不同灌水量對黑比諾葡萄有機酸積累及成熟期果實品質(zhì)的影響

仇銀生，毛娟，岳圓，馬宗桓

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

葡萄（V.vinifera）屬于葡萄科葡萄屬藤本植物，葡萄果實富含有機酸、維生素等營養(yǎng)成分，具有較高的營養(yǎng)和保健價值，還可以加工為葡萄酒、葡萄干等產(chǎn)品，備受消費者青睞。隨著中國葡萄酒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，釀酒葡萄的栽培面積迅速擴大。甘肅河西走廊作為釀酒葡萄的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，占全國釀酒葡萄栽培總面積的13.8%［1］。武威產(chǎn)區(qū)位于河西走廊東端，屬溫帶干旱地區(qū)，干旱少雨，光照充足，晝夜溫差大，具有種植釀酒葡萄得天獨厚的地理優(yōu)勢和氣候條件［2］。目前，甘肅武威地區(qū)的葡萄種植已大面積推廣滴灌技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在種植玉米［3］、馬鈴薯［4］、小麥［5］、棉花［6］等作物時用滴灌方式不僅可以節(jié)約水資源，而且有利于作物品質(zhì)和產(chǎn)量的提高。Machado等［7］研究得出，灌溉方式的改變不僅可以改變根系的分布、構(gòu)型，而且可以改變根系對水分的吸收和利用效率。苗世成［8］研究認為，滴灌在紅提葡萄中的應(yīng)用可以節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)。張振文等［9］研究表明，在葡萄栽培中，采用滴灌方式進行灌溉，可很大程度上避免水資源的浪費，提高水分的利用效率，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，為葡萄根系的生長提供有利環(huán)境，促進根系向土層深處延伸，增強樹勢，從而提高果實品質(zhì)，增加產(chǎn)量。

糖、酸和酚類物質(zhì)是評價葡萄果實品質(zhì)的重要指標，其含量主要受品種和外界環(huán)境的影響。葡萄是酒石酸型水果，酒石酸和蘋果酸兩者的共同含量大概是在總酸含量的90%以上，除酒石酸和蘋果酸外葡萄果實中還含有比較少量的檸檬酸等有機酸，這些有機酸是影響葡萄果實品質(zhì)及葡萄酒風(fēng)味重要的成分［10］。Wang等［11］研究得出番茄生產(chǎn)過程中，合理的灌水量是限制高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的首要因素之一。劉潔等［12］在靈武長棗中研究發(fā)現(xiàn)，不同的灌水施肥量對果實品質(zhì)有顯著影響，滴灌水肥一體化技術(shù)可顯著提高果實品質(zhì)。沈甜等［13］研究得出，在赤霞珠葡萄栽培中，適度減少灌水量可提高果實的糖酸比，促進果實中單寧和總酚的合成。Genebra等［14］研究得出，水分虧缺可以影響單寧生物合成基因的表達。前人研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果實中可滴定酸的含量會隨著灌水量的減少而降低［15］。武威地區(qū)對黑比諾葡萄合適的灌水量研究較少，因此，本試驗通過研究不同灌水量對葡萄果實中有機酸積累及品質(zhì)的影響，探究武威產(chǎn)區(qū)黑比諾葡萄最佳的灌水量，為釀酒葡萄栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

試驗材料選自武威市林科院黑比諾葡萄，南北行向，樹形為扇形，其田間病蟲害防治按當(dāng)?shù)毓芾碇贫冗M行。試驗處理采用滴灌形式，可以更加準確地控制土壤含水量占田間持水量的（40±5）%（T1）、（60±5）%（T2）、（80±5）%（T3）。在3個處理行分別滴灌1、2、3 m3水，過24 h進行土壤含水量的測定。分別測定0~20、20~40、40~60 cm的土壤含水量，若達到對應(yīng)的值，則在48 h后再次灌溉；若沒有達到對應(yīng)的值，則繼續(xù)灌溉。對照為溝灌，保持土壤含水量占田間持水量的（60±5）%。供試材料皆為長勢一致、中庸、健壯的植株，每個處理為一行，對照為一行。采樣時間分別為坐果期（S1，8月8日）、轉(zhuǎn)色前期（S2，8月24日）、轉(zhuǎn)色中期（S3，9月9日）、轉(zhuǎn)色后期（S4，9月25日）、成熟期（S5，10月11日）。每次取樣挑選生長大小一致的5株葡萄，并分別在植株陰、陽兩個部位各采1串果穗，共取10穗果實，分別在采得果穗上、中、下3個部位隨機選取90粒果實，樣品采集后液氮速凍并置于-80℃冰箱中，用于后續(xù)相關(guān)指標的測定分析，每項指標測定3個重復(fù)。

