‘赤霞珠’葡萄初选早熟优株果实中香气物质组分比较

Comparison of aroma compound components in early maturing superior varieties of ‘Cabernet Sauvignon’ grapes

摘要

为了筛选果实品质更优的‘赤霞珠’（Vitis vinifera L. ‘Cabernet Sauvignon’）早熟优株，利用顶空-固相微萃取、气相色谱-质谱联用法，比较‘赤霞珠’初选早熟优株果实理化指标、香气物质组分之间的差异。结果表明：初选早熟优株果实中总糖、花色苷、单宁、总酚含量均高于对照组（CK），其中CSES-18-14和CSES-26-25果实中这些物质的含量比CK高20.4%~172.1%，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。所有初选优株果实中可滴定酸含量比CK低5.8%~15.9%，其中CSES-18-14果实中可滴定酸含量比CK低15.9%，差异具有统计学意义（P<0.05）。所有果实样品中共检测出136种香气物质，种类最多的是醇类和醛类香气物质；含量最高的是醛类香气物质。3 个初选优株果实的香气物质种类和含量均高于CK。CSES-26-25果实中酯、酮、醛、酸、醇类香气物质的含量比CK高19.4%~166.9%；香气种类数量比CK多33.3%，差异均具有高度统计学意义（P<0.01）。主成分分析表明，CSES-26-25的综合得分最高，表明CSES-26-25果实品质综合评价优于CK和其他优株。因此，‘赤霞珠’初选早熟优株可以通过影响果实的成熟度提高果实的品质和促进香气物质的积累；CSES-26-25初选早熟优株经进一步鉴定后，可以在酿酒葡萄产区推广以提高宁夏的葡萄与葡萄酒品质。

Abstract

In order to select superior early maturing varieties of ‘Cabernet Sauvignon’ （Vitis vinifera L. ‘Cabernet Sauvignon’） with better fruit quality， this study utilized headspace-solid phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry to compare the differences in physicochemical indicators and aroma compound components of the early maturing superior varieties of ‘Cabernet Sauvignon’. The results showed that the total sugar， anthocyanins， tannins， and total phenol content in the fruits of the early maturing superior varieties were higher than those in the control group （CK）， with the content in CSES-18-14 and CSES-26-25 fruits increasing by 20.4% to 172.1% compared to CK， and the differences were statistically significant （P<0.01）. The titratable acidity of all early superior varieties was 5.8% to 15.9% lower than that of CK， with CSES-18-14 showing a titratable acidity reduction of 15.9% compared to CK， which was statistically significant （P<0.05）. A total of 136 aroma compounds were detected in all fruit samples， with alcohols and aldehydes being the most abundant； the highest content was found in aldehydes. The aroma compound types and contents in the three early superior varieties were higher than those in CK. The content of esters， ketones， aldehydes， acids， and alcohols in CSES-26-25 fruits increased by 19.4% to 166.9% compared to CK； the number of aroma types increased by 33.3% compared to CK， and the differences were highly significant （P<0.01）. Principal component analysis indicated that CSES-26-25 had the highest comprehensive score， suggesting that the fruit quality of CSES-26-25 was superior to that of CK and other superior varieties. Therefore， the early maturing superior varieties of ‘Cabernet Sauvignon’ can enhance fruit quality and promote the accumulation of aroma compounds by influencing fruit maturity； the CSES-26-25 early maturing superior variety can be promoted in wine grape production areas after further identification to improve the quality of grapes and wines in Ningxia.

