酿酒葡萄种质资源果实品质性状的分析与评价

牛锐敏，许泽华，沈甜，黄小晶，徐美隆，陈卫平

（宁夏农林科学院园艺研究所，宁夏银川 750002）

葡萄按用途可分为鲜食、酿酒、制干、制汁、其他加工品种以及砧木品种等。我国葡萄生产以鲜食为主，鲜食葡萄产量约占葡萄总产量的75%以上，酿酒葡萄产量占葡萄总产量的10%左右。宁夏产区以发展酿酒葡萄为主，2022年全区酿酒葡萄栽培面积达到3.89万 hm2，占全国种植面积的35%左右[1]；品种有‘赤霞珠’‘蛇龙珠’‘品丽珠’‘美乐’等，其中‘赤霞珠’占绝对优势，达酿酒葡萄面积的75%以上。品种的相对单一性导致酒种单一，典型风格缺乏，同时这些品种以国外育成为主，自主知识产权品种比例极低。因此，开展酿酒葡萄种质资源鉴定与评价，对筛选适宜宁夏栽培的优良品种和种质创新的优异亲本，以及推进葡萄酒产品的多元化发展具有重要意义。

葡萄种质资源研究包括形态学特征、抗寒性、抗病性、果实性状、耐贮运性的鉴定[2-7]，以及遗传多样性分析等方面[8-9]，其中种质资源品质性状的鉴定评价是种质资源研究的重要组成部分，也是优异资源挖掘和利用的基础[10]。王绍祖等[11]对1067份葡萄种质的果粒整齐度进行了田间调查，筛选出整齐度高的鲜食品种221个，酿酒品种6个。马小河等[12]对114份鲜食有核葡萄品种的果穗及果粒的数量性状进行了分析和概率分级，对符合正态分布的性状统一分为5个等级，1～5级出现的概率分别为10%、20%、40%、20%、10%。牛生洋等[13]分析了302份葡萄种质的有机酸组分及含量，结果表明在不同葡萄种群中，东亚种群葡萄的总酸质量浓度最高，其次是北美种群，欧亚种群的总酸质量浓度最低，而在不同用途葡萄种质中，酿酒葡萄的总酸质量浓度远高于鲜食葡萄与制汁葡萄。程大伟等[14]建立了鲜食葡萄营养品质评价回归模型，从15个果实品质指标中筛选出固酸比、糖酸比、果糖和苹果酸4个显著影响营养品质的单项指标。黄丽萍等[15]将鲜食葡萄果实6项酸甜风味指标简化为可滴定酸、可溶性固形物和固酸比3项评价指标，用3项指标将99份葡萄种质分成了5类。

前人对葡萄种质资源果实品质性状的研究多集中于整齐度、形状、大小等外观品质或内在品质的某一方面，且更侧重于对鲜食葡萄的综合评价，酿酒葡萄种质资源品质性状的研究报道相对较少，而不同用途的葡萄品种对果实性状的要求有着很大差异。本研究针对宁夏葡萄酒产业中酿酒葡萄优良种质资源缺乏、品种相对单一、特色不突出等问题，以银川市葡萄、枣国家林木种质资源库稳定保存的40份酿酒葡萄种质资源为材料，测定分析了穗质量、粒质量、果粒纵横径、种子数、还原糖、可滴定酸、总酚、单宁、花色苷含量等14个果实性状指标，并应用主成分分析法对果实品质进行了综合评价，为酿酒葡萄优良品种的筛选及育种亲本的选择提供了基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在宁夏农林科学院综合试验基地葡萄资源圃（106°08′E、38°39′N），位于宁夏银川市西夏区芦花乡，平均海拔1113 m，属于中温带干旱气候区，年均气温8.8 ℃，≥10 ℃年活动积温3300 ℃，年日照时数3000 h左右，年均降水量198 mm，年平均蒸发量1583 mm，无霜期160 d。该资源圃于2014年建园，园地土质为灌淤土，pH为8.6，有机质含量0.8%。引用黄河水灌溉，地势平坦，排灌通畅。

1.2 试验材料

供试的40份酿酒葡萄种质资源均来自宁夏农林科学院综合试验基地葡萄资源圃，其中包括17份白色品种（表1中1～17号），23份红色品种（表1中18～40号）。所有种质材料于2014—2015年定植，篱架栽培，南北行向，株行距0.5 m×3.0 m，树形为倾斜龙干形，短梢修剪，常规管理。

