草莓‘宁玉’及其亲本果实发育过程中香气成分分析

庞夫花,赵密珍,袁华招,王 静,于红梅,陈志京

(江苏省农业科学院 果树研究所/江苏省高校园艺作物遗传改良重点实验室,江苏 南京 210014)

草莓‘宁玉’是以‘幸香’为母本,以‘章姬’为父本杂交选育出的早熟抗病新品种；2005年杂交组合获得种子,2010年11月通过江苏省农作物品种审定委员会鉴定,定名为‘宁玉’[1]。草莓‘宁玉’果实圆锥形,果个均匀,红色,果面平整,光泽强,可溶性固形物含量达10.7%,果大丰产,抗炭疽病和白粉病。‘宁玉’草莓适合江苏草莓促成栽培区域种植及同类地区保护地促成栽培,在南京属于极早熟品种,南京地区促成栽培于11月中旬开始成熟,比目前主栽品种红颜的成熟期提前了15～20 d。‘宁玉’草莓适应性较强,截至目前已经推广至全国25个省,北至黑龙江、吉林,南至广东、云南，西至新疆、西藏,均有一定的栽培面积。目前对‘宁玉’草莓的花芽分化过程、花序分化时间、花粉生活力、茎尖组培快繁技术、大棚促成栽培技术、优质高产栽培技术等均有较详细的研究[2-10]。

‘宁玉’草莓口感清爽,广泛被大众接受,多次在草莓大会上被评为‘一等奖’。但是‘宁玉’草莓的脆爽、甘甜、独特的香气由哪些物质组成？其与亲本香气物质的差异还处于未知状态。本文以‘宁玉’草莓及其母本‘幸香’、父本‘章姬’为试材,利用顶空固相微萃取技术(HS-SPME)结合气质联用仪(GC-MS)对它们的香气组分与相对含量进行了测定,旨在了解‘宁玉’草莓及其亲本香味组成成分,为草莓香气育种中亲本的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年进行,以江苏省农业科学院溧水植物基地种植的‘宁玉’及其母本‘幸香’、父本‘章姬’为试材,将果实成长期分为绿果期、白果期、着色期、全红期4个时期,各采摘1000 g鲜果样品,液氮速冻后,置于-70 ℃超低温冰箱保存待测。

1.2 果实中芳香物质含量的测定及GC-MS分析

试材的前处理及GC-MS分析采用曾祥国等[11-12]的物质提取及分析方法(修改版),将500 g果实放入果实粉碎机中打浆,采用4层纱布进行抽滤；吸取混匀的果汁10 mL于20 mL的顶空瓶中,加入3 g NaCl,用聚四氟乙烯隔垫密封。将萃取瓶放入40 ℃恒温水浴中,预热5 min,然后用超声波处理20 min,最后分别用CarboxenTM/PDMS进行顶空固相微萃取,在40 ℃恒温下萃取 20 min。设3次重复。

气相色谱-质谱(GC-MS)分析:用美国Thermo Fisher公司生产的Trace DSQ-Ⅱ气质联用仪。

色谱条件:色谱柱TR-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mmID×0.25 μm),流速1 mL/min;进样口温度230 ℃;分流比10∶1。柱温采用程序升温:初温60 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min升温到220 ℃,保持20 min。载气为高纯氦气(99.999%),流速为1 mL/min;萃取头插入GC进样口,解析3 min。

质谱条件:传输线温度250 ℃,离子源温度230 ℃,质量扫描范围m/z 30～350 amu,电子轰击离子源(EI)。

1.3 数据处理

对采集到的总离子流图用2008NIST谱库搜索及资料分析,确定香气成分,采用面积归一法进行定量计算,取平均值计算各化合物的相对含量。

2 结果与分析

草莓‘宁玉’抗病、早熟,品质较好,味甜、香浓;‘幸香’味甜酸、香气浓,果个中大均匀；‘章姬’果个较大,肉柔软多汁,味芳香、浓甜。通过实验得知,草莓‘宁玉’、‘幸香’和‘章姬’果实成熟中芳香物质的组成和相对含量均有明显差异。

