釀酒葡萄種質(zhì)資源果實(shí)品質(zhì)性狀的分析與評(píng)價(jià)

牛銳敏，許澤華，沈甜，黃小晶，徐美隆，陳衛(wèi)平

（寧夏農(nóng)林科學(xué)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(guó)葡萄生產(chǎn)以鮮食為主，鮮食葡萄產(chǎn)量約占葡萄總產(chǎn)量的75%以上，釀酒葡萄產(chǎn)量占葡萄總產(chǎn)量的10%左右。寧夏產(chǎn)區(qū)以發(fā)展釀酒葡萄為主，2022年全區(qū)釀酒葡萄栽培面積達(dá)到3.89萬(wàn) hm2，占全國(guó)種植面積的35%左右[1]；品種有‘赤霞珠’‘蛇龍珠’‘品麗珠’‘美樂(lè)’等，其中‘赤霞珠’占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，達(dá)釀酒葡萄面積的75%以上。品種的相對(duì)單一性導(dǎo)致酒種單一，典型風(fēng)格缺乏，同時(shí)這些品種以國(guó)外育成為主，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品種比例極低。因此，開展釀酒葡萄種質(zhì)資源鑒定與評(píng)價(jià)，對(duì)篩選適宜寧夏栽培的優(yōu)良品種和種質(zhì)創(chuàng)新的優(yōu)異親本，以及推進(jìn)葡萄酒產(chǎn)品的多元化發(fā)展具有重要意義。

葡萄種質(zhì)資源研究包括形態(tài)學(xué)特征、抗寒性、抗病性、果實(shí)性狀、耐貯運(yùn)性的鑒定[2-7]，以及遺傳多樣性分析等方面[8-9]，其中種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的鑒定評(píng)價(jià)是種質(zhì)資源研究的重要組成部分，也是優(yōu)異資源挖掘和利用的基礎(chǔ)[10]。王紹祖等[11]對(duì)1067份葡萄種質(zhì)的果粒整齊度進(jìn)行了田間調(diào)查，篩選出整齊度高的鮮食品種221個(gè)，釀酒品種6個(gè)。馬小河等[12]對(duì)114份鮮食有核葡萄品種的果穗及果粒的數(shù)量性狀進(jìn)行了分析和概率分級(jí)，對(duì)符合正態(tài)分布的性狀統(tǒng)一分為5個(gè)等級(jí)，1～5級(jí)出現(xiàn)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(zhì)的有機(jī)酸組分及含量，結(jié)果表明在不同葡萄種群中，東亞種群葡萄的總酸質(zhì)量濃度最高，其次是北美種群，歐亞種群的總酸質(zhì)量濃度最低，而在不同用途葡萄種質(zhì)中，釀酒葡萄的總酸質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于鮮食葡萄與制汁葡萄。程大偉等[14]建立了鮮食葡萄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)回歸模型，從15個(gè)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)中篩選出固酸比、糖酸比、果糖和蘋果酸4個(gè)顯著影響營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的單項(xiàng)指標(biāo)。黃麗萍等[15]將鮮食葡萄果實(shí)6項(xiàng)酸甜風(fēng)味指標(biāo)簡(jiǎn)化為可滴定酸、可溶性固形物和固酸比3項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，用3項(xiàng)指標(biāo)將99份葡萄種質(zhì)分成了5類。

前人對(duì)葡萄種質(zhì)資源果實(shí)品質(zhì)性狀的研究多集中于整齊度、形狀、大小等外觀品質(zhì)或內(nèi)在品質(zhì)的某一方面，且更側(cè)重于對(duì)鮮食葡萄的綜合評(píng)價(jià)，釀酒葡萄種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的研究報(bào)道相對(duì)較少，而不同用途的葡萄品種對(duì)果實(shí)性狀的要求有著很大差異。本研究針對(duì)寧夏葡萄酒產(chǎn)業(yè)中釀酒葡萄優(yōu)良種質(zhì)資源缺乏、品種相對(duì)單一、特色不突出等問(wèn)題，以銀川市葡萄、棗國(guó)家林木種質(zhì)資源庫(kù)穩(wěn)定保存的40份釀酒葡萄種質(zhì)資源為材料，測(cè)定分析了穗質(zhì)量、粒質(zhì)量、果粒縱橫徑、種子數(shù)、還原糖、可滴定酸、總酚、單寧、花色苷含量等14個(gè)果實(shí)性狀指標(biāo)，并應(yīng)用主成分分析法對(duì)果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，為釀酒葡萄優(yōu)良品種的篩選及育種親本的選擇提供了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在寧夏農(nóng)林科學(xué)院綜合試驗(yàn)基地葡萄資源圃（106°08′E、38°39′N），位于寧夏銀川市西夏區(qū)蘆花鄉(xiāng)，平均海拔1113 m，屬于中溫帶干旱氣候區(qū)，年均氣溫8.8 ℃，≥10 ℃年活動(dòng)積溫3300 ℃，年日照時(shí)數(shù)3000 h左右，年均降水量198 mm，年平均蒸發(fā)量1583 mm，無(wú)霜期160 d。該資源圃于2014年建園，園地土質(zhì)為灌淤土，pH為8.6，有機(jī)質(zhì)含量0.8%。引用黃河水灌溉，地勢(shì)平坦，排灌通暢。

