不同授粉組合對‘威海金’蘋果果實品質(zhì)的影響及綜合評價

宿夏菲崔雪麗毛云飛尹伊君秦鑫劉楊博隋靜呂毅楊鶴沈向

(1.山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018；2.威海市農(nóng)業(yè)科學院，山東 威海 264200)

中國作為蘋果最大生產(chǎn)國，其產(chǎn)量、出口量、人均占有量及栽培面積均居世界第一。在中國北方許多地區(qū)，蘋果產(chǎn)業(yè)作為當?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)，為當?shù)剞r(nóng)民增收做出巨大貢獻[1，2]。因此，通過調(diào)整蘋果品種種植結(jié)構(gòu)、控制生產(chǎn)總量、降低生產(chǎn)成本等措施來促進蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，實現(xiàn)精準扶貧和鄉(xiāng)村振興，是我國蘋果產(chǎn)業(yè)面臨的新問題與挑戰(zhàn)，也是目前世界蘋果生產(chǎn)的核心問題[3，4]。

蘋果果實性狀如大小、質(zhì)地及風味等受花粉直感的影響[5]。花粉直感是指果樹授粉后，花粉當年能直接影響其受精形成的種子或?qū)ζ涫诜酃麑嵭誀町a(chǎn)生影響的現(xiàn)象，Gar Field于1876年在蘋果上首次發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象[6]。而蘋果又是自交不親和果樹，自花結(jié)實率低，生產(chǎn)上必須配置合理的授粉樹才能獲得果實高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高果實品質(zhì)。

劉振中等[7]研究發(fā)現(xiàn)，不同專用授粉樹對‘陜富六號’蘋果單果重、硬度的影響顯著高于對照品種；王延秀等[8]研究發(fā)現(xiàn)，11個海棠品種對‘阿斯’蘋果也產(chǎn)生明顯的花粉直感現(xiàn)象，‘阿斯’蘋果坐果率、單果重、果形指數(shù)、硬度、VC和花色苷含量均顯著高于對照‘宮崎富士’；Zhang等[9]利用榅桲花粉對‘煙富3’‘印度’‘涼香’進行授粉后發(fā)現(xiàn)，榅桲花粉對三種蘋果的單果重、果實硬度、VC含量、糖酸比、總酚和類黃酮含量均有顯著影響。此外，蘋果中的揮發(fā)性物質(zhì)也受花粉直感效應的影響。

‘威海金’蘋果是山東近年來重點發(fā)展的新品種，研究不同授粉組合對‘威海金’蘋果外觀、營養(yǎng)理化和香氣品質(zhì)影響的差異性及花粉直感效應，以期為其合理配置授粉樹，充分發(fā)揮這一新品種的優(yōu)勢，為增加果農(nóng)經(jīng)濟效益和促進當?shù)靥O果產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

授粉試驗于2020年4月中下旬至10月中旬在山東省威海市榮成(37°43′N，122°48′E)進行。該地屬北溫帶大陸性季風氣候，光照充足，雨水豐富，四季分明，年溫適中。全年無霜期180 d左右，年均氣溫11.9℃，年均降水量730.2 mm。地勢平坦，土壤肥沃，礦質(zhì)元素含量豐富。綜合看，生產(chǎn)條件良好，適合蘋果樹生長發(fā)育。

1.2 試驗材料

供試蘋果樹為長勢接近、生長健壯的五年生T337自根砧‘威海金’，樹形為紡錘形，果園綜合管理水平較高。試驗花粉取自山東農(nóng)業(yè)大學海棠資源圃觀賞果樹試驗站，授粉品種為自選優(yōu)系高效授粉海棠新品種‘盈香’‘盈雪’和國外引進品種‘紅玉’。于2020年4月25日進行人工授粉。

1.3 試驗設計

試驗以‘國光’蘋果授粉為對照，與‘盈香’‘盈雪’和‘紅玉’3個海棠品種授粉進行對比。每個授粉組合先選取10株長勢相近、生長健壯的植株，再選取樹冠中部生長狀態(tài)和花量基本一致的同向主枝上花序，于花朵鈴鐺期進行去雄授粉、做好標記并套袋(5 d后去除)，防止異源花粉干擾。授粉20 d后統(tǒng)計坐果率。果實成熟后，每個組合采集50個進行品質(zhì)測定。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 授粉品種果實外觀統(tǒng)計 于海棠果實成熟期參照《蘋果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[10]對高效授粉海棠新優(yōu)系‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’進行果實外觀主要性狀的觀察統(tǒng)計。

