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基于 GC-IMS 分析不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分

2022-04-29谢林君成果张瑛郭荣荣谢太理张劲

热带农业科学 2022年3期
关键词:气相砧木

谢林君 成果 张瑛 郭荣荣 谢太理 张劲

摘要 采用氣相-离子迁移谱法( GC-IMS )比较110R、5BB、3309m、 SO4砧木嫁接及自根苗瑞都红玉葡萄挥发性成分的差异,评价砧木嫁接葡萄果实香气品质,为瑞都红玉葡萄生产中砧木选择提供理论依据。结果表明: GC-IMS 共检测出46种挥发性成分,鉴定25种,包括醇类、醛类、酯类、酮类等,其中以醇类为主。不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄具有该品种玫瑰香型的典型香味特征,同时存在一定差异性。芳樟醇、辛醛、异丁醛、2-己烯醇、己醛、戊醛、异丙醇、庚醛等是共有的主要挥发性成分,赋予葡萄果实玫瑰、柑橘类的花香和果香等香气特征。5BB、3309m、 SO4砧木样品中芳樟醇含量较高,使其具有较浓郁的玫瑰花香;同时 SO4砧木样品中还具有甜香、果香等香气特征;5BB 砧木样品具有草本植物的青香特征; 110R 砧木样品具有显著的柑橘类果香特征。基于主成分( PCA )分析,各砧木样品挥发性成分之间可以显著区分。 SO4砧木嫁接瑞都红玉葡萄具有较好的综合香气品质。 GC-IMS 分析方法可以高效快速评价砧木嫁接葡萄果实香气特征,为嫁接砧木选择提供理论依据。

关键词 瑞都红玉葡萄;砧木;挥发性成分;气相-离子迁移谱法( GC-IMS)

中图分类号 S663.1     文献标识码 A      DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2022.03.019

Analysis of Volatile Components of Grape Fruit from Grape Variety ‘RuiduHongyu’ Grafted onto Different Rootstocks by GC-IMS

XIE Linjun  CHENG Guo  ZHANG Ying  GUO Rongrong  XIE Taili  ZHANG Jin

(Grape and Wine Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi 530007, China)

Abstract  In order to evaluate the aroma quality of grape fruit of grape graftings onto different rootstocks to provide some  reference for the selection of rootstocks for grafting of grape variety ‘RuiduHongyu’ in grape production, the grape variety ‘RuiduHongyu’ was grafted onto rootstocks 110R, 5BB, 3309m and SO4, respectively with the self-rooted ‘RuiduHongyu’ seedling as control, and the volatile components of the fruits from the graftings and self-rooted seedlings were detected with  the gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS). The results showed that 46 volatile components were detected  in the grape fruits by GC-IMS with 25 volatile components identified, including alcohols, aldehydes, esters, ketones, mainly  alcohols. The fruit of the ‘RuiduHongyu’ graftings all had the typical aroma characteristics of the rose flavor as the fruit of the  grape ‘RuiduHongyu’, although there exists  some difference in its aroma. Volatile components  such as linalool, octanal,  methylpropanal, 2-hexenol, hexanal, pentanal, 2-propanol, heptanal, etc were the main components which endowed grapes  with floral and fruit aroma characteristics such as rose and citrus aroma. The fruits of the graftings with 5BB, 3309m and SO4 as rootstocks had higher content of linalool, which made them have strong rose aroma. The fruit of the graftings with SO4 as  rootstock also presented sweet and fruit aroma characteristics. The fruit of the grafting with 5BB as rootstock had the green  aromaof herbaceous plants. The fruit of the grafting with 110R as rootstock had significant aroma of citrus fruit. The principal  component analysis (PCA) showed that the volatile components in the fruit of graftings with different rootstocks could be  distinguished significantly. The fruit of the RuiduHongyu grafting with SO4 as rootstock had better comprehensive aroma  quality. GC-IMS could be used to well distinguish the grape flavor characteristics from the grape fruits of the variety ‘RuiduHongyu’ grafted onto different rootstocks, which provides some reference for selection of rootstocks.

