威寧糖心蘋果礦質(zhì)元素與果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性及其通徑系數(shù)

馮建文， 韓秀梅， 宋 莎， 楊 華， 李順雨， 吳亞維*

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹科學(xué)研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.威寧縣現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)管理委員會， 貴州 威寧 553100； 3.威寧縣果業(yè)中心， 貴州 威寧 553100)

0 引言

【研究意義】果實(shí)品質(zhì)是經(jīng)濟(jì)效益的保證，隨著人們生活水平的提高，對于果實(shí)品質(zhì)愈加關(guān)注，果實(shí)品質(zhì)已經(jīng)成為提升果品競爭力的重要因素。礦質(zhì)營養(yǎng)是蘋果(Malusdomestica)生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，各種礦質(zhì)營養(yǎng)的絕對含量與其之間的相互作用影響果實(shí)品質(zhì)[1]。同時果實(shí)中礦質(zhì)營養(yǎng)的水平在一定程度上也是樹體營養(yǎng)狀況的反映，研究果實(shí)品質(zhì)有利于制定與品質(zhì)提升相應(yīng)的技術(shù)措施[2]。【前人研究進(jìn)展】前人在蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素與果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性方面進(jìn)行了大量研究，為生產(chǎn)中通過施肥技術(shù)提升果實(shí)品質(zhì)提供了很好的指導(dǎo)[3-4]。但多數(shù)研究為簡單相關(guān)分析，只能反映各礦質(zhì)元素與果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)或各礦質(zhì)元素間的相關(guān)性，而不能明確各礦質(zhì)元素影響果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)作用大小的問題[5-6]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】通徑分析是衡量原因變量對結(jié)果變量相對重要性的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，將簡單相關(guān)系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，使人們能夠透過相關(guān)的表面現(xiàn)象深入研究原因變量與結(jié)果變量間的因果關(guān)系，從而為統(tǒng)計(jì)決策提供可靠的依據(jù)[7]，彌補(bǔ)了簡單相關(guān)分析存在的缺陷。西南冷涼高地是我國唯一的一個南方蘋果適生區(qū)，該區(qū)域生產(chǎn)的蘋果出現(xiàn)糖心現(xiàn)象的比例較高[8]，糖心蘋果具有酸甜適口、果肉化渣、風(fēng)味甜爽濃郁的特點(diǎn)，受到很多消費(fèi)者的認(rèn)可和歡迎，已成為該區(qū)域蘋果產(chǎn)品的特異品質(zhì)。糖酸是果實(shí)重要的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，果實(shí)的礦質(zhì)元素種類和含量與果實(shí)品質(zhì)及其營養(yǎng)價值均有很大的關(guān)系，礦質(zhì)元素缺失或過量都將影響果樹的生理代謝、品質(zhì)的改善與產(chǎn)量的提高[9]。有報(bào)道認(rèn)為，蘋果果實(shí)中Ca元素與蘋果糖心現(xiàn)象的形成相關(guān)。通徑分析能夠更加全面揭示果實(shí)品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量間的關(guān)系。然而，關(guān)于糖心蘋果通徑分析方面的研究十分有限，有關(guān)西南冷涼高地這一南方區(qū)域的相關(guān)研究更是鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】試驗(yàn)以西南冷涼高地糖心蘋果果實(shí)為試材，利用典型相關(guān)和通徑分析，分析比較糖心蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素間的相關(guān)性及其與糖酸品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系，篩選影響糖心果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的主要礦質(zhì)元素，以期為實(shí)現(xiàn)蘋果的合理營養(yǎng)施肥和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)園位于貴州省畢節(jié)市威寧縣黑石頭鎮(zhèn)河壩村(26°45'21" N，103°59'47" E)，海拔2 120 m。果園土壤pH 5.58，有機(jī)質(zhì)含量48.88 g/kg，全氮0.96 g/kg，堿解氮119.86 mg/kg，有效磷15.10 mg/kg，速效鉀309.24 mg/kg(畢節(jié)市土肥站測定)。

1.2 試驗(yàn)材料

品種為6年生‘黔選3號’(‘長富2號’單株變異，2011年由貴州省果樹科學(xué)研究所審定)，砧木為麗江山荊子，株行距2 m×4 m，不套袋常規(guī)管理。

試劑：乙醇，天津市富宇精細(xì)化工有限公司，分析純；乙腈，德國艾普力，色譜純；果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖、蘋果酸、奎寧酸和酒石酸，Sigma，色譜純；偏磷酸，天津市光復(fù)精細(xì)化工有限公司，分析純；草酸，天津市永大化學(xué)試劑有限公司，分析純；VC，廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心，分析純。

