‘赤霞珠’葡萄柱式頭狀樹形構(gòu)建及果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)分析

張光弟，李玉鼎，張彥惠*，張浩宇，俞曉艷，張浩，

（1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 大武口區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏石嘴山 753000；3. 寧夏設(shè)施園藝（寧夏大學(xué)）技術(shù)創(chuàng)新中心，寧夏銀川 750021；4. 山東海能科學(xué)儀器有限公司，山東德州 201500）

寧夏賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)是國家葡萄酒原產(chǎn)地理保護(hù)產(chǎn)區(qū)，被認(rèn)為是中國釀酒葡萄最適宜的原料產(chǎn)地之一[1-2]。該產(chǎn)區(qū)具有典型大陸性氣候特點(diǎn)，即春暖快、夏熱短、秋涼早、冬寒長，降雨量少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，冬季極端低溫可以達(dá)到-23.4 ℃，在越冬期間低溫耦合低的大氣濕度易導(dǎo)致葡萄發(fā)生枝蔓“抽條”，越冬困難[3]。葡萄冬季埋土防寒是該區(qū)典型的越冬規(guī)避凍害農(nóng)藝模式，往往費(fèi)工耗時(shí)，影響生態(tài)；同時(shí)，該區(qū)早春氣溫變幅大，晚霜凍頻繁又極易造成大幅減產(chǎn)[4-5]。多年來，李欣、鄧征恩、張光弟等[6-9]在賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)采用材料覆蓋方式嘗試解決葡萄越冬、春季防霜的免埋土栽培問題，開發(fā)出了免埋土立式保護(hù)倉越冬技術(shù)。通過調(diào)查倉內(nèi)外環(huán)境溫濕度變化特點(diǎn)及規(guī)律認(rèn)為，該保護(hù)倉不僅能使葡萄安全越冬，還具有春季防霜的作用[10-11]。

葡萄樹形結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)立式保護(hù)倉覆蓋的倉-樹耦合關(guān)鍵條件之一。前人研究已經(jīng)證實(shí)，樹體的整形方式不僅會(huì)影響產(chǎn)量與品質(zhì)，也顯著影響其經(jīng)濟(jì)效益[12-13]。

葡萄果實(shí)中的揮發(fā)物質(zhì)是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)。香味是各種呈味物質(zhì)通過融合、疊加、掩蓋等相互作用的綜合表現(xiàn)[14]，同時(shí)香味揮發(fā)物的產(chǎn)生受種類、品種、栽培條件、成熟度和采后因素的影響[15-16]，甚至同一品種不同產(chǎn)地及砧木均會(huì)造成揮發(fā)組分的變化[17]。

近年來，揮發(fā)組分的氣相離子遷移譜（GC-IMS）檢測技術(shù)是用于多種園藝產(chǎn)品及加工農(nóng)產(chǎn)品精準(zhǔn)辨析、靈敏、直觀、快速可視化的高效手段之一，被越來越多的用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)、地理產(chǎn)品辨析等研究中[18-20]，但采用GC-IMS技術(shù)分析樹形導(dǎo)致的果實(shí)揮發(fā)組分變化鮮見報(bào)道。

本文通過基于立式保護(hù)倉越冬及春季防霜‘赤霞珠’葡萄的柱式頭狀樹形構(gòu)建及其果實(shí)的有機(jī)揮發(fā)組分的GC-IMS分析，旨在指導(dǎo)柱式頭狀樹形的倉-樹耦合技術(shù)應(yīng)用，并提出該樹形帶來的果實(shí)揮發(fā)組分的變化或?qū)ζ咸丫凭瀑|(zhì)帶來的潛在影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 參試品種

7年生‘赤霞珠’葡萄，第5年開始樹形改造，由籬架龍干形改成柱式頭狀形，第2年結(jié)果。

1.1.2 立式保護(hù)倉

保護(hù)倉倉體采用阻燃等級(jí)B2、密度為18 kg/m3、厚度3.2 cm的聚苯乙烯保溫材料制作。倉體呈圓錐臺(tái)形，下口直徑70 cm、上部直徑60 cm、高度60 cm，上臺(tái)面中部有10 cm×20 cm的長橢圓形倉蓋1個(gè)。

1.2 方法

1.2.1 樹形培養(yǎng)

