不同葉果比對(duì)‘玫瑰香’葡萄果實(shí)可揮發(fā)香氣合成的影響

李洋，田淑芬*，王超霞，蘇宏，李凱，黃麗秋

（1. 天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津 300380；2. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所，天津 300380）

‘玫瑰香’是我國(guó)的主栽葡萄品種之一。該品種香氣濃郁、口味獨(dú)特，既可以鮮食、制汁，也是制作葡萄酒的良好原料[1]，用漢沽產(chǎn)的‘玫瑰香’葡萄釀制的白葡萄酒多次獲得國(guó)際金獎(jiǎng)[2]。葡萄果實(shí)品質(zhì)的衡量指標(biāo)有很多，其中香氣是非常重要的指標(biāo)之一。葡萄香氣是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的性狀，由多種揮發(fā)性化合物構(gòu)成[3]，主要包括醛類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)和萜烯類(lèi)等[4-5]。

葡萄果實(shí)揮發(fā)性香氣化合物的合成途徑主要有三種：萜類(lèi)代謝、脂肪酸代謝和氨基酸代謝途徑[6-7]。里哪醇合成酶基因（Linalool synthetase,LIS）、異戊烯基焦磷酸還原酶基因（4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase,HDR）、類(lèi)胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因（Carotenoid cleavage dioxygenase,CCD）、9-順式環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因（9-cis epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）都是萜類(lèi)代謝合成途徑中的基因，LIS是萜類(lèi)物質(zhì)合成后期的關(guān)鍵基因，催化里哪醇的合成。HDR是2-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP）上游途徑的限速酶，與植物類(lèi)胡蘿卜素代謝關(guān)系密切且正相關(guān)。CCD和NCED可將類(lèi)胡蘿卜素分解生成下游產(chǎn)物，形成降異戊二烯類(lèi)物質(zhì)或脫落酸（ABA），其中CCD1的表達(dá)調(diào)控與β-紫羅酮的合成有關(guān)。脂肪酸代謝途徑包括脂氧合酶途徑和β-氧化途徑，脂氧合酶基因（lipoxygenase,LOX）、脂氫過(guò)氧化物裂解酶基因（hydroperoxide lyase,HPL）和乙醇脫氫酶基因（alcohol dehydrogenase class,ADH）都是脂氧合酶途徑中的相關(guān)基因。LOX使不飽和脂肪酸生成氫過(guò)氧化物，再經(jīng)過(guò)氫過(guò)氧化物裂解酶HPL生成醛類(lèi)物質(zhì)（己醛或己烯醛），后在醇脫氫酶的作用下生成醇。VvLOXA與己烯醛的形成有關(guān)，主要在果皮中表達(dá)，尤其在轉(zhuǎn)色期大量表達(dá)，而VvADH3與反-2-己烯醛有明顯的正相關(guān)性[8-10]。

成熟葡萄中的香氣成分受多種因素的影響，包括品種、生長(zhǎng)環(huán)境條件、栽培管理和收獲時(shí)間[11-14]。在許多情況下，這些變量會(huì)通過(guò)改變相關(guān)香氣生物合成途徑中基因的表達(dá)量，而改變代謝產(chǎn)物的量與組成[15]。在栽培管理中，修剪方式對(duì)調(diào)節(jié)葡萄生長(zhǎng)起著很重要的作用，通過(guò)以源庫(kù)單位的可變性為理論基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物在不同器官之間的分配與運(yùn)輸，使得樹(shù)體的生殖生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)達(dá)到平衡[15-17]。通過(guò)修剪改變?nèi)~果比，在一定程度上可以影響果實(shí)的品質(zhì)與香氣[18]。有研究表明，提高葉果比可顯著降低果實(shí)中蘋(píng)果酸、酒石酸質(zhì)量比，顯著提高可溶性糖、花色苷、總酚含量以達(dá)到提高葡萄果實(shí)口感和香氣品質(zhì)的目的[19-21]。因此，研究不同葉果比對(duì)葡萄果實(shí)香氣的影響具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本試驗(yàn)選取‘玫瑰香’葡萄為試材，通過(guò)修剪成不同葉果比的方式，研究其對(duì)果實(shí)成熟前后可揮發(fā)性香氣成分的變化及與香氣形成相關(guān)基因的表達(dá)，探索‘玫瑰香’葡萄適宜的栽培管理技術(shù)，為農(nóng)業(yè)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年4月16日至8月14日在天津農(nóng)科院武清現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地進(jìn)行。供試品種為7年生‘玫瑰香’葡萄，日光溫室種植，株行距為1.0 m×2.0 m，獨(dú)龍干雙臂“V”形葉幕，結(jié)果新梢間距為15 cm，每個(gè)新梢留1果穗。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)不同的葉果比處理，分別是8∶1（A處理）和16∶1（B處理），每個(gè)處理15株樹(shù)。A處理修剪方式：4葉（果穗以下4葉，副梢全部抹除）＋2葉（果穗以上2葉，副梢全部抹除）＋2葉（摘心后保留2葉，副梢全部抹除）；B處理修剪方式：4葉（果穗以下4葉，副梢全部抹除）＋8葉（果穗以上4葉，每節(jié)保留副梢1葉）＋4葉（摘心后保留2葉，每節(jié)保留副梢1葉）。在坐果后進(jìn)行定期修剪，以保持試驗(yàn)過(guò)程中葉果比不變，其他管理同常規(guī)。