儀器：離心機(jī)(Thermo scientific Sorvall ST 16)，超純水制水機(jī)(艾柯超純水機(jī))，水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)，消化爐(上海昕瑞儀器有限公司)，高效液相色譜儀(美國Agilent 1100LC，RID示差檢測器和VWD紫外檢測器)，色譜柱(Agilent ZORBAX Carbohydrate150 mm×4.6 mm)，YMC色譜柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，原子吸收分光光度計(jì)(WFX-120A)。

1.3 方法

2019年，隨機(jī)選取9棵樹勢相近的樣株作為試驗(yàn)植株，每3株樹為1個重復(fù)，分別在可采成熟期(9月29日，T1，F(xiàn)1)、食用成熟期(10月16日，T2，F(xiàn)2)和生理成熟期(11月5日，T3，F(xiàn)3)采集果實(shí)樣品，采樣時每株樹從樹冠中部沿東、南、西、北4個方向隨機(jī)摘取4個果實(shí)，共采集36個果實(shí)，于當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室處理。處理時將樣品果實(shí)沿果實(shí)中間部位橫切厚度為5 mm的薄片，用小刀分別取出糖心組織(記為字母T)和非糖心組織(記為字母F)(圖1)，每份樣品分為2份，一份立即放入液氮速凍，搗碎混勻后于-80℃冰箱保存，用于測定糖酸含量，另一份烘干用于礦質(zhì)元素含量測定。

圖 1 果實(shí)組織及取樣位置

相關(guān)系數(shù)的大小雖能代表各品質(zhì)性狀與礦質(zhì)元素含量之間的相關(guān)程度，但并不能完全反映出各種礦質(zhì)元素對品質(zhì)性狀的相對重要性。通徑分析則能較好地反映各相關(guān)指標(biāo)間的相互影響和礦質(zhì)元素對品質(zhì)性狀的相對重要性，通徑系數(shù)的絕對值大小反映了各礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的影響大小[10]。研究篩選了果實(shí)糖心組織和非糖心組織中顯著差異的內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)果糖、山梨醇、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸與礦質(zhì)元素含量作通經(jīng)分析。

1.3.1 果實(shí)糖含量的測定 糖組分測定方法參照文獻(xiàn)[11-12]進(jìn)行。準(zhǔn)確稱取各時期糖心(T)和非糖心(F)組織2 g，加入5 mL 90%的乙醇勻漿，9 600 r/min離心15 min，殘?jiān)尤? mL 90%乙醇再提取1次，合并上清液于90℃水浴鍋蒸干，用水定容至10 mL，取1 mL經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后測定，3次重復(fù)。

測定條件：使用Agilent 1100LC高效液相色譜儀，配有RID示差檢測器，色譜柱為Agilent ZORBAX Carbohydrate柱(150 mm×4.6 mm)，流動相為乙腈∶水=75∶25，流速1 mL/min，柱溫35 ℃，進(jìn)樣量10 μL。標(biāo)樣為Sigma色譜純級果糖、山梨醇、葡萄糖和蔗糖。

1.3.2 有機(jī)酸組分的測定 參照文獻(xiàn)[13]進(jìn)行測定。準(zhǔn)確稱取各時期糖心(T)和非糖心(F)1 g，用5 mL 0.2%的偏磷酸冰浴研磨，9 600 r/min離心15 min，殘?jiān)尤? mL 0.2%偏磷酸再提取，合并上清液，定容至10 mL，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后測定，3次重復(fù)。

測定條件：Agilent 1100LC高效液相色譜儀，配有VWD紫外檢測器，色譜柱為YMC柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，流動相為0.2%偏磷酸，流速1 mL/min，柱溫35℃，進(jìn)樣量10 μL。標(biāo)樣為Sigma色譜純蘋果酸、奎寧酸、酒石酸，草酸和VC為分析純。

1.3.3 礦質(zhì)元素含量的測定 參照GB 5009.268-2016，采用WFX-120A原子吸收分光光度計(jì)對 糖心組織和非糖心組織Ca、K、Fe、Mg、Zn、Cu礦質(zhì)元素含量進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析和相關(guān)性分析，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 威寧蘋果果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)

