海拔和行向對釀酒葡萄果實生長發(fā)育及品質的影響

尹海寧，王兆祥，王 琳，曹建宏，王家逵，惠竹梅,3

(1西北農(nóng)林科技大學 葡萄酒學院，陜西 楊凌 712100；2 香格里拉酒業(yè)股份有限公司，云南 香格里拉 674400；3陜西省葡萄與葡萄酒工程技術研究中心，陜西 楊凌 712100)

云南香格里拉高原葡萄產(chǎn)區(qū)位于三江并流區(qū)，緯度低海拔高，氣候獨特。海拔和行向的變化使葡萄園中具有不同的小氣候類型，這對釀酒葡萄的生長發(fā)育及果實品質有不同程度的影響[1-2]。通常海拔升高會導致溫度降低，紫外線輻射和光照增強，晝夜溫差也會更加明顯，這對果實品質提升有重要作用[3]。行向是調(diào)控作物空間布局，影響群體結構的重要因素之一[4]，其除可直接影響葡萄園氣候外，還可通過對能量/熱量的平衡影響冠層及果實的生理進程[5]。

葡萄為己糖積累型果實，漿果中糖分和花色苷的累積從轉色期開始，貫穿于整個成熟過程[6]，氣候和栽培條件都會影響葡萄的糖代謝和花色苷的合成。海拔對糖代謝和花色苷合成的影響通常與光照有關，前人的研究表明，隨著海拔的升高，光照強度越大，糖分積累越高[7]，特別是葡萄果實中的葡萄糖和果糖含量均得到了明顯的提高[8]，且花色苷的積累與曝光量呈正相關[9]。此外，晝夜溫差也是影響糖和花色苷積累的重要因素之一[9]。高海拔地區(qū)在葡萄果實成熟時溫度更低，濕度更高，有利于葡萄中類胡蘿卜素含量的提高[10]。海拔對葡萄的成熟過程及風味物質的形成有較大的影響，特別是轉色前苯甲酰胺類化合物的生物合成，主要表現(xiàn)為低海拔區(qū)葡萄主要香氣化合物組分含量較低[11]。海拔也會影響果實粒徑，通過發(fā)育的不同步性來改變果皮、果肉和種子所占比例，進而影響葡萄和葡萄酒的品質[12-13]。高海拔區(qū)葡萄果實體積更大，單果質量更高，種子中的總酚含量也更高[8]。

海拔影響太陽輻射強度，行向則決定了植株對太陽輻射的最終利用率[14]。通過行向的調(diào)整，可以增加樹冠內(nèi)部的熱量，提高同化效能，增加產(chǎn)量[15]。有研究表明，東西行向葡萄果實果粒體積更大、單粒質量更高[16]，果實可溶性固形物含量較低[17]。同時行向也可以影響葡萄酒中的酚類物質、總花色苷、單體花色苷含量[17-18]，尤其對錦葵素-3-O-葡萄糖苷、黃酮醇及黃烷醇等物質影響顯著[18]。由此可見，海拔和行向均會對葡萄果實的生長發(fā)育及品質產(chǎn)生影響，但目前國內(nèi)關于葡萄園海拔和行向對葡萄生長發(fā)育及品質的綜合影響還鮮有報道。為此，本研究以釀酒葡萄赤霞珠為研究對象，在3個不同海拔高度的葡萄園，研究了東西和南北2個種植行向對葡萄基本品質、花色苷及非花色苷酚類物質含量的影響，探討海拔和行向對釀酒葡萄生長發(fā)育的調(diào)控作用，以期為高海拔低緯度地區(qū)釀酒葡萄品質的提高提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

試驗在云南省迪慶州德欽縣香格里拉酒業(yè)葡萄示范園進行。選擇3個不同海拔高度的葡萄園，分別為低海拔西當(98°50′19″E，28°27′24″N；海拔約為2 047 m)、中海拔斯農(nóng)(98°48′07″E，28°29′36″N；海拔約為2 208 m)、高海拔東水(104°04′59″E，38°39′28″N；海拔約為2 387 m)；同一海拔內(nèi)，分別選取東西行向和南北行向栽培的相鄰地塊，以2000年定植的18年生釀酒葡萄赤霞珠為試材，采用單干雙臂籬架栽培，株行距為1 m×1.6 m，常規(guī)管理。分別在花后11，12，16和18周等4個時期，采用“Z”字型采樣方法，每一行向隨機在陰面和陽面各選取5個點，每點取1穗果實，并將同一行向兩面果粒充分混勻放入-40 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 測定項目及方法

