48個葡萄品種果實大小粒性狀調(diào)查及差異分析

葛孟清， 董天宇， 鄭 婷， 上官凌飛， 房經(jīng)貴，①， 劉崇懷

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院， 江蘇 南京 210095； 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所， 河南 鄭州 450009)

葡萄(Vitisspp.)在全世界栽培廣泛，是世界上加工比例最高、產(chǎn)業(yè)鏈最長且產(chǎn)品最多的果樹[1-5]。葡萄的果實品質(zhì)決定了其商品價值和加工利用程度。果粒大小為葡萄重要的果實品質(zhì)性狀，可影響鮮食葡萄的食用品質(zhì)和釀酒葡萄的釀酒品質(zhì)[6-7]。然而，在實際生產(chǎn)中，許多葡萄品種的果穗和果粒不均勻，呈現(xiàn)出明顯的大小粒現(xiàn)象[8-9]，導(dǎo)致其商品價值和經(jīng)濟效益下降。

為了探明葡萄果實大小粒的形成機制及其對果實品質(zhì)的影響，研究者從生理和分子水平上開展了相關(guān)研究[10-13]，發(fā)現(xiàn)葡萄果實大小粒屬于多基因控制的數(shù)量性狀，遺傳結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受到遺傳因子和環(huán)境因子相互作用的影響[13]。雖然已有研究者發(fā)現(xiàn)葡萄果實大小粒的形成與品種、氣候、植株長勢和水肥供應(yīng)等因子有關(guān)[14]，但葡萄果實生長和大小粒的調(diào)控機制尚不清楚，果實大小粒對葡萄品質(zhì)的影響研究也不深入，不利于培育果實大小均勻的葡萄，致使由鮮食葡萄果實大小粒導(dǎo)致的產(chǎn)量和品質(zhì)下降以及由釀酒葡萄果實大小粒導(dǎo)致的葡萄酒加工品質(zhì)降低等問題一直沒有得到很好地解決。

鑒于此，在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所葡萄種質(zhì)資源圃內(nèi)選擇48個果實大小?，F(xiàn)象明顯的葡萄品種，對各品種的小果率進行調(diào)查，并對各品種大果和小果的生長性狀(包括果?？v徑、果粒橫徑、果形指數(shù)、單果粒質(zhì)量和單果粒種子數(shù))、果實品質(zhì)(包括果實硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和花色苷含量)和橫切面解剖結(jié)構(gòu)進行比較，以期探明葡萄果實大小粒的主要影響因子及果實大小粒對葡萄果實品質(zhì)的影響，從而為更好地解決葡萄栽培生產(chǎn)中的大小粒問題提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，并為葡萄的種質(zhì)資源利用及育種親本選擇提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所葡萄種質(zhì)資源圃(東經(jīng)113°39′、北緯34°43′)內(nèi)，選擇在避雨棚下栽培的48個果實大小?，F(xiàn)象明顯的葡萄品種進行研究。該資源圃海拔110.4 m，年均溫15.8 ℃，年均空氣相對濕度66.0%，年均降水量636.0 mm，7月至8月降水量270.0 mm，占全年降水量的42.5%。供試48個葡萄品種的相關(guān)信息見表1。

表1 供試48個葡萄品種的相關(guān)信息1)Table 1 Related information of 48 grape (Vitis spp.) cultivars tested1)

1.2 方法

1.2.1 大小粒確定及小果率統(tǒng)計 根據(jù)作者對葡萄種質(zhì)資源的調(diào)查結(jié)果[14]，對供試每個品種的果粒大小進行分類。將果粒橫徑和果?？v徑顯著低于正常果粒橫徑和果?？v徑范圍的果粒歸為小果，其余果粒均歸為大果。統(tǒng)計每個果穗上大果和小果的數(shù)量，據(jù)此計算小果率，計算公式為小果率=(某一果穗的小果數(shù)/該果穗的果?？倲?shù))×100%。

1.2.2 生長性狀測定 在供試每個品種的大果和小果中各隨機選取20個成熟果粒，用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量果?？v徑和果粒橫徑，據(jù)此計算果形指數(shù)(果?？v徑與果粒橫徑的比值)，并根據(jù)劉崇懷等[15]制定的標(biāo)準(zhǔn)，按照果形指數(shù)(FI)劃分果形，即長橢圓形(1.3≤FI<1.6)、橢圓形(1.1≤FI<1.3)、圓形(1.0≤FI<1.1)和扁圓形(FI<1.0)；使用萬分之一電子天平稱量單果粒質(zhì)量；統(tǒng)計每個果粒中的種子數(shù)，即單果粒種子數(shù)。

