酸己酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸丁酯、己醛、乙酸戊酯和1-己醇。而其母本“寒富”果实中的特征香气成分有5种，其香气值常用对数值从大到小依次为2-甲基丁酸乙酯、己醛、乙酸己酯、己酸乙酯和(E)-2-己烯醛；其父本“四倍体嘎拉”果实中的特征香气成分有3种，其香气值常用对数值从大到小依次为乙酸己酯、乙酸丁酯和2-甲基丁酸己酯。其中，乙酸己酯是杂种后代与其父本、母本中都存在的特征香气成分，2-甲基丁酸己酯、1-己醇和己醛在其父本、母本中都检测到一定的含量；来自其母本的特征香气成分有（E）-2-己烯醛；来自其父本的特征香气成分有乙酸丁酯、乙酸戊酯和2-甲基丁酸丁酯；而2-甲基丁酸乙酯和己酸乙酯都是母本“寒富”特有的特征香气成分，乙酸- 2-甲基丁酯为其子代特有的特征香气成分。由此可知，这6份杂交后代的特征香气成分大多数受其父本和母本的共同影响，而其父本遗传高于其母本遗传。

表1 8份品种（系）苹果果实香气中各种挥发性物质成分及其相对含量的测定结果†Table 1 The volatile compounds and their relative contents in fruit flavors of six cultivars of apple

2.3 6份三倍体杂交后代及其亲本的香气主成分分析

选择表1中香气值≥1的芳香物质（共10种），用SPSS 21进行主成分分析，结果如表2。由表2可知，在选出的10种香气成分中，前3个主成分的累积贡献率达到94.507%。其中，第一主成分的贡献率最大，为62.445%，在其对应的特征向量中，作用最大的依次为乙酸丁酯和1-丁醇；第二主成分的贡献率为19.540%，在其对应的特征向量中，作用最大的依次为E-己烯醛和己醛；第三主成分的贡献率为12.523%，在其对应的特征向量中，作用最大的依次为己醛和乙酸戊酯。由此可知，在这6份三倍体杂交后代中，其果实中的挥发性物质以酯类为主，其次为醇类，再次为醛类。由此推测，这6份三倍体杂交后代均属于酯香型苹果。

表2 6份试材中香气成分的主成分分析结果Table 2 Result of principal component analysis of flavor compounds in six materials

主成分1和主成分2所含试材的空间分布情况如图1所示。从图1中可以看出，所有试材都分布在―2.00～2.00之间，除H4G8外，其余5份三倍性后代与其父本“四倍体嘎拉”的空间分布距离相近，而与其母本“寒富”的空间分布距离较远。由图1可知，这6份三倍性新种质的果实香气倾向于父本遗传。

图1 6份杂种后代及其亲本在前2个主成分空间分布上的散点图Fig.1 Distribution of six hybrid progenies and their parents in the space of the fi rst and the second principal components

2.4 6份三倍体杂交后代及其亲本果实中的糖酸组分分析

表3为6份三倍体杂交后代及其亲本果实中的糖酸组分及其含量的测定结果，味感阈值参照Róth等人[15]提出的阈值。从表3中可以看出，杂交后代与其亲本中均检测出3种糖和6种有机酸组分。在这3种糖分中，果糖的含量最高，葡萄糖次之，蔗糖的含量最少；而6种有机酸中含量最高的为苹果酸，其次为草酸，其余由高到低依次为乙酸、酒石酸、柠檬酸、琥珀酸。从表3中还可以看出，果糖是影响这6份三倍体杂交后代果实甜味味感的最主要因素，而苹果酸则是影响其酸味味感的最主要因素。除了H4G8和H4G9以外，其他4个杂种后代的果糖含量均在其父本与母本之间。在苹果酸含量方面，H4G1、H4G2和H4G9的含量均低于其父本和母本的含量，其他3份杂种后代的含量则在其父本与母本之间。

表3 6份三倍体杂交后代及其亲本苹果果实中糖酸组分及其含量的测定结果†Table 3 Sugar and organic acid component and their contents in apple fruits from six triploid hybrids and their parents