1.2 試驗(yàn)材料

供試的40份釀酒葡萄種質(zhì)資源均來(lái)自寧夏農(nóng)林科學(xué)院綜合試驗(yàn)基地葡萄資源圃，其中包括17份白色品種（表1中1～17號(hào)），23份紅色品種（表1中18～40號(hào)）。所有種質(zhì)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(guī)管理。

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

1.3 試驗(yàn)方法

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

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和DPSV 9.01軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行類別合并時(shí)，計(jì)算類與類之間的離差平方和，由于每縮小一類時(shí)離差平方和會(huì)加大，就選取使離差平方和增加最小的兩類進(jìn)行合并，如此進(jìn)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(lái)度量。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)性狀的變異分析

40份釀酒葡萄種質(zhì)資源14個(gè)果實(shí)性狀的變異系數(shù)在8.45%～52.73%（表2），變異系數(shù)較大的為花色苷含量（52.73%）、穗質(zhì)量（32.06%）、種子數(shù)（29.76%）、粒質(zhì)量（24.78%），表明這4個(gè)性狀在不同資源之間存在較大差異；變異系數(shù)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(gè)性狀變異幅度小，遺傳特性較為穩(wěn)定。

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

2.2 果實(shí)主要性狀的分布

2.2.1 穗質(zhì)量和粒質(zhì)量

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

圖1 釀酒葡萄穗質(zhì)量和粒質(zhì)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(zhì)含量

圖3顯示，40份釀酒葡萄種質(zhì)資源果實(shí)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(shí)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(zhì)資源果實(shí)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(shí)還原糖、可滴定酸、總酚、單寧、花色苷含量5個(gè)內(nèi)在品質(zhì)性狀進(jìn)行特色品種的篩選，某一性狀所有種質(zhì)資源測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值記為X，由于不同性狀變異系數(shù)差異較大，變異系數(shù)＜15%、15%～35%、＞35%的分別按大于1.2X、1.5X和2X的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，篩選高花色苷資源1份，為‘羅馬4號(hào)’，高糖高酸高酚資源1份，為‘小芒森’。

2.3 果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 白色釀酒葡萄果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

對(duì)白色釀酒葡萄的8個(gè)主要果實(shí)性狀進(jìn)行主成分分析（表3），提取了3個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.795%，說(shuō)明3個(gè)主成分反映了大部分的原始信息。載荷表示不同性狀指標(biāo)與提取的主成分之間的相關(guān)性，第1主成分貢獻(xiàn)率為55.969%，總酚、單寧、還原糖、可溶性固形物、粒質(zhì)量與主成分1相關(guān)性較大，主成分1解釋了果粒大小及果實(shí)品質(zhì)的大部分指標(biāo)。第2主成分貢獻(xiàn)率為21.140%，可滴定酸、糖酸比與主成分2相關(guān)性較大，主成分2與果實(shí)酸含量有關(guān)。第3主成分貢獻(xiàn)率為13.686%，穗質(zhì)量在主成分3上載荷較高，主成分3與果穗大小有關(guān)。

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(gè)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(píng)分排名前3位的種質(zhì)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(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

對(duì)紅色釀酒葡萄的9個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取了4個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)87.834%。從表5可以看出，第1主成分貢獻(xiàn)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(fù)的性狀有粒質(zhì)量、糖酸比，主成分1解釋了果粒大小及果實(shí)品質(zhì)的大部分指標(biāo)。第2主成分貢獻(xiàn)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(xiàn)率為12.351%，穗質(zhì)量在主成分3上載荷較高，主成分3與果穗大小有關(guān)。第4主成分貢獻(xiàn)率為11.785%，主成分4與花色苷含量有關(guān)。

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(gè)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(lè)’‘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(hào)’花色苷含量高，在主成分4上得分最高。綜合評(píng)分排名前4位的種質(zhì)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(zhì)資源聚類分析

將釀酒葡萄主要果實(shí)性狀測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，采用歐氏距離離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類（圖5），并對(duì)所分類群的性狀表現(xiàn)進(jìn)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(diǎn)是果粒小，還原糖、可滴定酸、酚類物質(zhì)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(diǎn)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(diǎn)是果穗大，還原糖、可滴定酸、酚類物質(zhì)含量以及糖酸比居中；第Ⅳ類包含7份資源，其特點(diǎn)是果粒大，還原糖、可滴定酸、酚類物質(zhì)含量低，糖酸比高；第Ⅴ類包含7份資源，其特點(diǎn)是果粒中等，還原糖含量低、可滴定酸含量高、酚類物質(zhì)含量居中，糖酸比低。

圖5 40份釀酒葡萄種質(zhì)品質(zhì)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(zhì)5個(gè)類群品質(zhì)性狀比較Figure 6 Comparison of quality traits of five groups in wine grape germplasm