1.2.3 果實品質(zhì)測定 在供試每個品種的大果和小果中各隨機選擇10個成熟果粒，采用M-T扎穿試驗法[16-17]測定帶皮果實的硬度。將果皮和果肉分開，稱取0.5 g果皮，參考Orak[18]的方法測定花色苷含量；將果肉榨汁，用MASTER-100H ATAGO手持刻度式折光儀(日本ATAGO公司)測定可溶性固形物含量[19]，參照Lamikanra等[20]的方法測定可滴定酸含量(以酒石酸質(zhì)量分數(shù)計)。各指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.2.4 橫切面解剖結(jié)構(gòu)觀察 隨機選擇‘蘇46號’(‘Su No. 46’)、‘鄭巨1號’(‘Zhengju No. 1’)、‘鄭果2號’(‘Zhengguo No. 2’)和‘金后’(‘Golden Queen’)4個品種大果和小果的成熟果實各3粒，用FAA固定液〔V(甲醛)∶V(乙酸)∶V(體積分數(shù)50%乙醇)=1∶1∶18〕固定，送武漢賽維爾生物科技有限公司進行石蠟包埋，并在赤道處橫切，每個果粒制作1個切片；用Pannoramic P-MIDI數(shù)字切片掃描儀(匈牙利3DHISTECH公司)全景掃描。采用Image-Pro Plus 6.0軟件，在400倍條件下統(tǒng)計每個視野內(nèi)表皮細胞的數(shù)量；每個切片隨機選擇5個完整的表皮細胞，分別測量表皮細胞的長度、寬度和面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Origin 9.0和EXCEL 2016軟件進行數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計及分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 果實大小粒的生長性狀差異

統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明：供試48個葡萄品種中，‘公釀1號’(‘Gongniang No. 1’)的小果率最低(13.9%)，而‘巴爾干’(‘Balkan’)的小果率最高(87.9%)，各品種間小果率差異較大。大果和小果的果粒縱徑分別為15.35～30.29和6.36～22.32 mm，果粒橫徑分別為16.16～27.98和5.38～22.47 mm，果形指數(shù)分別為0.95～1.47和0.92～1.29，單果粒質(zhì)量分別為2.82～14.32和0.29～3.96 g；并且，同一品種大果和小果間的果粒縱徑、果粒橫徑和單果粒質(zhì)量差異顯著(P<0.05)。

由表2可見：除‘鄭果28號’(‘Zhengguo No. 28’)、‘吉姆沙瓦爾寧’(‘Kadarka’)、‘熊岳白’(‘White Xiongyue’)和‘曼爾尼什卡’(‘Manernishika’)外，其余品種大果的果形指數(shù)均大于同一品種小果。進一步統(tǒng)計分析結(jié)果表明：在供試48個葡萄品種中，33個品種大果和小果的果形不一致，其余15個品種大果和小果的果形一致。大果和小果果形不一致有5種情況：1)大果圓形、小果扁圓形，包括‘黑奧林’(‘Black Olympia’)和‘紅山彥’(‘Beniyamabiko’)等18個品種；2)大果橢圓形、小果扁圓形，包括‘巨優(yōu)’(‘Juyou’)和‘山東大紫’(‘Shandongdazi’)等7個品種；3)大果橢圓形、小果圓形，包括‘鄭黑’(‘Zhenghei’)和‘霸王’(‘Bawang’)等6個品種；4)大果長橢圓形、小果圓形，只有‘芭拉蒂’(‘Barbara’)1個品種；5)大果扁圓形、小果圓形，只有‘熊岳白’1個品種。大果和小果果形一致有3種情況：1)大果和小果均為圓形，包括‘東部巨選’(‘Kyoho Tobu’)和‘高妻’(‘Takatsuma’)等9個品種；2)大果和小果均為扁圓形，包括‘先鋒’(‘Pioneer’)、‘金后’、 ‘公釀1號’、‘布加勒斯特玫瑰’(‘Bucuresti-Muscat’)和‘吉姆沙瓦爾寧’5個品種；3)大果和小果均為長橢圓形，只有‘藍玉’(‘Lanyu’)1個品種。

由表2還可見：除無核品種‘瑞都無核怡’(‘Ruiduwuheyi’)外，所有有核品種的大果均有種子，單果粒種子數(shù)為1～6，且所有種子發(fā)育正常；‘高妻’的小果有2粒種子，‘熊岳白’的小果有1粒種子，其余有核品種的小果均未見種子。

表2 48個葡萄品種大果和小果的生長性狀差異Table 2 Difference in growth characters of big and small fruits of 48 grape (Vitis spp.) cultivars

