葡萄杂交后代果实香气物质含量及遗传倾向研究

郭印山，杨晓旭，苏凯，牛早柱，刘镇东，李成祥，李坤，郭修武*（沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866）

葡萄杂交后代果实香气物质含量及遗传倾向研究

郭印山，杨晓旭，苏凯，牛早柱，刘镇东，李成祥，李坤，郭修武*（沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866）

本文分析葡萄亲本对其杂交后代果实香气的性状遗传倾向和特点，为葡萄杂交育种中亲本的科学选配提供依据。本试验以浓香型葡萄品种‘87-1’为母本，无香型欧亚种葡萄优系‘9-22’为父本创建杂交群体，选取其中149株杂交后代为试材，采用顶空固相微萃取方法提取葡萄果实香气物质，运用气质联用（GCMS）技术对杂交后代的个体进行香气物质种类及含量的测定。结果表明，主要香气物质在杂交后代呈广泛分离。香气物质含量呈连续分布，为多基因控制的数量性状，变异主要来自遗传效应，部分香气物质受环境影响较大。

葡萄；杂交后代；香气；遗传倾向；GC-MS

葡萄是世界最重要的果树种类之一。2015年我国葡萄种植面积为77.9万 hm2，总产量超过1367万 t[1]。果实香气是决定果实风味品质的重要因子之一，随着消费者对果实鲜食品质和加工产品质量要求的提高，果实香气的研究日益受到人们的关注。葡萄果实中影响果实香气的挥发性物质的种类很多，已经检出的成分有100多种。不同葡萄品种和浆果发育的不同时期，其挥发性物质的种类和含量都有很大的不同[2-4]。葡萄的香气成分主要包括萜稀类、酯类、醇类、醛类、以及含氮化合物等。

根据果实中的萜烯类化合物所占香气成分的比例，葡萄被分成玫瑰香型品种、非玫瑰香型品种和非芳香品种[5]。玫瑰香型代表品种主要有玫瑰香、白玫瑰等，含有的芳香物质主要有沉香醇、里那醇、橙花醇、香叶醇等萜稀类化合物。非玫瑰香型芳香品种包括雷司令、黑珍珠等，其香气物质中也含有萜类化合物，但含量相对较少。非芳香品种主要以酿酒葡萄如赤霞珠、霞多丽等组成，其香气物质主要为脂肪族酸和醇类[6-7]，其他香气成分的种类和含量较少。李记明等[8]研究了毛葡萄×雷司令和毛葡萄×粉红玫瑰的2个种间杂交组合后代芳香物质的遗传规律，发现里哪醇发生分离，认为里哪醇的遗传受一对基因控制，而李坤等[9]在红地球×玫瑰香种内杂交后代群体中发现里哪醇没有发生分离。Wu等[10]利用没有玫瑰香味的京秀与具有玫瑰香味的香妃和亚历山大的杂交群体的研究表明，有些萌类化合物，如顺式-瑰醚、橙花醚、橙花醛、香叶醛和香叶酸等，在两个杂交组合后代中发生了分离，分离比例为1∶1，认为是寡基因控制的质量性状遗传。而有些萜类化合物在两个组合后代中出现了不同的遗传方式，如顺式-氧化里哪醇在京秀×亚历山大组合后代中发生了分离（分离比例1∶1)，但在京秀×香妃组合后代中没有发生分离。本研究以具有浓玫瑰香味的葡萄品种87-1为母本，无香味的育种优系9-22为父本进行杂交，选取149株后代为试材，测定亲本及后代果实中主要的香气物质种类及含量，并分析其遗传特点和趋势，为深入研究葡萄果实香气物质的遗传机制奠定基础，也为今后香味葡萄育种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2007年以87-1为母本，9-22为父本创建杂交群体，群体在2008年定植，共计635株，2009年开始结果，母本87-1是欧亚种，由辽宁鞍山市旧堡区东鞍山乡一个葡萄园发现，1993年审定为品种，是一个极早熟品种，丰产、优质的特性，并具有浓郁的玫瑰香味。父本9-22为筛选优系，具有意大利、里扎马特和白玫瑰香多个欧亚种葡萄的遗传背景，具有粒大、肉脆、可溶性固形物含量高的特点，无香味。本试验从F1杂交群体中选用了149个单株作为研究对象，连同两个亲本共计151份材料进行研究。