1.2 有機酸的測定

1.2.1 有機酸的提取方法 葡萄果實去籽去皮后加液氮研磨后準確稱取2 g，加入超純水，定容至10 mL，超聲波提取30 min，4℃10 000 r/min離心10 min，取上清液，用0.22μm水相微孔濾膜過濾至進樣瓶，待測分析，重復(fù)3次。

1.2.2 有機酸的測定方法 參照李玉梅等［16］的方法（略有改動），用美國Waters Acquity Arc高效液相色譜儀測定有機酸的含量。色譜柱為XBridge BEH Amide（4.6 mm×150.0 mm、3.0μm）；流 動 相：20 mmol/L NaH2PO4溶液（用H3PO4將pH調(diào)至2.7）；流速：0.5 mL/min；進樣量：20μL；檢測波長：210 nm；柱溫：30℃；檢測器：2498UV紫外檢測器。

1.3 酸代謝酶的測定

使用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司相關(guān)試劑盒分別測定磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）、檸檬酸合成酶（CS）、順烏頭酸酶（ACO）、蘋果酸脫氫酶（MDH）。

1.4 成熟期果實品質(zhì)指標的測定

可溶性固形物用TD-35手持式數(shù)字折光糖度計測定［17］，可滴定酸用NaOH中和滴定法測定［18］，可溶性糖利用蒽酮比色法測定［19］，單寧和總酚分別用福林-丹尼斯法和福林-肖卡法測定［20］。

1.5 土壤含水量及田間持水量的測定

含水量參照徐愛珍等［21］的方法（略有改動）測定，田間持水量參照袁娜娜［22］的方法（略有改動）測定。

1.6 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 23軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行顯著性分析，Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對果實中有機酸含量的影響

不同灌水量對果實中酒石酸含量的影響如圖1-A所示。從S1到S5時期，3個處理和對照果實中酒石酸的含量變化趨勢一致，呈下降趨勢，從S1到S4時期下降比較明顯。從S4到S5時期，T1和T3有上升的趨勢，而對照的含量趨于穩(wěn)定；T2處理在S5時期果實酒石酸含量顯著低于T1和T3，T2處理在成熟期果實酒石酸含量降至最低，為3.14 mg/g。

不同灌水量對果實中蘋果酸含量的影響如圖1-B所示。從S1到S4時期，各處理果實中蘋果酸的含量變化趨勢一致，均呈現(xiàn)下降的趨勢，從S4到S5時期，T2和T3處理的含量趨于穩(wěn)定，T1和對照反而有上升的趨勢。T2處理在S5時期果實蘋果酸含量顯著低于CK，T2處理在S5時期果實蘋果酸含量降至最低，為2.44 mg/g。

不同灌水量對果實中檸檬酸含量的影響如圖1-C所示。從S1到S5時期，不同處理的果實中檸檬酸的變化趨勢一致，均呈現(xiàn)下降趨勢，從S1到S2時期下降趨勢明顯。T2處理在S5時期果實檸檬酸含量顯著高于其他處理，在S5時期含量為0.09 mg/g。

不同灌水量對果實中草酸含量的影響如圖1-D所示。從S1到S4時期果實中草酸含量的變化趨勢基本相同，均呈下降的趨勢，且S3時期T2、T3和CK處理的果實草酸含量無明顯差異，T1處理的草酸含量最低。從S4到S5時期各處理草酸含量均呈現(xiàn)上升趨勢。在S5時期T2處理的草酸含量是0.58 mg/g，且顯著高于T1和CK的含量。