2.2 果實大小粒的果實品質(zhì)差異

2.2.1 果實硬度差異 統(tǒng)計結(jié)果(表3)表明：48個葡萄品種大果的果實硬度為0.52～1.66 kg·cm-2，其中，‘季米亞特’(‘Jimiyate’)大果的果實硬度最大，‘鄭果28號’大果的果實硬度最小。48個葡萄品種小果的果實硬度為0.20～1.53 kg·cm-2，其中，‘季米亞特’小果的果實硬度最大，‘巴爾干’、‘克林巴馬克’(‘Khoussaine Khelime Barmak’)、‘早生高墨’(‘Takasumi Early’)和‘鄭巨2號’(‘Zhengju No. 2’)4個品種小果的果實硬度相同且最小。并且，各品種大果的果實硬度顯著(P<0.05)高于同一品種小果。

表3 48個葡萄品種大果和小果的果實品質(zhì)差異Table 3 Difference in fruit quality of big and small fruits of 48 grape (Vitis spp.) cultivars

2.2.2 可溶性固形物含量差異 統(tǒng)計結(jié)果(表3)表明：48個葡萄品種大果的可溶性固形物含量為13.34%～23.08%，其中，‘吉峰14號’(‘Jifeng No. 14’)大果的可溶性固形物含量最高，‘曼爾尼什卡’大果的可溶性固形物含量最低。48個葡萄品種小果的可溶性固形物含量為12.36%～24.70%，其中，‘巨優(yōu)’小果的可溶性固形物含量最高，‘曼爾尼什卡’小果的可溶性固形物含量最低?！｛愄亍?‘Lilite’)、‘考茲烏蘇姆’(‘Koz Ousioum’)和‘鄭黑’小果的可溶性固形物含量低于同一品種大果，其余45個品種小果的可溶性固形物含量均不低于同一品種大果。多數(shù)品種大果和小果間的可溶性固形物含量差異顯著，其中，‘信濃紅’(‘Shinoho’)大果和小果間的可溶性固形物含量相差最大，而‘巴爾干’大果和小果間的可溶性固形物含量相同(16.56%)。

2.2.3 可滴定酸含量差異 統(tǒng)計結(jié)果(表3)表明：48個葡萄品種大果的可滴定酸含量為0.32%～0.99%，其中，‘熊岳白’大果的可滴定酸含量最高，‘京優(yōu)’(‘Jingyou’)大果的可滴定酸含量最低。48個葡萄品種小果的可滴定酸含量為0.37%～1.24%，其中，‘熊岳白’小果的可滴定酸含量最高，‘紅山彥’小果的可滴定酸含量最低?！呶病?‘Takao’)、‘巨峰’(‘Kyoho’)、‘大玫瑰’(‘Muscat Hamburg Mutation’)、‘巨優(yōu)’和‘瑞都紅玫’(‘Ruiduhongmei’)大果和小果的可滴定酸含量相同，其余43個品種小果的可滴定酸含量均顯著高于同一品種大果，其中，‘考茲烏蘇姆’大果和小果間的可滴定酸含量相差最大。

2.2.4 花色苷含量差異 統(tǒng)計結(jié)果(表3)表明：48個葡萄品種的大果花色苷含量為0.22～3.46 mg·g-1，其中，‘公釀1號’的大果花色苷含量最高，‘藍玉’的大果花色苷含量最低。48個葡萄品種的小果花色苷含量為0.36～4.83 mg·g-1，其中，‘京優(yōu)’的小果花色苷含量最高，‘藍玉’的小果花色苷含量最低。并且，48個葡萄品種的小果花色苷含量均顯著高于同一品種大果。

2.3 果實大小粒的橫切面解剖結(jié)構(gòu)差異

‘蘇46號’、‘鄭巨1號’、‘鄭果2號’和‘金后’4個品種大果和小果的成熟果實橫切面解剖結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果見圖1。由圖1可見：4個品種的果皮表面均覆有角質(zhì)層，表皮層由2～3層致密的扁平狀表皮細胞組成；果肉中部分薄壁細胞解體，細胞排列疏松且明顯膨大。果實表皮細胞和果肉細胞的形態(tài)和密度在不同品種間存在差異，在同一品種的大果和小果間也存在差異。例如：‘蘇46號’、‘鄭巨1號’和‘金后’的小果薄壁細胞解體現(xiàn)象較大果更明顯。