1.4.2 受粉蘋果果實坐果率 授粉時標記好每棵果樹上的受粉枝條，記錄花朵總數(shù)量，于5月中旬調(diào)查其坐果數(shù)。坐果數(shù)與受粉花朵數(shù)的比值即為果實坐果率。

1.4.3 受粉蘋果果實外在品質(zhì)測定 隨機挑選10～15個果實，測定單果重、硬度和果形指數(shù)。單果重采用JA5003電子天平稱重計算，硬度采用手持式GY-1果實硬度計測定，果形指數(shù)采用游標卡尺測量后計算。

1.4.4 受粉蘋果果實內(nèi)在品質(zhì)測定 果實可溶性固形物使用TD-45數(shù)字折光儀測定，可滴定酸含量采用NaOH滴定法測定[11]，可溶性糖含量參考趙世杰等[12]的蒽酮比色法測定，VC含量采用鉬藍比色法[13]測定，類黃酮含量參照Jayaprakasha等[14]的方法測定。以上每個指標測定，每3個果實作為1個重復，選取去皮果肉切碎混勻后取樣，重復3次。

1.4.5 受粉蘋果果實香氣物質(zhì)測定 參照Rizzolo[15]和López等[16]的方法，即應用頂空固相微萃取法，采用Trace GC-MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Finnigan公司)提取果實的揮發(fā)性物質(zhì)，按峰面積歸一化法求得各成分的相對質(zhì)量百分含量，并選擇3-壬酮作為內(nèi)標進行測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理。采用IBM SPSSstatistics 19軟件對所測數(shù)據(jù)進行主成分分析、方差分析和相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 授粉海棠品種的主要果實性狀

由表1可以看出，3個授粉海棠品種‘盈香’‘盈雪’和‘紅玉’的果實均為小果，直徑范圍在1.08～1.42 cm之間，‘盈香’果實著色最好。

表1 3個授粉海棠品種的主要果實性狀

2.2 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實外在品質(zhì)比較

由表2可以看出，‘盈香’‘盈雪’授粉‘威海金’蘋果坐果率高于對照(國光)，而‘紅玉’授粉蘋果坐果率則低于對照，其中坐果率最高的為‘威海金-盈香’，達75.26%，高于對照13.15個百分點。不同授粉組合果實的縱橫徑也有顯著差異，‘紅玉’授粉后的單果重達249.13 g，顯著高于對照。‘紅玉’‘盈香’授粉‘威海金’的果實硬度改善也較為顯著，分別高于‘盈雪’和‘國光’0.24、0.48 kg/cm2和0.12、0.36 kg/cm2。

表2 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實外在品質(zhì)

2.3 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實內(nèi)在品質(zhì)比較

由表3可見，不同授粉組合‘威海金’蘋果除可滴定酸外，其余各項內(nèi)在品質(zhì)指標均高于對照。其中，‘盈香’授粉‘威海金’果實的可溶性固形物含量顯著高于對照和其它兩個授粉組合果實，分別高出2.64個、1.61個、2.04個百分點。‘盈雪’授粉‘威海金’果實的可滴定酸含量最低，為0.22%，顯著低于對照0.10個百分點，降酸效果最為明顯。‘盈香’授粉‘威海金’果實的可溶性糖含量達16.46%，顯著高于對照和其它兩個授粉組合果實，分別高出2.49個、1.99個、2.34個百分點，后三者之間無顯著差異。在糖酸比與固酸比上表現(xiàn)最佳的為‘盈雪’授粉‘威海金’果實，分別為65.56和68.14，顯著高于對照。‘盈香’‘盈雪’授粉‘威海金’果實VC含量差異不大，但顯著高于‘紅玉’授粉果實和對照，其中對照果實VC含量最低，為41.3 mg/kg。‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’授粉‘威海金’果實的類黃酮含量無顯著差異，但三者均顯著高于對照，分別高出0.09、0.13、0.14 mg/g。

表3 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實內(nèi)在品質(zhì)

