不同授粉组合对‘威海金’苹果果实品质的影响及综合评价

宿夏菲崔雪丽毛云飞尹伊君秦鑫刘杨博隋静吕毅杨鹤沈向

(1.山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018；2.威海市农业科学院，山东 威海 264200)

中国作为苹果最大生产国，其产量、出口量、人均占有量及栽培面积均居世界第一。在中国北方许多地区，苹果产业作为当地的支柱产业，为当地农民增收做出巨大贡献[1，2]。因此，通过调整苹果品种种植结构、控制生产总量、降低生产成本等措施来促进苹果产业可持续健康发展，实现精准扶贫和乡村振兴，是我国苹果产业面临的新问题与挑战，也是目前世界苹果生产的核心问题[3，4]。

苹果果实性状如大小、质地及风味等受花粉直感的影响[5]。花粉直感是指果树授粉后，花粉当年能直接影响其受精形成的种子或对其授粉果实性状产生影响的现象，Gar Field于1876年在苹果上首次发现这一现象[6]。而苹果又是自交不亲和果树，自花结实率低，生产上必须配置合理的授粉树才能获得果实高产稳产，提高果实品质。

刘振中等[7]研究发现，不同专用授粉树对‘陕富六号’苹果单果重、硬度的影响显著高于对照品种；王延秀等[8]研究发现，11个海棠品种对‘阿斯’苹果也产生明显的花粉直感现象，‘阿斯’苹果坐果率、单果重、果形指数、硬度、VC和花色苷含量均显著高于对照‘宫崎富士’；Zhang等[9]利用榅桲花粉对‘烟富3’‘印度’‘凉香’进行授粉后发现，榅桲花粉对三种苹果的单果重、果实硬度、VC含量、糖酸比、总酚和类黄酮含量均有显著影响。此外，苹果中的挥发性物质也受花粉直感效应的影响。

‘威海金’苹果是山东近年来重点发展的新品种，研究不同授粉组合对‘威海金’苹果外观、营养理化和香气品质影响的差异性及花粉直感效应，以期为其合理配置授粉树，充分发挥这一新品种的优势，为增加果农经济效益和促进当地苹果产业发展提供参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

授粉试验于2020年4月中下旬至10月中旬在山东省威海市荣成(37°43′N，122°48′E)进行。该地属北温带大陆性季风气候，光照充足，雨水丰富，四季分明，年温适中。全年无霜期180 d左右，年均气温11.9℃，年均降水量730.2 mm。地势平坦，土壤肥沃，矿质元素含量丰富。综合看，生产条件良好，适合苹果树生长发育。

1.2 试验材料

供试苹果树为长势接近、生长健壮的五年生T337自根砧‘威海金’，树形为纺锤形，果园综合管理水平较高。试验花粉取自山东农业大学海棠资源圃观赏果树试验站，授粉品种为自选优系高效授粉海棠新品种‘盈香’‘盈雪’和国外引进品种‘红玉’。于2020年4月25日进行人工授粉。

1.3 试验设计

试验以‘国光’苹果授粉为对照，与‘盈香’‘盈雪’和‘红玉’3个海棠品种授粉进行对比。每个授粉组合先选取10株长势相近、生长健壮的植株，再选取树冠中部生长状态和花量基本一致的同向主枝上花序，于花朵铃铛期进行去雄授粉、做好标记并套袋(5 d后去除)，防止异源花粉干扰。授粉20 d后统计坐果率。果实成熟后，每个组合采集50个进行品质测定。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 授粉品种果实外观统计 于海棠果实成熟期参照《苹果种质资源描述规范和数据标准》[10]对高效授粉海棠新优系‘盈香’‘盈雪’‘红玉’进行果实外观主要性状的观察统计。

1.4.2 受粉苹果果实坐果率 授粉时标记好每棵果树上的受粉枝条，记录花朵总数量，于5月中旬调查其坐果数。坐果数与受粉花朵数的比值即为果实坐果率。

1.4.3 受粉苹果果实外在品质测定 随机挑选10～15个果实，测定单果重、硬度和果形指数。单果重采用JA5003电子天平称重计算，硬度采用手持式GY-1果实硬度计测定，果形指数采用游标卡尺测量后计算。