取樣時(shí)期：分別在5月30號(hào)（轉(zhuǎn)色期）、6月26號(hào)（始熟期）和7月22號(hào)（成熟期）采集果穗上、中、下三個(gè)部位果實(shí)樣品，保存在-80 ℃冰箱，用于可揮發(fā)香氣成分和基因相對(duì)表達(dá)量的檢測(cè)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 果實(shí)香氣成分的測(cè)定

所有樣品于2019年11月8日解凍后勻漿，采用美國(guó)安捷倫7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）進(jìn)行香氣分析。

色譜條件：載氣（高純He）：純度≥99. 99%，流速1.0 mL·min-1，分流比5∶1；升溫程序：35 ℃保持2 min，以4 ℃·min-1升至200 ℃，然后以30 ℃·min-1升至250℃，保持5 min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃。

質(zhì)譜檢測(cè)條件：離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250 ℃；電子轟擊源：70 eV；掃描范圍：30～300 amu。

利用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用（HS-SPME-GCMS）分析方法。對(duì)檢測(cè)的揮發(fā)性成分通過(guò)未知物分析軟件與NIST 11.L譜庫(kù)（均為美國(guó)Agilent公司）提供的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹配，如果匹配因子大于80（最高100），通過(guò)相同GC-MS條件下標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和質(zhì)譜圖進(jìn)一步比對(duì)確認(rèn)。

定量分析：稱(chēng)取2.4 g NaCl于20 mL頂空瓶中，加入勻漿樣品8 mL，并加入內(nèi)標(biāo)物2-辛醇8 μL（180 mg·L-1，無(wú)水乙醇稀釋?zhuān)?，頂空瓶加蓋密封后待測(cè)。CTC固相微萃取條件：45 ℃預(yù)熱5 min，磁力攪拌子轉(zhuǎn)速為250 r·min-1（攪拌間歇式運(yùn)行，轉(zhuǎn)5 s，停2 s)，45 ℃萃取50 min，然后GC進(jìn)樣，250 ℃解吸2 min，采集數(shù)據(jù)。目標(biāo)化合物采用內(nèi)標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量，標(biāo)準(zhǔn)曲線由5點(diǎn)繪制，由化學(xué)工作站計(jì)算定量結(jié)果。

1.3.2 相關(guān)基因的測(cè)定

所有樣品在液氮環(huán)境中進(jìn)行研磨成粉末狀，使用RNA試劑盒提取葡萄果實(shí)的總RNA，以總RNA為模板利用TakaraPrimeScript TMRT-PCR試劑盒反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。以EF-1α為內(nèi)參基因進(jìn)行熒光定量PCR，選取香氣合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶基因，引物參照Martin等[22]的方法。熒光定量擴(kuò)增體系10 μL：2×SuperReal PreMix Plus 5 μL、上下游引物混合物（10 mmol）0.3 μL、cDNA模板0.4 μL和RNase-free水4.3 μL。

反應(yīng)條件：95 ℃ 15 min；然后95 ℃ 10 s，56 ℃ 20 s，72 ℃ 30 s，共40個(gè)循環(huán)；最后進(jìn)行溶解曲線測(cè)定。熒光定量結(jié)果通過(guò)相對(duì)定量法（2-△△t）進(jìn)行分析，每次試驗(yàn)重復(fù)3次。