A1： ‘蘇46號’大果Big fruit of ‘Su No. 46’； A2： ‘蘇46號’小果Small fruit of ‘Su No. 46’； B1： ‘鄭巨1號’大果Big fruit of ‘Zhengju No. 1’； B2： ‘鄭巨1號’小果Small fruit of ‘Zhengju No. 1’； C1： ‘鄭果2號’大果Big fruit of ‘Zhengguo No. 2’； C2： ‘鄭果2號’小果Small fruit of ‘Zhengguo No. 2’； D1： ‘金后’大果Big fruit of ‘Golden Queen’； D2： ‘金后’小果Small fruit of ‘Golden Queen’.圖1 4個葡萄品種大果和小果的橫切面解剖結(jié)構(gòu)Fig. 1 Anatomical structure of transverse section of big and small fruits of 4 grape (Vitis spp.) cultivars

統(tǒng)計結(jié)果(表4)表明：同一品種大果和小果間表皮細胞的長度、寬度和面積均差異顯著(P<0.05)；在400倍視野內(nèi)，同一品種大果和小果間的表皮細胞數(shù)也差異顯著，且4個品種大果的表皮細胞數(shù)顯著高于小果。

表4 4個葡萄品種大果和小果的表皮細胞性狀差異Table 4 Difference in characters of epidermal cell of big and small fruits of 4 grape (Vitis spp.) cultivars

3 討 論

果粒大小是影響葡萄果實外觀、商品價值和經(jīng)濟價值以及葡萄品種選育的重要性狀[21]。果實大小和形狀是子房和果實在生長過程中多個生理過程相互作用的結(jié)果[22]。受粉前子房的發(fā)育是果實發(fā)育的一個重要過程，子房中的細胞是后續(xù)細胞分裂的基礎(chǔ)，而細胞分裂是決定果實大小的一個關(guān)鍵因子[7，22]。在受粉成功后，果實和種子開始發(fā)育，隨著果實和種子的不斷發(fā)育，植物體內(nèi)的激素(包括細胞分裂素、乙烯、脫落酸、生長素和赤霉素)開始相互作用，控制果實發(fā)育。本研究中，除無核品種‘瑞都無核怡’外，所有有核品種大果的單果粒種子數(shù)均高于同一品種小果，并且，除‘高妻’和‘熊岳白’外，其余有核品種的小果均未見種子。徐海英等[23]認為，‘瑞都無核怡’因假單性結(jié)實而呈現(xiàn)無核化，推測該品種出現(xiàn)大小?，F(xiàn)象可能與受粉前子房的發(fā)育有關(guān)[22]，也可能與胚發(fā)育階段的種子發(fā)育程度有關(guān)[24]。

果實大小是細胞數(shù)量和細胞大小共同作用的結(jié)果，而細胞數(shù)量和細胞大小由細胞的分裂和擴張共同決定[25]。Azzi等[26]發(fā)現(xiàn)，細胞的分裂和擴張受到激素信號和碳分配等復(fù)雜的相互作用的控制，這些相互作用決定了果實的大小、質(zhì)量、形狀及其他特性。Johnson等[27]認為，同一品種小果細胞體積和質(zhì)量的增加速度明顯慢于大果，導(dǎo)致小果無法長成正常大小的果實。對4個葡萄品種大果和小果果實橫切面解剖結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果表明：同一品種大果和小果間的表皮細胞數(shù)量差異顯著，與Jiang等[28]對沙梨〔Pyruspyrifolia(Burm. f.) Nakai〕的相關(guān)研究結(jié)果相同，據(jù)此推測葡萄大小粒主要由果實發(fā)育前期的細胞數(shù)量決定。相關(guān)研究結(jié)果[6，22]表明：果實的實際大小是遺傳因子和環(huán)境因子相互作用的結(jié)果，花芽分化不良、植株營養(yǎng)生長和生殖生長不平衡以及栽培管理措施不合理均可導(dǎo)致葡萄果實發(fā)育不良，出現(xiàn)大小?，F(xiàn)象。

研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果粒越大，花色苷含量反而越低[29]。本研究中，供試48個葡萄品種小果的花色苷含量均顯著高于同一品種大果，與上述研究結(jié)果一致。此外，本研究還對同一葡萄品種大果和小果的可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果實硬度進行了比較，結(jié)果表明：同一品種大果和小果間的可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果實硬度總體上差異顯著，并且，各品種小果的果實硬度顯著低于同一品種大果，多數(shù)品種小果的可溶性固形物含量和可滴定酸含量顯著高于大果。然而，目前關(guān)于葡萄大小粒與果實品質(zhì)的關(guān)系尚不清楚，有待進一步深入研究。另外，葡萄果粒大小受多基因控制[30]，但其果實大小粒形成的分子機制仍未可知，需要結(jié)合遺傳學(xué)和功能基因組學(xué)等方法開展深入研究。