1.2.1 生長發(fā)育指標 隨機選取100粒葡萄果實，采用數(shù)顯游標卡尺測定橫縱徑，采用電子天平稱單粒質量，重復3次,結果取平均值。

1.2.2 品質指標 隨機選取100粒葡萄果實揉碎過濾取汁，采用數(shù)顯糖度計測定可溶性固形物含量，采用斐林試劑熱滴定法測定還原糖含量，采用氫氧化鈉滴定法(參照GB/T 15038-2006)測定可滴定酸含量，重復3次，結果取平均值。

1.2.3 酚類物質含量 花色苷的提取參照Stefano等[19]的方法?？偦ㄉ蘸康臏y定采用pH示差法，結果用錦葵色素-3-O-葡萄糖苷表示；成熟期果實(花后18周)單體花色苷和非花色苷酚類物質含量采用HPLC-ESI-MS方法[20]測定；參照中國農(nóng)業(yè)大學建立的“葡萄與葡萄酒中酚類物質HPLC-UV-MS/MS指紋譜庫”，結合保留時間對樣品中的酚類物質進行定性分析，以二甲花翠素葡萄糖苷為外標物制作標準曲線，所檢測的花色苷類物質含量均以二甲花翠素葡萄糖苷計。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進行統(tǒng)計與處理，用IBM SPSS Statistcs 20進行單因素方差分析，用Duncan’s新復極差法(P<0.05)進行差異顯著性分析，采用Origin pro 9.1繪圖。

2 結果與分析

2.1 海拔和行向對葡萄果實生長發(fā)育的影響

由圖1可知，在果實生長發(fā)育過程中，東西行向葡萄果實橫縱徑和單粒質量均高于南北行向，且隨著海拔高度增加，果實橫縱徑呈逐漸增大的趨勢，單粒質量也相應提高。此外，南北行向橫縱徑變化較大，東西行向則變化較小，且隨海拔升高，果實體積呈逐漸減小的趨勢。

東西行向；南北行向；圓圈大小代表果粒質量的大小EW orientation;NS orientation;Circle size represents berry weight

2.2 海拔和行向對葡萄果實品質的影響

2.2.1 可溶性固形物含量 從圖2可以看出，在葡萄果實生長發(fā)育過程中，其可溶性固形物含量逐漸增加，在花后12～16周處于快速增長階段，16～18周增長趨緩，尤其在高海拔的東水葡萄園，果實可溶性固形物含量增長幅度較小。在果實成熟期(為花后16～18周，下同)，西當和斯農(nóng)葡萄園南北行向與東西行向葡萄的可溶性固形物含量差異均不顯著，東水葡萄園行向間存在顯著差異，且南北行向可溶性固形物含量較東西行向分別增加了5.44%(花后16周)和17.80%(花后18周)。

東西行向；南北行向；圖柱上標不同小寫字母表示同一時期不同行向之間差異顯著(P<0.05)。下圖同EW orientation;NS orientation;Different lowercase letters represent significant difference at same sampling time among different orientation at P<0.05.The same below

2.2.2 還原糖含量 從圖3可以看出，在葡萄生長發(fā)育過程中，果實的還原糖含量逐漸增加。花后11周，高海拔的東水葡萄園南北行向果實還原糖含量積累較快，達到200 g/L左右，較東西行向幾乎提高了1倍；中海拔斯農(nóng)南北行向花后11周還原糖含量也顯著高于東西行向，低海拔西當此時則差異不顯著。除斯農(nóng)葡萄園外，成熟期西當和東水葡萄園南北行向果實的還原糖含量均顯著高于東西行向，特別是東水葡萄園花后16，18周分別提高了17.76%和15.79%。

圖3 海拔和行向對葡萄果實還原糖含量的影響Fig.3 Effects of altitude and row orientation on reducing sugar content in berries

2.2.3 可滴定酸含量 海拔和行向對葡萄果實可滴定酸含量的影響見圖4。

圖4 海拔和行向對葡萄果實可滴定酸含量的影響Fig.4 Effects of altitude and row orientation on titratable acid content in berries