檢測(cè)的基因包括：異戊烯基焦磷酸還原酶基因（4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase,HDR）、里哪醇合成酶基因（Linalool synthetase,LIS）、類(lèi)胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因（Carotenoid cleavage dioxygenase 1,CCD1）、9-順式環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因（9-cis epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）、脂氧合酶基因（lipoxygenase,LOXA）、脂氫過(guò)氧化物裂解酶基因（hydroperoxide lyase 1,HPL1）和乙醇脫氫酶基因（alcohol dehydrogenase class III,ADH3）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS 25和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)期的香氣成分與含量差異

果實(shí)樣品中均檢測(cè)出41種香氣物質(zhì)，按照化合物結(jié)構(gòu)分別為萜烯類(lèi)6種、醇類(lèi)9種、醛類(lèi)8種、酯類(lèi)11種、酮類(lèi)4種和烯類(lèi)3種。由表1可知，‘玫瑰香’葡萄果實(shí)香氣中醛類(lèi)、醇類(lèi)、萜烯類(lèi)物質(zhì)含量較高，而烯類(lèi)物質(zhì)的含量最少。在整個(gè)果實(shí)發(fā)育期，始熟期A處理中果實(shí)香氣物質(zhì)含量最高，為3907.72 μg·L-1，同時(shí)期醛類(lèi)、醇類(lèi)和烯類(lèi)物質(zhì)含量也達(dá)到較高水平，而此時(shí)期B處理的果實(shí)香氣物質(zhì)含量比A處理低563.09 μg·L-1。B處理在轉(zhuǎn)色期和成熟期的果實(shí)香氣物質(zhì)含量分別比A處理高342.24 μg·L-1和432.62 μg·L-1。萜烯類(lèi)物質(zhì)作為‘玫瑰香’葡萄特征香氣的主要成分，在始熟期B處理下含量最高，為870.21 μg·L-1。除此之外，3個(gè)處理時(shí)期中B處理的萜烯類(lèi)物質(zhì)含量均比A處理高，尤其是始熟期和成熟期B處理下萜烯類(lèi)物質(zhì)的含量比A處理分別高239.39 μg·L-1和126.27 μg·L-1。而醇類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、烯類(lèi)物質(zhì)在始熟期B處理下都比A處理的含量低?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著‘玫瑰香’果實(shí)的逐漸成熟，香氣物質(zhì)的含量先增加后減少，各個(gè)成分也隨之發(fā)生變化。

表1 玫瑰香果實(shí)香氣物質(zhì)含量Table 1 Contents of aroma substances in Muscat Hamburg grapeμg·L-1

從圖1中看出，對(duì)于同一處理，從轉(zhuǎn)色期到成熟期，醛類(lèi)占比變化不大，維持在50%，醇類(lèi)物質(zhì)占比從30%下降到20%左右，萜烯類(lèi)物質(zhì)占比從10%升高到30%左右。以A處理為對(duì)照，在轉(zhuǎn)色期和成熟期，B處理對(duì)‘玫瑰香’葡萄香氣物質(zhì)占比影響不大。在始熟期，B處理中的果實(shí)醇類(lèi)物質(zhì)占比低于A處理，而萜烯類(lèi)物質(zhì)占比高于A處理。以上結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)色期和成熟期，葉果比對(duì)‘玫瑰香’葡萄果實(shí)香氣物質(zhì)占比影響不大；而在始熟期，高葉果比能減少果實(shí)香氣中醇類(lèi)物質(zhì)的占比，增加萜烯類(lèi)物質(zhì)的占比。

2.1.1 醛類(lèi)香氣成分的分析

由圖1可知，醛類(lèi)物質(zhì)是所有香氣成分中占比最高的，為43.91%～62.21%。從圖2可以看出，醛類(lèi)物質(zhì)在始熟期含量最高，隨著果實(shí)成熟逐漸降低。其中反式-2-己烯醛含量最高（77.63%～84.06%），其次是正己醛（13.18%～19.57%）。在轉(zhuǎn)色期和成熟期，B處理果實(shí)中反式-2-己烯醛含量高于A處理，分別增加了212.46 μg·L-1和108.60 μg·L-1；在始熟期，B處理果實(shí)中反式-2-己烯醛含量比A處理低151.27 μg·L-1；而在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，A處理和B處理果實(shí)中正己醛含量變化不大（圖2）。結(jié)果表明，高葉果比能增加果實(shí)中反式-2-己烯醛含量，對(duì)果實(shí)中正己醛含量的影響不大。總之，在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，高葉果比增加了‘玫瑰香’葡萄果實(shí)香氣中醛類(lèi)含量。

