48个葡萄品种果实大小粒性状调查及差异分析

葛孟清， 董天宇， 郑 婷， 上官凌飞， 房经贵，①， 刘崇怀

(1. 南京农业大学园艺学院， 江苏 南京 210095； 2. 中国农业科学院郑州果树研究所， 河南 郑州 450009)

葡萄(Vitisspp.)在全世界栽培广泛，是世界上加工比例最高、产业链最长且产品最多的果树[1-5]。葡萄的果实品质决定了其商品价值和加工利用程度。果粒大小为葡萄重要的果实品质性状，可影响鲜食葡萄的食用品质和酿酒葡萄的酿酒品质[6-7]。然而，在实际生产中，许多葡萄品种的果穗和果粒不均匀，呈现出明显的大小粒现象[8-9]，导致其商品价值和经济效益下降。

为了探明葡萄果实大小粒的形成机制及其对果实品质的影响，研究者从生理和分子水平上开展了相关研究[10-13]，发现葡萄果实大小粒属于多基因控制的数量性状，遗传结构复杂，受到遗传因子和环境因子相互作用的影响[13]。虽然已有研究者发现葡萄果实大小粒的形成与品种、气候、植株长势和水肥供应等因子有关[14]，但葡萄果实生长和大小粒的调控机制尚不清楚，果实大小粒对葡萄品质的影响研究也不深入，不利于培育果实大小均匀的葡萄，致使由鲜食葡萄果实大小粒导致的产量和品质下降以及由酿酒葡萄果实大小粒导致的葡萄酒加工品质降低等问题一直没有得到很好地解决。

鉴于此，在中国农业科学院郑州果树研究所葡萄种质资源圃内选择48个果实大小粒现象明显的葡萄品种，对各品种的小果率进行调查，并对各品种大果和小果的生长性状(包括果粒纵径、果粒横径、果形指数、单果粒质量和单果粒种子数)、果实品质(包括果实硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和花色苷含量)和横切面解剖结构进行比较，以期探明葡萄果实大小粒的主要影响因子及果实大小粒对葡萄果实品质的影响，从而为更好地解决葡萄栽培生产中的大小粒问题提供基础研究数据，并为葡萄的种质资源利用及育种亲本选择提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 材料

在中国农业科学院郑州果树研究所葡萄种质资源圃(东经113°39′、北纬34°43′)内，选择在避雨棚下栽培的48个果实大小粒现象明显的葡萄品种进行研究。该资源圃海拔110.4 m，年均温15.8 ℃，年均空气相对湿度66.0%，年均降水量636.0 mm，7月至8月降水量270.0 mm，占全年降水量的42.5%。供试48个葡萄品种的相关信息见表1。

表1 供试48个葡萄品种的相关信息1)Table 1 Related information of 48 grape (Vitis spp.) cultivars tested1)

1.2 方法

1.2.1 大小粒确定及小果率统计 根据作者对葡萄种质资源的调查结果[14]，对供试每个品种的果粒大小进行分类。将果粒横径和果粒纵径显著低于正常果粒横径和果粒纵径范围的果粒归为小果，其余果粒均归为大果。统计每个果穗上大果和小果的数量，据此计算小果率，计算公式为小果率=(某一果穗的小果数/该果穗的果粒总数)×100%。

1.2.2 生长性状测定 在供试每个品种的大果和小果中各随机选取20个成熟果粒，用游标卡尺(精度0.01 mm)测量果粒纵径和果粒横径，据此计算果形指数(果粒纵径与果粒横径的比值)，并根据刘崇怀等[15]制定的标准，按照果形指数(FI)划分果形，即长椭圆形(1.3≤FI<1.6)、椭圆形(1.1≤FI<1.3)、圆形(1.0≤FI<1.1)和扁圆形(FI<1.0)；使用万分之一电子天平称量单果粒质量；统计每个果粒中的种子数，即单果粒种子数。