由表1看出，相同時期采摘的果實(shí)，糖心組織中果糖、葡萄糖、蔗糖含量均比非糖心組織低，但山梨醇含量是非糖心組織的1.10～1.92倍，平均糖含量依次為蔗糖>果糖>葡萄糖>山梨醇，可見，果實(shí)中山梨醇含量大量積累與糖心發(fā)生關(guān)系密切。

表1 威寧蘋果果實(shí)不同組織的內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)

研究發(fā)現(xiàn)，糖心組織和非糖心組織中，蘋果酸依然是主要的有機(jī)酸；可采成熟期至生理成熟期的果實(shí)樣品中，非糖心組織中的酒石酸、蘋果酸含量顯著高于糖心組織，非糖心組織中的草酸含量也高于糖心組織，而奎寧酸含量則糖心組織高于非糖心組織，VC含量在不同采摘時期不同組織中差異不顯著，平均有機(jī)酸含量依次為蘋果酸>奎寧酸>酒石酸>草酸>VC。果實(shí)不同組織的內(nèi)在品質(zhì)變異系數(shù)不同，酒石酸的變異程度最大，變異系數(shù)為83.41%；果糖含量的變異程度最小，變異系數(shù)為7.92%。

2.2 威寧蘋果果實(shí)的礦質(zhì)元素含量

由表2看出，可采成熟期到生理成熟期采摘樣品糖心組織中的Ca含量均顯著高于非糖心組織含量，分別是非糖心組織的1.80倍、2.79倍和2.43倍；K含量除生理成熟期外，均為糖心組織高于非糖心組織；Fe、Zn除生理成熟期外，糖心組織含量均比非糖心組織低；Mg含量除食用成熟期外，糖心組織含量均高于非糖心組織；Cu含量在糖心組織和非糖心組織中均隨采收時期變化(可采成熟期至生理成熟期)呈下降趨勢，其中糖心組織含量比非糖心組織含量低。

表2 威寧蘋果果實(shí)不同組織礦質(zhì)元素含量

果實(shí)不同組織礦質(zhì)元素含量的變異程度不同，Ca元素含量的變異程度最大，變異系數(shù)為18.45%，其次為Cu元素含量，變異系數(shù)為16.90%，Mg元素含量的變異程度最小，變異系數(shù)為4.36%。

2.3 果實(shí)礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標(biāo)的典型相關(guān)性

從表3看出，糖心組織中，Ca含量與山梨醇和奎寧酸含量顯著負(fù)相關(guān)，與蘋果酸含量極顯著正相關(guān)；K含量與蔗糖含量極顯著負(fù)相關(guān)，與蘋果酸含量極顯著正相關(guān)，與VC含量顯著正相關(guān)；Fe含量與奎寧酸含量顯著正相關(guān)，與蘋果酸含量顯著負(fù)相關(guān)，與VC含量極顯著負(fù)相關(guān)；Mg含量與山梨醇和奎寧酸含量極顯著正相關(guān)，與蘋果酸和VC含量極顯著負(fù)相關(guān)。

非糖心組織中，Ca含量與果糖含量顯著負(fù)相關(guān)，與蘋果酸含量極顯著正相關(guān)，與VC含量顯著正相關(guān)；Mg含量與蘋果酸和VC含量顯著正相關(guān)；Cu含量與果糖含量極顯著負(fù)相關(guān)，與山梨醇和酒石酸含量顯著負(fù)相關(guān)，與VC含量顯著正相關(guān)；說明不同礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的影響不同，且同一種礦質(zhì)元素在不同果實(shí)組織和品質(zhì)指標(biāo)中所起的作用也不相同。

2.4 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標(biāo)的通徑系數(shù)

2.4.1 果糖 從表4看出，糖心組織中，各元素對果糖含量的影響依次為Mg(1.548)>Fe(-1.206)>K(-0.580)>Cu(0.553)>Zn(0.145)>Ca(-0.047)，Mg為最大影響因子。果實(shí)礦質(zhì)元素含量除通過直接作用引起果實(shí)品質(zhì)的變化外，還通過其他指標(biāo)的間接作用引起果實(shí)品質(zhì)的變化。通過其他因子對果糖含量影響最大的因子是Fe(1.448)，Mg對果糖含量的間接影響也較大，由此看出，糖心組織中對果糖含量影響較大的因子為Fe和Mg。

表4 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量與果糖的通徑系數(shù)

