草莓‘寧玉’及其親本果實發(fā)育過程中香氣成分分析

龐夫花,趙密珍,袁華招,王 靜,于紅梅,陳志京

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院 果樹研究所/江蘇省高校園藝作物遺傳改良重點實驗室,江蘇 南京 210014)

草莓‘寧玉’是以‘幸香’為母本,以‘章姬’為父本雜交選育出的早熟抗病新品種；2005年雜交組合獲得種子,2010年11月通過江蘇省農(nóng)作物品種審定委員會鑒定,定名為‘寧玉’[1]。草莓‘寧玉’果實圓錐形,果個均勻,紅色,果面平整,光澤強,可溶性固形物含量達10.7%,果大豐產(chǎn),抗炭疽病和白粉病。‘寧玉’草莓適合江蘇草莓促成栽培區(qū)域種植及同類地區(qū)保護地促成栽培,在南京屬于極早熟品種,南京地區(qū)促成栽培于11月中旬開始成熟,比目前主栽品種紅顏的成熟期提前了15～20 d。‘寧玉’草莓適應(yīng)性較強,截至目前已經(jīng)推廣至全國25個省,北至黑龍江、吉林,南至廣東、云南，西至新疆、西藏,均有一定的栽培面積。目前對‘寧玉’草莓的花芽分化過程、花序分化時間、花粉生活力、莖尖組培快繁技術(shù)、大棚促成栽培技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)等均有較詳細的研究[2-10]。

‘寧玉’草莓口感清爽,廣泛被大眾接受,多次在草莓大會上被評為‘一等獎’。但是‘寧玉’草莓的脆爽、甘甜、獨特的香氣由哪些物質(zhì)組成？其與親本香氣物質(zhì)的差異還處于未知狀態(tài)。本文以‘寧玉’草莓及其母本‘幸香’、父本‘章姬’為試材,利用頂空固相微萃取技術(shù)(HS-SPME)結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)對它們的香氣組分與相對含量進行了測定,旨在了解‘寧玉’草莓及其親本香味組成成分,為草莓香氣育種中親本的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年進行,以江蘇省農(nóng)業(yè)科學院溧水植物基地種植的‘寧玉’及其母本‘幸香’、父本‘章姬’為試材,將果實成長期分為綠果期、白果期、著色期、全紅期4個時期,各采摘1000 g鮮果樣品,液氮速凍后,置于-70 ℃超低溫冰箱保存待測。

1.2 果實中芳香物質(zhì)含量的測定及GC-MS分析

試材的前處理及GC-MS分析采用曾祥國等[11-12]的物質(zhì)提取及分析方法(修改版),將500 g果實放入果實粉碎機中打漿,采用4層紗布進行抽濾；吸取混勻的果汁10 mL于20 mL的頂空瓶中,加入3 g NaCl,用聚四氟乙烯隔墊密封。將萃取瓶放入40 ℃恒溫水浴中,預(yù)熱5 min,然后用超聲波處理20 min,最后分別用CarboxenTM/PDMS進行頂空固相微萃取,在40 ℃恒溫下萃取 20 min。設(shè)3次重復(fù)。

氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析:用美國Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Trace DSQ-Ⅱ氣質(zhì)聯(lián)用儀。

色譜條件:色譜柱TR-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mmID×0.25 μm),流速1 mL/min;進樣口溫度230 ℃;分流比10∶1。柱溫采用程序升溫:初溫60 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min升溫到220 ℃,保持20 min。載氣為高純氦氣(99.999%),流速為1 mL/min;萃取頭插入GC進樣口,解析3 min。

質(zhì)譜條件:傳輸線溫度250 ℃,離子源溫度230 ℃,質(zhì)量掃描范圍m/z 30～350 amu,電子轟擊離子源(EI)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對采集到的總離子流圖用2008NIST譜庫搜索及資料分析,確定香氣成分,采用面積歸一法進行定量計算,取平均值計算各化合物的相對含量。

