草莓优系及其亲本果实挥发性物质成分分析

吕 浩，孙 瑞，王桂霞，董 静，常琳琳，孙 健，钟传飞，李 睿，张宏力，张运涛,3*

(1.北京农学院植物科学技术学院，北京102206；2. 北京市林业果树科学研究院，北京100093；3.北京市草莓工程技术研究中心，北京 100093)

果实风味由可溶性糖、有机酸的含量和香气物质的积累共同决定[1]，虽然香气物质仅占草莓鲜重0.010%～0.001%，但对草莓呈香起重要作用[2]。目前草莓中已分离鉴定出360多种挥发性物质[3-4]，包括酯类、醇类、醛类、酮类、烯烃类、呋喃类和硫化物等[5-6]。鲜草莓产生的诸多挥发性物质中，只有一部分对呈香起作用[7]，且草莓特征香型由多种挥发性物质共同决定，单一化合物不构成特征香味[8-9]。草莓的主要香气物质包括己酸甲酯、己酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸己酯、丁酸乙酯、辛酯类、2,5-二甲基-4-甲氧基-3(2H)-呋喃酮(2,5-dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanone，DMMF)、1-辛醇、沉香醇和橙花叔醇等[10-11]。品种间杂交是获取优良性状，选育新品种最重要的途径，培育有香气性状的草莓品种时，选择合适基因型的亲本对子代是否表现良好非常重要[12-13]。Kantor[14]利用凤梨草莓与麝香草莓(F.moschata，2n=6x=42)杂交获得具有麝香葡萄风味的种间杂种(F.anaschata)，更有研究发现利用黄毛草莓对栽培种进行种间杂交，可以培育出更好香气性状的草莓品种[15]。张运涛等[16]在分析‘星都1号’及其父母本的挥发性物质后认为草莓中丙酮和乙酸-1-甲基-乙酯主要来自母本。曾祥国等[17]在分析‘晶玉’及其亲本的香气物质后发现‘晶玉’继承亲本酯类高的特点，但挥发性物质含量和组成有别于亲本，而挥发性物质差异大的品种杂交后可产生更丰富的香气种类和更高的香气含量，所以研究草莓果实香气物质对草莓育种有很大的意义[18]。

‘玉泉公主’和‘香山公主’是北京市林业果树科学研究院选育出具有浓郁香气的优良品系(简称优系)。父本‘红颜’品种香气突出，母本‘燕香’香气较淡。‘玉泉公主’和‘香山公主’均呈菠萝果香，其香气均浓于‘燕香’，抗病性、果实硬度优于‘红颜’。本试验选用优系‘玉泉公主’和‘香山公主’及其父本‘红颜’和母本‘燕香’成熟期草莓果实为试材，通过采用顶空固相微萃取结合气质联用(Head Space-solid Phase Microextraction and Gas Chromatography-Mass Spectrome try, HS-SPME-GC-MS)方法测定草莓挥发性物质含量，确定它们特征香气物质的差异，探求草莓香气的遗传趋势，对香气育种提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

试验在北京市林业果树科学研究院进行。‘玉泉公主’、‘香山公主’及其亲本‘燕香’和‘红颜’在2017年9月27日定植于大棚，栽培管理条件一致，进行常规的田间管理和病虫害防治。2018年3月下旬，选取大小均匀、形状正常、无病害的果实，于鲜食成熟期采摘，每个品种采果1 000 g，采摘后的果实立即运回实验室，将果实切成小于3 mm小块后加入液氮混匀，于-70 ℃冰箱中保存，待测。

1.2 草莓挥发性物质成分检测

1.2.1 固相微萃取法取样 采用固相微萃取法(Solid-phase Microextraction，SPME)进行样品预处理。样品混合取样打浆，取样前将萃取头在气相色谱进样口老化2 h，老化温度为250 ℃。取8 g样品匀浆迅速转入15 mL样品瓶中，加盖封口。将老化后固相微萃取头插入样品瓶顶空部分，吸附25 min，温度为35 ℃，吸附后的萃取头插入气相色谱仪(Gas Chromatography-Mass Spectrometer , GC-MS)进样口，250 ℃解吸1 min，进行GC-MS检测分析。

1.2.2 GC-MS 分析条件 采用岛津GCMS-GC2010(Shimadzu Co，Kyoto，Japan)气谱-质谱联用仪测定果实挥发性物质成分。控制条件：毛细管柱(DB-5MS)，30 m×0.25 mm×0.25 μm；载气He；流速1 mL/min；进样量0.5 μL；程序升温：起始温度40 ℃，恒温2 min，以8 ℃/min升至220 ℃，恒温6 min；进样口温度250 ℃；EI离子源电子能量70 eV，质量范围30～550 aum。

对采集到的总离子流图经计算机检索，同时于NIST library和Wiley library两个质谱库相匹配，并结合人工图谱解析及资料分析对各材料的总离子流图进行处理，采用峰面积归一化法计算各成分在挥发性物质中所占比例。