关键词

酿酒葡萄 / 赤霞珠 / 初选早熟优株 / 香气物质

Key words

wine grapes / ‘Cabernet Sauvignon’ / early maturing superior varieties / aroma compounds

香气物质是果实品质的重要指标之一，目前在植物中已鉴定出2 000 多种香气物质，在葡萄果实中已鉴定出200 多种香气物质，这些香气物质通过组分和含量的差异，以及各组分之间的相互作用，最终形成了不同的典型香味特征^[1-5]。随着葡萄果实的发育，果实中脂肪酸、氨基酸、碳水化合物等物质经脂肪酸氧化、氨基酸代谢、萜类物质代谢、单糖与糖苷代谢等途径，最终生成醇、醛、酮、酸、酯类等种类的香气物质^[3-7]。品种（系）的基因型是葡萄果实香气积累差异的主要原因，不同品系的‘霞多丽’‘黑比诺’等葡萄果实的典型香气物质含量不同^[8-10]；此外，砧木、环境与栽培条件、植物生长调节剂，特别是果实的成熟度，可以显著影响‘赤霞珠’‘玫瑰香’等果实中的香气构成^[3-8]。目前，科研人员在果实中香气物质的合成路径、关键基因鉴定、外源条件对香气物质代谢调控等方面均取得了突破性进展^[1-3]。

以无性繁殖方式育苗的果树植物，芽中的分生组织细胞常发生自然突变产生芽变^[11]，随后在植物学性状、果实品质和物候期等方面发生变化；因此芽变选种也是重要的育种方式之一，不仅为育种提供了新的种质资源，也可直接选育出产量或品质优良的新品种（系）。在葡萄、苹果、李和桃等果树上已利用芽变选种选育出了大量优良新品种^[8-9，11]。‘赤霞珠’是宁夏主栽的晚熟酿酒葡萄优良品种，由于宁夏物候期较短，因此采取使葡萄提前着色或延长葡萄成熟期的措施，均可提高葡萄的成熟度，最终提高葡萄与葡萄酒的品质^{[3-5，8-10，12-13]}。本研究在多年生扦插苗建园的‘赤霞珠’葡萄园筛选优质早熟芽变优株，以期为提高‘赤霞珠’葡萄与葡萄酒品质、促进酿酒葡萄品种改良提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料取自宁夏中卫市沙坡头区约6.67 hm²的15 a以上树龄‘赤霞珠’（Vitis vinifera L. ‘Cabernet Sauvignon’）（扦插苗）葡萄园。葡萄园苗木的来源、树龄、管理方式一致。试验时间为2023—2024年。根据葡萄的着色期，以60%以上果穗开始着色植株为对照植株（CK），于每年7月中旬开始，筛选比CK提前10 d以上着色、生长势和负载量与CK相近的单株进行标记。根据连续2年的观测结果，初步筛选出着色期提早10~12 d、果实品质较优的3 株早熟优株（CSES-18-14、CSES-26-25、CSES-32-38）。在2024年9月下旬葡萄成熟时采样，用冰盒带回实验室，用于测定各样品的果实品质、果实香气物质组分和含量。

1.2 测定方法

使用电子天平测定各样品果实的平均百粒质量（g），利用比色法测定果实中的w_总糖（%），利用滴定法测定w_可滴定酸（mg∙g^-1），利用盐酸甲醇法测定w_总花色苷（mg∙g^-1），利用福林酚法测定w_总酚（mg·g^-1），利用Folin-Denis法测定w_单宁（mg∙g^-1）^[14-15]。

利用气相色谱-质谱法测定香气物质含量（w，μg·g^-1）^[16]。利用顶空-固相微萃取法提取香气，利用GCMS-QP2010型气相色谱-质谱联用仪、HP-5MS型色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）测定香气，解析温度为250 ℃，解析时间为5 min。汽化室温度为250 ℃；载气为高纯氦气（纯度≥99.999%）；流速为1.5 mL·min^-1。离子源温度为200 ℃，离子能量70 eV，电离方式EI，检测器电源350 eV。将未知物图谱与NIST98标准谱库进行比对和定性分析；以2-辛醇为内标物，采用内标法进行定量分析。

1.3 数据处理

采用Microsoft 2012和SPSS 23软件进行数据处理分析，采用Duncan新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同初选早熟优株果实品质的比较