1.2 试验方法

1.2.1样品采集

试验材料分别在2014年、2015年采自沈阳农业大学葡萄试验园，由于杂交后代的各个植株成熟时间不一致，因此葡萄果实的采集主要在8月中旬至9月下旬。采收原则是采集穗型标准，无病害，生长状况良好，结果高度，遮蔽度较为一致的果穗，选取新鲜完好的果实，根据不同个体的成熟时间不同，将成熟的个体逐一采收，样品采集后当天运回实验室，经液氮冷冻，于-80 ℃保存。

1.2.2主要仪器

手动HS-SPME装置，美国supelco公司；二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS，50/30 μm）萃取头，美国supelco公司；气相色谱-质谱联用仪（7890A-5795C），美国Agilent公司；色谱柱VF-max质谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），美国J＆W公司；EI电离源。

1.2.3葡萄香气物质固相微萃取

从冰箱中将葡萄取出置于室温解冻，每个样品称取30～50 g，破碎、榨汁后离心，取8 mL澄清的葡萄汁加入到20 mL的顶空瓶中，顶空瓶中预先加入3.0 g NaCl和转子，加盖密封，将SPEM萃取头插入到顶空瓶中伸出石英纤维，于60 ℃吸附40 min。然后将石英纤维收回，取出萃取头，迅速插入到GC/MS进样口中，在250 ℃下解析5 min，同时启动仪器。

1.2.4葡萄香气的GC/MS分析条件

升温条件为：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。转移线温度为250 ℃，质谱检测器采用EI模式，电压为70 eV；离子源温度为200 ℃；扫描速率为2.88 scan/s；质谱检测范围为 30～500 m/z，载气为氦气，流速为1.0 mL/min。

1.2.5香气成分分析

对采集到的质谱图用NIST05谱库检索，并根据已有标样的色谱保留时间和质谱信息，确定香气成分的化学组成，利用已有的化合物制备标准曲线进行定量。主要对芳樟醇、α-萜品醇、橙花醇、香茅醇、香叶醇、香叶酸进行定量分析。

1.2.6数据统计分析方法

本试验采用Excel 2003对数据进行统计分析，并采用SPSS 18.0分析葡萄杂交群的各香气成分的频率分布等。分别计算了87-1与9-22杂交后代各香气物质的变异系数（CV）、超高亲率、超低亲率等结果用于遗传趋势的分析。

2 结果与分析

2.1 87-1和9-22杂交后代果实香气物质种类鉴定

通过NIST库比对主要香气物质进行定性分析。分别得出峰时间为：芳樟醇10.35 min，萜品醇18.23 min，香茅醇20.81 min，橙花醇24.18 min，香叶醇27.86 min，苯乙醇40.79 min，香叶酸51.40 min。母本87-1中含有较高的芳樟醇、萜品醇和香叶醇，典型的玫瑰香型的葡萄这几种物质均有较高的含量。父本9-22各物质含量均呈较低的指标，一些物质甚至未被检测到。说明葡萄品种87-1和优系9-22果实香气物质种类及含量存在很大差异。

2.2 87-1和9-22杂交后代果实香气物质组分及含量的频率分布

如图1和表1可以看出，其杂交后代的芳樟醇、α-萜品醇含量主要集中在较低的范围内，并且只有少数子代呈现出超亲遗传。子代中芳樟醇含量的跨度最大，达到了0～350 μg/kg。子代中α-萜品醇含量几乎是介于父母本含量（0.33～35.85 μg/kg）的区间之内。相反，子代中香茅醇的含量呈现出较强的超亲遗传特性。超过60%的子代其香茅醇的含量超越高亲含量，且在2014年和2015年呈现出相似的趋势。子代中橙花醇含量跨度较大（0～300 μg/kg），但是主要集中0～200 μg/kg这个区间内，其中超过一半的子代橙花醇含量集中在0～100 μg/kg区间内。