不同灌水量對果實中抗壞血酸含量的影響如圖1-E所示。從S1到S5時期，抗壞血酸含量均呈“上升-下降-上升”的趨勢。在S1時期，T1、T2和T3處理果實抗壞血酸的含量高于CK。T2處理在S5時期果實抗壞血酸的含量顯著高于T1、T3和CK，T2處理比T1、T3和CK分別高115.85%、140.27%、94.51%。

不同灌水量對果實中奎寧酸含量的影響如圖1-F所示。從S1到S5時期各個時期的不同灌水量的處理之間奎寧酸的變化均呈“上升-下降-上升”的趨勢。在S2時期，T1、T2和CK果實中奎寧酸含量達到峰值，T3處理果實中奎寧酸含量在S3時期達到峰值。在S5時期果實中奎寧酸的含量T2處理顯著高于其他處理。

圖1 不同灌水量對果實酒石酸（A）、蘋果酸（B）、檸檬酸（C）、草酸（D）、VC（E）和奎寧酸（F）含量的影響Figure 1 The effect of different irrigation amounts on the content of tartaric acid（A），malic acid（B），citric acid（C），oxalic acid（D），VC（E），and quinic acid（F）in fruits

2.2 不同灌水量對果實中有機酸代謝酶活性的影響

不同灌水量對果實中NADP-蘋果酸脫氫酶（NADP-MDH）活性的影響如圖2-A所示。從S1到S5時期，T1和T2處理果實中的NADP-MDH的活性呈逐漸上升的趨勢；對照處理果實中的NADPMDH的活性在S1時期后下降，在S2時期逐漸上升；T3處理果實中的NADP-MDH的活性在S3時期下降，在S4逐漸上升。在S5時期果實中，T2處理（981.65 nmol/（min·g）FW）果實中的NADP-MDH的活性顯著高于T3（865.89 nmol/（min·g）FW）和CK（805.91 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量對果實磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性的影響如圖2-B所示。從S1到S4時期PEPC呈現(xiàn)上升趨勢，從S4到S5時期PEPC則呈下降的趨勢，3個處理和對照變化的PEPC活性變化趨勢一致，均在S4時期出現(xiàn)峰值。在果實S5時期PEPC的活性T2處理（50.31 nmol/（min·g）FW）顯著高于CK（37.29 nmol/（min·g）FW）和 T3處 理（35.86 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量對果實檸檬酸合成酶（CS）活性的影響如圖2-C所示。從S1到S5時期，試驗各處理CS活性都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而且在S1時期和S2時期CS的活性大致相同，S4到S5時期CS的活性強弱依次為T2>對照>T1>T3，T2處理的CS（20.45 nmol/（min·g）FW）顯著高于T3（14.01 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量對果實順烏頭酸酶（ACO）活性的影響如圖2-D所示。從S1到S5時期，不同處理下ACO活性都保持“上升-下降-上升-下降”的相同變化趨勢，而且對照和T1處理的ACO活性從S1時期到S5時期都有相同的活性。在S5時期各處理間無明顯的差異。

圖2不同灌水量對果實NADP-MDH（A）、PEPC（B）、CS（C）、ACO（D）酶活性的影響Figure 2 The effect of different irrigation amounts on fruit NADP-MDH（A）、PEPC（B）、CS（C）、ACO（D）enzyme activities

2.3 不同灌水量對果實中有機酸含量和酶活性的相關(guān)性分析

由表1可以看出，不同灌水量的葡萄果實中的有機酸含量和酶活性之間的相關(guān)性，從S1時期到S5時期，果實中草酸含量與PEPC活性呈極顯著負相關(guān)（R2=-0.688**），與CS、NADP-MDH的活性呈顯著負相關(guān)（R2=-0.451*，R2=-0.482*）。酒石酸含量與CS、NADP-MDH活性呈極顯著負相關(guān)（R2=-0.562**，R2=-0.732**），與PEPC活性呈顯著負相關(guān)（R2=-0.511*）。檸檬酸含量與NADP-MDH活性呈極顯著負相關(guān)（R2=-0.719**）。蘋果酸含量與PEPC活性呈極顯著正相關(guān)（R2=0.808**）。VC含量與NADP-MDH活性呈極顯著負相關(guān)（R2=-0.614**）。