2.1.2 醇類(lèi)香氣成分的分析

醇類(lèi)香氣物質(zhì)是所有香氣類(lèi)型中總量占比第二的香氣物質(zhì)，醇類(lèi)物質(zhì)的含量和占比最高的為始熟期A處理（分別為1376.50 μg·L-1和35.23%），最低的為成熟期A處理（分別為497.89 μg·L-1和19.22%）。醇類(lèi)香氣物質(zhì)主要是1-己醇、反式-2-己烯-1-醇和2-乙基己醇（圖3）。在始熟期，以A處理為對(duì)照，B處理使果實(shí)中1-己醇的含量增加了74.60 μg·L-1、反式-2-己烯-1-醇含量增加了28.26 μg·L-1，2-乙基己醇含量減少了788.41 μg·L-1；而在成熟期，B處理使果實(shí)中2-乙基己醇含量增加了87.37 μg·L-1?？偠灾?，高葉果比在轉(zhuǎn)色期和成熟期能增加‘玫瑰香’葡萄果實(shí)特征香氣醇類(lèi)物質(zhì)的含量，而在始熟期醇類(lèi)物質(zhì)含量低于低葉果比處理。

2.1.3 萜烯類(lèi)香氣物質(zhì)的分析

‘玫瑰香’果實(shí)中的萜烯類(lèi)物質(zhì)主要是香葉醇、里哪醇、β-蒎烯和香茅醇，其含量隨著果實(shí)成熟逐漸增加（圖4）。在始熟期，B處理果實(shí)中的香葉醇和β-蒎烯含量比A處理分別高90.82、37.95 μg·L-1；在成熟期，B處理果實(shí)中的香葉醇和里哪醇含量比A處理分別高48.02、68.42 μg·L-1。以上結(jié)果說(shuō)明，在轉(zhuǎn)色期后，高葉果比能增加‘玫瑰香’葡萄果實(shí)特征香氣萜烯類(lèi)物質(zhì)含量。

2.1.4 酮類(lèi)香氣物質(zhì)的分析

‘玫瑰香’果實(shí)中酮類(lèi)物質(zhì)主要是6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-辛酮和2-壬酮（圖5），隨著果實(shí)的成熟，酮類(lèi)物質(zhì)逐漸減少，高葉果比可增加果實(shí)中6-甲基-5-庚烯-2-酮含量，而其他酮類(lèi)物質(zhì)變化不大。綜上所述，在成熟期之前，高葉果比可增加果實(shí)香氣中酮類(lèi)物質(zhì)的含量。

2.2 不同葉果比對(duì)‘玫瑰香’果實(shí)香氣相關(guān)基因表達(dá)的影響

2.2.1 不同葉果比下果實(shí)萜烯類(lèi)香氣相關(guān)基因的表達(dá)

圖6所示，以處理A為對(duì)照，在轉(zhuǎn)色期處理B在HDR和CCD1基因的表達(dá)上調(diào)，LIS和NCED基因表達(dá)下調(diào)；在始熟期，HDR和NCED基因表達(dá)與對(duì)照沒(méi)有明顯變化，LIS和CCD1基因的表達(dá)上調(diào)；在成熟期，HDR和CCD1基因表達(dá)均上調(diào)，LIS基因表達(dá)下調(diào)，NCED基因表達(dá)與對(duì)照沒(méi)有明顯變化。以上結(jié)果說(shuō)明，16∶1的葉果比與8∶1的葉果比處理在影響‘玫瑰香’果實(shí)萜烯類(lèi)香氣部分相關(guān)基因表達(dá)相比較，高葉果比在轉(zhuǎn)色期促進(jìn)HDR和CCD1基因的表達(dá)，抑制LIS和NCED基因的表達(dá)；在始熟期，促進(jìn)LIS和CCD1基因的表達(dá)；在成熟期，促進(jìn)HDR和CCD1基因的表達(dá)，抑制LIS基因的表達(dá)。由此可見(jiàn)，高葉果比可在一定程度上促進(jìn)‘玫瑰香’果實(shí)成熟期萜烯類(lèi)香氣部分相關(guān)基因表達(dá)，使萜烯類(lèi)化合物含量增加。

2.2.2 不同葉果比下果實(shí)醇酯類(lèi)香氣相關(guān)基因的表達(dá)