1.4.4 受粉苹果果实内在品质测定 果实可溶性固形物使用TD-45数字折光仪测定，可滴定酸含量采用NaOH滴定法测定[11]，可溶性糖含量参考赵世杰等[12]的蒽酮比色法测定，VC含量采用钼蓝比色法[13]测定，类黄酮含量参照Jayaprakasha等[14]的方法测定。以上每个指标测定，每3个果实作为1个重复，选取去皮果肉切碎混匀后取样，重复3次。

1.4.5 受粉苹果果实香气物质测定 参照Rizzolo[15]和López等[16]的方法，即应用顶空固相微萃取法，采用Trace GC-MS气相色谱-质谱联用仪(Finnigan公司)提取果实的挥发性物质，按峰面积归一化法求得各成分的相对质量百分含量，并选择3-壬酮作为内标进行测定。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理。采用IBM SPSSstatistics 19软件对所测数据进行主成分分析、方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 授粉海棠品种的主要果实性状

由表1可以看出，3个授粉海棠品种‘盈香’‘盈雪’和‘红玉’的果实均为小果，直径范围在1.08～1.42 cm之间，‘盈香’果实着色最好。

表1 3个授粉海棠品种的主要果实性状

2.2 不同授粉组合‘威海金’苹果果实外在品质比较

由表2可以看出，‘盈香’‘盈雪’授粉‘威海金’苹果坐果率高于对照(国光)，而‘红玉’授粉苹果坐果率则低于对照，其中坐果率最高的为‘威海金-盈香’，达75.26%，高于对照13.15个百分点。不同授粉组合果实的纵横径也有显著差异，‘红玉’授粉后的单果重达249.13 g，显著高于对照。‘红玉’‘盈香’授粉‘威海金’的果实硬度改善也较为显著，分别高于‘盈雪’和‘国光’0.24、0.48 kg/cm2和0.12、0.36 kg/cm2。

表2 不同授粉组合‘威海金’苹果果实外在品质

2.3 不同授粉组合‘威海金’苹果果实内在品质比较

由表3可见，不同授粉组合‘威海金’苹果除可滴定酸外，其余各项内在品质指标均高于对照。其中，‘盈香’授粉‘威海金’果实的可溶性固形物含量显著高于对照和其它两个授粉组合果实，分别高出2.64个、1.61个、2.04个百分点。‘盈雪’授粉‘威海金’果实的可滴定酸含量最低，为0.22%，显著低于对照0.10个百分点，降酸效果最为明显。‘盈香’授粉‘威海金’果实的可溶性糖含量达16.46%，显著高于对照和其它两个授粉组合果实，分别高出2.49个、1.99个、2.34个百分点，后三者之间无显著差异。在糖酸比与固酸比上表现最佳的为‘盈雪’授粉‘威海金’果实，分别为65.56和68.14，显著高于对照。‘盈香’‘盈雪’授粉‘威海金’果实VC含量差异不大，但显著高于‘红玉’授粉果实和对照，其中对照果实VC含量最低，为41.3 mg/kg。‘盈香’‘盈雪’‘红玉’授粉‘威海金’果实的类黄酮含量无显著差异，但三者均显著高于对照，分别高出0.09、0.13、0.14 mg/g。

