葡萄果實礦質元素與品質的相關性及通徑分析

和雅妮 奚曉軍 查倩 殷向靜 蔣愛麗

摘要：為了探索礦質營養(yǎng)元素對葡萄果實品質的作用，鑒定影響果實品質的主要礦質營養(yǎng)元素，以上海地區(qū)17個葡萄品種為研究材料，對葡萄果實的8個品質指標和9種礦質元素進行檢測，利用典型的相關性分析和通徑分析方法，對葡萄果實礦質元素含量和果實品質指標之間的通徑系數(shù)和相關性進行分析和統(tǒng)計。結果發(fā)現(xiàn)，與葡萄果實品質指標相比，果實中各種礦質元素的變異系數(shù)差異較大。典型相關分析表明，單果質量、果實硬度、可滴定酸含量與部分礦質元素之間的相關性存在顯著或極顯著相關關系。通過通徑分析發(fā)現(xiàn)，直接影響葡萄單果質量的礦質元素作用大小為鎂（Mg）>錳（Mn）>磷（P）>鉀（K）>鐵（Fe）>鈣（Ca）>氮（N）>鋅（Zn）>銅（Cu），直接影響果實硬度的作用大小順序為P>Mg>Cu>Ca>Fe>N>Zn>K>Mn，直接影響果形指數(shù)的作用大小順序為K>Mg>Cu>P>Fe>Mn>N>Ca>Zn，直接影響可溶性固形物含量的作用大小順序為Mg>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，直接影響可滴定酸含量的作用大小順序為N>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，直接影響維生素C含量的作用大小順序為 Cu>K>N>Mn>P>Fe>Zn>Mg>Ca，直接影響可溶性蛋白含量的作用大小順序為K>Ca>P>Fe>Cu>Mg>N>Mn>Zn，直接影響總酚含量的作用大小順序為Mn>Ca>P>Fe>K>Cu>N>Mg>Zn。以上結果表明，葡萄果實品質的形成受N、P、K、Mg等的影響作用較大，是各個礦質元素協(xié)同調控的綜合結果。

關鍵詞：葡萄;礦質營養(yǎng);果實品質;相關性分析;通徑分析

中圖分類號：S663.101 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0154-07

收稿日期：2021-04-25

基金項目：上海市市級農口系統(tǒng)青年人才成長計劃[編號：滬農青字（2018）第1-12號];國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（編號：CRAS-29）。

作者簡介：和雅妮（1988—），女，河南焦作人，博士，助理研究員，主要從事葡萄營養(yǎng)與品質研究。E-mail：heyani1113@163.com。

通信作者：蔣愛麗，碩士，研究員，主要從事葡萄新品種選育與栽培技術研究。E-mail： putaojal@163.com。

葡萄是我國最主要的果樹樹種之一，其種植面積和生產產量居水果產業(yè)前列，并具有重要的經濟地位[1]。葡萄的果實品質是指滿足消費者需求的各種優(yōu)良性狀總和，對于鮮食葡萄而言，其外觀性狀，比如果實形狀、大小、色澤等，以及內在品質，比如糖、酸、風味等，是人們重點關注的品質特征[2]。隨著現(xiàn)在生活水平的提高，消費者對葡萄品質的要求也越來越嚴格，研究如何提高葡萄的果實品質對順應市場變化、指導葡萄種植具有重要意義。

