不同pH值5-氨基乙酰丙酸溶液对日光温室克瑞森无核葡萄着色和品质的影响

刘连玲,孙军利,赵宝龙，常心怡，何 旺

(石河子大学 农学院/特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室，新疆 石河子 832000)

新疆地处亚欧大陆腹地，具有适合发展葡萄产业的丰富的水土光热资源，目前葡萄种植面积占全国的25%以上，是我国葡萄生产的优势产区[1]。克瑞森无核为欧亚种晚熟葡萄品种，成花率高，丰产性好。但常由于负载量过大或管理不当而发生着色不良、果实品质降低现象，导致难以销售或售价不高，严重影响种植户的积极性和园艺产业的发展，所以生产上常通过使用一些外源物质来提高果实品质，例如林玲等[2]研究表明,外源赤霉素可以提高果实的部分内在品质；董燕梅等[3]研究表明，外源紫外线-C(UV-C)照射可促进总糖含量增加,有机酸含量降低，叶绿素含量增加，导致果实的内在品质提高；王鹏等[4]发现，对美乐和赤霞珠葡萄进行叶面喷硒可以提高其果实品质。5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，ALA)是一种含氧和氮的碳氢化合物，它是所有卟啉化合物的共同前体，牵涉到光合作用与呼吸作用，是植物天然存在的、植物生命活动必需的、代谢活跃的生理活性物质[5]。高晶晶等[6]研究表明，在生长季节喷施低浓度ALA可以提高苹果果实内外品质。谢荔[7]在转色期对巨峰葡萄进行不同质量浓度的ALA处理，发现100 mg/L的ALA可以显著促进其果实品质的提高。张梦燕等[8]研究发现，100 mmol/L的ALA处理可以显著提高克瑞森葡萄花青素含量，改善葡萄品质。根据有关文献报道，ALA的固体在常温下是比较稳定的，在实际应用中是以溶液形式使用的，但其在一定生理pH值的溶液中，表现不稳定[9]。同时ALA在高浓度(100 mmol/L)的水溶液中不稳定，需要即配即用[10]。初始浓度、环境温度以及pH值均会影响ALA的水溶液稳定性，其中，pH值是影响ALA稳定性最显著的因素[11]。为了探讨ALA溶液的稳定性是否会直接影响其生理活性和作用效果，进而影响果实着色，以克瑞森无核葡萄为试验材料，研究不同pH值的ALA处理对其果实着色以及果实品质的影响，分析ALA的稳定性与其促进着色和提高果实品质之间是否存在相关关系，为在葡萄生产上更科学地推广应用ALA提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料与处理

供试材料选取石河子农业科学研究院葡萄研究所示范基地日光温室种植的欧亚葡萄品种克瑞森无核，4年生，水平连叠式棚架栽培，东西行向，株行距0.5 m×3.5 m。分别于克瑞森无核果实膨大期(6月18日)、转色期前(7月2日)、转色期(7月12日)选择架势、长势和负载量均相似的葡萄植株15株，每株随机选取大小一致、发育良好、无病虫害的果穗挂牌标记，分别用清水(pH=7.0)及pH 值分别为5.5、6.0、6.5、7.0的100 mmol/L的ALA溶液喷施葡萄叶片及果穗。从最后一次处理之日起，各处理每隔5 d取样一次，共取样6次，分别记为d5、d10、d15、d20、d25、d30。取样时随机从各处理植株上采4穗带标签果穗，作为4次重复。样品采集后，用于测定葡萄果实品质和色泽指标。

1.2 果实品质的测定

果实可溶性固形物含量测定采用折光仪；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[12]；可滴定酸含量测定采用NaOH滴定法；果皮叶绿素与类胡萝卜素含量测定采用丙酮/乙醇(1∶1)混合提取法[13-14]；果皮花青素含量：采用1%盐酸-甲醇溶液浸提法进行提取，紫外分光光度计进行测定[15]。