表3 不同授粉组合‘威海金’苹果果实内在品质

2.4 不同授粉组合‘威海金’苹果果实香气成分与含量分析

由表4可以看出，不同授粉组合对‘威海金’苹果果实香气成分与含量均产生不同程度的影响。所有处理‘威海金’苹果果实共检测出32种香气成分，包括酯类、醇类、醛类、萜烯类共四大类挥发性物质，且不同授粉组合间果实主要香气成分和含量存在较大差异。其中‘盈香’授粉‘威海金’果实中的挥发性物质种类最多，达25种，包括酯类18种、醇类4种、醛类2种、萜烯类1种。香气物质含量方面，‘盈香’和‘红玉’授粉‘威海金’果实中的香气物质含量均超过70 000.0μg/kg，分别为73 427.4μg/kg和74 492.0μg/kg，‘盈雪’次之，为62 305.0μg/kg，且均高于对照。‘盈香’授粉‘威海金’果实中的酯类物质含量在4个授粉组合中最高，为50 639.3μg/kg，分别高出‘盈雪’‘红玉’和‘国光’6 930.1、853.1μg/kg和7 453.2μg/kg，且三者均高于对照。乙酸丁酯、丙酸丁酯、2-甲基-丁酸乙酯、2-甲基-丁酸丁酯、丁酸丁酯、己酸乙酯等挥发性物质具有独特的甜香气和果香，是苹果所特有。‘盈香’‘盈雪’‘红玉’授粉果实中的乙酸丁酯含量分别为对照的1.37倍、1.22倍和1.78倍；丙酸丁酯含量分别为对照的1.11倍、1.13倍和1.06倍；2-甲基-丁酸丁酯和丁酸丁酯含量分别为对照的1.63倍、2.50倍、1.24倍和1.62倍、1.86倍、1.21倍。

表4 不同授粉组合‘威海金’苹果果实主要香气成分与含量 (μg/kgFW)

2.5 不同授粉组合苹果营养品质综合评价

2.5.1 不同授粉组合苹果品质性状遗传多样性分析 对4个不同授粉组合‘威海金’苹果的12个主要果实品质指标进行测定，结果(表5)显示，各指标的变异系数存在差异，范围在2.06%～20.40%之间。其中，固酸比的变异系数最大，为20.40%，比值范围为42.31～69.36，均值为56.04；其次为糖酸比和可滴定酸的变异系数，分别为20.17%和17.86%；VC和类黄酮的变异系数分别达到14.80%和13.64%。果形指数的变异系数在各指标中最小，为2.06%，比值范围为1.03～0.92，均值为0.97；硬度、纵径、横径、单果重的变异系数较低，分别为2.55%、3.59%、3.23%和6.28%。可溶性固形物和可溶性糖的变异系数也较低，分别为7.55%和7.59%。

表5 不同授粉组合苹果品质性状的变异情况

2.5.2 不同授粉组合苹果果实品质指标间的相关性分析 由表6可知，在不同授粉组合苹果果实品质各指标中，果实纵径与横径呈极显著正相关，与可滴定酸呈显著负相关，与糖酸比呈显著正相关，表明果实纵径增加时横径极显著增加，可滴定酸显著减少，糖酸比显著增大；果实横径与果实挥发性萜烯类物质呈显著负相关，即横径增加时果实萜烯类物质显著减少；果实硬度与类黄酮呈极显著正相关，相关系数为0.839，表明果实硬度增大时类黄酮含量极显著增加；可溶性固形物含量与固酸比呈显著正相关；可滴定酸与可溶性糖、糖酸比和固酸比呈极显著负相关，相关系数分别为-0.932、-0.979、-0.950；可溶性糖与糖酸比、固酸比呈极显著正相关，相关系数分别为0.974和0.945；糖酸比与固酸比呈极显著正相关；VC与挥发性醛类物质呈显著正相关，相关系数为0.967。以上表明，指标间存在着不同程度的相关性，能够充分反映苹果果实品质。

表6 不同授粉组合苹果果实品质指标间的相关性

2.5.3 不同授粉组合苹果果实品质指标的主成分分析 为了进一步了解不同授粉组合影响苹果果实品质的主要因素，共选取单果重、果形指数、硬度、可溶性固形物、VC、类黄酮6个果实品质指标数据并经过转换后进行主成分分析。结果(表7)显示，所提取前两个主成分的累计贡献率达到92.850%，其中，第1主成分贡献率最高，达69.117%，第2主成分贡献率为23.733%，且提取的两个主成分的特征值均＞1。