非糖心組織中，各元素對果糖含量影響依次為Ca(-1.784)>Mg(1.252)>K(0.817)>Cu(-0.472)>Fe(0.247)>Zn(-0.008)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對果糖含量影響的最大因子為Mg(-1.894)，Ca的間接影響也較大，表明，非糖心組織中對果糖含量影響較大的因子為Ca和Mg。

2.4.2 山梨醇 由表5看出，在糖心組織中，各元素對山梨醇含量的影響依次為Mg(1.504)>Fe(-0.755)>Cu(0.360)>Zn(-0.206)>Ca(-0.180)>K(-0.148)，Mg為最大的影響因子。通過其他因子對山梨醇含量影響最大的因子是Fe(1.308)，Ca、K、Mg和Cu對山梨醇含量影響較大，Zn的間接通徑系數(shù)較小。表明，在糖心組織中對山梨醇含量影響較大的影響因子是Fe和Mg。

表5 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量與山梨醇的通徑系數(shù)

非糖心組織中，各元素對山梨醇含量的影響依次為Ca(5.103)>Mg(-3.364)>Zn(-2.284)>Cu(-1.621)>K(-1.481)>Fe(0.314)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對果實(shí)山梨醇含量影響最大的為Ca(-5.526)，Mg對山梨醇含量的影響也較大，F(xiàn)e對山梨醇含量的影響較小。說明，在非糖心組織中對山梨醇含量影響較大的影響因子為Ca和Mg。

2.4.3 酒石酸 由表6看出，在糖心組織中，各元素對酒石酸含量的影響依次為Mg(1.600)>Fe(-0.982)>Ca(0.476)>K(-0.430)>Zn(0.970)>Cu(-0.019)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對酒石酸影響最大的因子是Fe(1.361)，Ca、Mg和Cu對酒石酸含量的影響也較大，K和Zn的間接通徑系數(shù)較小。表明，在糖心組織中對果實(shí)酒石酸含量影響較大的影響因子為Mg和Fe。

表6 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量與酒石酸的通徑系數(shù)

非糖心組織中，對酒石酸含量的主要影響因子有Ca、Mg、Zn和Cu。各元素對酒石酸含量的影響依次為Ca(1.874)>Zn(-1.576)>Cu(-1.032)>Mg(-0.957)>K(-0.374)>Fe(0.290)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對酒石酸影響最大的因子為Ca(-2.467)，Cu的間接通徑系數(shù)較小。表明，在非糖心組織中對果實(shí)酒石酸影響較大的影響因子為Ca、Zn和Cu。

2.4.4 奎寧酸 由表7看出，糖心組織中，各元素對奎寧酸含量的影響依次為Mg(1.087)>Fe(-0.154)>Zn(-0.144)>Cu(0.063)>Ca(-0.033)>K(-0.021)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對奎寧酸含量影響的最大因子為Fe(0.933)，Ca、K和Cu對奎寧酸含量的影響也較大，Mg和Zn的間接通徑系數(shù)較小，表明，在糖心組織中對果實(shí)奎寧酸影響較大的影響因子為Fe和Mg。

表7 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量與奎寧酸的通徑系數(shù)

非糖心組織中，各元素對奎寧酸含量的影響依次為Ca(6.715)>Mg(-3.995)>Zn(-3.205)>K(-1.796)>Cu(-1.531)>Fe(0.458)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對含水率影響最大的因子為Ca(-6.743)，Mg和Zn對奎寧酸含量的影響也較大，F(xiàn)e和Cu的間接通徑系數(shù)較小，表明，在非糖心組織中對奎寧酸含量影響較大的影響因子為Ca、Mg和Zn。

2.4.5 蘋果酸 由表8看出，各元素對果實(shí)蘋果酸含量的影響依次為Mg(-0.904)>Fe(0.400)>K(0.394)>Ca(0.150)>Zn(-0.084)>Cu(-0.043)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對蘋果酸影響的最大因子為Fe(-1.102)，Ca、K和Cu對果實(shí)蘋果酸含量的影響也較大，Mg和Zn的間接通徑系數(shù)較小，表明，在糖心組織中果實(shí)蘋果酸含量影響較大的影響因子為Fe和Mg。

表8 威寧蘋果果實(shí)礦質(zhì)元素含量與蘋果酸的通徑系數(shù)

非糖心組織中，各元素對蘋果酸含量的影響依次為Zn(0.770)>Cu(0.649)>Fe(-0.626)>Ca(0.125)>K(0.079)>Mg(0.038)，Zn為最大影響因子。通過其他因子對蘋果酸含量影響最大的因子為Mg(0.758)，Ca、Fe和Mg對果實(shí)蘋果酸含量的影響也較大，K和Cu的間接通徑系數(shù)較小，表明，在非糖心組織中果實(shí)蘋果酸含量影響較大的影響因子為Ca、Fe、Mg、Zn和Cu。

