釀酒葡萄種質資源果實品質性狀的分析與評價

牛銳敏，許澤華，沈甜，黃小晶，徐美隆，陳衛平

（寧夏農林科學院園藝研究所，寧夏銀川 750002）

葡萄按用途可分為鮮食、釀酒、制干、制汁、其他加工品種以及砧木品種等。我國葡萄生產以鮮食為主，鮮食葡萄產量約占葡萄總產量的75%以上，釀酒葡萄產量占葡萄總產量的10%左右。寧夏產區以發展釀酒葡萄為主，2022年全區釀酒葡萄栽培面積達到3.89萬 hm2，占全國種植面積的35%左右[1]；品種有‘赤霞珠’‘蛇龍珠’‘品麗珠’‘美樂’等，其中‘赤霞珠’占絕對優勢，達釀酒葡萄面積的75%以上。品種的相對單一性導致酒種單一，典型風格缺乏，同時這些品種以國外育成為主，自主知識產權品種比例極低。因此，開展釀酒葡萄種質資源鑒定與評價，對篩選適宜寧夏栽培的優良品種和種質創新的優異親本，以及推進葡萄酒產品的多元化發展具有重要意義。

葡萄種質資源研究包括形態學特征、抗寒性、抗病性、果實性狀、耐貯運性的鑒定[2-7]，以及遺傳多樣性分析等方面[8-9]，其中種質資源品質性狀的鑒定評價是種質資源研究的重要組成部分，也是優異資源挖掘和利用的基礎[10]。王紹祖等[11]對1067份葡萄種質的果粒整齊度進行了田間調查，篩選出整齊度高的鮮食品種221個，釀酒品種6個。馬小河等[12]對114份鮮食有核葡萄品種的果穗及果粒的數量性狀進行了分析和概率分級，對符合正態分布的性狀統一分為5個等級，1～5級出現的概率分別為10%、20%、40%、20%、10%。牛生洋等[13]分析了302份葡萄種質的有機酸組分及含量，結果表明在不同葡萄種群中，東亞種群葡萄的總酸質量濃度最高，其次是北美種群，歐亞種群的總酸質量濃度最低，而在不同用途葡萄種質中，釀酒葡萄的總酸質量濃度遠高于鮮食葡萄與制汁葡萄。程大偉等[14]建立了鮮食葡萄營養品質評價回歸模型，從15個果實品質指標中篩選出固酸比、糖酸比、果糖和蘋果酸4個顯著影響營養品質的單項指標。黃麗萍等[15]將鮮食葡萄果實6項酸甜風味指標簡化為可滴定酸、可溶性固形物和固酸比3項評價指標，用3項指標將99份葡萄種質分成了5類。

前人對葡萄種質資源果實品質性狀的研究多集中于整齊度、形狀、大小等外觀品質或內在品質的某一方面，且更側重于對鮮食葡萄的綜合評價，釀酒葡萄種質資源品質性狀的研究報道相對較少，而不同用途的葡萄品種對果實性狀的要求有著很大差異。本研究針對寧夏葡萄酒產業中釀酒葡萄優良種質資源缺乏、品種相對單一、特色不突出等問題，以銀川市葡萄、棗國家林木種質資源庫穩定保存的40份釀酒葡萄種質資源為材料，測定分析了穗質量、粒質量、果粒縱橫徑、種子數、還原糖、可滴定酸、總酚、單寧、花色苷含量等14個果實性狀指標，并應用主成分分析法對果實品質進行了綜合評價，為釀酒葡萄優良品種的篩選及育種親本的選擇提供了基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在寧夏農林科學院綜合試驗基地葡萄資源圃（106°08′E、38°39′N），位于寧夏銀川市西夏區蘆花鄉，平均海拔1113 m，屬于中溫帶干旱氣候區，年均氣溫8.8 ℃，≥10 ℃年活動積溫3300 ℃，年日照時數3000 h左右，年均降水量198 mm，年平均蒸發量1583 mm，無霜期160 d。該資源圃于2014年建園，園地土質為灌淤土，pH為8.6，有機質含量0.8%。引用黃河水灌溉，地勢平坦，排灌通暢。

1.2 試驗材料

供試的40份釀酒葡萄種質資源均來自寧夏農林科學院綜合試驗基地葡萄資源圃，其中包括17份白色品種（表1中1～17號），23份紅色品種（表1中18～40號）。所有種質材料于2014—2015年定植，籬架栽培，南北行向，株行距0.5 m×3.0 m，樹形為傾斜龍干形，短梢修剪，常規管理。