变量代表性的大小是由主成分特征向量的绝对值所决定，特征向量绝对值越大，表示该变量的代表性就越大。在主成分1中，果形指数和类黄酮两个变量的特征向量值较大，分别为0.901和0.974，是决定第1主成分方差变异的主要因素；第2主成分代表指标是可溶性固形物，特征向量值为0.816。

进一步计算不同授粉组合苹果果实指标的主成分因子得分情况(表8)。各个主成分得分的计算公式为:Fi＝Wi1X1＋Wi2X2＋…＋WinXn，其中Wij＝θj/√λi，表示主成分各个变量的权重，θj为成分矩阵中每个变量对应的系数，而√λi为第i个主成分对应的特征值的开根值。计算结果如下:

式中，X1、X2、X3、…、X6分别表示表7中6个指标。

表7 不同授粉组合苹果果实品质指标主成分提取

综合得分计算公式:F综合＝α1F1＋α2F2＋…＋αnFn，其中α代表贡献率。计算结果如下:

综合得分越高，表示果实品质的综合性状越好。由表8可知，‘盈香’‘盈雪’‘红玉’授粉‘威海金’的果实品质综合得分值均高于对照，其中，‘威海金-盈香’果实品质综合得分在4个授粉组合中最高，排名第1，其次是‘威海金-盈雪’‘威海金-红玉’。

表8 不同授粉组合苹果果实品质主成分因子得分及比较

3 讨论

花粉直感效应研究对合理栽植授粉品种、改良果实风味及品质、增加果农经济效益和丰富果实性状遗传等可提供理论支持[17]。不同授粉组合对果实品质产生不同程度的影响，主要是因为花粉直感作用。本研究结果表明，不同授粉组合对‘威海金’果实的坐果率和果实内在外在品质有着明显的花粉直感现象；受‘盈香’和‘盈雪’花粉的‘威海金’坐果率显著高于对照，而受‘红玉’花粉的‘威海金’坐果率低于对照。这与王延秀等[18]以11个海棠品种花粉为试材、以‘新红星’苹果花粉为对照对‘长富2号’苹果进行授粉所得结果(坐果率显著高于对照品种)不一致，其原因可能与父本花粉的S基因型与母本花柱S基因型一致性比例有关[19]。张曼曼等[20]研究发现，利用不同品种授粉树对‘富士’和‘新红星’苹果授粉，其对果实外观品质会产生不同程度影响，其中‘新红星’苹果经‘红雾’授粉后的单果重、果形指数、可溶性固形物、可溶性糖含量显著高于对照品种，而‘红菱’授粉的‘富士’苹果果形指数、硬度和可溶性糖、类黄酮含量也同样高于对照；李保国等[21]用不同品种授粉‘2001富士’后发现，果实硬度、糖酸含量、果肉细胞间隙和VC等果实内在外在品质均表现出显著差异，与本试验结果基本一致。

本研究表明，不同品种海棠花粉授粉威海金’后，乙酸丁酯、2-甲基丁酸丁酯、丁酸丁酯、正己醇、2-甲基丁醇、正己醛含量与对照相比均有不同程度的提高，说明海棠花粉可以改善‘威海金’苹果的果实风味。Wang等[22]研究发现，花粉直感效应对‘富士’套袋苹果挥发性成分的影响中，‘金冠’‘新红星’和‘红宝石’授粉果实的酯类和萜烯类成分含量高于其它授粉品种。本研究中，‘盈香’‘盈雪’‘红玉’授粉‘威海金’果实的醇类和醛类物质总含量明显优于对照品种，而‘盈雪’授粉‘威海金’果实的萜烯类物质含量低于对照。单萜烯类和倍半萜烯类物质在黄皮果实中大量存在，这两部分物质均为构成黄皮果实香气的主要架构成分，其中法呢烯作为特征香气，含量较高[23]。苹果整体香气与特征香气的种类和含量有直接关系，本试验中海棠授粉后果实的香气物质总量高于对照。2-己烯醛决定着苹果果实的清香气味[24]，‘红玉’授粉苹果果实与对照均未检测出该成分，只在‘盈香’和‘盈雪’授粉果实中检测到并具有较高含量，这可能是对照果实清香味稍逊于海棠授粉果实的原因。