1.2.3 果实品质测定 在供试每个品种的大果和小果中各随机选择10个成熟果粒，采用M-T扎穿试验法[16-17]测定带皮果实的硬度。将果皮和果肉分开，称取0.5 g果皮，参考Orak[18]的方法测定花色苷含量；将果肉榨汁，用MASTER-100H ATAGO手持刻度式折光仪(日本ATAGO公司)测定可溶性固形物含量[19]，参照Lamikanra等[20]的方法测定可滴定酸含量(以酒石酸质量分数计)。各指标重复测定3次。

1.2.4 横切面解剖结构观察 随机选择‘苏46号’(‘Su No. 46’)、‘郑巨1号’(‘Zhengju No. 1’)、‘郑果2号’(‘Zhengguo No. 2’)和‘金后’(‘Golden Queen’)4个品种大果和小果的成熟果实各3粒，用FAA固定液〔V(甲醛)∶V(乙酸)∶V(体积分数50%乙醇)=1∶1∶18〕固定，送武汉赛维尔生物科技有限公司进行石蜡包埋，并在赤道处横切，每个果粒制作1个切片；用Pannoramic P-MIDI数字切片扫描仪(匈牙利3DHISTECH公司)全景扫描。采用Image-Pro Plus 6.0软件，在400倍条件下统计每个视野内表皮细胞的数量；每个切片随机选择5个完整的表皮细胞，分别测量表皮细胞的长度、宽度和面积。

1.3 数据处理及统计分析

采用Origin 9.0和EXCEL 2016软件进行数据汇总、统计及分析。

2 结果和分析

2.1 果实大小粒的生长性状差异

统计结果(表2)表明：供试48个葡萄品种中，‘公酿1号’(‘Gongniang No. 1’)的小果率最低(13.9%)，而‘巴尔干’(‘Balkan’)的小果率最高(87.9%)，各品种间小果率差异较大。大果和小果的果粒纵径分别为15.35～30.29和6.36～22.32 mm，果粒横径分别为16.16～27.98和5.38～22.47 mm，果形指数分别为0.95～1.47和0.92～1.29，单果粒质量分别为2.82～14.32和0.29～3.96 g；并且，同一品种大果和小果间的果粒纵径、果粒横径和单果粒质量差异显著(P<0.05)。

由表2可见：除‘郑果28号’(‘Zhengguo No. 28’)、‘吉姆沙瓦尔宁’(‘Kadarka’)、‘熊岳白’(‘White Xiongyue’)和‘曼尔尼什卡’(‘Manernishika’)外，其余品种大果的果形指数均大于同一品种小果。进一步统计分析结果表明：在供试48个葡萄品种中，33个品种大果和小果的果形不一致，其余15个品种大果和小果的果形一致。大果和小果果形不一致有5种情况：1)大果圆形、小果扁圆形，包括‘黑奥林’(‘Black Olympia’)和‘红山彦’(‘Beniyamabiko’)等18个品种；2)大果椭圆形、小果扁圆形，包括‘巨优’(‘Juyou’)和‘山东大紫’(‘Shandongdazi’)等7个品种；3)大果椭圆形、小果圆形，包括‘郑黑’(‘Zhenghei’)和‘霸王’(‘Bawang’)等6个品种；4)大果长椭圆形、小果圆形，只有‘芭拉蒂’(‘Barbara’)1个品种；5)大果扁圆形、小果圆形，只有‘熊岳白’1个品种。大果和小果果形一致有3种情况：1)大果和小果均为圆形，包括‘东部巨选’(‘Kyoho Tobu’)和‘高妻’(‘Takatsuma’)等9个品种；2)大果和小果均为扁圆形，包括‘先锋’(‘Pioneer’)、‘金后’、 ‘公酿1号’、‘布加勒斯特玫瑰’(‘Bucuresti-Muscat’)和‘吉姆沙瓦尔宁’5个品种；3)大果和小果均为长椭圆形，只有‘蓝玉’(‘Lanyu’)1个品种。

由表2还可见：除无核品种‘瑞都无核怡’(‘Ruiduwuheyi’)外，所有有核品种的大果均有种子，单果粒种子数为1～6，且所有种子发育正常；‘高妻’的小果有2粒种子，‘熊岳白’的小果有1粒种子，其余有核品种的小果均未见种子。

表2 48个葡萄品种大果和小果的生长性状差异Table 2 Difference in growth characters of big and small fruits of 48 grape (Vitis spp.) cultivars