由圖4可以看出，花后11～18周，隨發(fā)育進程的延續(xù)，3個海拔葡萄園葡萄果實的可滴定酸含量均逐漸降低，其中以中高海拔的斯農(nóng)和東水葡萄園變化較大，斯農(nóng)東西行向可滴定酸含量下降了73.13%，南北行向下降了68.02%；東水東西行向下降了74.10%，南北行向下降了72.10%；均表現(xiàn)為東西行向下降幅度大于南北行向。花后11～12周，3個葡萄園東西行向可滴定酸含量均顯著高于南北行向，花后18周不同行向間均無顯著差異，說明隨著果實的生長發(fā)育，不同行向間可滴定酸含量的差異呈逐漸減小趨勢。

2.3 海拔和行向對葡萄果實總花色苷含量的影響

由圖5可以看出，葡萄果實總花色苷含量的變化在不同海拔和行向間差異較大。在西當和斯農(nóng)葡萄園，花后11～12周南北行向果實總花色苷含量顯著高于東西行向；花后16～18周東西行向與南北行向之間總花色苷含量無顯著差異。東水葡萄園果實總花色苷含量東西行向始終高于南北行向，且隨發(fā)育進程的延續(xù)，南北行向與東西行向總花色苷含量的差異逐漸增大，表現(xiàn)為花后11～12周無顯著差異，花后16～18周有顯著差異?？傮w來看，成熟期總花色苷含量在中低海拔行向間差異不顯著，高海拔行向間差異顯著；且花后18周低海拔南北行向總花色苷含量較高，中高海拔東西行向總花色苷含量較高。

圖5 海拔和行向對葡萄果實總花色苷含量的影響Fig.5 Effects of altitude and row orientation on total anthocyanin content in berries

2.4 海拔和行向對葡萄果實單體花色苷含量的影響

花后18周葡萄果實中15種單體花色苷含量測定結果見表1。表1顯示，在15種單體花色苷中，以非酰化花色苷含量較高，?；ㄉ蘸枯^低，海拔和行向對單體花色苷種類無影響。在3個葡萄園中，中高海拔的斯農(nóng)和東水非?；ㄉ湛偭枯^高，且東西行向顯著高于南北行向；低海拔的西當非?；ㄉ湛偭孔畹?，且南北行向顯著高于東西行向。酰化花色苷總量則在3個葡萄園中表現(xiàn)出較強的一致性，均表現(xiàn)為南北行向高于東西行向，且以中海拔的斯農(nóng)含量最高；其中花青素-3-O-(6-O-香豆酰化)-葡萄糖苷在3個葡萄園中均表現(xiàn)為東西行向顯著高于南北行向。

表1 海拔和行向對葡萄果實單體花色苷含量的影響Table 1 Effects of altitude and row orientation on monomer anthocyanin content in berries mg/kg

表1(續(xù)) Continued Table 1

2.5 海拔和行向對葡萄果實非花色苷酚類物質含量的影響

花后18周葡萄果實非花色苷酚類物質的測定結果見表2。表2顯示，從花后18周葡萄果實中共檢測出了17種非花色苷酚類物質，其中以黃酮醇類物質含量最高，占比在90%以上(斯農(nóng)葡萄園東西行向除外)，黃烷醇類和羥基苯甲酸類物質含量較低。除斯農(nóng)葡萄園外，西當和東水葡萄園南北行向黃烷醇類總量均顯著高于東西行向，分別提高了100.15%和27.25%；黃酮醇類物質總量則是東西行向顯著高于南北行向，分別提高了21.66%和11.53%。兒茶素含量在3個葡萄園中均表現(xiàn)為東西行向高于南北行向；表沒食子兒茶素沒食子酸酯含量則在不同海拔和行向間差異較小，說明海拔和行向對其影響均較小。總體來看，中海拔斯農(nóng)葡萄園果實非花色苷酚類物質總量高于西當和東水葡萄園，且南北行向總量顯著高于東西行向，提高了62.70%，西當和東水葡萄園則是東西行向高于南北行向。

表2 海拔和行向對葡萄果實非花色苷酚類物質含量的影響Table 2 Effects of altitude and row orientation on non-anthocyanin phenolic content in berries mg/kg