郎彬彬等[25]对118份野生毛花猕猴桃的遗传多样性进行评测中发现，单果重的变异系数最大，为33.65%，可溶性固形物的变异系数最小，为11.91%。刘亚婷等[26]研究了50份苦瓜种质资源的果实品质性状，变异系数为12.29%～75.40%，其中瓜形指数变异较小。曾少敏等[27]报道，50份福建地方梨资源果实品质性状的变异系数在9.83%～67.60%之间，其中糖酸比的变异系数较大，为42.22%，果形指数的变异系数仅次于横径，为10.96%。苹果果实同样也具有丰富的遗传多样性。张学超等[28]对伊犁天山160份野苹果种质资源的研究中发现，14个果实品质性状的变异系数为5.75%～38.44%。本研究4个授粉品种授粉‘威海金’苹果果实的12个品质指标中，糖酸比的变异系数最大，为27.17%；变异系数最小的为果形指数，为2.06%；其余指标变异系数的大小顺序依次为:固酸比(20.40%)＞可滴定酸(17.86%)＞VC(14.80%)＞类黄酮(13.64%)＞可溶性糖(7.59%)＞可溶性固形物(7.55%)＞单果重(6.28%)＞果实纵径(3.95%)＞果实横径(3.23%)＞硬度(2.55%)。这表明苹果果实品质指标间存在着差异性与稳定性，可以通过相关指标选择果实风味更佳的品种，以达到提高果实商用价值的目的。

本试验结果表明，不同海棠授粉苹果果实品质指标间也存在着显著相关性:纵径与横径呈极显著正相关，与可滴定酸呈显著负相关，与糖酸比呈显著正相关。类黄酮是具有生物活性的次生代谢产物，随着果实的成熟其含量逐渐下降。前人研究发现，类黄酮具有强抗氧化能力并与抗氧化活性存在正相关关系[29]。宋丛丛[30]对肉质桃不同浓度NO处理的研究发现，NO浓度的升高可有效缓解呼吸速率，增加果实硬度，同时可使超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等一系列抗氧化酶的活性提高，获得更高的DPPH自由基清除能力。本研究中，果实硬度与果实类黄酮含量呈极显著正相关，极有可能是由于不同授粉品种授粉后改变了果实内的酶活状态及代谢途径，从而使得果实更为耐储。

主成分分析已广泛应用于坚果[31]、鸭梨[32]、猕猴桃[33]等不同物种中。本试验利用主成分分析法将不同授粉组合‘威海金’苹果果实6个品质指标的信息简化为两个彼此独立的主成分，两个主成分的累计方差贡献率为92.85%，能充分反映不同授粉组合苹果果实品质的绝大部分信息，能较为客观地评价不同授粉海棠品种对‘威海金’果实品质的影响。不同授粉组合的综合得分排名从高到低依次为‘威海金-盈香’(0.88)、‘威海金-盈雪’(0.67)、‘威海金-红玉’(0.53)和对照‘威海金-国光’(-2.08)，以‘盈香’授粉‘威海金’果实品质最佳。关于授粉组合间存在差异的原因和代谢途径差异导致品质及表型存在的不同，需有待进一步深入研究。

不同品种海棠授粉‘威海金’能够显著提高苹果果实内在外在品质，改善‘威海金’苹果果实品质。利用主成分分析进行综合评价看出，‘盈香’授粉‘威海金’果实品质改善效果突出，为‘威海金’的首选授粉组合。

4 结论

本研究通过对‘盈香’‘盈雪’‘红玉’‘国光’授粉‘威海金’的苹果果实品质综合分析得出:‘盈香’‘盈雪’和‘红玉’为授粉效果优良的授粉品种，可作为提升‘威海金’果实坐果率、果个大小、果实风味并实现增糖降酸的优秀授粉树。采用主成分分析法对果实品质进行综合评价的结果为，‘盈香’为‘威海金’首选授粉树。