表1 供试材料基本信息Table 1 Basic information of experimental materials

1.3 试验方法

果实成熟期在植株不同位置随机采集典型果穗10穗，用直尺测量果穗长度和宽度，用电子天平称量穗质量；然后在每个果穗的不同部位取20个果粒，共200粒，混匀后每30粒一组，共测定3组，计算粒质量；用游标卡尺测量纵、横径。在混匀的200粒果实中取50粒，用液氮冷冻后存放在-80 ℃超低温冰箱，用于测定果实酚类物质含量。其中总酚含量采用福林酚法测定，单宁含量采用福林-丹尼斯法测定，花色苷含量采用pH示差法测定[16]（白色品种无此项）。未冷冻的果粒榨汁后用TD-35手持糖量计测定可溶性固形物含量，用NaOH中和滴定法测定可滴定酸含量，用斐林试剂法测还原糖含量，并计算糖酸比。试验数据为2017—2020年共4年的平均值。

1.4 数据分析

采用Excel 2007和DPSV 9.01软件进行统计分析。聚类分析采用欧氏距离离差平方和法，离差平方和法是先将所有样本各自看成一类，在进行类别合并时，计算类与类之间的离差平方和，由于每缩小一类时离差平方和会加大，就选取使离差平方和增加最小的两类进行合并，如此进行下去，直到所有样本归为一类，样本间的距离使用欧式距离来度量。

2 结果与分析

2.1 果实性状的变异分析

40份酿酒葡萄种质资源14个果实性状的变异系数在8.45%～52.73%（表2），变异系数较大的为花色苷含量（52.73%）、穗质量（32.06%）、种子数（29.76%）、粒质量（24.78%），表明这4个性状在不同资源之间存在较大差异；变异系数较小的为可溶性固形物含量（8.45%）、还原糖含量（9.59%），果粒横径（9.16%）和纵径（11.75%），表明这4个性状变异幅度小，遗传特性较为稳定。

表2 酿酒葡萄种质资源果实性状的变异分析Table 2 Variation of berry traits of wine grape germplasm resources

2.2 果实主要性状的分布

2.2.1 穗质量和粒质量

图1显示，40份酿酒葡萄种质资源平均穗质量主要分布在100～200 g（占82.5%），穗质量大于300 g的资源有1份，穗质量小于100 g的资源有1份。酿酒葡萄粒质量基本呈偏正态分布，主要集中在1.4～2.2 g（占75.0%），粒质量在2.6～3.0 g和3.0～3.6 g的资源各有1份，粒质量在1.0～1.4 g的资源有5份。

图1 酿酒葡萄穗质量和粒质量的分布Figure 1 Distribution of cluster weight and berry weight of wine grape

2.2.2 还原糖和可滴定酸含量

由图2可见，还原糖含量主要集中在180～225 g•L-1（占75.0%），低于180 g•L-1的资源有4份，高于255 g•L-1的资源有1份。可滴定酸含量主要分布在4.5～9.0 g•L-1（占90.0%），低于4.5 g•L-1的资源有1份，高于10.5 g•L-1的资源有1份。

图2 酿酒葡萄还原糖和可滴定酸含量的分布Figure 2 Distribution of reducing sugar and titratable acid of wine grape

2.2.3 酚类物质含量

图3显示，40份酿酒葡萄种质资源果实总酚含量主要分布在6.0～9.0 mg•g-1（占70.0%），低于6.0 mg•g-1的资源有5份，占12.5%，高于11.0 mg•g-1的资源有1份。果实单宁主要分布在3.0～5.0 mg•g-1，占比为85.0%。单宁含量小于2.5 mg•g-1的资源有1份，大于5.0 mg•g-1的资源有3份。

图3 酿酒葡萄总酚和单宁含量的分布Figure 3 Distribution of total phenols and tannins of wine grape

23份红色酿酒葡萄种质资源果实花色苷含量主要分布在0.2～0.8 mg•g-1，占比为87.0%。花色苷含量小于0.2 mg•g-1的资源有1份，大于1.2 mg•g-1的资源有1份（图4）。

图4 红色酿酒葡萄花色苷含量的分布Figure 4 Distribution of anthocyanin of red wine grape

综合以果实还原糖、可滴定酸、总酚、单宁、花色苷含量5个内在品质性状进行特色品种的筛选，某一性状所有种质资源测定数据的平均值记为X，由于不同性状变异系数差异较大，变异系数＜15%、15%～35%、＞35%的分别按大于1.2X、1.5X和2X的标准进行选择，筛选高花色苷资源1份，为‘罗马4号’，高糖高酸高酚资源1份，为‘小芒森’。