3个初选优株果实的百粒质量比CK低3.4%~14.6%（表1），其中CSES-18-14果实的百粒质量比CK低14.6%，差异具有统计学意义（P<0.05）。3 个初选优株果实中，w（总糖）、w（花色苷）、w（单宁）、w（总酚）均高于CK，其中CSES-18-14和CSES-26-25果实的w（总糖）、w（花色苷）、w（单宁）、w（总酚）分别比CK高21.0%和18.1%、41.6%和35.0%、171.8%和143.6%、57.2%和39.4%，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。初选优株果实的w（可滴定酸）比CK低5.8%~15.9%，其中CSES-18-14果实中w（可滴定酸）比CK低15.9%，差异具有统计学意义（P<0.05）；其他初选优株果实的w（可滴定酸）与CK间的差异没有统计学意义。

2.2 不同初选早熟优株果实中酯类香气物质含量的比较

所有样品果实中共检测出136 种香气物质，其中酯类物质有31种，占总香气总种类的22.8%（表2）。3个初选优株果实中酯类香气物质种类和含量分别比CK高1.63~2.00倍和1.06~1.99倍，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。酯类香气物质种类最多的是CSES-18-14。所有样品果实中共有的酯类香气物质有3 种，分别是（+/-）-β-羟基-γ-丁内酯、2，2，4-三甲基戊二醇异丁酯、对乙氧基苯甲酸乙酯；初选早熟优株的果实中这3 种香气物质的含量均低于CK。4 个样品中酯类香气物质平均含量占香气总物质平均含量的10.9%，CSES-26-25果实中的酯类物质总含量最高，CSES-18-143次之。

2.3 不同初选早熟优株果实中醚类和烯类香气物质含量的比较

醚类和烯类香气物质共检测出7 种，占总种类的5.1%，4 个样品中醚类和烯类香气物质平均含量占总香气物质平均含量的0.6%。在所有样品中共检测出醚类香气物质2 种，烯类香气物质5 种（表3）。CK的果实中只有1 种醚类香气物质（乙二醇单十二烷基醚），其他3 个初选优株样品中w_{乙二醇单十二烷基醚}比CK高47.6%~83.3%，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。CSES-18-14果实醚烯类香气物质种类最多，CSES-32-38次之。3 个初选早熟优株果实中醚类和烯类香气物质总含量最高的是CSES-18-14，CSES-32-38次之。

2.4 不同初选早熟优株果实中酮类香气物质含量的比较

所有果实中共检测出29 种酮类香气物质，占总种类的21.3%，4 个样品中酮类香气物质的平均含量占总香气物质平均含量的15.2%；种类最丰富的为CSES-18-14，CSES-32-38次之，CK果实中酮类香气物质种类最少（表4）。4 个样品共有的酮类香气物质有6 种。CSES-18-14、CSES-26-25、CSES-32-38独有的酮类香气物质分别有8 种、4 种和3 种。3 个初选优株果实中酮类香气物质的总含量比CK高19.4%~64.0%，差异具有高度统计学意义（P<0.01），其中总含量最高的是CSES-18-14，CSES-32-38次之。CSES-18-14样品中有3 种酮类香气物质含量高于CK。

2.5 不同初选早熟优株果实中醇类香气物质含量的比较

4 个样品中检测出的所有醇类香气物质共有32 种，占总种类的23.5%，4 个样品中醇类香气的平均含量占总香气平均含量的21.5%。醇类香气物质种类最多的是CSES-26-25，CSES-18-14次之（表5）。4 个样品共有的醇类香气物质有8 种，仅3 个初选优株样品共有的醇类香气物质有1 种（叶醇）。CK、CSES-18-14、CSES-26-25、CSES-32-38各自独有的醇类香气物质分别有1 种、7 种、7 种和1 种。CSES-26-25果实中醇类香气物质含量最高，其中有18 种醇类物质含量高于CK。CSES-32-38果实中醇类香气物质总含量高于CK，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。CSES-18-14样品中有9 种物质的含量高于CK，有12 种物质含量低于CK，但是差异无统计学意义。