2 結(jié)果與分析

草莓‘寧玉’抗病、早熟,品質(zhì)較好,味甜、香濃;‘幸香’味甜酸、香氣濃,果個中大均勻；‘章姬’果個較大,肉柔軟多汁,味芳香、濃甜。通過實驗得知,草莓‘寧玉’、‘幸香’和‘章姬’果實成熟中芳香物質(zhì)的組成和相對含量均有明顯差異。

2.1 草莓‘寧玉’與其親本果實中香味物質(zhì)數(shù)量的變化

由表1可知,草莓‘寧玉’與親本果實的香氣成分主要由酯類、烷類、酮類、酸類、醛類、醇類、呋喃及其他共8類香味物質(zhì)組成;在全紅期，從草莓‘寧玉’、‘幸香’、‘章姬’果實中分別檢測出55、57、56種香味物質(zhì)；在綠果期、白果期時,3個品種果實中香氣成分均含有呋喃類物質(zhì)；到全紅期時,酯類、醇類、醛類香味物質(zhì)占主要部分,隨著果實的成熟,酯類物質(zhì)數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢。

表1 ‘寧玉’及其親本果實在不同發(fā)育階段的香氣物質(zhì)組成

2.2 草莓‘寧玉’與其親本果實香氣物質(zhì)含量的變化

隨著果實的成熟,香氣物質(zhì)中酯類物質(zhì)的含量呈增加趨勢,3個品種的表現(xiàn)具有一致性。草莓‘寧玉’果實在全紅期的主要芳香物質(zhì)為醛類、醇類、酯類,分別占芳香物質(zhì)總量的37.80%、34.24%、12.30%；‘幸香’果實中的主要芳香物質(zhì)為醇類、酯類、酸類,分別占55.80%、18.50%、12.60%；‘章姬’果實中的主要香味物質(zhì)為醛類、醇類、酯類,分別占39.12%、34.02%、14.80%。說明‘寧玉’果實的醛類芳香物質(zhì)可能主要遺傳自父本‘章姬’。

表2 ‘寧玉’及其親本果實在不同發(fā)育階段的香氣物質(zhì)含量

2.3 草莓‘寧玉’與其親本成熟期果實中香味物質(zhì)成分分析

由表3、圖1可知,從3個草莓品種果實中共分離出97種香味物質(zhì),其中‘寧玉’果實中芳香物質(zhì)為55種。通過對比,‘寧玉’特有的香味物質(zhì)有18種,占香味物質(zhì)數(shù)量的32.7%,含量占65.95%;單獨由母本‘幸香’遺傳的香味物質(zhì)有6種,占芳香物質(zhì)數(shù)量的10.9%,含量占1.86%;單獨由父本‘章姬’遺傳的香味物質(zhì)有8種,占芳香物質(zhì)數(shù)量的14.5%,含量占1.60%;由父母本共同遺傳的香味物質(zhì)有23種,占芳香物質(zhì)數(shù)量的41.8%,含量占芳香物質(zhì)總量的30.59%。

草莓果實香味物質(zhì)中的己酸乙酯、己酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸己酯、乙酸辛酯、丁酸辛酯、異戊酸辛酯、丁酸異丙基酯、2,5-二甲基4-甲氧基-3(2H)-呋喃酮(DMMF)、2,5-二甲基-4-羥基-3(2H)-呋喃酮(DMHF)、γ-葵內(nèi)酯為草莓的特征香氣物質(zhì)。通過分析數(shù)據(jù)得知,草莓‘寧玉’果實中的特征香味物質(zhì)己酸甲酯占2.08%,丁酸甲酯占6.56%,乙酸己酯占0.14%, DMMF占0.59%,DMHF占0.17%,γ-葵內(nèi)酯占0.56%。