Keywords  grape variety ‘RuiduHongyu’; rootstock; volatile components; gas chromatography-ion mobility spectrometry

我國葡萄砧木嫁接源于20世纪60年代[1]。随着嫁接栽培技术的发展,合适的砧木选择是葡萄园建设成功的关键因素之一[2]。110R、5BB 、3309m、 SO4、41B 等砧木是葡萄生产中常用的嫁接品种,不同砧木品种具有不同的抗根瘤蚜、抗盐碱、抗病、抗寒、抗旱等能力。生产中选用优良的砧木,不仅可以提高砧木的抗逆性,还可以调控生长势,影响果实品质和产量[3-4]。国内外研究发现,砧木对葡萄嫁接品种的产量、质量、糖酸含量、白藜芦醇等次生代谢物含量、芳香成分等均会产生不同程度的影响[5-6]。

瑞都红玉葡萄是北京市农林科学院林业果树研究所筛选的瑞都香玉(京秀×香妃)红色芽变早熟品种,成熟时果皮呈红色,具有典型的玫瑰香[7],2015年引入广西南宁栽培[8]。郭荣荣等[9]研究表明,不同砧木对瑞都红玉葡萄果粒、果穗大小及果实品质具有不同程度的影响,5BB 砧木更适合瑞都红玉葡萄的生长及结果。沈碧薇等[10]研究了420A、225Ru、101-14等砧木对瑞都红玉葡萄生产结果与果实品质有不同的影响,其中,华佳8号砧木对瑞都红玉葡萄的生长结果与果实品质均有良好的影响,且能改善果实着色问题。

葡萄果实的挥发性成分主要由醇类、酯类、醛类、酮类、萜类化合物等构成,不同果实中,挥发性成分的种类和含量不同,构成了果实的独特风味[11]。 GC-IMS 是一种新兴的挥发性成分检测分析技术,基于香味指纹图谱广泛应用于产地判别、快速检测、快速分类等研究[12-13]。目前未见在果树砧木嫁接效果评价方面的应用实例。特征香气物质组成可作为评价瑞都红玉葡萄品种砧木的适宜性,具有研究和应用价值。本研究团队前期对瑞都红玉葡萄砧木嫁接进行了初步筛选与评价,基于前期研究基础上,从香气品质差异方面对瑞都红玉葡萄在110R、5BB、3309m、 SO4四种砧木嫁接的表现进行评价和研究。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地位于广西南宁市广西农业科学院明阳双季葡萄示范基地,试验材料为3年生的瑞都红玉葡萄嫁接树,砧木品种分别为110R、5BB 、3309m、 SO4,以瑞都红玉葡萄自根苗( HY )为对照。试验采用完全随机区组设计,所有葡萄苗木的栽培方式为“一”字型棚架,苗木管理条件与当地田间栽培管理措施一致[9],主要仪器为FlavourSpec®风味分析仪,德国 G.A.S.公司。

1.2 方法

1.2.1 样品处理每个处理选择树势相对一致的

15株作为采样株(去除行首和行尾株),每5株为1个重复。每个处理样品进行3个重复采样。将采收的葡萄去除葡萄籽,加液氮粉碎成粉末,精确称取10 g 样品装入25 mL 顶空进样瓶,存于‒80℃冰箱待测。

1.2.2  GC-IMS 分析采用 GC-IMS 对样品进行分析,色谱柱类型 FS-SE-54-CB-1,柱温40℃,载气/漂移气 N2, IMS 温度45℃;顶空进样单元条件:进样体积500μL,孵育时间15 min,孵育温度40℃,进样针温度85℃,孵化转速500 r/min;漂移气流速度 150 mL/min,气相载气流速 2~20 mL/min。

1.2.3 数据处理采用 Excel 2003、 prism 8.0、 SPSS 20.0软件进行数据分析并作图。其中 GC-IMS 的分析采用内置软件 LAV (Laboratory Analytical  Viewer )和 Reporter、 Gallery  Plot 、 Dynamic PCA 插件进行样品分析。

2 结果与分析

2.1 不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分的 GC-IMS 图谱

图1为不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分的 GC-IMS 图谱,可以直观比较不同砧木葡萄之间挥发性成分的差异。纵坐标代表气相色谱的保留时间,横坐标代表离子迁移时间;横坐标1.0处红色竖线为 RIP 峰(反应离子峰,经归一化处理), RIP 峰两侧的每一个点代表一种挥发性成分。整个图背景为蓝色,颜色代表物质的相对含量,白色表示相对含量较低,红色表示相对含量较高,颜色越深表示相对含量越大[14]。如图1所示,5种砧木嫁接的葡萄挥发性物质的种类相似,但含量存在差异,图中黄色区域的挥发性成分, 3309m、 SO4砧木及自根苗的葡萄样品中含量较高,其余砧木葡萄样品中含量相对少。红色区域中110R 砧木的葡萄样品挥发性成分含量较高,种类较丰富;绿色区域的挥发性成分中,110R、5BB及 SO4砧木的葡萄样品含量较高,而在其他葡萄样品中含量较少。