2.6 不同初选早熟优株果实中醛类香气物质含量的比较

4 个样品果实中共检测出16 种醛类香气物质，占总种类的11.8%，4 个样品中醛类香气的平均含量占总香气物质平均含量的35.1%（表6）。4 个样品共有的醛类香气物质有6 种；仅3 个初选优株共有的醛类香气物质有2 种，为3-羟基丁醛和羟乙醛。CSES-18-14样品果实中醛类香气物质总含量最高，是CK的2.97倍，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。CSES-26-25样品中醛类香气物质含量也高于CK，差异具有高度统计学意义（P<0.01）；CSES-32-38样品中醛类香气物质含量比CK低32.8%，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。

2.7 不同初选早熟优株果实中酸类香气物质含量的比较

4 个样品果实中检测出的酸类香气物质共有21 种，占总香气种类的15.4%，4 个样品中酸类香气物质的平均含量占总香气平均含量的16.7%（表7）。4 个样品共有的酸类香气物质有8 种。3 个初选优株中的w_醋酸、w_{反式-2-己烯酸}比CK提高25.4%~229.7%，差异具有高度统计学意义（P<0.01）。CSES-18-14、CSES-26-25和CSES-32-38独有的酸类香气物质分别有4 种、4 种和1 种。CSES-26-25样品中酸类香气物质总含量最高，其次是CSES-18-14，总含量最低的是CK。CSES-18-14、CSES-26-25和CSES-32-38分别有4、6、5 种酸类香气物质含量高于CK。

2.8 不同样品果实品质与香气物质组分的主成分分析

对4 个样品果实的百粒质量、w_总糖、w_可滴定酸、w_花色苷、w_单宁、w_总酚、w_酯类、w_{醚类和烯类}、w_酮类、w_醇类、w_醛类、w_酸类、酯类种类、醚类和烯类种类、酮类种类、醇类种类、醛类种类、酸类种类共18 个指标进行主成分分析（表8），综合得分最高的是CSES-26-25，其次是CSES-18-14，得分最低的是CK。可见，CSES-26-25果实品质和香气组成的综合评价优于其他样品。

3 讨论

果实的品质是影响葡萄和葡萄酒品质的重要因素之一，提高酿酒葡萄果实的品质，可以显著提高葡萄酒的品质^{[3-5，12-13]}；品种、环境条件、技术措施等因素都会影响酿酒葡萄的果实品质^[3-8，12]，特别是果实的成熟度可以显著影响酿酒葡萄果实品质^[12]。本试验表明，初选早熟优株的着色期提前10 d以上，但采收时间一致，说明初选优株的成熟期延长、成熟度得到提高，此时采收果实中w_总糖、w_花色苷、w_单宁和w_总酚均高于CK，差异具有统计学意义（P<0.05）（表1）；适度干旱和植物生长调节剂等处理可以延长果实成熟期，进而提高酿酒葡萄果实的品质^[12-13]。本试验中，初选优株着色期提前，果实成熟期延长，果实中积累了更多的糖分，而高含量的糖分可作为底物和信号，诱导次生物质的积累，最终使葡萄果实的酚类物质含量明显提高^[1-4，12]。

香气物质是果实次生物质代谢产物，由碳水化合物、脂肪酸和氨基酸等前体物质经过一系列酶促反应，从而合成醇类、酸类、醛类、酯类等香气类化合物；品种、技术措施等因素均可影响果实中香气物质的积累^[4-7]。研究表明，不同品系的‘品丽珠’和‘威代尔’等果实中的香气成分构成不同，因此品种（系）不同是果实中香气构成差异的主要原因^{[8-9， 13， 16]}。欧亚种葡萄主要通过扦插繁育苗木，经过多年的无性繁殖，个别植株会出现一定程度的变异，产生不同性状的芽变优株^[8-9]。本试验中，3 个初选‘赤霞珠’早熟优株果实中香气物质的种类和含量不同（表2~表7），这表明赤霞珠的早熟变异在一定程度上影响了果实中香气物质的积累；成熟度可以在转录和转录后水平调控葡萄果实中香气物质的积累^{[5-7，12-13]}。本试验中初选优株的果实成熟度均高于CK，香气物质种类和含量均高于CK，表明初选优株也可以通过影响果实成熟期和成熟度，最终促进果实中香气物质的积累。