2.3 果实品质综合评价

2.3.1 白色酿酒葡萄果实品质综合评价

对白色酿酒葡萄的8个主要果实性状进行主成分分析（表3），提取了3个主成分，累计贡献率达90.795%，说明3个主成分反映了大部分的原始信息。载荷表示不同性状指标与提取的主成分之间的相关性，第1主成分贡献率为55.969%，总酚、单宁、还原糖、可溶性固形物、粒质量与主成分1相关性较大，主成分1解释了果粒大小及果实品质的大部分指标。第2主成分贡献率为21.140%，可滴定酸、糖酸比与主成分2相关性较大，主成分2与果实酸含量有关。第3主成分贡献率为13.686%，穗质量在主成分3上载荷较高，主成分3与果穗大小有关。

表3 主成分载荷矩阵（白色酿酒葡萄）Table 3 Principal component load matrix (white wine grape)

表4反映了白色酿酒葡萄在3个主成分上的得分，‘小芒森’果粒小，还原糖、总酚、单宁含量高，在主成分1上得分最高；‘白姑娘’和‘西尔瓦’酸低、糖酸比高，在主成分2上得分较高；‘白玉霓’果穗大，在主成分3上得分最高。综合评分排名前3位的种质资源依次为‘小芒森’‘菲尔斯’‘雷司令’。

表4 白色酿酒葡萄主成分得分Table 4 Principal component values of white wine grape

2.3.2 红色酿酒葡萄果实品质综合评价

对红色酿酒葡萄的9个性状指标进行主成分分析，提取了4个主成分，累计方差贡献率达87.834%。从表5可以看出，第1主成分贡献率为46.986%，载荷较高且为正的性状有可溶性固形物、还原糖、可滴定酸、单宁，载荷较高且为负的性状有粒质量、糖酸比，主成分1解释了果粒大小及果实品质的大部分指标。第2主成分贡献率为16.713%，总酚含量在主成分2上载荷较高。第3主成分贡献率为12.351%，穗质量在主成分3上载荷较高，主成分3与果穗大小有关。第4主成分贡献率为11.785%，主成分4与花色苷含量有关。

表5 主成分载荷矩阵（红色酿酒葡萄）Table 5 Principal component load matrix (red wine grape)

表6反映了红色酿酒品种在4个主成分上的得分，‘小味儿多’‘马瑟兰’‘赤霞珠685’果粒小，还原糖、可滴定酸、单宁含量高，在主成分1上得分较高；‘美乐’‘丹魄’‘小味儿多’在主成分2上得分较高；‘丹菲德’‘丹魄’在主成分3上得分较高；‘罗马4号’花色苷含量高，在主成分4上得分最高。综合评分排名前4位的种质资源依次为 ‘小味儿多’‘马瑟兰’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’。

表6 红色酿酒葡萄主成分得分Table 6 Principal component values of red wine grape

2.4 酿酒葡萄种质资源聚类分析

将酿酒葡萄主要果实性状测试结果进行标准化转换，采用欧氏距离离差平方和法进行系统聚类（图5），并对所分类群的性状表现进行了分析（图6）。在欧式距离10.46处，将40份酿酒葡萄资源分为5类。第Ⅰ类包含5份资源，其特点是果粒小，还原糖、可滴定酸、酚类物质含量高，糖酸比居中，综合排名第1位的白色酿酒葡萄和排名前4位的红色酿酒葡萄均被聚在此类群；第Ⅱ类包含14份资源，其特点是果粒中等，总酚、单宁含量较高，还原糖、花色苷含量居中，可滴定酸含量较低，糖酸比高；第Ⅲ类包含7份资源，其特点是果穗大，还原糖、可滴定酸、酚类物质含量以及糖酸比居中；第Ⅳ类包含7份资源，其特点是果粒大，还原糖、可滴定酸、酚类物质含量低，糖酸比高；第Ⅴ类包含7份资源，其特点是果粒中等，还原糖含量低、可滴定酸含量高、酚类物质含量居中，糖酸比低。

图5 40份酿酒葡萄种质品质性状聚类图Figure 5 Cluster analysis of 40 wine grape germplasms based on quality traits

图6 酿酒葡萄种质5个类群品质性状比较Figure 6 Comparison of quality traits of five groups in wine grape germplasm