表1 供試材料基本信息Table 1 Basic information of experimental materials

1.3 試驗方法

果實成熟期在植株不同位置隨機采集典型果穗10穗，用直尺測量果穗長度和寬度，用電子天平稱量穗質量；然后在每個果穗的不同部位取20個果粒，共200粒，混勻后每30粒一組，共測定3組，計算粒質量；用游標卡尺測量縱、橫徑。在混勻的200粒果實中取50粒，用液氮冷凍后存放在-80 ℃超低溫冰箱，用于測定果實酚類物質含量。其中總酚含量采用福林酚法測定，單寧含量采用福林-丹尼斯法測定，花色苷含量采用pH示差法測定[16]（白色品種無此項）。未冷凍的果粒榨汁后用TD-35手持糖量計測定可溶性固形物含量，用NaOH中和滴定法測定可滴定酸含量，用斐林試劑法測還原糖含量，并計算糖酸比。試驗數據為2017—2020年共4年的平均值。

1.4 數據分析

采用Excel 2007和DPSV 9.01軟件進行統計分析。聚類分析采用歐氏距離離差平方和法，離差平方和法是先將所有樣本各自看成一類，在進行類別合并時，計算類與類之間的離差平方和，由于每縮小一類時離差平方和會加大，就選取使離差平方和增加最小的兩類進行合并，如此進行下去，直到所有樣本歸為一類，樣本間的距離使用歐式距離來度量。

2 結果與分析

2.1 果實性狀的變異分析

40份釀酒葡萄種質資源14個果實性狀的變異系數在8.45%～52.73%（表2），變異系數較大的為花色苷含量（52.73%）、穗質量（32.06%）、種子數（29.76%）、粒質量（24.78%），表明這4個性狀在不同資源之間存在較大差異；變異系數較小的為可溶性固形物含量（8.45%）、還原糖含量（9.59%），果粒橫徑（9.16%）和縱徑（11.75%），表明這4個性狀變異幅度小，遺傳特性較為穩定。

表2 釀酒葡萄種質資源果實性狀的變異分析Table 2 Variation of berry traits of wine grape germplasm resources

2.2 果實主要性狀的分布

2.2.1 穗質量和粒質量

圖1顯示，40份釀酒葡萄種質資源平均穗質量主要分布在100～200 g（占82.5%），穗質量大于300 g的資源有1份，穗質量小于100 g的資源有1份。釀酒葡萄粒質量基本呈偏正態分布，主要集中在1.4～2.2 g（占75.0%），粒質量在2.6～3.0 g和3.0～3.6 g的資源各有1份，粒質量在1.0～1.4 g的資源有5份。

圖1 釀酒葡萄穗質量和粒質量的分布Figure 1 Distribution of cluster weight and berry weight of wine grape

2.2.2 還原糖和可滴定酸含量

由圖2可見，還原糖含量主要集中在180～225 g?L-1（占75.0%），低于180 g?L-1的資源有4份，高于255 g?L-1的資源有1份。可滴定酸含量主要分布在4.5～9.0 g?L-1（占90.0%），低于4.5 g?L-1的資源有1份，高于10.5 g?L-1的資源有1份。

圖2 釀酒葡萄還原糖和可滴定酸含量的分布Figure 2 Distribution of reducing sugar and titratable acid of wine grape

2.2.3 酚類物質含量

圖3顯示，40份釀酒葡萄種質資源果實總酚含量主要分布在6.0～9.0 mg?g-1（占70.0%），低于6.0 mg?g-1的資源有5份，占12.5%，高于11.0 mg?g-1的資源有1份。果實單寧主要分布在3.0～5.0 mg?g-1，占比為85.0%。單寧含量小于2.5 mg?g-1的資源有1份，大于5.0 mg?g-1的資源有3份。

圖3 釀酒葡萄總酚和單寧含量的分布Figure 3 Distribution of total phenols and tannins of wine grape

23份紅色釀酒葡萄種質資源果實花色苷含量主要分布在0.2～0.8 mg?g-1，占比為87.0%。花色苷含量小于0.2 mg?g-1的資源有1份，大于1.2 mg?g-1的資源有1份（圖4）。

圖4 紅色釀酒葡萄花色苷含量的分布Figure 4 Distribution of anthocyanin of red wine grape

綜合以果實還原糖、可滴定酸、總酚、單寧、花色苷含量5個內在品質性狀進行特色品種的篩選，某一性狀所有種質資源測定數據的平均值記為X，由于不同性狀變異系數差異較大，變異系數＜15%、15%～35%、＞35%的分別按大于1.2X、1.5X和2X的標準進行選擇，篩選高花色苷資源1份，為‘羅馬4號’，高糖高酸高酚資源1份，為‘小芒森’。