表3 ‘寧玉’及其親本果實在成熟期的香氣物質(zhì)組成及含量

續(xù)表3：

化合物類別化合物名稱寧玉幸香章姬三乙二醇/0.060.15醛類(E,E)-2,4-己二烯醛1.981.331.87(E)-2-戊烯醛0.390.180.24(E)-2-辛烯醛0.130.070.17(Z)-2-壬烯醛0.09/0.12(Z)-3-己烯醛3.03//(Z)-2-庚烯醛0.15/0.22(Z)-3-己烯醛/2.591.512-己烯醛1.271.162.293-甲基-1-戊醛//30.79苯甲醛0.070.10/庚烯醛//0.22癸醛//0.12壬醛0.290.301.20辛醛0.230.110.37正己醛30.17//酸類(E)-2-己烯酸0.090.100.102-甲基丙酸0.060.25/2-甲基-丁酸1.161.820.574-甲基-2-氧戊酸0.15//丁酸0.140.36/庚酸/0.050.10環(huán)絲氨酸/4.78/己酸2.374.011.15壬酸/0.080.20辛酸0.260.260.14乙酸/0.98/酮類1-羥基-2-丙酮3.23//1-戊烯-3-酮1.280.87/2,3-戊二酮0.07//2-己酮0.10//2-戊酮/1.220.884-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮0.59/3.535-己基二氫-2(3H)-呋喃酮0.56//5-甲基-2-己酮0.29//6-甲基-5-庚烯-2-酮0.09/0.18丙酮0.931.420.78烷類1,4,7,10,13,16-六氧環(huán)十八烷//0.10八甲基環(huán)四硅氧烷0.23/0.15三甲基氟硅烷1.190.471.28十甲基環(huán)五硅氧烷0.070.13/戊基環(huán)丙烷/0.06/酯類(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯0.240.14/(?)-2-羥基-丁酸甲酯/0.40/(S)-3-羥基-丁酸甲酯/0.06/1-甲基丁酸乙酯/0.11/2-丁氧-1-甲基-2-氧代乙醇丁酸酯(或丁酰乳酸丁酯)/0.06/2-己烯-1-醇乙酸酯//0.273-甲基-1-丁醇乙酸酯/0.130.193-甲基-丁酸-1-乙基-1,5-二甲基-4-己烯酯/0.11/3-羥基-丁酸甲酯0.11/1.54丙酸甲酯/0.23/丁酸甲酯6.5610.313.80丁酸乙酯/0.21/

續(xù)表3：

化合物類別化合物名稱寧玉幸香章姬丁位十二內(nèi)酯/0.060.10二乙酸甘油酯0.24/0.11己酸甲酯2.085.052.07己酸乙酯/0.120.09甲酸辛酯//0.15鄰苯二甲酸二乙酯0.200.230.34硫代丁酸甲酯/0.11/辛酸甲酯0.090.230.12煙酸甲酯//0.12乙硫酸s-甲酯/0.380.30乙酸己酯0.140.100.19乙酸甲酯//5.01乙酸乙酯2.640.070.09乙酸異丙酯/0.420.33其他(E)-7,11-二甲基-3-亞甲基-1,6,10-十二碳三烯/0.100.16(Z)-7,11-二甲基-3-亞甲基-1,6,10-十二碳三烯0.21//2,3-二甲基-1-戊烯//0.12二硫化碳1.921.971.13甲基異脲硫酸氫//0.13甲氧基苯基肟0.511.490.89乙酸-甲酸酐0.16/0.44

圖1 ‘寧玉’及其親本果實發(fā)育成熟期的香氣物質(zhì)數(shù)量統(tǒng)計

3 討論

3.1 果實發(fā)育過程中香氣物質(zhì)數(shù)量和含量的變化

草莓香味是由復(fù)雜的有機混合物產(chǎn)生,既與特征香氣成分有關(guān),還與各成分的含量及比值有關(guān)[13]；種間或品種間香味成分存在很大的差異,不同的品種間相差35倍之多[14]；同一品種在不同的發(fā)育時期揮發(fā)物總量也具有很大差異。香味物質(zhì)由揮發(fā)性化合物組成,香味在鮮草莓的風味中起重要作用,雖然這些化合物僅占鮮重的0.01%～0.001%[15-16],但是,它們是草莓風味品質(zhì)的重要組成部分,其中普遍認為酯類和呋喃類是決定鮮草莓香味的主要成分。我國目前對草莓的香氣研究主要集中在對品種的香氣成分測定和比較分析方面,對香氣類型的鑒定和特征香味物質(zhì)之間的關(guān)系研究較少[17-19]。