表1 不同灌水量對果實中有機酸含量變化和酶活性的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of the changes of organic acid content and enzyme activity in fruits with different irrigation amounts

2.4 不同灌水量對成熟期果實品質(zhì)的影響

由表2可知，成熟期果實中可溶性固形物含量依次為：T2>T1>T3>CK，說明不同灌水量對成熟期果實的可溶性固形物含量有一定的影響，3個處理和對照之間有顯著差異，T1、T2、T3之間無明顯差異，T2處理可溶性固形物含量最高，為24.25%。不同灌水量處理中，T2可滴定酸含量顯著低于T3處理，為0.60 mg/L。不同灌水量對成熟期可溶性糖含量影響較大，T2與T1、T3和CK間有顯著差異，且T2（27.57%）顯著高于T1（23.71%）、T3（23.81%）和CK（21.24%）。不同灌水量對成熟期單寧含量影響較大，含量大小依次為T2>T1>T3>CK。T2處理和T1、T3、CK間有顯著差異。在果實成熟期，總酚含量T2顯著高于其他處理，且與其他處理相比有顯著差異。

表2 不同灌水量對成熟期果實品質(zhì)的影響Table 2 Effect of different irrigation quantity on fruit quality in mature period

2.5 不同灌水量對成熟期果實品質(zhì)的主成分分析

對成熟期葡萄果實的11種品質(zhì)指標數(shù)據(jù)進行主成分分析發(fā)現(xiàn)（表3、4），基于特征值大于1可得出2個主成分，2個主成分所產(chǎn)生的特征值分別為6.98和3.10。第1主成分的方差貢獻率為63.49%，第2主成分的方差貢獻率為28.26%，2個主成分的累積方差貢獻率達到了91.75%，說明2個主成分總體上可以反映這11個指標的所有信息。第1主成分中，可溶性糖、可溶性固形物、單寧等指標有較大的正向量值，可滴定酸、蘋果酸等指標有較大的負向量值；第2主成分中，酒石酸、檸檬酸等指標有正向量值，總酚、蘋果酸等指標有負向量值。

表3 成熟期果實品質(zhì)主成分分析Table 3 Principal component analysis of fruit quality at the mature stage

對不同灌水量成熟期果實品質(zhì)主成分得分評價，得出的果實品質(zhì)綜合評價方程為F品質(zhì)=0.634 95×F1+0.282 58×F2。由表4可以得出，T2處理的葡萄果實品質(zhì)得分最高，各處理果實品質(zhì)得分由高到低依次為T2>T3>T1>CK，由此可以得出T2處理時果實品質(zhì)最好。

表4 成熟期果實主成分得分表Table 4 Principal component scores of fruits at ripening stage

3 討論

研究表明，在葡萄生長發(fā)育過程中，水分是限制葡萄生長和產(chǎn)量形成的重要因素之一，合理的灌水量有利于有機酸的積累［23］。而有機酸的種類及其積累量隨著葡萄的品種和發(fā)育時期的差異而表現(xiàn)不同［24］。在釀酒葡萄中，酒石酸、檸檬酸、蘋果酸等能夠平衡果實的味感，而且味感的質(zhì)量取決于有機酸之間的有機結(jié)合［25］。此外抗壞血酸可以增強葡萄酒的防腐能力［26］。本研究發(fā)現(xiàn)，從坐果期到成熟期，葡萄果實酒石酸、檸檬酸以及蘋果酸含量總體呈下降趨勢，T2處理在成熟期的酒石酸的含量顯著低于T1和T3處理。與牛冬青［27］研究的結(jié)果相近，在‘赤霞珠’葡萄果實中酒石酸、檸檬酸和蘋果酸的含量呈下降趨勢。成熟期果實中有機酸組分從高到低排序為：酒石酸>蘋果酸>奎寧酸>草酸>檸檬酸>抗壞血酸。蘋果酸是漿果中酸的主要成分，酸度較重，屬尖酸，帶有青澀味，它的含量影響葡萄的口味和品質(zhì)［28］。酒石酸參與葡萄酒味感的平衡，影響葡萄酒微生物和物化及顏色穩(wěn)定性，進而影響葡萄酒的陳釀潛力［29］。檸檬酸味道清爽宜人，會持續(xù)刺激味覺，因此檸檬酸含量越高，果實風(fēng)味越好［32］。在轉(zhuǎn)色中期到成熟期過程中，T2處理酒石酸的含量與其他處理和對照之間有顯著的差異，且顯著高于對照，說明滴灌灌溉土壤含水量占田間持水量的（60±5）%可以提高酒石酸的含量，在成熟期，T2處理顯著提高了檸檬酸的含量。趙悅等［24］研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的釀酒葡萄赤霞珠果實中的有機酸含量與產(chǎn)地和氣候相關(guān)，楊春霞等［28］研究得出，在成熟期蘋果酸有所上升，與本試驗結(jié)果有所差異，可能是不同環(huán)境的光照、水分和氣候等因素不同所造成的。T1處理，即滴灌灌溉土壤含水量占田間持水量的（40±5）%和T3處理，即滴灌灌溉土壤含水量占田間持水量的（80±5）%均不能顯著提高果實的有機酸含量，且會降低水分利用效率，過低的水分會影響葡萄植株的生長發(fā)育，影響關(guān)鍵時期相關(guān)酶的活性；過高的水分又會使果實膨大，降低果實中有機酸的含量。