柱式頭狀樹形的株距1.0 m，行距2.0 m，667m2栽培密度為333株，由籬架龍干改形后第2年結(jié)果，667m2栽培密度為200株以上；以籬架龍干形（株距0.5 m，行距3.0 m，667m2栽培密度為444株）為對(duì)照。所有參試樹體采用淺溝栽培，主干粗度相近，花期進(jìn)行產(chǎn)量調(diào)控，田間常規(guī)管理。秋剪時(shí)，兩樹形均為短梢修剪為主。

1.2.2 果實(shí)采樣

標(biāo)記鄰行兩種樹形標(biāo)準(zhǔn)樹體各3株，在果實(shí)成熟期同日從標(biāo)記樹體每株上采收3穗葡萄，放入加冰保溫箱中，在室內(nèi)剪下果粒（不含果蒂）再次混樣裝入自封口PE袋（0.06 mm），入-18 ℃冰柜凍貯，測試時(shí)取混合樣果粒打漿，每個(gè)樣品取3次作為平行樣。

1.2.3 果實(shí)揮發(fā)組分測試儀器與篩選條件

采用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀（G.A.S, Germany）。測試系統(tǒng)篩選條件：氣相-離子遷移譜單元，分析時(shí)間，25 min；色譜柱類型，F(xiàn)S-SE-54-CB-1 15 m ID:0.53 mm；柱溫，60 ℃；載氣/漂移氣，N2；IMS溫度，45 ℃。自動(dòng)頂空進(jìn)樣單元，進(jìn)樣體積，500 uL；孵育時(shí)間，20 min；孵育溫度，40 ℃；進(jìn)樣針溫度，85 ℃；孵育轉(zhuǎn)速，500 r/min。氣相色譜條件見表1。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

利用機(jī)載分析軟件，包括LAV（LaboratoryAnalytical Viewer，LAV-Gallery Plot 2.2.0 software ）和3款插件以及GC×IMS Library Search對(duì)兩種樹形葡萄樣品揮發(fā)組分進(jìn)行分析。

表1 氣相色譜條件Table 1 Gas chromatographic conditions

2 結(jié)果與分析

2.1 柱式頭狀樹形構(gòu)建

2.1.1 柱式頭狀樹形主干培養(yǎng)與越冬扣倉防寒

秋季修剪對(duì)原籬架龍干形樹體主蔓在距離地面40 cm（直徑3～4.0 cm）處平口截干實(shí)施截口保護(hù)，并使主干直立，建立柱式頭狀樹形的主干；對(duì)截干后主干部位出現(xiàn)死亡的應(yīng)利用主蔓基部萌發(fā)的新梢重新培養(yǎng)主干，在單蔓新梢生長至40 cm時(shí)反復(fù)摘心，增粗主干并利用多副梢快速形成柱式頭狀樹形。對(duì)截干主蔓按照越冬樹體常規(guī)管理，使用3～5 °Be石硫合劑對(duì)樹體（主干）噴布；灌冬水后在11月底前或土壤開始封凍前扣倉，待倉外環(huán)境日平均溫度降至0 ℃加倉蓋。越冬期間檢查倉體確保不出現(xiàn)漏倉現(xiàn)象。

近年來，在賀蘭山東麓晚霜結(jié)束日有后延和溫度趨低趨勢，因此晚霜后揭除倉體更有利于保護(hù)已萌發(fā)新梢的生長與整形。翌年3月下旬，先解除越冬倉體的倉蓋；隨內(nèi)外氣溫的上升，主干隱芽萌發(fā)，此期及時(shí)抹除距離地面25 cm以內(nèi)的新梢，對(duì)25 cm以上新梢采用霜后留梢分步處理。

2.1.2 整形與生長季樹體管理

在倉體揭除后，第一年在樹體距離主蔓截干口15 cm以內(nèi)選留4～6個(gè)分布均勻新梢，有利于牽制新梢生長勢，形成適宜粗度（0.6～0.9 cm）的結(jié)果母枝，確保當(dāng)年的樹勢穩(wěn)定、樹形構(gòu)建和翌年結(jié)果，對(duì)萌發(fā)的其它新梢抹除。新梢生長期，對(duì)已保留的4～6個(gè)新梢依據(jù)空間做適度變位，使其通風(fēng)透光，確保花芽芽內(nèi)分化。做好田間土肥水管理，8月初控制水肥，增強(qiáng)新梢木質(zhì)化。

對(duì)截干構(gòu)建柱式頭狀樹形樹體在第1～2年秋季修剪時(shí)，控制秋剪后樹體總高度在55 cm、頭狀結(jié)果母枝冠幅直徑40 cm之內(nèi)（圖1）。