2.1 草莓‘宁玉’与其亲本果实中香味物质数量的变化

由表1可知,草莓‘宁玉’与亲本果实的香气成分主要由酯类、烷类、酮类、酸类、醛类、醇类、呋喃及其他共8类香味物质组成;在全红期，从草莓‘宁玉’、‘幸香’、‘章姬’果实中分别检测出55、57、56种香味物质；在绿果期、白果期时,3个品种果实中香气成分均含有呋喃类物质；到全红期时,酯类、醇类、醛类香味物质占主要部分,随着果实的成熟,酯类物质数量呈现增加趋势。

表1 ‘宁玉’及其亲本果实在不同发育阶段的香气物质组成

2.2 草莓‘宁玉’与其亲本果实香气物质含量的变化

随着果实的成熟,香气物质中酯类物质的含量呈增加趋势,3个品种的表现具有一致性。草莓‘宁玉’果实在全红期的主要芳香物质为醛类、醇类、酯类,分别占芳香物质总量的37.80%、34.24%、12.30%；‘幸香’果实中的主要芳香物质为醇类、酯类、酸类,分别占55.80%、18.50%、12.60%；‘章姬’果实中的主要香味物质为醛类、醇类、酯类,分别占39.12%、34.02%、14.80%。说明‘宁玉’果实的醛类芳香物质可能主要遗传自父本‘章姬’。

表2 ‘宁玉’及其亲本果实在不同发育阶段的香气物质含量

2.3 草莓‘宁玉’与其亲本成熟期果实中香味物质成分分析

由表3、图1可知,从3个草莓品种果实中共分离出97种香味物质,其中‘宁玉’果实中芳香物质为55种。通过对比,‘宁玉’特有的香味物质有18种,占香味物质数量的32.7%,含量占65.95%;单独由母本‘幸香’遗传的香味物质有6种,占芳香物质数量的10.9%,含量占1.86%;单独由父本‘章姬’遗传的香味物质有8种,占芳香物质数量的14.5%,含量占1.60%;由父母本共同遗传的香味物质有23种,占芳香物质数量的41.8%,含量占芳香物质总量的30.59%。

草莓果实香味物质中的己酸乙酯、己酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸己酯、乙酸辛酯、丁酸辛酯、异戊酸辛酯、丁酸异丙基酯、2,5-二甲基4-甲氧基-3(2H)-呋喃酮(DMMF)、2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮(DMHF)、γ-葵内酯为草莓的特征香气物质。通过分析数据得知,草莓‘宁玉’果实中的特征香味物质己酸甲酯占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-葵内酯占0.56%。

表3 ‘宁玉’及其亲本果实在成熟期的香气物质组成及含量

续表3：

化合物类别化合物名称宁玉幸香章姬三乙二醇/0.060.15醛类(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//酸类(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环丝氨酸/4.78/己酸2.374.011.15壬酸/0.080.20辛酸0.260.260.14乙酸/0.98/酮类1-羟基-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-己基二氢-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烷类1,4,7,10,13,16-六氧环十八烷//0.10八甲基环四硅氧烷0.23/0.15三甲基氟硅烷1.190.471.28十甲基环五硅氧烷0.070.13/戊基环丙烷/0.06/酯类(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯0.240.14/(ñ)-2-羟基-丁酸甲酯/0.40/(S)-3-羟基-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-羟基-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/

续表3：

化合物类别化合物名称宁玉幸香章姬丁位十二内酯/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邻苯二甲酸二乙酯0.200.230.34硫代丁酸甲酯/0.11/辛酸甲酯0.090.230.12烟酸甲酯//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乙酸异丙酯/0.420.33其他(E)-7,11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二碳三烯/0.100.16(Z)-7,11-二甲基-3-亚甲基-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甲基异脲硫酸氢//0.13甲氧基苯基肟0.511.490.89乙酸-甲酸酐0.16/0.44