2.2 果实大小粒的果实品质差异

2.2.1 果实硬度差异 统计结果(表3)表明：48个葡萄品种大果的果实硬度为0.52～1.66 kg·cm-2，其中，‘季米亚特’(‘Jimiyate’)大果的果实硬度最大，‘郑果28号’大果的果实硬度最小。48个葡萄品种小果的果实硬度为0.20～1.53 kg·cm-2，其中，‘季米亚特’小果的果实硬度最大，‘巴尔干’、‘克林巴马克’(‘Khoussaine Khelime Barmak’)、‘早生高墨’(‘Takasumi Early’)和‘郑巨2号’(‘Zhengju No. 2’)4个品种小果的果实硬度相同且最小。并且，各品种大果的果实硬度显著(P<0.05)高于同一品种小果。

表3 48个葡萄品种大果和小果的果实品质差异Table 3 Difference in fruit quality of big and small fruits of 48 grape (Vitis spp.) cultivars

2.2.2 可溶性固形物含量差异 统计结果(表3)表明：48个葡萄品种大果的可溶性固形物含量为13.34%～23.08%，其中，‘吉峰14号’(‘Jifeng No. 14’)大果的可溶性固形物含量最高，‘曼尔尼什卡’大果的可溶性固形物含量最低。48个葡萄品种小果的可溶性固形物含量为12.36%～24.70%，其中，‘巨优’小果的可溶性固形物含量最高，‘曼尔尼什卡’小果的可溶性固形物含量最低。‘粒丽特’(‘Lilite’)、‘考兹乌苏姆’(‘Koz Ousioum’)和‘郑黑’小果的可溶性固形物含量低于同一品种大果，其余45个品种小果的可溶性固形物含量均不低于同一品种大果。多数品种大果和小果间的可溶性固形物含量差异显著，其中，‘信浓红’(‘Shinoho’)大果和小果间的可溶性固形物含量相差最大，而‘巴尔干’大果和小果间的可溶性固形物含量相同(16.56%)。

2.2.3 可滴定酸含量差异 统计结果(表3)表明：48个葡萄品种大果的可滴定酸含量为0.32%～0.99%，其中，‘熊岳白’大果的可滴定酸含量最高，‘京优’(‘Jingyou’)大果的可滴定酸含量最低。48个葡萄品种小果的可滴定酸含量为0.37%～1.24%，其中，‘熊岳白’小果的可滴定酸含量最高，‘红山彦’小果的可滴定酸含量最低。‘高尾’(‘Takao’)、‘巨峰’(‘Kyoho’)、‘大玫瑰’(‘Muscat Hamburg Mutation’)、‘巨优’和‘瑞都红玫’(‘Ruiduhongmei’)大果和小果的可滴定酸含量相同，其余43个品种小果的可滴定酸含量均显著高于同一品种大果，其中，‘考兹乌苏姆’大果和小果间的可滴定酸含量相差最大。

2.2.4 花色苷含量差异 统计结果(表3)表明：48个葡萄品种的大果花色苷含量为0.22～3.46 mg·g-1，其中，‘公酿1号’的大果花色苷含量最高，‘蓝玉’的大果花色苷含量最低。48个葡萄品种的小果花色苷含量为0.36～4.83 mg·g-1，其中，‘京优’的小果花色苷含量最高，‘蓝玉’的小果花色苷含量最低。并且，48个葡萄品种的小果花色苷含量均显著高于同一品种大果。

2.3 果实大小粒的横切面解剖结构差异

‘苏46号’、‘郑巨1号’、‘郑果2号’和‘金后’4个品种大果和小果的成熟果实横切面解剖结构观察结果见图1。由图1可见：4个品种的果皮表面均覆有角质层，表皮层由2～3层致密的扁平状表皮细胞组成；果肉中部分薄壁细胞解体，细胞排列疏松且明显膨大。果实表皮细胞和果肉细胞的形态和密度在不同品种间存在差异，在同一品种的大果和小果间也存在差异。例如：‘苏46号’、‘郑巨1号’和‘金后’的小果薄壁细胞解体现象较大果更明显。