秋剪后對(duì)樹體噴布3～5 °Be石硫合劑，然后灌足越冬水。待田間可以操作時(shí)開始順行扣倉，使保護(hù)倉兩邊距定植行中心等距，并置于深20 cm、寬0.8～1.0 m的溝內(nèi)（圖2）。機(jī)械或人工在扣倉邊緣壓實(shí)土壤10 cm或柔性圈袋壓實(shí)。

2.1.3 留梢量調(diào)整

樹勢穩(wěn)定后，對(duì)柱式頭狀樹形采用短梢修剪，單株平均剪留5個(gè)短梢結(jié)果，每個(gè)短梢留2個(gè)芽眼，按1個(gè)結(jié)果枝、1個(gè)預(yù)備枝來計(jì)算。假設(shè)新梢雙穗率100%，每穗為160 g，1個(gè)新梢結(jié)果量為320 g，5個(gè)結(jié)果母枝為1600 g，每667 m2產(chǎn)量為533 kg。在能保證雙芽萌發(fā)率在85%以上，即單株5個(gè)結(jié)果母枝的10個(gè)芽能發(fā)出8.5個(gè)新梢，667 m2產(chǎn)量則為906 kg。通常，雙芽發(fā)出的新梢如果預(yù)備枝在條件許可時(shí)再少量結(jié)果，那么667 m2產(chǎn)量很容易增加200 kg，使667 m2產(chǎn)達(dá)到1106 kg，通過適當(dāng)疏留果穗能夠控制產(chǎn)量，可得到原料定向質(zhì)量。與對(duì)照相比，柱式頭狀樹體結(jié)果部位相對(duì)更為集中。

2.2 柱式頭狀樹形果實(shí)揮發(fā)組分特征

2.2.1 果實(shí)揮發(fā)性有機(jī)物GalleryPlot指紋圖譜

采用GC-IMS技術(shù)對(duì)兩種樹形果實(shí)揮發(fā)組分測試分析，無論是從柱式頭狀（T-ZHUSHI-C）和籬架獨(dú)龍干（T-QINGGAN-C）樹形果實(shí)揮發(fā)性有機(jī)物三維譜圖，還是其俯視圖中均可以直觀看出同一葡萄品種兩種樹形的揮發(fā)性有機(jī)物很相似，但存在差異。為了明確具體成分及量化對(duì)比，通過選取所有峰區(qū)進(jìn)行GalleryPlot（圖3）對(duì)比。

從圖3中可以看出，兩種樹形果實(shí)樣品的完整揮發(fā)性有機(jī)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機(jī)物的差異。圖3右上小豎框內(nèi)中的物質(zhì)在柱式頭狀樹形‘赤霞珠’果實(shí)中的含量更高；右下大框內(nèi)的物質(zhì)在籬架獨(dú)龍干樹形的‘赤霞珠’果實(shí)中含量更高，包括2-正戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未知物質(zhì)“50#”等。

2.2.2 果實(shí)揮發(fā)物質(zhì)動(dòng)態(tài)主成分聚類分析（PCA）特點(diǎn)

從圖4中可以看出，‘赤霞珠’柱式頭狀（左）與籬架獨(dú)龍干（右）樹形的揮發(fā)組分可以聚為兩類，充分說明了同一品種、同等立地條件、同一土肥水管理的條件下，只是因?yàn)闃湫巫兓纯蓪?dǎo)致果實(shí)組分差異。表2中的數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步說明柱式頭狀與籬架獨(dú)龍干樹形的揮發(fā)物質(zhì)豐度特點(diǎn)。

表2中數(shù)據(jù)表明，所有24種物質(zhì)（含未定性、二聚體）中，柱式頭狀樹形醛類物質(zhì)總體趨增；增幅物質(zhì)有12種（含未定性）并以增幅在20%內(nèi)數(shù)量最多，有9種，其中物質(zhì)增幅15.1%～20%有4種；在增幅物質(zhì)中，柱式頭狀樹形較籬架獨(dú)龍干最高達(dá)到66.2%（未定性42#）。