礦質營養(yǎng)作為基礎的營養(yǎng)物質，對于果樹的生長發(fā)育、產量形成以及果實品質構建具有重要的調控作用[3]。Denise等研究發(fā)現(xiàn)，成熟期的蘋果果實，其含氮（N）量較高時，會使得可溶性固形物的含量降低，可滴定酸的含量增加[4]。鉀（K）含量的提升可以提高葡萄的產量，增加果實中維生素C的含量[5-6]，高K對于提高果實硬度、耐貯性、可溶性固形物含量，以及降低酸含量等均有重要作用[7]。顧曼如等研究表明，鋅（Zn）與果實的色澤、硬度、總酸含量呈正相關，而與可溶性固形物含量呈負相關[8]。張立新等研究發(fā)現(xiàn)，果實的礦質營養(yǎng)一方面可以說明土壤的肥力情況以及蘋果對各元素的吸收利用效率，另一方面還作用于蘋果果實的品質形成和對病蟲害的抵御[9]。筆者所在課題組前期的研究結果表明，相關性分析只體現(xiàn)各個礦質元素對相應果實品質的作用，并不能明確影響品質的關鍵作用因子。而通徑分析則可以通過研究自變量對因變量影響的直接作用和間接作用，為統(tǒng)計決策提供可靠依據[10]，目前此分析方法已在農業(yè)科研領域得到廣泛應用[11-13]。

本研究通過采集上海地區(qū)主栽葡萄品種和優(yōu)新葡萄品種的果實，檢測礦質元素含量和果實品質指標，利用相關性分析和通徑分析的方法，探索葡萄中各個礦質元素之間的相關性，并分析各礦質元素對果實品質的貢獻大小，本研究不僅有助于篩選對葡萄品質有重要作用的礦質元素，也可為實現(xiàn)葡萄生產中施肥科學化和品質優(yōu)良化提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試葡萄品種分別為夏黑、巨峰、巨玫瑰、醉金香、陽光玫瑰、金手指，以及上海市農業(yè)科學院林木果樹研究所培育的優(yōu)良品種申豐、申華、滬培1號、滬培3號、申玉、申雅、申麗、申悅、申怡、申玫、申碩，共17個。試驗材料摘取自上海市農業(yè)科學院葡萄生產園和品種園（30°53′N，121°22′E），避雨設施栽培，采用滴灌灌溉，架式為籬架“V”字形葉幕，其他措施按照正常的生產管理進行。于2018年8月9日至2018年8月20日采摘。每個品種隨機選擇3株葡萄植株，每株摘取5～6穗葡萄，分別從每穗葡萄的不同部位隨機選取果粒，合并后供測定各項指標。

1.2 指標測定

1.2.1 葡萄果實品質的測定 單果質量、果實縱徑和橫徑（果形指數(shù)=縱徑/橫徑）、果實硬度分別用天平、游標卡尺、硬度儀測定。手持折光儀測定可溶性固形物含量，氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸含量;Folin-酚法測定總酚含量[14];維生素C含量的測定方法參考文獻[15]，可溶性蛋白含量的測定方法參考文獻[16]。以上所有指標，每個樣品均重復3次。

1.2.2 果實礦質元素含量測定 礦質元素含量的測定根據文獻[17]的方法進行。將果肉樣品用液氮研磨混勻，取一定量進行烘干稱質量，加入1 mL硝酸（MOS級）過夜浸泡所有材料，沸水煮1 h至溶液無色透明，冷卻至室溫后補充去離子水至14 mL，混勻。利用電感耦合等離子質譜（ELAN DRC-e電感耦合等離子質譜儀，美國Perkin-Elmer公司）測定樣品礦質元素含量。采用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.3 數(shù)據統(tǒng)計分析

采用Excel 2010、SPSS Statistics 19對數(shù)據進行數(shù)據統(tǒng)計、相關性分析和通徑分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄果實品質指標和礦質元素含量

表1顯示了17個葡萄品種的果實品質指標，從表1可以發(fā)現(xiàn)，葡萄品種不同，其果實品質指標存在一定差異。其中變異程度最高的是果實硬度，變異系數(shù)為34.28%;變異程度最小的是可溶性固形物含量，變異系數(shù)為6.46%。