2.3 果實品質綜合評價

2.3.1 白色釀酒葡萄果實品質綜合評價

對白色釀酒葡萄的8個主要果實性狀進行主成分分析（表3），提取了3個主成分，累計貢獻率達90.795%，說明3個主成分反映了大部分的原始信息。載荷表示不同性狀指標與提取的主成分之間的相關性，第1主成分貢獻率為55.969%，總酚、單寧、還原糖、可溶性固形物、粒質量與主成分1相關性較大，主成分1解釋了果粒大小及果實品質的大部分指標。第2主成分貢獻率為21.140%，可滴定酸、糖酸比與主成分2相關性較大，主成分2與果實酸含量有關。第3主成分貢獻率為13.686%，穗質量在主成分3上載荷較高，主成分3與果穗大小有關。

表3 主成分載荷矩陣（白色釀酒葡萄）Table 3 Principal component load matrix (white wine grape)

表4反映了白色釀酒葡萄在3個主成分上的得分，‘小芒森’果粒小，還原糖、總酚、單寧含量高，在主成分1上得分最高；‘白姑娘’和‘西爾瓦’酸低、糖酸比高，在主成分2上得分較高；‘白玉霓’果穗大，在主成分3上得分最高。綜合評分排名前3位的種質資源依次為‘小芒森’‘菲爾斯’‘雷司令’。

表4 白色釀酒葡萄主成分得分Table 4 Principal component values of white wine grape

2.3.2 紅色釀酒葡萄果實品質綜合評價

對紅色釀酒葡萄的9個性狀指標進行主成分分析，提取了4個主成分，累計方差貢獻率達87.834%。從表5可以看出，第1主成分貢獻率為46.986%，載荷較高且為正的性狀有可溶性固形物、還原糖、可滴定酸、單寧，載荷較高且為負的性狀有粒質量、糖酸比，主成分1解釋了果粒大小及果實品質的大部分指標。第2主成分貢獻率為16.713%，總酚含量在主成分2上載荷較高。第3主成分貢獻率為12.351%，穗質量在主成分3上載荷較高，主成分3與果穗大小有關。第4主成分貢獻率為11.785%，主成分4與花色苷含量有關。

表5 主成分載荷矩陣（紅色釀酒葡萄）Table 5 Principal component load matrix (red wine grape)

表6反映了紅色釀酒品種在4個主成分上的得分，‘小味兒多’‘馬瑟蘭’‘赤霞珠685’果粒小，還原糖、可滴定酸、單寧含量高，在主成分1上得分較高；‘美樂’‘丹魄’‘小味兒多’在主成分2上得分較高；‘丹菲德’‘丹魄’在主成分3上得分較高；‘羅馬4號’花色苷含量高，在主成分4上得分最高。綜合評分排名前4位的種質資源依次為 ‘小味兒多’‘馬瑟蘭’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’。

表6 紅色釀酒葡萄主成分得分Table 6 Principal component values of red wine grape

2.4 釀酒葡萄種質資源聚類分析

將釀酒葡萄主要果實性狀測試結果進行標準化轉換，采用歐氏距離離差平方和法進行系統聚類（圖5），并對所分類群的性狀表現進行了分析（圖6）。在歐式距離10.46處，將40份釀酒葡萄資源分為5類。第Ⅰ類包含5份資源，其特點是果粒小，還原糖、可滴定酸、酚類物質含量高，糖酸比居中，綜合排名第1位的白色釀酒葡萄和排名前4位的紅色釀酒葡萄均被聚在此類群；第Ⅱ類包含14份資源，其特點是果粒中等，總酚、單寧含量較高，還原糖、花色苷含量居中，可滴定酸含量較低，糖酸比高；第Ⅲ類包含7份資源，其特點是果穗大，還原糖、可滴定酸、酚類物質含量以及糖酸比居中；第Ⅳ類包含7份資源，其特點是果粒大，還原糖、可滴定酸、酚類物質含量低，糖酸比高；第Ⅴ類包含7份資源，其特點是果粒中等，還原糖含量低、可滴定酸含量高、酚類物質含量居中，糖酸比低。

圖5 40份釀酒葡萄種質品質性狀聚類圖Figure 5 Cluster analysis of 40 wine grape germplasms based on quality traits

圖6 釀酒葡萄種質5個類群品質性狀比較Figure 6 Comparison of quality traits of five groups in wine grape germplasm