1.3 果实色泽指标的测定

果实色泽指标采用WR-10手持色差计测定，各处理果穗中随机选取15粒长势均匀一致的果实，测定每个果实赤道部位的色泽指标：果面色泽明亮度(L*)、颜色组分(a*、b*)，通过公式计算色泽饱和度(C*)、色度角(h°)，最终通过L*、C*计算葡萄果实着色指数(CIRG)，重复3次。其中，L*值越大，亮度越大；颜色组分a*、b*分别代表红绿、黄蓝色差指标；C*值越大表示其果面色泽越鲜艳，着色效果越好；h°代表颜色综合指标，从0—180依次为紫红、红、橙、黄、黄绿、绿、蓝绿色，其中，h°=0为紫红色，h°=90为黄色，h°=180为黄绿色；CIRG表示果实的外观色泽，CIRG<2表现为黄绿色，2≤CIRG<4表现为粉红色，4≤CIRG<5表现为红色，5≤CIRG<6表现为深红色，CIRG≥6表现为蓝黑色[16]。

1.4 数据分析

用RStudio软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实着色的影响

由图1可知，经不同pH值的ALA处理后，果实开始提前着色，并且pH值为5.5的ALA在d5时已经着色均匀，而此时清水对照着色度最小。与对照相比，经不同pH值的ALA处理的果实均提前达到均匀着色。

2.1.1 色泽参数a*、b*值 如图2A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的a*值呈逐渐上升的趋势，说明果实红色逐渐加深。不同时期各ALA处理的a*值均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了a*值的升高，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，pH值为5.5的ALA处理在d10时，以及pH值为6.0、6.5、7.0的ALA处理在d15时，a*值均已基本达到稳定，比对照的a*值提前10 d或5 d。

图1 不同pH值的ALA处理后克瑞森无核葡萄果实色泽变化Fig.1 Color change of Crimson seedless peel after treatment with ALA at different pH values

如图2B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的b*值呈逐渐下降的趋势。不同时期各ALA处理的b*值均明显低于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了b*值的下降。其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，pH值为5.5的ALA处理在d10时，以及pH值为6.0、6.5、7.0的ALA处理在d15时，b*值均已基本达到稳定，比对照的b*值提前10 d或5 d。

图2 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实色泽参数a*和b*值的影响Fig.2 Effect of different pH values of ALA on the variation ofa*andb*values of Crimson seedless fruits

2.1.2 色泽参数L*、h°值 如图3A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的L*值呈逐渐下降的趋势。果实亮度逐渐变暗。不同时期各ALA处理的L*值均明显低于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了L*值的下降，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，pH值为5.5、6.0的ALA处理在d15时，以及pH值为6.5、7.0的ALA处理在d20时，L*值均已基本达到稳定，比对照的L*值提前10 d或5 d。

如图3B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的h°值呈逐渐下降的趋势。果实逐渐趋近紫红色。不同时期各处理的h°值均明显低于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了h°值的下降，加速果实转红，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，pH值为5.5的ALA处理在d10时，以及pH值为6.0、6.5、7.0的ALA处理在d15时，h°值均已基本达到稳定，比对照的h°值提前10 d或5 d。

图3 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实色泽参数L*、h°值的影响Fig.3 Effect of different pH values of ALA on the variation ofL*andh° values of Crimson seedless fruits

2.1.3 色泽参数C*、CIRG值 如图4A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的C*值呈逐渐上升的趋势。不同时期各ALA处理的C*值均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了C*值的升高，使得果实容易着色。其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。

如图4B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的CIRG值呈逐渐上升的趋势。果实颜色越趋近红色。不同时期各ALA处理的CIRG值均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了CIRG值的升高，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，pH值为5.5的ALA处理在d10时，以及pH值为6.0、6.5、7.0的ALA处理在d20时，CIRG值均已基本达到稳定，比对照的CIRG值提前15 d或5 d。

图4 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实色泽参数C*、CIRG值的影响Fig.4 Effect of different pH values of ALA on the variation ofC*andCIRGvalues of Crimson seedless fruits