A1： ‘苏46号’大果Big fruit of ‘Su No. 46’； A2： ‘苏46号’小果Small fruit of ‘Su No. 46’； B1： ‘郑巨1号’大果Big fruit of ‘Zhengju No. 1’； B2： ‘郑巨1号’小果Small fruit of ‘Zhengju No. 1’； C1： ‘郑果2号’大果Big fruit of ‘Zhengguo No. 2’； C2： ‘郑果2号’小果Small fruit of ‘Zhengguo No. 2’； D1： ‘金后’大果Big fruit of ‘Golden Queen’； D2： ‘金后’小果Small fruit of ‘Golden Queen’.图1 4个葡萄品种大果和小果的横切面解剖结构Fig. 1 Anatomical structure of transverse section of big and small fruits of 4 grape (Vitis spp.) cultivars

统计结果(表4)表明：同一品种大果和小果间表皮细胞的长度、宽度和面积均差异显著(P<0.05)；在400倍视野内，同一品种大果和小果间的表皮细胞数也差异显著，且4个品种大果的表皮细胞数显著高于小果。

表4 4个葡萄品种大果和小果的表皮细胞性状差异Table 4 Difference in characters of epidermal cell of big and small fruits of 4 grape (Vitis spp.) cultivars

3 讨 论

果粒大小是影响葡萄果实外观、商品价值和经济价值以及葡萄品种选育的重要性状[21]。果实大小和形状是子房和果实在生长过程中多个生理过程相互作用的结果[22]。受粉前子房的发育是果实发育的一个重要过程，子房中的细胞是后续细胞分裂的基础，而细胞分裂是决定果实大小的一个关键因子[7，22]。在受粉成功后，果实和种子开始发育，随着果实和种子的不断发育，植物体内的激素(包括细胞分裂素、乙烯、脱落酸、生长素和赤霉素)开始相互作用，控制果实发育。本研究中，除无核品种‘瑞都无核怡’外，所有有核品种大果的单果粒种子数均高于同一品种小果，并且，除‘高妻’和‘熊岳白’外，其余有核品种的小果均未见种子。徐海英等[23]认为，‘瑞都无核怡’因假单性结实而呈现无核化，推测该品种出现大小粒现象可能与受粉前子房的发育有关[22]，也可能与胚发育阶段的种子发育程度有关[24]。

果实大小是细胞数量和细胞大小共同作用的结果，而细胞数量和细胞大小由细胞的分裂和扩张共同决定[25]。Azzi等[26]发现，细胞的分裂和扩张受到激素信号和碳分配等复杂的相互作用的控制，这些相互作用决定了果实的大小、质量、形状及其他特性。Johnson等[27]认为，同一品种小果细胞体积和质量的增加速度明显慢于大果，导致小果无法长成正常大小的果实。对4个葡萄品种大果和小果果实横切面解剖结构的观察结果表明：同一品种大果和小果间的表皮细胞数量差异显著，与Jiang等[28]对沙梨〔Pyruspyrifolia(Burm. f.) Nakai〕的相关研究结果相同，据此推测葡萄大小粒主要由果实发育前期的细胞数量决定。相关研究结果[6，22]表明：果实的实际大小是遗传因子和环境因子相互作用的结果，花芽分化不良、植株营养生长和生殖生长不平衡以及栽培管理措施不合理均可导致葡萄果实发育不良，出现大小粒现象。

研究发现，葡萄果粒越大，花色苷含量反而越低[29]。本研究中，供试48个葡萄品种小果的花色苷含量均显著高于同一品种大果，与上述研究结果一致。此外，本研究还对同一葡萄品种大果和小果的可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果实硬度进行了比较，结果表明：同一品种大果和小果间的可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果实硬度总体上差异显著，并且，各品种小果的果实硬度显著低于同一品种大果，多数品种小果的可溶性固形物含量和可滴定酸含量显著高于大果。然而，目前关于葡萄大小粒与果实品质的关系尚不清楚，有待进一步深入研究。另外，葡萄果粒大小受多基因控制[30]，但其果实大小粒形成的分子机制仍未可知，需要结合遗传学和功能基因组学等方法开展深入研究。