3 结论与讨论

1）研究结果表明，6份苹果三倍体杂交后代及其亲本果实中的特征香气成分主要为酯类，其次为醇类和醛类等物质。Dixon等人[4]的研究结果表明，在决定果实香味的20种特征香气中，大多数为低分子酯类，少数为醇类和醛类，因其嗅感阈值低，虽然在果实中的含量较少，但是对果实香味形成的影响较大。如在所有杂种后代及其亲本中均检测到的乙酸己酯，其嗅感被描述为“果香”[5-7]，这是6份杂种后代与其亲本的基本香味特征。苹果的整体香味除了与单一特征香气的种类与含量有关外，还与其种类的多少有关，种类多的品种其果实香味更浓[16]。在6份三倍体杂交后代中，H4G1的特征香气种类最多。在检测到的所有特征香气成分中，乙酸己酯、2-甲基丁酸己酯、1-己醇和己醛受亲本的共同影响，乙酸丁酯、乙酸戊酯和2-甲基丁酸丁酯主要来自父本，(E)-2-己烯醛来自母本；主成分分析结果表明，6份三倍性新种质的果实香气倾向于父本遗传。

2）文中的研究结果还表明，在目前所检测的苹果早熟品种中，其果实的主要糖组分为果糖，其次为蔗糖、葡萄糖，主要的有机酸是苹果酸[17]；而中晚熟品种果实中的主要糖组分和有机酸与早熟苹果品种的相同，但其葡萄糖含量高于蔗糖含量[8,15,18]。在供试的6份三倍体杂交后代与其亲本果实中，果糖为其主要的糖组分，其次为葡萄糖、蔗糖；苹果酸为其主要的有机酸，其次为草酸，其余由高到低依次为乙酸、酒石酸、柠檬酸、琥珀酸；在所有试材中，糖酸组分存在一定的差异，但其糖酸组成类型却不存在差异。

参考文献：

[1] 沈德绪.果树育种学[M].北京:中国农业出版社,2001:157.

[2] Sedov E N, Sedysheva G A, UI’yanovskaya E V,et al.Donors of diploid gametes in apple breeding at the polyploid level[J].Russian Agricultural Sciences, 2009, 35(3):156－159.

[3] 张 序,姜远茂,彭福田,等.“红灯”甜樱桃果实发育进程中香气成分的组分及其变化[J].中国农业科学, 2007, 6(11):1376－1382.

[4] Dixon J, Hewett E W.Factors affecting apple aroma/flavor volatile concentration: A review[J].New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science,2000,28:155－173.

[5] Echeverría G, Graell J, Lara I,et al.Physicochemical measurements in ‘Mondial Gala®’ apples stored at different atmospheres: In fl uence on consumer acceptability[J].Postharvest Biology and Technology,2008,50:135－144.

[6] López M L, Villatoro C, Fuentes T,et al.Volatile compounds,quality parameters and consumer acceptance of ‘Pink Lady®’apples stored in different conditions[J].Postharvest Biology and Technology, 2007, 43: 55－66.

[7] Mehinagic E, Royer G, Symoneaux R,et al.Characterization of odor-active volatiles in apples: in fl uence of cultivar and maturity stage[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54,2678－2687.

[8] 王海波,李林光,陈学森,等.中早熟苹果品种果实的风味物质和风味品质[J].中国农业科学, 2010,43(11):2300－2306.

[9] 马天晓,王佳慧,刘 震, 等.泌阳瓢梨贮藏过程中香气成分组成及变化的研究[J].经济林研究,2013,31(3):35－40.

[10] 康 秀.中国秋子梨地方品种完熟果实香气成分多样性研究[D].长沙: 中南林业科技大学, 2010.

[11] 谢 定,钟海雁,崔 涛,等.用固相微萃取-气质联用分析砂梨汁的香气成分[J].中南林业科技大学学报, 2008, 28(3):65－68.

[12] 张运涛,王桂霞,董 静,等.“星都一号”和“星都二号”草莓及其亲本果实挥发性物质的分析[J].中国农业科学,2008, 41(10):3208－3213.

[13] 柴倩倩,王利军,吴本宏,等.中国李和樱桃李及其种间杂种果实香气成分分析[J].园艺学报,2011, 38(12):2357－2364.

[14] Echeverría G, Fuentes T, Graell J,et al.Aroma volatile compounds of ‘Fuji’ apples in relation to harvest date and cold storage technology: A comparison of two seasons[J].Postharvest Biology and Technology, 2004, 32: 29－44.

[15] Róth E, Berna A, Beullens K,et al.Postharvest quality of integrated and organically produced apple fruit[J].Postharvest Biology and Technology, 2007, 45:11－19.

[16] Bult J H F, Schifferstein H N J, Roozen J P,et al.Sensory evaluation of character impact components in an apple model mixture[J].Chemical Senses, 2002, 27: 485－494.

[17] 王海波,陈学森,辛培刚,等.几个早熟苹果品种果实糖酸组分及风味品质的评价[J].果树学报,2007,24(4): 513－516.

[18] 赵尊行,孙衍华,黄化成.山东苹果中可溶性糖、有机酸的研究[J].山东农业大学学报,1995,26(3):355－360.