3 討論與結論

變異系數一方面反映了不同葡萄種質資源之間的性狀差異，另一方面也反映了葡萄在物種進化過程中的保守性和遺傳的可塑性[17]。本試驗中調查的釀酒葡萄種質資源的14個果實性狀變異系數存在很大差異，花色苷含量、穗質量、種子數、粒質量變異程度較高，說明這4個性狀選擇潛力較大，可溶性固形物含量、還原糖含量、果粒橫徑和縱徑這4個性狀變異程度較小，表明其遺傳特性較為穩定，選育潛力有限。釀酒葡萄果實內在品質性狀中，可滴定酸含量的變異系數遠高于還原糖和可溶性固形物含量，這與劉政海、王小龍等[18-19]在釀酒葡萄雜交后代上的研究結果相一致，表明葡萄的酸含量具有較豐富的遺傳基礎，遺傳潛力大于糖含量。

糖、酸是評價葡萄果實品質的基本指標，對于釀酒葡萄來說，糖決定了葡萄酒的潛在酒度，酸決定葡萄酒的pH，參與葡萄酒味感平衡。葡萄糖酸代謝的調節以增糖降酸為主[14]，但有研究表明，高酒石酸含量會在一定程度上提高葡萄酒品質，酒石酸含量較高的品種會使葡萄酒的顏色、氧化性更加穩定[20]，同時因氣候變暖寧夏產區釀酒原料的酸含量已降至釀酒所需最低含酸量的臨界值[21]，選擇高酸種質很有必要。酚類物質作為葡萄中重要的次生代謝產物，不僅影響葡萄酒的顏色、香氣和口感，還決定葡萄酒的許多生理活性功能[22]。釀酒葡萄果實中含量最豐富的酚類物質為花色苷和單寧。花色苷是紅葡萄酒中主要的呈色物質，不僅與葡萄酒的色調密切相關，對葡萄酒的澄清度、穩定性等也有重要作用[23]；單寧的含量決定葡萄酒的口感結構[24]。本試驗對釀酒葡萄果實主要性狀的分布進行了統計分析，篩選出高花色苷資源‘羅馬4號’，高糖高酸高酚資源‘小芒森’，這與吳莉等[25]對‘小芒森’等品種特性的研究結果相吻合。

主成分分析和聚類分析越來越廣泛的應用于多樣品多指標的分析和品質性狀的綜合評價[16,26]。李彥彪等[27]綜合主成分分析、聚類分析和相關性分析結果，確定Vc、單寧、果糖和固酸比是‘赤霞珠’葡萄核心品質指標，建立了由這4個指標組成的‘赤霞珠’葡萄品質評價模型。魏烈權等[28]將釀酒葡萄9個品質指標綜合為2個主成分，篩選出在嘉峪關地區綜合表現較優的3個品種為‘黑比諾’‘佳美’‘美樂’。本研究將白色釀酒葡萄的8個果實性狀綜合為3個主成分，主成分1與果粒大小、糖及酚類含量有關，主成分2、3分別與酸含量、果穗大小有關，‘小芒森’‘菲爾斯’‘雷司令’等種質綜合表現較好。紅色釀酒葡萄9個品質指標分為4個主成分，主成分1與果粒大小、糖酸及單寧含量有關，第2、3、4主成分分別與總酚、果穗大小、花色苷含量有關，‘小味兒多’‘馬瑟蘭’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’等種質綜合表現較好。聚類分析是將樣品按照相似的特性進行分類，本研究中將40份釀酒葡萄種質資源分為了5類，第Ⅰ類為小粒、糖酸酚類物質含量高的種質；第Ⅲ類為大穗、糖酸酚類物質含量居中的種質；第Ⅱ類糖酸酚類物質含量也處于中等水平，但果穗、果粒顯著小于第Ⅲ類且總酚、單寧含量較高，酸含量較低；第Ⅳ類為大粒、低糖低酸低酚類種質；第Ⅴ類為中粒、低糖高酸中酚類種質。總體來看，小果粒的種質酚類物質含量相對更高，這與前人的研究結論一致[29]。

本研究對40份釀酒葡萄種質資源的14個果實品質性狀進行了統計分析，明確了各性狀的變異系數和主要性狀的分布范圍，篩選出高花色苷、高糖高酸高酚資源2份，應用主成分分析法對釀酒葡萄品質進行評價，‘小芒森’‘菲爾斯’‘雷司令’‘小味兒多’‘馬瑟蘭’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’7份種質綜合表現優良，并通過聚類分析將40份釀酒葡萄種質資源分為五大類，為釀酒葡萄優良品種的應用及育種親本的選擇提供參考。