3 討論與結論

云南香格里拉地區(qū)太陽輻射較強，且輻射強度隨海拔升高而增大[21]，充足的光照有利于果實的成熟，較強的紫外線輻射對葡萄果實的著色十分有利[22]。本研究表明，較高海拔的斯農(nóng)和東水在花后18周酰化和非?；ㄉ蘸烤^高;此外，葡萄果實橫縱徑和單粒質量比低海拔的西當也得到了相應提高，除光照因素外，降雨量也可能是關鍵因素之一。有研究表明，高海拔可以通過增強果實中糖代謝酶活性進而提高可溶性糖含量[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，高海拔地區(qū)南北行向葡萄花后11周還原糖含量比中低海拔區(qū)有較大提高，花后18周間不同海拔差異較小。通常，葡萄園中溫暖的氣候會加速果實成熟[11]，香格里拉地區(qū)平均海拔2 000 m左右，溫度隨著海拔的升高而降低，因此果實橫縱徑和單粒質量在低海拔的西當增長較快，而在高海拔的東水增長較慢。高海拔溫度較低，花后11周，中高海拔溫度較低，可滴定酸含量更高，這與Regina等[8]在巴西南部高海拔(1 150 m)地區(qū)的研究結果一致。海拔對葡萄果實中單體花色苷和非花色苷酚類物質的組成無影響，對其含量則有不同程度的影響，這與蔣寶等[24]的研究結果一致。本試驗中較高海拔的斯農(nóng)和東水區(qū)域葡萄的酰化和非?；ㄉ湛偭烤刑岣撸抑泻０位ㄉ蘸刻岣叻容^大；非花色苷酚類物質中黃烷醇類含量也以斯農(nóng)和東水較高。說明高海拔有利于葡萄果實中酚類物質含量的提高。

不同行向的栽培模式下，樹冠上層葉片和外圍葉片對下層和內(nèi)膛葉片的遮蔭不同，且相鄰兩行樹冠的相互遮蔭存在差異，導致植株的光照不同，也造成了行向間溫度的差異，從而影響果實的產(chǎn)量和品質(包括果實大小、色澤、糖分含量等)[25-26]。本試驗中東西行向葡萄果實橫縱徑和單粒質量均高于南北行向，且從花后11～18周變化較小，這可能是因為東西行向溫度較高，果實發(fā)育較早。研究表明，在一天當中，東西行向日均光照強度大于南北行向[27]。植株間的透光率，除中午前后，其他時間均是東西行向比南北行向高，氣溫和地溫的情況也類似[25,28]。此外，東西行向葉片光合能力更強，氣孔導度和蒸騰作用也更強[5]。但可溶性固形物含量和還原糖含量則總體表現(xiàn)為東西行向低于南北行向，有研究認為，南北行向總光照時長大于東西行向[26]，積累的光合產(chǎn)物更多[5]，且晝夜溫差大的行向可能更有利于糖分的積累。東西行向可滴定酸含量較高，對于糖高酸低不平衡的產(chǎn)區(qū)可能更有利。Bergqvist等[29]對東西行向栽培的赤霞珠研究表明，葡萄果實花色苷含量起初隨著果穗的曝光而增長，隨著曝光時間的延長，花色苷含量下降，這與本試驗中花后16～18周西當東西行向的研究結果一致，且東西行向下降幅度大于南北行向，因此花后18周西當南北行向總花色苷含量高于東西行向，這與Giacosa等[30]的研究結果一致。但中海拔斯農(nóng)東西行向的花色苷含量并未出現(xiàn)下降的趨勢，且表現(xiàn)為東西行向花色苷含量較高，南北行向非花色苷酚類物質含量較高。有研究指出，行向與果實組分的關系并不是基于單一酚類化合物的濃度，而是大量酚類物質的組合[18]。本研究中，3個葡萄園南北行向酰化花色苷總量均較高，非?；ㄉ湛偭縿t在低海拔葡萄園中南北行向較高，中高海拔葡萄園東西行向較高；黃烷醇含量較高的行向，則黃酮醇類物質含量較低。結果表明，行向通過光溫因子調(diào)節(jié)果實多種代謝途徑和代謝物含量。

綜上所述，海拔和行向對釀酒葡萄果實生長發(fā)育及品質均產(chǎn)生了一定的影響，其中既有兩者共同作用的結果，也存在某一因素占主導作用的結果。低海拔葡萄園南北行向、中高海拔葡萄園東西行向成熟期展現(xiàn)了最佳的呈色潛力。因此，在香格里拉地區(qū)，應結合海拔和行向的特點對釀酒葡萄進行栽培管理，以期獲得較高的產(chǎn)量和更好的品質。