3 討論

蘋果礦質(zhì)營養(yǎng)的含量因其生長的環(huán)境不同而表現(xiàn)出一定的差異，除與光、溫、水、土、氣等環(huán)境生態(tài)因子相關(guān)外，還與品種、砧木類型[14]、栽培管理技術(shù)等因素密切相關(guān)[7]。FALLAHI等[15]研究結(jié)果表明，葉片礦質(zhì)營養(yǎng)與果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性不強(qiáng)，果實(shí)營養(yǎng)分析能擴(kuò)充果樹營養(yǎng)診斷。韓秀梅等[16]認(rèn)為，紅富士蘋果5月和8月的葉片礦質(zhì)元素含量與成熟果實(shí)礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性較高。李寶江等[6]對蘋果果實(shí)內(nèi)Ca、K、P、Mg、Zn和Mn等元素與蘋果風(fēng)味品質(zhì)及耐貯性的關(guān)系進(jìn)行研究表明，Zn與果實(shí)可溶性固形物呈極顯著負(fù)相關(guān)；Ca、K與果實(shí)硬度、比重、耐貯級次及風(fēng)味呈極顯著正相關(guān)，而Mn和Cu正好相反。徐慧等[17]研究表明，磷對蘋果果實(shí)單果質(zhì)量、可溶性固形物含量和果肉硬度的正直接作用相對最大；鎂對果實(shí)單果質(zhì)量的負(fù)直接作用相對最大；氮對可溶性固形物含量、果肉硬度的負(fù)直接作用相對最大；錳對可滴定酸含量具有相對最大的負(fù)直接作用。

研究表明，威寧蘋果果糖含量與糖心組織中各元素含量相關(guān)性不顯著，與非糖心組織中Ca含量顯著負(fù)相關(guān)，與Cu含量極顯著負(fù)相關(guān)；山梨醇含量與Ca含量顯著負(fù)相關(guān)，與Mg含量極顯著正相關(guān)；蔗糖含量與糖心組織中K含量極顯著負(fù)相關(guān)，與非糖心組織中各元素相關(guān)性不顯著；酒石酸與非糖心組織中Cu元素顯著負(fù)相關(guān)；奎寧酸與糖心組織中Ca元素顯著負(fù)相關(guān)，與Fe含量顯著正相關(guān)，與Mg元素極顯著正相關(guān)；蘋果酸與糖心組織中Ca和K含量極顯著正相關(guān)，與Fe含量顯著負(fù)相關(guān)，與Mg含量極顯著負(fù)相關(guān)，蘋果酸與非糖心組織中Ca含量極顯著正相關(guān)，與Mg含量顯著正相關(guān)；VC含量與糖心組織中K含量顯著正相關(guān)，與Fe和Mg含量極顯著負(fù)相關(guān)，與非糖心組織中Ca、Mg和Cu含量顯著正相關(guān)。說明不同礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的影響不同，且同一種礦質(zhì)元素在不同果實(shí)組織和品質(zhì)指標(biāo)中所起的作用也不相同。通徑分析結(jié)果表明：果實(shí)糖心組織和非糖心組織礦質(zhì)元素對果糖直接影響依次為Mg>Fe>K>Cu>Zn>Ca和Ca>Mg>K>Cu>Fe>Zn，對山梨醇直接影響依次為Mg>Fe>Cu>Zn>Ca>K和Ca>Mg>Zn>Cu>K>Fe，對酒石酸直接影響依次為Mg>Fe>Ca>K>Zn>Cu和Ca>Zn>Cu>Mg>K>Fe，對奎寧酸直接影響依次為Mg>Fe>Zn>Cu>Ca>K和Ca>Mg>Zn>K>Cu>Fe，對蘋果酸直接影響依次為Mg>Fe>K>Ca>Zn>Cu和Zn>Cu>Fe>Ca>K>Mg。

4 結(jié)論

糖心組織和非糖心組織中，Mg、Ca和Zn含量對糖酸品質(zhì)的影響較大，生產(chǎn)實(shí)踐中要合理調(diào)控各種礦質(zhì)元素的施肥配比，從而實(shí)現(xiàn)糖心蘋果的優(yōu)質(zhì)高效栽培。