2.4 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實香氣成分與含量分析

由表4可以看出，不同授粉組合對‘威海金’蘋果果實香氣成分與含量均產(chǎn)生不同程度的影響。所有處理‘威海金’蘋果果實共檢測出32種香氣成分，包括酯類、醇類、醛類、萜烯類共四大類揮發(fā)性物質(zhì)，且不同授粉組合間果實主要香氣成分和含量存在較大差異。其中‘盈香’授粉‘威海金’果實中的揮發(fā)性物質(zhì)種類最多，達25種，包括酯類18種、醇類4種、醛類2種、萜烯類1種。香氣物質(zhì)含量方面，‘盈香’和‘紅玉’授粉‘威海金’果實中的香氣物質(zhì)含量均超過70 000.0μg/kg，分別為73 427.4μg/kg和74 492.0μg/kg，‘盈雪’次之，為62 305.0μg/kg，且均高于對照。‘盈香’授粉‘威海金’果實中的酯類物質(zhì)含量在4個授粉組合中最高，為50 639.3μg/kg，分別高出‘盈雪’‘紅玉’和‘國光’6 930.1、853.1μg/kg和7 453.2μg/kg，且三者均高于對照。乙酸丁酯、丙酸丁酯、2-甲基-丁酸乙酯、2-甲基-丁酸丁酯、丁酸丁酯、己酸乙酯等揮發(fā)性物質(zhì)具有獨特的甜香氣和果香，是蘋果所特有。‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’授粉果實中的乙酸丁酯含量分別為對照的1.37倍、1.22倍和1.78倍；丙酸丁酯含量分別為對照的1.11倍、1.13倍和1.06倍；2-甲基-丁酸丁酯和丁酸丁酯含量分別為對照的1.63倍、2.50倍、1.24倍和1.62倍、1.86倍、1.21倍。

表4 不同授粉組合‘威海金’蘋果果實主要香氣成分與含量 (μg/kgFW)

2.5 不同授粉組合蘋果營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

2.5.1 不同授粉組合蘋果品質(zhì)性狀遺傳多樣性分析 對4個不同授粉組合‘威海金’蘋果的12個主要果實品質(zhì)指標進行測定，結(jié)果(表5)顯示，各指標的變異系數(shù)存在差異，范圍在2.06%～20.40%之間。其中，固酸比的變異系數(shù)最大，為20.40%，比值范圍為42.31～69.36，均值為56.04；其次為糖酸比和可滴定酸的變異系數(shù)，分別為20.17%和17.86%；VC和類黃酮的變異系數(shù)分別達到14.80%和13.64%。果形指數(shù)的變異系數(shù)在各指標中最小，為2.06%，比值范圍為1.03～0.92，均值為0.97；硬度、縱徑、橫徑、單果重的變異系數(shù)較低，分別為2.55%、3.59%、3.23%和6.28%。可溶性固形物和可溶性糖的變異系數(shù)也較低，分別為7.55%和7.59%。

表5 不同授粉組合蘋果品質(zhì)性狀的變異情況

2.5.2 不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)指標間的相關性分析 由表6可知，在不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)各指標中，果實縱徑與橫徑呈極顯著正相關，與可滴定酸呈顯著負相關，與糖酸比呈顯著正相關，表明果實縱徑增加時橫徑極顯著增加，可滴定酸顯著減少，糖酸比顯著增大；果實橫徑與果實揮發(fā)性萜烯類物質(zhì)呈顯著負相關，即橫徑增加時果實萜烯類物質(zhì)顯著減少；果實硬度與類黃酮呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.839，表明果實硬度增大時類黃酮含量極顯著增加；可溶性固形物含量與固酸比呈顯著正相關；可滴定酸與可溶性糖、糖酸比和固酸比呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.932、-0.979、-0.950；可溶性糖與糖酸比、固酸比呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.974和0.945；糖酸比與固酸比呈極顯著正相關；VC與揮發(fā)性醛類物質(zhì)呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.967。以上表明，指標間存在著不同程度的相關性，能夠充分反映蘋果果實品質(zhì)。

表6 不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)指標間的相關性

2.5.3 不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)指標的主成分分析 為了進一步了解不同授粉組合影響蘋果果實品質(zhì)的主要因素，共選取單果重、果形指數(shù)、硬度、可溶性固形物、VC、類黃酮6個果實品質(zhì)指標數(shù)據(jù)并經(jīng)過轉(zhuǎn)換后進行主成分分析。結(jié)果(表7)顯示，所提取前兩個主成分的累計貢獻率達到92.850%，其中，第1主成分貢獻率最高，達69.117%，第2主成分貢獻率為23.733%，且提取的兩個主成分的特征值均＞1。

變量代表性的大小是由主成分特征向量的絕對值所決定，特征向量絕對值越大，表示該變量的代表性就越大。在主成分1中，果形指數(shù)和類黃酮兩個變量的特征向量值較大，分別為0.901和0.974，是決定第1主成分方差變異的主要因素；第2主成分代表指標是可溶性固形物，特征向量值為0.816。