2 结果与分析

2.1 挥发性物质种类

通过GC-MS检测分析，4个品种(系)中共检测出7大类，共79种挥发性物质，包括酯类45种，醇类13种，醛类5种，酮类6种，呋喃类2种，酸类6种，烯烃类2种。

由表1可以看出，‘玉泉公主’挥发性物质种类最多，酯类、酮类、呋喃类、酸类和烯烃类物质的种类均为最多；‘香山公主’的挥发性物质数量最少，酯类、醇类、呋喃类都为最少，未测到烯烃类；‘燕香’的挥发性物质种类数量仅低于‘玉泉公主’，酯类物质种类数量与‘玉泉公主’相同；‘红颜’中酯类只比‘香山公主’多一种，未检测到呋喃类，但含有最多的醇类和醛类。

表1 ‘玉泉公主’和‘香山公主’及其父母本的挥发性物质分类比较Tab.1 Species of volatile compositions detected in ‘Princess Yuquan’, ‘Princess Xiangshan’ and their parents

2.2 不同类别挥发性物质相对含量

从表2可以看出，酯类是4个品种(系)草莓果实中主要的挥发性物质成分，‘香山公主’的酯类物质相对含量最高，‘红颜’中最低，‘玉泉公主’和 ‘燕香’更接近‘香山公主’；其次为醇类，‘红颜’中相对含量高于其他3个品种(系)，‘玉泉公主’和‘燕香’的醇类物质相对含量较高，而‘香山公主’远低于双亲； 4个品种(系)草莓果实中酸类物质相对含量较高，但烯烃类物质含量都很低；呋喃类物质在‘玉泉公主’相对含量最高，在父本‘红颜’中未检测到。

表2 ‘玉泉公主’和‘香山公主’及其父母本挥发性物质种类相对含量比较Tab.2 Species and relative content of volatile compositions detected in ‘Princess Yuquan’, ‘Princess Xiangshan’ and their parents

注：“-”没发现或不存在

Note: “-” Not found or not exist

2.3 挥发性物质比较

2.3.1 挥发性物质成分比较 2个优系及其父母本中共检测出79种挥发性物质，其中共有成分21种。‘香山公主’与双亲的共有成分分别为29种和33种；‘玉泉公主’与双亲的共有成分都为31种。

4个草莓品种(系)果实共有的挥发性物质中，酯类物质种类最丰富，相对含量较高的有己酸甲酯、己酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸己酯、辛酯和异戊酸乙酯；共有的醇类物质为橙花叔醇和沉香醇；呋喃类为2,5-二甲基-4-甲氧基-3(2H)-呋喃酮；酮类和酸类分别为丙酮和己酸。

2.3.2 香气物质相对含量分析 酯类是4个草莓品种(系)中主要的芳香物质，在‘玉泉公主’中乙酸己酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和异戊酸乙酯为主要酯类物质，其中异戊酸乙酯的含量为15.11%，高于父本‘红颜’，‘香山公主’和‘燕香’中未测到该物质；乙酸己酯的相对含量最高为9.22%，在母本‘燕香’中为4.31%，‘香山公主’和父本中含量很低；己酸乙酯相对含量为15.44%，略低于‘燕香’。‘香山公主’中丁酸甲酯和乙酸甲酯均高于其他品种(系)，相对含量分别为20.31%和5.29%，高于父本1倍；己酸甲酯、丁酸乙酯的相对含量分别为5.2%和13.12%，略低于‘燕香’。‘燕香’和‘红颜’的共同主要酯类物质包括己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸甲酯，其中‘燕香’中己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯的相对含量显著高于‘红颜’，丁酸甲酯在‘红颜’中相对含量高于‘燕香’，异戊酸乙酯在‘红颜’中相对含量较高，在‘燕香’中未检测到。双亲中主要酯类物质种类相近，但相对含量差异较大。

醇类物质为第二大芳香物质，沉香醇在‘红颜’中相对含量最高，为16.08%，在‘燕香’和两个优系中含量较低；4个品种(系)草莓都含有橙花叔醇，在‘玉泉公主’中相对含量为16.08%，高于母本‘燕香’和父本‘红颜’，‘香山公主’中相对含量最低为0.65%。

呋喃类为重要的香气物质，仅在优系‘玉泉公主’中检测到2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮(2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone，DMHF)，含量为0.09%。‘玉泉公主’、‘香山公主’和‘燕香’中检测到2,5-二甲基-4-甲氧基-3(2H)-呋喃酮，在‘玉泉公主’中含量最高为3.79%，‘燕香’和‘香山公主’中分别为0.41%和0.80%，‘红颜’中未检到。

表3 4种草莓品种(系)主要香气物质比较(相对含量>2.0%)Tab.3 Comparison of main aroma components of four strawberry varieties (selections) (relative content>2.0%)