4 结论

‘赤霞珠’葡萄初选早熟优株的着色期提前，使葡萄成熟度提高，进而影响了果实品质的理化指标，促进了果实中香气物质的积累。CSES-26-25初选优株果实品质综合评价优于CK和其他优株，经进一步鉴定确认为优株后，CSES-26-25初选优株可以在宁夏酿酒葡萄产区推广，以提高宁夏的葡萄与葡萄酒品质。

参考文献

[1] 叶楚，谢炳春，李涛，等.园艺作物香气成分及合成调控机理的研究进展[J].广东农业科学，2023，50（11）：98-112.

[2] 王庆华，王磊，吴文江，等.果实香气物质的合成及其激素调控研究进展[J].分子植物育种，2025，23（3）：999-1006.

[3] 张莹莹，郑天一，王慧铃，等.葡萄主要香气物质遗传调控研究进展[J].西北植物学报，2024，44（5）：836-844.

[4] Li W P， Zheng T Y， Zhang J X， et al. Supplementary light with different wavelengths improved the monoterpenes aroma and quality traits of ‘Shine Muscat’ grape berries under facility cultivation[J]. Food Chemistry， 2025， 474： 143255.

[5] 温可睿，黄敬寒，潘秋红，等.葡萄香气物质及其影响因素的研究进展[J].果树学报，2012，29（3）：454-460.

[6] Lü J H， Tian X， Ma Y， et al. Characterization of odorants causing the hawthorn aroma in cabernet sauvignon wine by gas chromatography-olfactometry， quantitation， aroma recombination， omission， and addition studies[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2025， 73（5）： 3016-3024.

[7] Philipp C， Eder P， Sari S， et al. The influence of prefermentation skin contact， stabulation， and skin fermentation on the aromatic behaviour and phenolic compounds of important Austrian white wine cultivars[J]. Australian Journal of Grape and Wine Research， 2024（1）： 9843225.

[8] 林玉友，郭修武，蒋春光，等.‘威代尔’葡萄及其优良芽变果实香气物质2-苯乙醇合成变化研究[J].北方园艺，2024（8）：27-33.

[9] 刘政海，陈崇垚，董志刚，等.‘品丽珠’葡萄不同营养系果实酚类物质变化及香气差异研究[J].中外葡萄与葡萄酒，2024（5）：22-29.

[10] 马小英，单守明.发酵温度及果实成熟度对北红葡萄酒香气的影响[J].农业科学研究，2023，44（3）：51-57.

[11] 黄奕琦，朱玉琴，杜肇轩，等.果树芽变机制研究进展[J].园艺学报，2024，51（7）：1547-1564.

[12] 刘子雨.S-诱抗素对贺兰山东麓‘北红’和‘赤霞珠’葡萄果实中酚类物质积累的影响[D].银川：宁夏大学，2019.

[13] 马龙，马东海，刘鑫，等.延后采收对设施葡萄果实品质的影响[J].农业科学研究，2023，44（3）：44-50.

[14] 邹琦.植物生理生化实验指导[M].北京：中国农业出版社，2003：53-76.

[15] 高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2006：133-155.

[16] 牛早柱，陈展，赵艳卓，等.15个不同葡萄品种果实香气成分的GC-MS分析[J].华北农学报，2019，34（S1）：85-91.

基金资助

宁夏农业关键核心技术攻关项目(NXNYKJ202304)