進一步計算不同授粉組合蘋果果實指標的主成分因子得分情況(表8)。各個主成分得分的計算公式為:Fi＝Wi1X1＋Wi2X2＋…＋WinXn，其中Wij＝θj/√λi，表示主成分各個變量的權重，θj為成分矩陣中每個變量對應的系數(shù)，而√λi為第i個主成分對應的特征值的開根值。計算結(jié)果如下:

式中，X1、X2、X3、…、X6分別表示表7中6個指標。

表7 不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)指標主成分提取

綜合得分計算公式:F綜合＝α1F1＋α2F2＋…＋αnFn，其中α代表貢獻率。計算結(jié)果如下:

綜合得分越高，表示果實品質(zhì)的綜合性狀越好。由表8可知，‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’授粉‘威海金’的果實品質(zhì)綜合得分值均高于對照，其中，‘威海金-盈香’果實品質(zhì)綜合得分在4個授粉組合中最高，排名第1，其次是‘威海金-盈雪’‘威海金-紅玉’。

表8 不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)主成分因子得分及比較

3 討論

花粉直感效應研究對合理栽植授粉品種、改良果實風味及品質(zhì)、增加果農(nóng)經(jīng)濟效益和豐富果實性狀遺傳等可提供理論支持[17]。不同授粉組合對果實品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響，主要是因為花粉直感作用。本研究結(jié)果表明，不同授粉組合對‘威海金’果實的坐果率和果實內(nèi)在外在品質(zhì)有著明顯的花粉直感現(xiàn)象；受‘盈香’和‘盈雪’花粉的‘威海金’坐果率顯著高于對照，而受‘紅玉’花粉的‘威海金’坐果率低于對照。這與王延秀等[18]以11個海棠品種花粉為試材、以‘新紅星’蘋果花粉為對照對‘長富2號’蘋果進行授粉所得結(jié)果(坐果率顯著高于對照品種)不一致，其原因可能與父本花粉的S基因型與母本花柱S基因型一致性比例有關[19]。張曼曼等[20]研究發(fā)現(xiàn)，利用不同品種授粉樹對‘富士’和‘新紅星’蘋果授粉，其對果實外觀品質(zhì)會產(chǎn)生不同程度影響，其中‘新紅星’蘋果經(jīng)‘紅霧’授粉后的單果重、果形指數(shù)、可溶性固形物、可溶性糖含量顯著高于對照品種，而‘紅菱’授粉的‘富士’蘋果果形指數(shù)、硬度和可溶性糖、類黃酮含量也同樣高于對照；李保國等[21]用不同品種授粉‘2001富士’后發(fā)現(xiàn)，果實硬度、糖酸含量、果肉細胞間隙和VC等果實內(nèi)在外在品質(zhì)均表現(xiàn)出顯著差異，與本試驗結(jié)果基本一致。

本研究表明，不同品種海棠花粉授粉威海金’后，乙酸丁酯、2-甲基丁酸丁酯、丁酸丁酯、正己醇、2-甲基丁醇、正己醛含量與對照相比均有不同程度的提高，說明海棠花粉可以改善‘威海金’蘋果的果實風味。Wang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，花粉直感效應對‘富士’套袋蘋果揮發(fā)性成分的影響中，‘金冠’‘新紅星’和‘紅寶石’授粉果實的酯類和萜烯類成分含量高于其它授粉品種。本研究中，‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’授粉‘威海金’果實的醇類和醛類物質(zhì)總含量明顯優(yōu)于對照品種，而‘盈雪’授粉‘威海金’果實的萜烯類物質(zhì)含量低于對照。單萜烯類和倍半萜烯類物質(zhì)在黃皮果實中大量存在，這兩部分物質(zhì)均為構(gòu)成黃皮果實香氣的主要架構(gòu)成分，其中法呢烯作為特征香氣，含量較高[23]。蘋果整體香氣與特征香氣的種類和含量有直接關系，本試驗中海棠授粉后果實的香氣物質(zhì)總量高于對照。2-己烯醛決定著蘋果果實的清香氣味[24]，‘紅玉’授粉蘋果果實與對照均未檢測出該成分，只在‘盈香’和‘盈雪’授粉果實中檢測到并具有較高含量，這可能是對照果實清香味稍遜于海棠授粉果實的原因。