注：“-”没发现或不存在

Note: “-” Not found or not exist

3 讨 论

成熟草莓果实中含有多种香气物质，其香气既与这些芳香物质的种类有关，又与特征香气的含量和比例有关[19-20]。挥发性物质对果实香气的贡献根据其香气值(绝对含量/香气阈值)来划分[8]，各种挥发性物质对草莓呈香都具有一定的影响，但最高香气值的化合物对草莓呈香起决定性作用[21]。张运涛等[22]在测定33个欧美草莓品种后认为，以己酸乙酯，己酸甲酯，丁酸甲酯，丁酸乙酯，辛酯类，1-辛醇等草莓中常见的10种香气物质为主成分，当主成分相对含量低于30%时，主要表现为无香气，本研究中4个草莓品种(系)主成分相对含量均超过30%，‘燕香’表现为有香气，‘玉泉公主’、‘香山公主’和‘红颜’香气较浓，与张运涛等的结果一致。

酯类是相对含量最多的挥发性物质，赋予草莓果实花香和果香[23]。‘玉泉公主’的主要酯类包括乙酸己酯、丁酸乙酯，己酸乙酯和异戊酸乙酯。异戊酸乙酯和己酸乙酯均具有菠萝香味，香气阈值分别为3 μg/L[24]和0.01～0.10 μg/L[21]，相对含量分别为15.11%和15.44%。异戊酸乙酯在草莓中含量很低，‘玉泉公主’是首次发现该物质含量较高的草莓品系，其相对含量远高于双亲。Maia等[25]发现异戊酸乙酯是亚马逊软波罗蜜的主要香气物质，其相对含量为14.4%，低于‘玉泉公主’，‘玉泉公主’中较高的异戊酸乙酯含量，或许是其特殊风味的原因。‘玉泉公主’中较高相对含量的异戊酸乙酯和己酸乙酯对其菠萝香味呈香起重要作用。‘香山公主’中酯类为主要香气物质，丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸甲酯、己酸甲酯和丁酸甲酯为主要的酯类物质，其中丁酸甲酯是其特征挥发性物质，相对含量为20.31%，高于父母本。丁酸甲酯具有苹果香气，其香味阈值为0.01 μg/L。曾祥国等[26]发现品种‘晶玉’草莓主要挥发性物质只有丁酸乙酯和己酸甲酯，相对含量与‘香山公主’相近，丁酸甲酯是其特征香气物质，相对含量为25.8%，略高于‘香山公主’，2个草莓品种(系)都呈浓郁果香。这种香气组合可能是‘香山公主’香气浓郁的原因。在本试验中，2个优系的主要酯类物质的种类和含量远高于父本，与母本‘燕香’相近，受母本影响较大。主要酯类物质的种类一致，均来自双亲，但相对含量存在差异。

草莓最终呈香还与香气醇(沉香醇、橙花叔醇)有关[27]。本研究中‘红颜’香气醇相对含量为25.30%，高于‘燕香’，这可能是‘红颜’呈花香，且香气浓于‘燕香’的主要原因。张运涛[28]对15个日本草莓品种的挥发性物质分析后认为，在含有一定酯类的基础上，香气醇含量高的品种，香气一般较浓，其中‘丰香’香气醇相对含量为17.75%，表现为浓香，而‘红颜’和‘玉泉公主’的相对含量分别为25.30%和20.27%，高于‘丰香’，且都表现为浓香。

呋喃类是构成草莓甜香的主要物质[29]，其中具有焦糖香和烧焦的菠萝香的DMHF和DMMF对草莓呈香起重要作用[30]。本研究中，‘玉泉公主’的DMMF相对含量高于‘香山公主’和‘燕香’，在父本‘红颜’中未测到，较高相对含量的DMMF使‘玉泉公主’的甜香气高于其他品种(系)。有研究认为DMMF具有较高的广义遗传力值[31]，可能这是两个子代与母本都具有该物质的原因。本研究发现‘玉泉公主’中含有DMHF，但在 ‘香山公主’和双亲中未检测到。有研究证实4-羟基-5-甲基-2-亚甲基-3(2H)-呋喃酮(HMMF)经草莓烯酮氧化还原酶(Fragaria×ananassaEnone Oxidoreductase，FaEO)催化生成DMHF[32]。DMHF经甲基转移酶(Fragaria×ananassaO-methyltransferase，FaOMT)催化生成DMMF[33]，所以可能FaOMT未将DMHF完全转化成DMMF，使得‘玉泉公主’中含有DMHF，而‘红颜’中不含有DMHF和DMMF，可能是由于缺乏FaEO。

通过对‘玉泉公主’和‘香山公主’及其父母本‘红颜’和‘燕香’香气物质的分析检测，‘玉泉公主’的相对含量高的是异戊酸乙酯、己酸乙酯、橙花叔醇和DMMF，这种香气组合使其呈强烈菠萝果香。‘香山公主’中，高相对含量的丁酸甲酯、丁酸乙酯和己酸乙酯组合是其呈浓果香的主要原因。两个亲本挥发性物质含量差异较大，优系的挥发性物质均来源于双亲，但相对含量与双亲存在较大差异。