3 讨论与结论

变异系数一方面反映了不同葡萄种质资源之间的性状差异，另一方面也反映了葡萄在物种进化过程中的保守性和遗传的可塑性[17]。本试验中调查的酿酒葡萄种质资源的14个果实性状变异系数存在很大差异，花色苷含量、穗质量、种子数、粒质量变异程度较高，说明这4个性状选择潜力较大，可溶性固形物含量、还原糖含量、果粒横径和纵径这4个性状变异程度较小，表明其遗传特性较为稳定，选育潜力有限。酿酒葡萄果实内在品质性状中，可滴定酸含量的变异系数远高于还原糖和可溶性固形物含量，这与刘政海、王小龙等[18-19]在酿酒葡萄杂交后代上的研究结果相一致，表明葡萄的酸含量具有较丰富的遗传基础，遗传潜力大于糖含量。

糖、酸是评价葡萄果实品质的基本指标，对于酿酒葡萄来说，糖决定了葡萄酒的潜在酒度，酸决定葡萄酒的pH，参与葡萄酒味感平衡。葡萄糖酸代谢的调节以增糖降酸为主[14]，但有研究表明，高酒石酸含量会在一定程度上提高葡萄酒品质，酒石酸含量较高的品种会使葡萄酒的颜色、氧化性更加稳定[20]，同时因气候变暖宁夏产区酿酒原料的酸含量已降至酿酒所需最低含酸量的临界值[21]，选择高酸种质很有必要。酚类物质作为葡萄中重要的次生代谢产物，不仅影响葡萄酒的颜色、香气和口感，还决定葡萄酒的许多生理活性功能[22]。酿酒葡萄果实中含量最丰富的酚类物质为花色苷和单宁。花色苷是红葡萄酒中主要的呈色物质，不仅与葡萄酒的色调密切相关，对葡萄酒的澄清度、稳定性等也有重要作用[23]；单宁的含量决定葡萄酒的口感结构[24]。本试验对酿酒葡萄果实主要性状的分布进行了统计分析，筛选出高花色苷资源‘罗马4号’，高糖高酸高酚资源‘小芒森’，这与吴莉等[25]对‘小芒森’等品种特性的研究结果相吻合。

主成分分析和聚类分析越来越广泛的应用于多样品多指标的分析和品质性状的综合评价[16,26]。李彦彪等[27]综合主成分分析、聚类分析和相关性分析结果，确定Vc、单宁、果糖和固酸比是‘赤霞珠’葡萄核心品质指标，建立了由这4个指标组成的‘赤霞珠’葡萄品质评价模型。魏烈权等[28]将酿酒葡萄9个品质指标综合为2个主成分，筛选出在嘉峪关地区综合表现较优的3个品种为‘黑比诺’‘佳美’‘美乐’。本研究将白色酿酒葡萄的8个果实性状综合为3个主成分，主成分1与果粒大小、糖及酚类含量有关，主成分2、3分别与酸含量、果穗大小有关，‘小芒森’‘菲尔斯’‘雷司令’等种质综合表现较好。红色酿酒葡萄9个品质指标分为4个主成分，主成分1与果粒大小、糖酸及单宁含量有关，第2、3、4主成分分别与总酚、果穗大小、花色苷含量有关，‘小味儿多’‘马瑟兰’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’等种质综合表现较好。聚类分析是将样品按照相似的特性进行分类，本研究中将40份酿酒葡萄种质资源分为了5类，第Ⅰ类为小粒、糖酸酚类物质含量高的种质；第Ⅲ类为大穗、糖酸酚类物质含量居中的种质；第Ⅱ类糖酸酚类物质含量也处于中等水平，但果穗、果粒显著小于第Ⅲ类且总酚、单宁含量较高，酸含量较低；第Ⅳ类为大粒、低糖低酸低酚类种质；第Ⅴ类为中粒、低糖高酸中酚类种质。总体来看，小果粒的种质酚类物质含量相对更高，这与前人的研究结论一致[29]。

本研究对40份酿酒葡萄种质资源的14个果实品质性状进行了统计分析，明确了各性状的变异系数和主要性状的分布范围，筛选出高花色苷、高糖高酸高酚资源2份，应用主成分分析法对酿酒葡萄品质进行评价，‘小芒森’‘菲尔斯’‘雷司令’‘小味儿多’‘马瑟兰’‘赤霞珠685’‘赤霞珠’7份种质综合表现优良，并通过聚类分析将40份酿酒葡萄种质资源分为五大类，为酿酒葡萄优良品种的应用及育种亲本的选择提供参考。