2.2 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实品质的影响

2.2.1 叶绿素和类胡萝卜素含量 如图5A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果皮叶绿素含量经短暂升高后呈下降趋势。不同时期各ALA处理的叶绿素含量均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了葡萄叶绿素的降解，有利于果实着色，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，除对照外，其余ALA处理组的叶绿素含量在d20时已基本达到稳定。与对照相比，d30时pH值为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理叶绿素含量分别下降53.21%、46.69%、39.04%、35.17%。

如图5B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果皮类胡萝卜素含量经短暂升高后呈下降趋势。不同时期各ALA处理的类胡萝卜素含量均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了葡萄果皮类胡萝卜素的降解，有利于果实着色。其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，除对照外，其余ALA处理组的类胡萝卜素含量在d20时已基本达到稳定。与对照相比，d30时pH值为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理类胡萝卜素含量分别下降37.95%、5.63%、12.26%、52.89%。

图5 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果皮叶绿素和类胡萝卜素含量的影响Fig.5 Effects of different pH ALA on the content of chlorophyll and carotenoids in the peel of Crimson seedless grape

2.2.2 可溶性固形物和可滴定酸含量 如图6A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果实可溶性固形物含量呈逐渐上升趋势。不同时期各ALA处理的可溶性固形物含量均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了可溶性固形物含量的升高，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，除对照外，其余ALA处理组的可溶性固形物含量在d20时已基本达到稳定，而对照的可溶性固形物含量仍在持续增加，说明不同pH值的ALA处理可以促进果实加速成熟。与对照相比，d30时pH值分别为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理的可溶性固形物含量分别增加16.57%、12.98%、9.23%、5.39%。

如图6B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果实可滴定酸含量均呈逐渐下降趋势。不同时期各ALA处理的可滴定酸含量均明显低于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了可滴定酸含量的下降，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，除对照外，其余ALA处理组在d25时可滴定酸含量已基本趋于稳定，而对照仍持续下降。与对照相比，d30时pH值分别为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理可滴定酸含量分别下降28.41%、28.18%、19.89%、10.23%。

图6 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实可溶性固形物和可滴定酸含量的影响Fig.6 Effect of different pH values of ALA on the content of soluble solids and titratable acids in Crimson seedless fruits

2.2.3 花青素和可溶性糖含量 如图7A所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果皮花青素含量呈逐渐上升的趋势。不同时期各ALA处理的花青素含量均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速葡萄果皮花青素含量的升高，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，除对照外，其余ALA处理组的花青素含量在d25时已基本达到稳定，而对照仍保持增加趋势。与对照相比，d30时pH值分别为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理花青素含量分别增加29.72%、27.69%、18.51%、18.08%。

如图7B所示，随着葡萄果实的不断发育，各处理的果皮可溶性糖含量呈逐渐上升趋势。不同时期各ALA处理的可溶性糖含量均明显高于对照，说明不同pH值的ALA处理均加速了葡萄可溶性糖含量的升高，其中，pH值为5.5的ALA促进作用最明显。此外，与对照相比，d30时pH值分别为5.5、6.0、6.5、7.0的ALA处理可溶性糖含量分别增加40.94%、32.98%、27.05%、14.57%。

2.3 pH值为5.5的ALA处理下克瑞森无核葡萄各指标之间的相关性分析

由图8所示，pH值为5.5的ALA处理中，花青素含量与各色泽指标之间均存在显著或极显著的相关关系，其中，与a*、C*、CIRG值之间存在显著的正相关关系，与L*、b*、h°值之间存在显著的负相关关系。说明在果实的发育过程中，各个色泽指标的变化均会影响果皮花青素含量。各色泽指标与可溶性糖、可滴定酸以及可溶性固形物含量之间存在极显著或显著的相关关系。其中，a*值与可溶性糖含量之间存在极显著的相关关系，说明果实颜色越红，果实的含糖量越高。C*值与可溶性固形物含量之间存在极显著的相关关系，与可滴定酸含量之间存在极显著的负相关关系，说明果实着色度可以间接反映果实的成熟度。