郎彬彬等[25]對118份野生毛花獼猴桃的遺傳多樣性進行評測中發(fā)現(xiàn)，單果重的變異系數(shù)最大，為33.65%，可溶性固形物的變異系數(shù)最小，為11.91%。劉亞婷等[26]研究了50份苦瓜種質(zhì)資源的果實品質(zhì)性狀，變異系數(shù)為12.29%～75.40%，其中瓜形指數(shù)變異較小。曾少敏等[27]報道，50份福建地方梨資源果實品質(zhì)性狀的變異系數(shù)在9.83%～67.60%之間，其中糖酸比的變異系數(shù)較大，為42.22%，果形指數(shù)的變異系數(shù)僅次于橫徑，為10.96%。蘋果果實同樣也具有豐富的遺傳多樣性。張學超等[28]對伊犁天山160份野蘋果種質(zhì)資源的研究中發(fā)現(xiàn)，14個果實品質(zhì)性狀的變異系數(shù)為5.75%～38.44%。本研究4個授粉品種授粉‘威海金’蘋果果實的12個品質(zhì)指標中，糖酸比的變異系數(shù)最大，為27.17%；變異系數(shù)最小的為果形指數(shù)，為2.06%；其余指標變異系數(shù)的大小順序依次為:固酸比(20.40%)＞可滴定酸(17.86%)＞VC(14.80%)＞類黃酮(13.64%)＞可溶性糖(7.59%)＞可溶性固形物(7.55%)＞單果重(6.28%)＞果實縱徑(3.95%)＞果實橫徑(3.23%)＞硬度(2.55%)。這表明蘋果果實品質(zhì)指標間存在著差異性與穩(wěn)定性，可以通過相關指標選擇果實風味更佳的品種，以達到提高果實商用價值的目的。

本試驗結(jié)果表明，不同海棠授粉蘋果果實品質(zhì)指標間也存在著顯著相關性:縱徑與橫徑呈極顯著正相關，與可滴定酸呈顯著負相關，與糖酸比呈顯著正相關。類黃酮是具有生物活性的次生代謝產(chǎn)物，隨著果實的成熟其含量逐漸下降。前人研究發(fā)現(xiàn)，類黃酮具有強抗氧化能力并與抗氧化活性存在正相關關系[29]。宋叢叢[30]對肉質(zhì)桃不同濃度NO處理的研究發(fā)現(xiàn)，NO濃度的升高可有效緩解呼吸速率，增加果實硬度，同時可使超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)等一系列抗氧化酶的活性提高，獲得更高的DPPH自由基清除能力。本研究中，果實硬度與果實類黃酮含量呈極顯著正相關，極有可能是由于不同授粉品種授粉后改變了果實內(nèi)的酶活狀態(tài)及代謝途徑，從而使得果實更為耐儲。

主成分分析已廣泛應用于堅果[31]、鴨梨[32]、獼猴桃[33]等不同物種中。本試驗利用主成分分析法將不同授粉組合‘威海金’蘋果果實6個品質(zhì)指標的信息簡化為兩個彼此獨立的主成分，兩個主成分的累計方差貢獻率為92.85%，能充分反映不同授粉組合蘋果果實品質(zhì)的絕大部分信息，能較為客觀地評價不同授粉海棠品種對‘威海金’果實品質(zhì)的影響。不同授粉組合的綜合得分排名從高到低依次為‘威海金-盈香’(0.88)、‘威海金-盈雪’(0.67)、‘威海金-紅玉’(0.53)和對照‘威海金-國光’(-2.08)，以‘盈香’授粉‘威海金’果實品質(zhì)最佳。關于授粉組合間存在差異的原因和代謝途徑差異導致品質(zhì)及表型存在的不同，需有待進一步深入研究。

不同品種海棠授粉‘威海金’能夠顯著提高蘋果果實內(nèi)在外在品質(zhì)，改善‘威海金’蘋果果實品質(zhì)。利用主成分分析進行綜合評價看出，‘盈香’授粉‘威海金’果實品質(zhì)改善效果突出，為‘威海金’的首選授粉組合。

4 結(jié)論

本研究通過對‘盈香’‘盈雪’‘紅玉’‘國光’授粉‘威海金’的蘋果果實品質(zhì)綜合分析得出:‘盈香’‘盈雪’和‘紅玉’為授粉效果優(yōu)良的授粉品種，可作為提升‘威海金’果實坐果率、果個大小、果實風味并實現(xiàn)增糖降酸的優(yōu)秀授粉樹。采用主成分分析法對果實品質(zhì)進行綜合評價的結(jié)果為，‘盈香’為‘威海金’首選授粉樹。