圖7表現(xiàn)了不同葉果比處理對(duì)‘玫瑰香’果實(shí)醇酯類(lèi)香氣相關(guān)基因表達(dá)的影響。以處理A為對(duì)照，處理B在轉(zhuǎn)色期對(duì)LOXA、HPL1和ADH3基因表達(dá)與對(duì)照沒(méi)有明顯變化；在始熟期，LOXA基因的表達(dá)下調(diào)，HPL1和ADH3基因表達(dá)與對(duì)照沒(méi)有明顯變化；在成熟期，LOXA、HPL1和ADH3基因表達(dá)均上調(diào)。以上結(jié)果說(shuō)明，在影響‘玫瑰香’果實(shí)醇酯類(lèi)香氣部分相關(guān)基因表達(dá)方面，16∶1的葉果比在轉(zhuǎn)色期對(duì)LOA、HPL1和ADH3基因的表達(dá)影響不大，在成熟期促進(jìn)了LOXA、HPL1和ADH3基因的表達(dá)。由此可見(jiàn)，高葉果比在一定程度上促進(jìn)‘玫瑰香’果實(shí)成熟期醇酯類(lèi)香氣相關(guān)基因表達(dá)，使得醇類(lèi)和醛類(lèi)物質(zhì)含量增多，但在轉(zhuǎn)色期和始熟期對(duì)醇酯類(lèi)香氣相關(guān)基因表達(dá)的影響不大。

3 討論與結(jié)論

不同的葉果比會(huì)影響葡萄果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。夏季修剪通過(guò)改變?nèi)~果比調(diào)節(jié)植物庫(kù)源關(guān)系及改善樹(shù)冠內(nèi)微環(huán)境，使光合作用的利用率最大化，從而影響果實(shí)品質(zhì)。香氣是葡萄果實(shí)風(fēng)味、品種特性的重要組成部分，也是衡量果實(shí)品質(zhì)重要的指標(biāo)之一[23-27]。試驗(yàn)結(jié)果表明，高葉果比可提高‘玫瑰香’葡萄果實(shí)香氣物質(zhì)含量。其主要原因可能是高葉果比葉面積大，使光合產(chǎn)物的合成量增多，果實(shí)中糖分含量增加，從而進(jìn)一步促進(jìn)果實(shí)成熟過(guò)程中次生代謝產(chǎn)物的積累，如葡萄香氣物質(zhì)的合成積累[28-31]。

里哪醇、香葉醇被認(rèn)為是‘玫瑰香’葡萄果實(shí)中單萜類(lèi)物質(zhì)，是香氣中的主要呈香成分[26]。在始熟期和成熟期，高葉果比分別增加了香葉醇和里哪醇物質(zhì)的含量，使果實(shí)的香味更加濃郁，而萜烯類(lèi)相關(guān)的基因也在始熟期及成熟期表達(dá)上調(diào)。研究表明，在單萜類(lèi)生物合成過(guò)程中，單萜醇前體的累計(jì)能夠使HDR基因表達(dá)上調(diào)。Reynolds等通過(guò)對(duì)‘霞多麗’葡萄疏穗處理的研究發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)發(fā)育早期進(jìn)行疏穗處理可以增加果實(shí)中游離態(tài)萜烯物質(zhì)含量，這與該試驗(yàn)結(jié)果一致[32-33]。值得注意的是，在始熟期高葉果比反而使果實(shí)中醛類(lèi)、醇類(lèi)物質(zhì)的含量下降；除此之外，轉(zhuǎn)色期含有少量大馬酮，始熟期和成熟期未檢測(cè)到此物質(zhì)，可能是由于大馬酮所在的降異戊二烯合成途徑與脫落酸合成途徑共用同一種底物，隨著果實(shí)的成熟，脫落酸合成增加，大馬酮合成相應(yīng)減少。

綜上所述，對(duì)于‘玫瑰香’品種來(lái)說(shuō)，高葉果比在轉(zhuǎn)色期增加酮類(lèi)、醇類(lèi)和醛類(lèi)物質(zhì)含量，而在始熟期減少醛類(lèi)、醇類(lèi)物質(zhì)含量。高葉果比可在成熟期促進(jìn)葡萄果實(shí)香氣中萜烯類(lèi)物質(zhì)和醇酯類(lèi)物質(zhì)相關(guān)基因的表達(dá)，使得成熟期果實(shí)中萜烯類(lèi)物質(zhì)和醇酯類(lèi)物質(zhì)含量增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，較高葉果比可以通過(guò)提高光合作用效率增加‘玫瑰香’葡萄果實(shí)香氣化合物的合成。