由表2結果可知，礦質元素含量因17個葡萄品種的差異而存在一定區(qū)別。果實的礦質元素變異系數(shù)在17.19%～57.48%之間，差異較大，其中鈣（Ca）和鐵（Fe）的變異系數(shù)較大，N和P的變異系數(shù)較小。大量元素中，含量最多的是磷（P），含量較高的是N、K、鎂（Mg），Ca的含量最低。微量元素中，F(xiàn)e含量最高，銅（Cu）含量較高，Zn和錳（Mn）的含量較低。

2.2 葡萄果實礦質元素與品質指標的相關性分析

為了探索葡萄果實中各種礦質元素之間的相關性，并分析葡萄果實中的礦質營養(yǎng)對果實品質指標的作用，將葡萄果實中的氮（設為x1）、磷（設為x2）、鉀（設為x3）、鈣（設為x4）、鎂（設為x5）、鐵（設為x6）、錳（設為x7）、鋅（設為x8）、銅（設為x9）含量作為一個總體，將果實的品質指標，包括單果質量（設為y1）、果形指數(shù)（設為y2）、硬度（設為y3）、可滴定酸含量（設為y4）、可溶性固形物含量（設為y5）、維生素C含量（設為y6）、可溶性蛋白含量（設為y7）、總酚含量（設為y8）作為另一個總體，利用相關性分析的方法進行統(tǒng)計。由表3可知，葡萄果實的礦質元素之間存在一定的關聯(lián)關系，其中，N與K含量、N與Mg含量、P與K含量、P與Mn含量、P與Zn含量、K與Mg含量、K與Fe含量、Ca與Mg含量、Ca與Fe含量、Ca與Mn含量、Mg與Mn含量、Fe與Mn含量呈極顯著正相關（P<0.01），N與Mn含量、P與Ca含量、P與Mg含量、K與Ca含量、K與Mn含量、Mg與Fe含量、Mg與Cu含量呈顯著正相關（P<0.05）。表4結果顯示，葡萄果實的品質指標與礦質元素含量之間具有密切的相關性，其中，N、Cu含量與可滴定酸含量呈顯著正相關（P<0.05），P含量與果實硬度呈極顯著負相關（P<0.01），Mn含量與單果質量呈顯著負相關（P<0.05），這說明果實品質的構建是在多種礦質元素的作用下共同形成的。

2.3 葡萄果實礦質元素與品質指標的通徑分析

通徑系數(shù)的絕對值大小表示各礦質元素對果實品質的作用大小。葡萄礦質營養(yǎng)與單果質量的通徑分析如表5所示。各礦質元素對單果質量的直接影響大小順序為Mg（0.710）>Mn（-0.630）>P（-0.513）>K（-0.321）>Fe（0.230）>Ca（-0.188）>N（0.144）>Zn（0.055）>Cu（-0.036），其中，Mg、Fe、N、Zn對單果質量的直接貢獻為正值，Mn、P、K、Ca、Cu的直接貢獻為負值。除了直接作用，各礦質元素還可以通過其他自變量間接地影響果實品質，其影響力一般用間接作用通徑系數(shù)來表示。對單果質量間接影響最大的是Mg，主要通過Mn（-0.454）影響單果質量;其次Fe（-0.532）和Zn（-0.337）對單果質量的間接影響較大，分別通過Mn（-0.472）和P（-0.319）作用于單果質量。由此可知，Mg、Mn、P對葡萄的單果質量作用較大。

表6表示葡萄果實礦質元素與果形指數(shù)的通徑分析結果，顯示N、P、K、Mg、Fe、Mn、Cu為直接影響果形指數(shù)的主要礦質元素，其中最大的影響因子為K（-1.200），其次依次為Mg（0.896）、Cu（-0.676）、P（0.664）、Fe（0.390）、Mn（-0.373）、N（0.221），K、Cu和Mn對果形指數(shù)的影響為負值，其他元素的影響為正值。K和Cu對果形指數(shù)的影響分別達極顯著水平和顯著水平。K對果形指數(shù)的間接影響最大，間接通徑系數(shù)為1.005，其次為Mg、Mn、N，且主要是通過K對果形指數(shù)進行間接影響。綜上分析可知，K、Mg、Cu和P是主要影響葡萄果實果形指數(shù)的礦質元素。