2.2 不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分定性分析

不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄的不同类别挥发性成分汇总图如图2所示,在不同砧木葡萄挥发性成分中,醇类物质含量相对最高,约占总挥发性成分50%~70%,相较于瑞都红玉葡萄自根苗,嫁接苗葡萄增加了其醇类物质含量。醛类物质是各处理葡萄果实中挥发性成分含量仅次于醇类的物质,一般呈现青草和花香气味, SO4砧木葡萄中的醛类物质含量显著高于其余样品,3309m 砧木葡萄中的醛类物质含量最低。酯类物质、酮类物质在不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分中含量较低。

2.3 不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分的指纹图谱分析

利用 Gallery Plot生成不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分的指纹图谱,对挥发性成分进行准确评价。指纹图谱中名称相同的挥发性成分以单体、二聚体的形式出现[15]。在指纹图谱中,每一行代表一种砧木葡萄样品中选取的全部信号峰,每一列代表同一挥发性成分在不同砧木葡萄样品中的信号峰。挥发性成分含量以颜色来区分,含量越高,颜色越鲜艳。由图3可知,不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄挥发性成分在 GC-IMS 中共有46种不同的特征信号,其中受数据库限制,只鉴定出25种挥发性成分,包括醇类7种(包含2种挥发性成分的单体和二聚体)、醛类11种(包含3种挥发性成分的单体和二聚体)、酯类3种(包含 1种挥发性成分的单体和二聚体)、酮类4种(包含1种挥发性成分的单体和二聚体)。

图3显示了不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄中挥发性成分的差异性,不同砧木嫁接葡萄样品既有各自的特征峰區域,也有共同的风味区域。绿色区域物质是不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄样品共有的风味物质。绿色区域的物质如芳樟醇、辛醛、异丁醛(M)、2-己烯醇、己醛、戊醛、异丙醇、乙醇、庚醛等是所有葡萄样品共有的挥发性成分,但在含量上有少许差异。芳樟醇是玫瑰香型葡萄的重要特征香气成分,其阈值较低,具有浓郁的玫瑰香气[16]。由指纹图谱图可以看出,芳樟醇相对含量在砧木嫁接样品中的含量要高于瑞都红玉自根苗中的含量,其中5BB、3309m、 SO4砧木样品中芳樟醇含量较高,表明砧木嫁接可以增加瑞都红玉葡萄的玫瑰花香的浓郁度。辛醛具有甜橙的水果香气以及蜂蜜的香气[16],其含量在砧木嫁接中比自根苗中含量高, 110R 砧木样品中含量最高,其次是5BB、3309m、 SO4砧木葡萄。异丁醛(M)具有愉快的水果香气,110R、 SO4砧木样品中含量较高。绿色区域的其它挥发性成分含量较一致,能赋予葡萄果实花香、甜香等香气特征[16]。

不同砧木嫁接对瑞都红玉葡萄的特征风味物质也有不同的影响,红色区域物质分别是每种砧木葡萄样品的特征风味物质。 110R 砧木样品中11种挥发性成分含量较高,未定性的6种,已定性的5种,分别是2,3-戊二酮、γ-丁内酯、糠醛、壬醛、3-戊酮,给其带来了柑橘类浓郁的果香香气。5BB 砧木样品中3种挥发性成分含量较高,未定性的2种,已定性的有丙酮1种,丙酮会给葡萄果实样品带来草本类植物香气。 SO4砧木样品6种挥发性成分含量较高,未定性的1种,已定性的5种,包括己醇、异丁醛、乙酸乙酯(M/D)、3-甲基丁醛等物质,具有甜香、菠萝香、苹果香、坚果香等香气特征[16]。3309m 砧木样品中未定性的13、14号含量较高。