图1 ‘宁玉’及其亲本果实发育成熟期的香气物质数量统计

3 讨论

3.1 果实发育过程中香气物质数量和含量的变化

草莓香味是由复杂的有机混合物产生,既与特征香气成分有关,还与各成分的含量及比值有关[13]；种间或品种间香味成分存在很大的差异,不同的品种间相差35倍之多[14]；同一品种在不同的发育时期挥发物总量也具有很大差异。香味物质由挥发性化合物组成,香味在鲜草莓的风味中起重要作用,虽然这些化合物仅占鲜重的0.01%～0.001%[15-16],但是,它们是草莓风味品质的重要组成部分,其中普遍认为酯类和呋喃类是决定鲜草莓香味的主要成分。我国目前对草莓的香气研究主要集中在对品种的香气成分测定和比较分析方面,对香气类型的鉴定和特征香味物质之间的关系研究较少[17-19]。

本研究发现,在‘宁玉’草莓果实发育过程中,香味物质酯类数量从6种增长为9种,含量从1.60%增加到12.30%,增加了约700%,其中草莓香味特征物质丁酸甲酯占6.56%;醛类物质数量从12种变为11种,含量从35.09%增加到37.80%,其中正己醛占30.17%;醇类物质数量从15种减少到12种,含量从54.73%下降到34.24%,其中2-环己烯-1-醇含量最高,高达27.13%。母本‘幸香’在果实发育过程中,香味物质酯类数量从4种增加到20种,含量从0.29%增加为18.53%；醛类物质数量从17种减少为9种,含量从84.41%下降为5.84%;醇类物质数量从8种增加到10种,含量从1.33%增加到55.18%。父本‘章姬’在果实发育过程中,香味物质酯类数量从5种增加为17种,含量从0.65%增加到14.82%；醛类物质数量从18种减少为12种,含量从21.62%增加到39.12%；醇类物质从9种减少为8种,含量从71.10%减少为34.62%。由此可知,成熟期的草莓果实中的酯类物质对香味有着较大的作用。

3.2 ‘宁玉’与其亲本特征香味物质的比较

成熟草莓果实中的芳香物质包括酯、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-羟基-3(2H)-呋喃酮(DMHF)等是其特征芳香成分[14,20]。

据报道,高含量的酯类物质可以呈现出令人愉悦的果香味[13]。草莓‘宁玉’具有清香、果香味,口感甘甜、清爽。通过分析数据得知‘宁玉’草莓果实中的香味物质丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯、γ-葵内酯、DMMF、DMHF的含量分别为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等物质的相对含量较高,大多成分都具有果香味和清香味,对‘宁玉’香气的贡献较大。

香气物质的形成除受环境影响外,在很大程度上还会受亲本遗传的影响。本研究结果表明:‘宁玉’草莓果实中的特征香气成分丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯、DMMF、DMHF,在其母本‘幸香’中的含量分别为10.31%、0.10%、5.05%、0.00%、0.00%、0.00%,在父本‘章姬’中的含量分别为3.80%、0.19%、2.07%、0.00%、3.53%、0.00%。通过对比发现,‘宁玉’草莓果实中香味物质丁酸甲酯、乙酸己酯、己酸甲酯是从父、母本遗传来的,DMMF是遗传自父本的,γ-葵内酯、DMHF是‘宁玉’自己特有的香味物质。由此说明,草莓香气物质的遗传是比较复杂的。据最新报道，DMMF、DMHF生物合成的关键酶是FaQR和FaOMT；在生成香味物质DMHF后,再在FaQR的作用下产生DMMF,且DMMF的含量一般较高[21]。通过实验对比得知，‘宁玉’草莓香味物质中均含有这两种呋喃酮物质,且DMMF的含量为0.59%,高于DMHF的含量0.17%,这可能是因为在FaQR的作用下,DMHF大部分转化为DMMF。