表7顯示葡萄果實礦質元素與果實硬度的通徑分析結果，影響硬度的直接通徑系數(shù)順序為P（-0.772）>Mg（-0.516）>Cu（0.340）>Ca（0.304）>Fe（0.228）>N（0.163）>Zn（0.138）>K（0.093）>Mn（-0.072）。其中，對果實硬度的影響為正值的有Cu、Ca、Fe、N、Zn、K，對果實硬度的影響為負值的是 P、Mg和Mn。通過分析間接通徑系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對果實硬度間接影響較大的礦質元素為Zn（-0.471）、Ca（-0.419）、Cu（-0.370）、K（-0.335）、N（-0.303），這幾個元素均主要通過P對果實硬度產生影響。綜合以上結果表明，P是影響果實硬度的主要礦質元素。

葡萄果實礦質元素與可溶性固形物含量的通徑分析結果如表8表示。結果表明，N（0.760）、Ca（0.629）、P（0.298）、Mn（0.227）對可溶性固形物含量的正直接通徑系數(shù)較大，Mg（-0.875）、Fe（-0.460）、Zn（-0.283）、K（-0.232）對可溶性固形物含量的負直接通徑系數(shù)較大。除了Cu對可溶性固形物的間接影響較小，其他元素的間接作用均較大，其中Mg（0.762）、Fe（0.378）、K（0.214）的影響為正值，Ca（-0.634）、N（-0.502）、P（-0.434）、Zn（-0.143）、Mn（-0.139）的影響為負值。

葡萄果實礦質元素與可滴定酸含量的通徑分析見表9。從中可以看出，對可滴定酸含量的直接貢獻大小順序為N（0.712）>Ca（0.561）>Mg（-0.401）>Cu（0.347）>P（-0.247）>Fe（-0.242）>Zn（0.125）>Mn（-0.027）>K（-0.006）。從表9還可以看出，通過其他因子間接作用對可滴定酸含量影響最大的因子是Mg，此外Fe、P、K通過其他因子對可滴定酸含量的影響作用也較大。

葡萄礦質元素與維生素C含量的通徑分析結果如表10所示，影響維生素C含量的礦質元素其直接通徑系數(shù)大小順序為Cu（-0.894）>K（0.528）>N（0.488）>Mn（-0.456）>P（0.312）>Fe（-0.241）>Zn（0.145）>Mg（-0.100）>Ca（-0.079），其中Cu、Mn、Fe、Mg 和Ca 的影響為負值，Cu對維生素C含量具有顯著性影響。Cu對維生素C含量的間接作用最大，其次是Mn、N、K，Mg對維生素C含量的間接影響很小。以上結果表明，Cu、K、N、Mn對維生素C含量的影響較大。

表11表示葡萄果實礦質元素與可溶性蛋白含量的通徑分析結果。結果表明，N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是影響可溶性蛋白含量作用較大的礦質元素，各礦質元素對可溶性蛋白含量直接影響大小順序為K（-0.889）>Ca（-0.704）>P（0.626）>Fe（0.617）>Cu（-0.444）>Mg（0.423）>N（0.313）>Mn（-0.281）。其中P、Fe、Mg、N對可溶性蛋白含量的影響為正值，K、Ca、Cu、Mn對可溶性蛋白含量的影響為負值。對可溶性蛋白含量間接作用影響最大的礦質元素為Fe，其次為K、Mg、P、N，對可溶性蛋白含量的間接通徑系數(shù)影響較小的礦質元素為Zn和Cu。K與P、N、Mg、Fe具有極顯著的相關性，可推測K能通過作用于其他元素進而參與對可溶性蛋白的調控。由此可知，對可溶性蛋白含量影響較大的是K、P、Fe、Mg、N。