图7 不同pH值的ALA对克瑞森无核葡萄果实可溶性糖和果皮花青素含量的影响Fig.7 Effects of different pH values of ALA on the content of soluble sugar and anthocyanin in the seedless fruits of Crimson

*表示相关系数在0.80～0.90；**表示相关系数在0.91～0.97；***表示相关系数在0.98～1.00；横纵坐标表示各指标的具体数值范围*Indicates that the correlation coefficient is between 0.80 and 0.90;**indicates that the correlation coefficient is between 0.91 and 0.97;***indicates that the correlation coefficient is between 0.98 and 1.00；The horizontal and vertical coordinates represent the specific numerical range of each indicator

3 结论与讨论

不稳定性是ALA在液体状态下一个非常突出的性质。体外无酶催化时，ALA在碱性条件下会自发二聚合生成2,5-二羟吡嗪,并且在氧气充足时进一步脱氢生成2,5-吡嗪。同时温度、浓度、pH值等都是影响其稳定性的重要原因[17]。pH值是影响ALA稳定性最显著的一个因素，有研究表明，在pH值为9.5、8.5、7.5、6.5、5.5下，分别有64%、58%、24%、3.1%、0.01%的ALA在24 h后分解[11]。本试验在研究pH值对ALA稳定性影响的基础上，还进一步在葡萄上进行了ALA的稳定性在其利用过程中是否会影响其生理作用的验证。本试验结果表明，不同pH值的ALA处理后，与对照相比，色泽参数a*、C*、CIRG值加速升高，L*、b*、h°值加速下降，并且提前达到稳定。其中，pH值为5.5的ALA促进效果最显著。可见，ALA溶液的稳定性会直接影响其作用效果。pH值为5.5的ALA处理相比其他处理稳定性较大，作用时间较长，被植物利用的效率较高，使得果实颜色由绿转红的速率加快，着色度增加。

有研究表明，叶绿素含量的提高为捕获更多的光能奠定了基础，而类胡萝卜素含量的提高则有效地保护光合机构的结构和功能[18]。同时这两者的提高为更多的同化产物向果实中的运转奠定了物质基础，但这两者对花青素的合成又有一定的干扰或屏蔽作用[19]，但在本试验中花青素含量增加的同时，叶绿素含量也在增加，这可能是因为ALA处理更多地促进了叶绿素的合成，进而使叶片光合作用增强，使得光合产物葡萄糖含量增加，最终使花青素含量增加。因此，考虑叶绿素降解与花青素形成的关系时可更多地从叶绿素降解物对花青素形成的活化作用、蛋白质降解、氨基酸及糖的增加、次生代谢增强等过程入手，而与两者之间是否存在相互转化无关[20]。除此之外，pH值会影响花青素的稳定性，并且pH值越低，花青素越稳定[21]，所以在研究不同pH值的ALA溶液对花青素的影响时，除了ALA对花青素的作用外，可能也存在pH值对花青素稳定性的影响。

糖作为常见调节因子，能够调节一些参与光合作用、糖代谢和花青素合成等的信号表达[22]。同时糖、酸、可溶性固形物都是衡量果实品质和果实转熟的重要指标。本研究表明，不同pH值的ALA处理后，与对照相比，葡萄果实中的可溶性糖、可溶性固形物以及果皮中花青素、叶绿素以及类胡萝卜素含量均显著升高，果实中可滴定酸含量显著下降，并且提前5 d或10 d达到稳定，表明ALA可能是通过促进果实提前成熟来促进果实品质提高的。这与张梦燕[23]与谢荔[7]在夏黑和巨峰葡萄上的研究结果类似。本研究还发现，花青素含量与各色泽指标之间存在显著或极显著的相关关系，同时可溶性糖含量与色泽指标之间也存在显著的相关关系，进一步说明可溶性糖含量越高，花青素含量生成速率越快，果实越容易着色。这与朱春钊等[24]的研究结果一致。