本研究發(fā)現(xiàn),在‘寧玉’草莓果實發(fā)育過程中,香味物質(zhì)酯類數(shù)量從6種增長為9種,含量從1.60%增加到12.30%,增加了約700%,其中草莓香味特征物質(zhì)丁酸甲酯占6.56%;醛類物質(zhì)數(shù)量從12種變?yōu)?1種,含量從35.09%增加到37.80%,其中正己醛占30.17%;醇類物質(zhì)數(shù)量從15種減少到12種,含量從54.73%下降到34.24%,其中2-環(huán)己烯-1-醇含量最高,高達27.13%。母本‘幸香’在果實發(fā)育過程中,香味物質(zhì)酯類數(shù)量從4種增加到20種,含量從0.29%增加為18.53%；醛類物質(zhì)數(shù)量從17種減少為9種,含量從84.41%下降為5.84%;醇類物質(zhì)數(shù)量從8種增加到10種,含量從1.33%增加到55.18%。父本‘章姬’在果實發(fā)育過程中,香味物質(zhì)酯類數(shù)量從5種增加為17種,含量從0.65%增加到14.82%；醛類物質(zhì)數(shù)量從18種減少為12種,含量從21.62%增加到39.12%；醇類物質(zhì)從9種減少為8種,含量從71.10%減少為34.62%。由此可知,成熟期的草莓果實中的酯類物質(zhì)對香味有著較大的作用。

3.2 ‘寧玉’與其親本特征香味物質(zhì)的比較

成熟草莓果實中的芳香物質(zhì)包括酯、醛、酮、醇、萜、呋喃和硫化物等,其中丁酸甲酯、丁酸乙酯、2,5-二甲基-4甲氧基-3(2H)-呋喃酮(DMMF)和2,5-二甲基-4-羥基-3(2H)-呋喃酮(DMHF)等是其特征芳香成分[14,20]。

據(jù)報道,高含量的酯類物質(zhì)可以呈現(xiàn)出令人愉悅的果香味[13]。草莓‘寧玉’具有清香、果香味,口感甘甜、清爽。通過分析數(shù)據(jù)得知‘寧玉’草莓果實中的香味物質(zhì)丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯、γ-葵內(nèi)酯、DMMF、DMHF的含量分別為6.65%、0.14%、2.08%、0.56%、0.59%、0.17%,其中丁酸甲酯、己酸甲酯、乙酸己酯、DMMF等物質(zhì)的相對含量較高,大多成分都具有果香味和清香味,對‘寧玉’香氣的貢獻較大。

香氣物質(zhì)的形成除受環(huán)境影響外,在很大程度上還會受親本遺傳的影響。本研究結(jié)果表明:‘寧玉’草莓果實中的特征香氣成分丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯、DMMF、DMHF,在其母本‘幸香’中的含量分別為10.31%、0.10%、5.05%、0.00%、0.00%、0.00%,在父本‘章姬’中的含量分別為3.80%、0.19%、2.07%、0.00%、3.53%、0.00%。通過對比發(fā)現(xiàn),‘寧玉’草莓果實中香味物質(zhì)丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯是從父、母本遺傳來的,DMMF是遺傳自父本的,γ-葵內(nèi)酯、DMHF是‘寧玉’自己特有的香味物質(zhì)。由此說明,草莓香氣物質(zhì)的遺傳是比較復(fù)雜的。據(jù)最新報道，DMMF、DMHF生物合成的關(guān)鍵酶是FaQR和FaOMT；在生成香味物質(zhì)DMHF后,再在FaQR的作用下產(chǎn)生DMMF,且DMMF的含量一般較高[21]。通過實驗對比得知，‘寧玉’草莓香味物質(zhì)中均含有這兩種呋喃酮物質(zhì),且DMMF的含量為0.59%,高于DMHF的含量0.17%,這可能是因為在FaQR的作用下,DMHF大部分轉(zhuǎn)化為DMMF。