表12中對葡萄果實礦質元素與總酚含量的通徑分析結果表明，直接影響總酚含量作用較大的礦質元素有Mn（1.704）、Ca（-1.362）、P（-0.603）、Fe（-0.591）、K（0.372）、Cu（0.335）、N（-0.319）、Mg（0.316），其中Ca和Mn對總酚含量的影響達顯著水平。對總酚含量間接通徑系數(shù)影響較大的元素是Mn、Ca、P、N、Fe，主要是通過Ca或Mn間接發(fā)揮作用。因此對總酚影響較大的元素是Ca和Mn。

3 討論與結論

礦質元素作為果樹生長發(fā)育的重要物質基礎，對果樹的生產產量和果實品質具有重要影響。前人針對礦質營養(yǎng)影響果實品質指標的研究，由于果樹品種不同、樹齡差異、地區(qū)不同、水肥條件以及栽培管理技術等差異，呈現(xiàn)的結果差異較大[18-22]。Denise等研究發(fā)現(xiàn)，果實成熟期含N量高會降低可溶性固形物含量，增加可滴定酸含量， P肥的使用可增加富士蘋果的產量，高K可增加果實色澤，降低果實硬度[4]。本研究結果發(fā)現(xiàn)，N含量與可滴定酸含量呈顯著正相關，與Denise等研究結果一致。但是，本研究結果顯示P含量是影響果實硬度的主要元素，且呈負相關，這一點與Denise等的研究結果存在差異，但與張強等的研究結果[21]相一致。張強等對蘋果園土壤的酸堿性、營養(yǎng)成分以及果實的礦質元素含量進行分析，發(fā)現(xiàn)P含量與果實的可溶性固形物含量和硬度呈負相關關系，Zn、N含量與可滴定酸含量呈正相關關系[21]，本研究結果與之一致。這也說明礦質營養(yǎng)對果實品質的作用受多方面因素影響。

前人對葡萄的礦質營養(yǎng)研究已有部分報道，主要分析營養(yǎng)與肥料如何影響樹體生長發(fā)育、果實發(fā)育、果實品質等方面[23-26]，也有研究對不同礦質元素與果實品質之間的相關關系進行了分析，但是，單一的相關性分析只能反映各個礦質元素對品質的影響，或者分析各礦質元素之間的相關性，而無法明確各個礦質元素在有相關性的條件下，對果實品質指標的作用大小。因此，利用相關性分析和通徑分析研究葡萄果實礦質元素之間的相關性，并分析礦質元素對果實品質的作用，不僅可明確影響果實品質的主要礦質元素，亦有助于指導葡萄的合理施肥和優(yōu)質生產。本研究的通徑分析表明，果實礦質元素對單果質量、果形指數(shù)、果實硬度的直接影響大小順序分別為Mg>Mn>P>K>Fe>Ca>N>Zn>Cu，K>Mg>Cu>P>Fe>Mn>N>Ca>Zn，P>Mg>Cu>Ca>Fe>N>Zn>K>Mn，對可溶性固形物和可滴定酸含量直接影響的大小順序分別為 Mg>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，N>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，對維生素C、可溶性蛋白和總酚含量直接影響的大小順序分別為Cu>K>N>Mn>P>Fe>Zn>Mg>Ca，K>Ca>P>Fe>Cu>Mg>N>Mn>Zn，Mn>Ca>P>Fe>K>Cu>N>Mg>Zn。此結果與前人的研究[21]存在些許差異，可能與地域不同、品種差異以及氣候環(huán)境變化等均有關系。綜上結果表明，葡萄果實的生長發(fā)育和果實品質受多種礦質元素的共同作用，生產中可通過增加K肥施用量，控制P肥施加，減少N肥施加，以實現(xiàn)優(yōu)質果品的生產。

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