在葡萄果實中有機酸作為細胞中重要的物質(zhì)，支持著細胞中三羧酸循環(huán)、糖酵解等多種生理生化反應(yīng)［33］。Notton等［34］研究得出，在胞質(zhì)中，蘋果酸是由NADP-蘋果酸脫氫酶（NADP-MDH）催化NADPH還原草酰乙酸和磷酸烯醇式丙酮酸羧化合成。成熟期的NADP-蘋果酸脫氫酶（NADPMDH）的活性逐漸上升，T2處理成熟期蘋果酸脫氫酶的活性高于CK和T3。從坐果期到轉(zhuǎn)色后期NADP-蘋果酸脫氫酶（NADP-MDH）與蘋果酸的含量變化一致，在成熟期因為稀釋作用各種酸的含量都是下降的趨勢。在檸檬酸合成和分解的過程中，檸檬酸合成酶（CS）、順烏頭酸酶（ACO）起著重要的作用，檸檬酸合成酶（CS）參與檸檬酸的合成，順烏頭酸酶（ACO）參與檸檬酸的分解，T2處理的檸檬酸合成酶（CS）在成熟期含量上升，且顯著高于其他處理，順烏頭酸酶（ACO）的含量下降，且T2處理顯著高于CK和T1處理，說明T2處理對于檸檬酸的合成有著促進作用。文濤等［35］研究得出，檸檬酸合成酶（CS）活性與檸檬酸含量呈現(xiàn)正相關(guān)，與本試驗結(jié)果一致。

蘇學(xué)德等［36］研究得出，在無核葡萄果實中，隨著灌水量的增大可溶性固形物含量減小，本試驗研究得出，成熟期葡萄果實中，T2處理的可溶性固形物高于T3處理。李磊等［37］研究得出，合理的水分供應(yīng)可以提高可溶性糖、單寧和總酚的含量。本試驗研究得出，T2處理顯著提高了成熟期果實中可溶性糖、單寧和總酚的含量，兩者結(jié)果相同。王童孟［38］研究發(fā)現(xiàn)，可滴定酸隨著灌水量增加表現(xiàn)為增加趨勢，與本試驗結(jié)果相同。在成熟期葡萄果實中，T2處理有利于釀酒葡萄植株生長發(fā)育、促進光合作用提高水分轉(zhuǎn)化率，同時對葡萄果實的品質(zhì)具有顯著的提高作用。滴灌灌溉土壤含水量占田間持水量的（60±5）%處理下釀酒葡萄果實中可溶性糖、單寧、總酚含量增加，總酸含量降低，糖酸比增加，提高了果實品質(zhì)。

4 結(jié)論

通過試驗得出，滴灌灌溉土壤含水量占田間持水量的（60±5）%可明顯提高果實的可溶性固形物、抗壞血酸、檸檬酸以及奎寧酸含量，降低可滴定酸含量，提高果實品質(zhì)，可在葡萄栽培中推廣應(yīng)用。