2.4 不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄主成分分析

主成分分析通过简化数据来揭示变量间的相互关系,其作为多元统计分析技术的一种,已广泛应用于果蔬品质的差异分析[17]。对不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄样品挥发性成分进行了主成分分析。结果(图4)表明,主成分 1(principal components 1, PC 1)解释了总变量的43.3%,主成分2(principal components 2, PC 2)解释了总变量的27.5%, PC 1和 PC 2共解释了总变量的70.8%,说明主成分分析能够获取表征样品挥发性成分中的大部分信息,能代表不同砧木样品的挥发性风味的主要特征。

由图4可以直观比较样品之间的特征差异,且单个样品的重复性较好。110R 砧木葡萄样品和其余样品之间距离较远,其余砧木葡萄样品之间距离相对较近,但仍可以明显区分,表明 110R 砧木葡萄样品的挥发性成分差异最大;3309m 砧木和 HY 自根苗距离比较接近,说明它们之间挥发性成分差异较小。因此,使用 PCA 分析可以准确区分各砧木葡萄样品,与指纹图谱的分析结果一致,说明 GC-IMS 在鉴别不同砧木葡萄样品方面有很好的应用潜力。

3 讨论与结论

随着葡萄产业的发展,采用抗性砧木嫁接栽培已经成为葡萄产业发展的趋势。选择合适的砧木嫁接栽培,不仅可以提高品种抗逆性及产量,也可以改善果实品质[18]。果实品质重要的一个方面即果实风味,包括味觉与嗅觉,其中嗅觉就是果实散发的香气[19]。不同种类水果香气成分各具特色,可直接影响消费者的偏好。Marioli等[20]研究表明,砧木可影响梅洛葡萄酒挥发性成分,砧木99R 和140Ru 导致葡萄酒中总乙酯含量较高,其次是砧木110R、1103P 和Gravesac。郭文娇等[21]的研究也表明,扇形树形以及嫁接 SO4砧木有利于酿酒葡萄挥发性物质的积累。国内外研究均表明,通过选择适宜的砧穗组合,能够改变原接穗品种的挥发性物质的种类及含量,但是基于 GC-IMS分析砧木对葡萄香气的影响未见报道。

本文基于 GC-IMS 方法,分析了不同砧木嫁接瑞都红玉葡萄的挥发性成分,确定了各样品中的挥发性成分及特征性成分。所有葡萄样品共检测出46种挥发性成分,其中定性出25种,分别是醇类、醛类、酯类、酮类。其中醇类物质相对含量最高(50%~70%)。结合指纹图谱分析得出,主要挥发性成分芳樟醇、辛醛、异丁醛、2-己烯醇、己醛、戊醛、异丙醇、乙醇、庚醛等物质在各葡萄样品中均被检测出,且芳樟醇、辛醛、异丁醛在不同葡萄样品中含量不同。不同砧木嫁接葡萄样品中芳樟醇、辛醛的含量均高于瑞都红玉自根苗,砧木嫁接有利于提升果实香气品质,与孙磊[22]等研究结果一致。5BB、3309m、 SO4砧木嫁接葡萄样品中芳樟醇含量较高;辛醛在110R 砧木葡萄样品中含量最高,其次是5BB、3309m、 SO4。异丁醛具有愉快的水果香气,在110R、SO4砧木葡萄样中含量较高。在110R 砧木葡萄中,已定性的2,3-戊二酮、γ-丁内酯、糠醛、壬醛、3-戊酮含量较高,使其具有柑橘类浓郁的果香特征。丙酮在5BB 砧木葡萄中含量较高,具有令人不愉悦的草本类香气特征,前人研究结果显示,不建议使用5BB 作为瑞都红玉葡萄的嫁接砧木[22]。 SO4砧木葡萄中己醇、异丁醛、乙酸乙酯、3-甲基丁醛等物质含量较高,具有甜香、果香等香气特征。主成分分析与指纹图谱分析结果一致,各砧木葡萄样品也可以显著的区分开。

本研究基于风味特征分析得出,110R 砧木样品的水果香气特征最显著, 5BB、3309m、 SO4砧木样品中玫瑰花香较浓郁,且 SO4砧木样品具有甜香、果香特征。5BB 砧木样品具有不愉悦的草本植物的香气特征,不建议使用其作为瑞都红玉嫁接的砧木品种。 SO4砧木嫁接的葡萄样品的香气品质最佳,既增强了瑞都红玉葡萄的玫瑰花香特征,又丰富了其甜香、果香特征。

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(责任编辑 龙娅丽)

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