图1 87-1与9-22杂交组合后代香气物质含量2014年和2015年两年中的分布

表1 87-1与9-22杂交后代果实香气物质组分及含量的遗传指标

2.3 87-1和9-22杂交后代果实香气物质组分及含量的遗传变异

由表1可以看出，对2014年、2015年各香气物质的含量进行分析，可以得出其变异系数均在92.83%以上，可以看出其杂交后代香气物质含量分离较为广泛。其中在2014年杂交后代芳樟醇、香茅醇、橙花醇、香叶醇、香叶酸平均含量均大于亲中值，呈增强变异，其中萜品醇在杂交后代中的平均值小于亲中值。在2015年中，萜品醇、香茅醇、香叶醇、香叶酸平均含量均大于亲中值，而芳樟醇、橙花醇平均含量低于亲中值。通过两年的各香气物质含量的变异范围比较可以得出，杂交后的个香气物质含量变异范围较大，各种香气物质均出现一定比例的超高亲单株。

3 讨论与结论

目前，常规杂交育种仍然是获得葡萄新品种的最重要手段之一，玫瑰香味与萜类物质及其含量密切相关。种间或品种间进行有性杂交时，亲本的非加性效应解体后代呈现广泛分离，劣变率往往很高，但也会出现超高亲的植株，这使得杂交育种更有意义[11]。Wu等[10]利用欧亚种种内杂交群体（京秀×亚历山大和京秀×香妃杂交）进行香气物质遗传规律研究，检测到香叶酸在子代遗传分离比率为1∶1。而在本试验中只发现少数不含有香叶酸的植株。本试验在2014年、2015年两年的结果对比中发现比较大的差异，可以看出环境对葡萄果实香气物质含量产生较大的影响。通过田间观察与记录，发现2015年杂交后代的植株的结果率与果实品质明显低于2014年，这与年份间的气候差异与田间管理有直接关系。赵新节[12]、南海龙等[13]研究也得到香气的组成除受品种影响外，还因成熟度、生长环境和栽培水平的差异而不同。作为玫瑰香型品种的主要芳香性物质芳樟醇，2014年在杂交后代的平均含量明显高于2015年的平均含量。但是一些香气物质在两年的差异较小，例如香叶醇、香叶酸的杂交后代平均含量两年份间的差异不大，可以认定为该物质受外界环境影响较小。在结果中同时发现香叶醇在杂交后代中超高亲率较高，而超低亲率较低，在遗传效应上呈典型的增强变异。何明茜[14]在以研究玫瑰香型香气物质遗传规律为主的‘北丰×34号’组合群体中，多数香气物质在子代中的含量均值低于亲本均值，只有顺式-玫瑰醚，柠檬醛子代中的含量高于亲本均值，有遗传的加性效应。这与本试验的结果有部分一致。本试验的所统计的结果中各种香气物质在杂交后代中均有超亲现象。这可能与不同品种以及不同香气物质的遗传力存在着一定关系。

葡萄中各香气物质含量在杂交后代呈广泛分离。葡萄果实中香气物质含量为多基因控制的数量性状，变异主要来自遗传效应。部分香气物质受环境影响较大。在分析中同时发现，香叶醇在杂交后代中超高亲率较高，超低亲率较低，在遗传效应上呈典型的增强变异。

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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

国家自然科学基金（31372021，31572085）；国家现代农业产业技术体系建设专项基金（CRAS-30-yz-6）

郭印山，副教授，主要从事葡萄遗传育种与生物技术研究。

*通讯作者：郭修武，教授，博士生导师，主要从事果树遗传育种与生物技术研究。E-mail: guoxw1959@163.com