3 討論與結(jié)論

變異系數(shù)一方面反映了不同葡萄種質(zhì)資源之間的性狀差異，另一方面也反映了葡萄在物種進(jìn)化過(guò)程中的保守性和遺傳的可塑性[17]。本試驗(yàn)中調(diào)查的釀酒葡萄種質(zhì)資源的14個(gè)果實(shí)性狀變異系數(shù)存在很大差異，花色苷含量、穗質(zhì)量、種子數(shù)、粒質(zhì)量變異程度較高，說(shuō)明這4個(gè)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(gè)性狀變異程度較小，表明其遺傳特性較為穩(wěn)定，選育潛力有限。釀酒葡萄果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)性狀中，可滴定酸含量的變異系數(shù)遠(yuǎn)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(jié)果相一致，表明葡萄的酸含量具有較豐富的遺傳基礎(chǔ)，遺傳潛力大于糖含量。

糖、酸是評(píng)價(jià)葡萄果實(shí)品質(zhì)的基本指標(biāo)，對(duì)于釀酒葡萄來(lái)說(shuō)，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(diào)節(jié)以增糖降酸為主[14]，但有研究表明，高酒石酸含量會(huì)在一定程度上提高葡萄酒品質(zhì)，酒石酸含量較高的品種會(huì)使葡萄酒的顏色、氧化性更加穩(wěn)定[20]，同時(shí)因氣候變暖寧夏產(chǎn)區(qū)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(zhì)很有必要。酚類物質(zhì)作為葡萄中重要的次生代謝產(chǎn)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(shí)中含量最豐富的酚類物質(zhì)為花色苷和單寧。花色苷是紅葡萄酒中主要的呈色物質(zhì)，不僅與葡萄酒的色調(diào)密切相關(guān)，對(duì)葡萄酒的澄清度、穩(wěn)定性等也有重要作用[23]；單寧的含量決定葡萄酒的口感結(jié)構(gòu)[24]。本試驗(yàn)對(duì)釀酒葡萄果實(shí)主要性狀的分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，篩選出高花色苷資源‘羅馬4號(hào)’，高糖高酸高酚資源‘小芒森’，這與吳莉等[25]對(duì)‘小芒森’等品種特性的研究結(jié)果相吻合。

主成分分析和聚類分析越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于多樣品多指標(biāo)的分析和品質(zhì)性狀的綜合評(píng)價(jià)[16,26]。李彥彪等[27]綜合主成分分析、聚類分析和相關(guān)性分析結(jié)果，確定Vc、單寧、果糖和固酸比是‘赤霞珠’葡萄核心品質(zhì)指標(biāo)，建立了由這4個(gè)指標(biāo)組成的‘赤霞珠’葡萄品質(zhì)評(píng)價(jià)模型。魏烈權(quán)等[28]將釀酒葡萄9個(gè)品質(zhì)指標(biāo)綜合為2個(gè)主成分，篩選出在嘉峪關(guān)地區(qū)綜合表現(xiàn)較優(yōu)的3個(gè)品種為‘黑比諾’‘佳美’‘美樂(lè)’。本研究將白色釀酒葡萄的8個(gè)果實(shí)性狀綜合為3個(gè)主成分，主成分1與果粒大小、糖及酚類含量有關(guān)，主成分2、3分別與酸含量、果穗大小有關(guān)，‘小芒森’‘菲爾斯’‘雷司令’等種質(zhì)綜合表現(xiàn)較好。紅色釀酒葡萄9個(gè)品質(zhì)指標(biāo)分為4個(gè)主成分，主成分1與果粒大小、糖酸及單寧含量有關(guān)，第2、3、4主成分分別與總酚、果穗大小、花色苷含量有關(guān)，‘小味兒多’‘馬瑟蘭’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’等種質(zhì)綜合表現(xiàn)較好。聚類分析是將樣品按照相似的特性進(jìn)行分類，本研究中將40份釀酒葡萄種質(zhì)資源分為了5類，第Ⅰ類為小粒、糖酸酚類物質(zhì)含量高的種質(zhì)；第Ⅲ類為大穗、糖酸酚類物質(zhì)含量居中的種質(zhì)；第Ⅱ類糖酸酚類物質(zhì)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(zhì)；第Ⅴ類為中粒、低糖高酸中酚類種質(zhì)。總體來(lái)看，小果粒的種質(zhì)酚類物質(zhì)含量相對(duì)更高，這與前人的研究結(jié)論一致[29]。

本研究對(duì)40份釀酒葡萄種質(zhì)資源的14個(gè)果實(shí)品質(zhì)性狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，明確了各性狀的變異系數(shù)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(yīng)用主成分分析法對(duì)釀酒葡萄品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，‘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(zhì)綜合表現(xiàn)優(yōu)良，并通過(guò)聚類分析將40份釀酒葡萄種質(zhì)資源分為五大類，為釀酒葡萄優(yōu)良品種的應(yīng)用及育種親本的選擇提供參考。