同時(shí)，柱式頭狀樹形較籬架獨(dú)龍干樹形在一些物質(zhì)量上也有減少，醇類物質(zhì)總體趨降；柱式頭狀樹形出現(xiàn)降幅的物質(zhì)有9種，降幅在20%內(nèi)數(shù)量占到3種，其中降幅10%～15%的1種、15.1%～20%的1種，分別是未定性物質(zhì)“37#”和乙醇。降幅物質(zhì)中以雜環(huán)類的2-正戊基呋喃為代表，降幅達(dá)到-113.8%，也即籬架獨(dú)龍干樹形在2-正戊基呋喃含量上顯著高于柱式頭狀樹形。

剔出未定性物質(zhì)及同類物質(zhì)的二聚體，在柱式頭狀樹形中有4種醇類物質(zhì)，2-己烯-1-醇、1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇，其中只有2-己烯-1-醇較籬架獨(dú)龍干樹形增加9.2%，而1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇的降幅分別為47.9%、40.9%、5.5%；在檢測到的己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛5種醛類物質(zhì)中，柱式頭狀樹形較籬架獨(dú)龍干樹形除了在丁醛含量上有9.2%的降低，其余4種醛類物質(zhì)均有10%～20%的不同程度增加，而其中具有獨(dú)特的甜味、芳香味和杏仁氣味的苯甲醛，增加了19.8%；具有酯香-青草香氣的己醛增加了10.3%；正壬醛具有玫瑰香氣，增加了19.9%。有芳香味的苯甲酸甲酯又名安息香酸甲酯，有17.4%的增加。柱式頭狀樹形較籬架獨(dú)龍干樹形在3-戊酮物質(zhì)上僅有1.1%的增幅。

綜上所述，樹形影響其果實(shí)的物質(zhì)成分和豐度；柱式頭狀樹形果實(shí)中的未定性“38#”“42#”物質(zhì)含量更高，在定性物質(zhì)中4種類只有2-己烯-1-醇增加；5種醛類物質(zhì)中己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛，只有丁醛下降，其余上升。在籬架獨(dú)龍干樹形‘赤霞珠’果實(shí)中，包括2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性“50#”等含量較柱式頭狀樹形果實(shí)更高。

3 討論與結(jié)論

表2 果實(shí)揮發(fā)物質(zhì)定性結(jié)果Table 2 Qualitative results of volatile matter in fruits

寧夏賀蘭山東麓屬于葡萄埋土防寒栽培的產(chǎn)區(qū)，使用較為普遍的樹形是籬架獨(dú)龍干；李玉鼎等[21-22]曾對(duì)斜干上架水平布蔓樹形開展研究，來評(píng)價(jià)樹形的負(fù)載量與果實(shí)品質(zhì)特點(diǎn)。本文提出的創(chuàng)新構(gòu)建的柱式頭狀樹形在秋剪后樹體總高度在55 cm、結(jié)果母枝冠幅直徑40 cm之內(nèi)；經(jīng)留梢量調(diào)整，可使單株定向負(fù)載量滿足釀造原料的要求。

遲明[23]采用GC-MS技術(shù)從‘赤霞珠’單干單臂、單干雙臂和單干雙層雙臂樹形的果實(shí)中分別檢測到39種、33種和26種香氣成分；也發(fā)現(xiàn)‘玫瑰香’葡萄主要的揮發(fā)性香氣物質(zhì)主要是萜類、醛酮類和酯類，且在棚架栽培的葡萄中檢測到84種，在籬架栽培的葡萄中檢測到65種[24]。本文基于氣相離子遷移譜技術(shù)對(duì)兩種樹形果實(shí)揮發(fā)組分分析，柱式頭狀與籬架獨(dú)龍干樹形相比，揮發(fā)組分在2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性的“50#”等含量（豐度）上有所減少，尤其是雜環(huán)類具有果香味和青香味[25]的2-正戊基呋喃化合物降幅達(dá)到-113.8%，但在C6以上的醛類物質(zhì)上普遍增加，使其果實(shí)賦予有別于籬架獨(dú)龍干樹形不同的香氣。柱式頭狀與籬架獨(dú)龍干樹形揮發(fā)物質(zhì)PCA分析明顯聚為兩類，這些特點(diǎn)或可作為兩種樹形原料來源的甄別。

在寧夏賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)，為實(shí)現(xiàn)立式保護(hù)倉對(duì)‘赤霞珠’免埋土越冬防凍、春季防霜而創(chuàng)新了柱式頭狀樹形；與普遍采用的籬架獨(dú)龍干樹形比較，柱式頭狀樹形已給果實(shí)帶來一些揮發(fā)物質(zhì)的顯著變化，但其成因和對(duì)酒質(zhì)的潛在影響有待進(jìn)一步研究。