‘赤霞珠’葡萄柱式头状树形构建及果实挥发性物质分析

张光弟，李玉鼎，张彦惠*，张浩宇，俞晓艳，张浩，

（1. 宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2. 大武口区林业技术推广服务中心，宁夏石嘴山 753000；3. 宁夏设施园艺（宁夏大学）技术创新中心，宁夏银川 750021；4. 山东海能科学仪器有限公司，山东德州 201500）

宁夏贺兰山东麓葡萄产区是国家葡萄酒原产地理保护产区，被认为是中国酿酒葡萄最适宜的原料产地之一[1-2]。该产区具有典型大陆性气候特点，即春暖快、夏热短、秋凉早、冬寒长，降雨量少、蒸发强烈，冬季极端低温可以达到-23.4 ℃，在越冬期间低温耦合低的大气湿度易导致葡萄发生枝蔓“抽条”，越冬困难[3]。葡萄冬季埋土防寒是该区典型的越冬规避冻害农艺模式，往往费工耗时，影响生态；同时，该区早春气温变幅大，晚霜冻频繁又极易造成大幅减产[4-5]。多年来，李欣、邓征恩、张光弟等[6-9]在贺兰山东麓葡萄产区采用材料覆盖方式尝试解决葡萄越冬、春季防霜的免埋土栽培问题，开发出了免埋土立式保护仓越冬技术。通过调查仓内外环境温湿度变化特点及规律认为，该保护仓不仅能使葡萄安全越冬，还具有春季防霜的作用[10-11]。

葡萄树形结构是实现立式保护仓覆盖的仓-树耦合关键条件之一。前人研究已经证实，树体的整形方式不仅会影响产量与品质，也显著影响其经济效益[12-13]。

葡萄果实中的挥发物质是评价其品质的重要指标。香味是各种呈味物质通过融合、叠加、掩盖等相互作用的综合表现[14]，同时香味挥发物的产生受种类、品种、栽培条件、成熟度和采后因素的影响[15-16]，甚至同一品种不同产地及砧木均会造成挥发组分的变化[17]。

近年来，挥发组分的气相离子迁移谱（GC-IMS）检测技术是用于多种园艺产品及加工农产品精准辨析、灵敏、直观、快速可视化的高效手段之一，被越来越多的用于农产品品质评价、地理产品辨析等研究中[18-20]，但采用GC-IMS技术分析树形导致的果实挥发组分变化鲜见报道。

本文通过基于立式保护仓越冬及春季防霜‘赤霞珠’葡萄的柱式头状树形构建及其果实的有机挥发组分的GC-IMS分析，旨在指导柱式头状树形的仓-树耦合技术应用，并提出该树形带来的果实挥发组分的变化或对葡萄酒酒质带来的潜在影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 参试品种

7年生‘赤霞珠’葡萄，第5年开始树形改造，由篱架龙干形改成柱式头状形，第2年结果。

1.1.2 立式保护仓

保护仓仓体采用阻燃等级B2、密度为18 kg/m3、厚度3.2 cm的聚苯乙烯保温材料制作。仓体呈圆锥台形，下口直径70 cm、上部直径60 cm、高度60 cm，上台面中部有10 cm×20 cm的长椭圆形仓盖1个。

1.2 方法

1.2.1 树形培养

柱式头状树形的株距1.0 m，行距2.0 m，667m2栽培密度为333株，由篱架龙干改形后第2年结果，667m2栽培密度为200株以上；以篱架龙干形（株距0.5 m，行距3.0 m，667m2栽培密度为444株）为对照。所有参试树体采用浅沟栽培，主干粗度相近，花期进行产量调控，田间常规管理。秋剪时，两树形均为短梢修剪为主。

1.2.2 果实采样

标记邻行两种树形标准树体各3株，在果实成熟期同日从标记树体每株上采收3穗葡萄，放入加冰保温箱中，在室内剪下果粒（不含果蒂）再次混样装入自封口PE袋（0.06 mm），入-18 ℃冰柜冻贮，测试时取混合样果粒打浆，每个样品取3次作为平行样。

1.2.3 果实挥发组分测试仪器与筛选条件

采用FlavourSpec®风味分析仪（G.A.S, Germany）。测试系统筛选条件：气相-离子迁移谱单元，分析时间，25 min；色谱柱类型，FS-SE-54-CB-1 15 m ID:0.53 mm；柱温，60 ℃；载气/漂移气，N2；IMS温度，45 ℃。自动顶空进样单元，进样体积，500 uL；孵育时间，20 min；孵育温度，40 ℃；进样针温度，85 ℃；孵育转速，500 r/min。气相色谱条件见表1。

1.2.4 数据处理

利用机载分析软件，包括LAV（LaboratoryAnalytical Viewer，LAV-Gallery Plot 2.2.0 software ）和3款插件以及GC×IMS Library Search对两种树形葡萄样品挥发组分进行分析。

表1 气相色谱条件Table 1 Gas chromatographic conditions

2 结果与分析

2.1 柱式头状树形构建

2.1.1 柱式头状树形主干培养与越冬扣仓防寒

秋季修剪对原篱架龙干形树体主蔓在距离地面40 cm（直径3～4.0 cm）处平口截干实施截口保护，并使主干直立，建立柱式头状树形的主干；对截干后主干部位出现死亡的应利用主蔓基部萌发的新梢重新培养主干，在单蔓新梢生长至40 cm时反复摘心，增粗主干并利用多副梢快速形成柱式头状树形。对截干主蔓按照越冬树体常规管理，使用3～5 °Be石硫合剂对树体（主干）喷布；灌冬水后在11月底前或土壤开始封冻前扣仓，待仓外环境日平均温度降至0 ℃加仓盖。越冬期间检查仓体确保不出现漏仓现象。

近年来，在贺兰山东麓晚霜结束日有后延和温度趋低趋势，因此晚霜后揭除仓体更有利于保护已萌发新梢的生长与整形。翌年3月下旬，先解除越冬仓体的仓盖；随内外气温的上升，主干隐芽萌发，此期及时抹除距离地面25 cm以内的新梢，对25 cm以上新梢采用霜后留梢分步处理。

2.1.2 整形与生长季树体管理

在仓体揭除后，第一年在树体距离主蔓截干口15 cm以内选留4～6个分布均匀新梢，有利于牵制新梢生长势，形成适宜粗度（0.6～0.9 cm）的结果母枝，确保当年的树势稳定、树形构建和翌年结果，对萌发的其它新梢抹除。新梢生长期，对已保留的4～6个新梢依据空间做适度变位，使其通风透光，确保花芽芽内分化。做好田间土肥水管理，8月初控制水肥，增强新梢木质化。

对截干构建柱式头状树形树体在第1～2年秋季修剪时，控制秋剪后树体总高度在55 cm、头状结果母枝冠幅直径40 cm之内（图1）。

秋剪后对树体喷布3～5 °Be石硫合剂，然后灌足越冬水。待田间可以操作时开始顺行扣仓，使保护仓两边距定植行中心等距，并置于深20 cm、宽0.8～1.0 m的沟内（图2）。机械或人工在扣仓边缘压实土壤10 cm或柔性圈袋压实。

2.1.3 留梢量调整

树势稳定后，对柱式头状树形采用短梢修剪，单株平均剪留5个短梢结果，每个短梢留2个芽眼，按1个结果枝、1个预备枝来计算。假设新梢双穗率100%，每穗为160 g，1个新梢结果量为320 g，5个结果母枝为1600 g，每667 m2产量为533 kg。在能保证双芽萌发率在85%以上，即单株5个结果母枝的10个芽能发出8.5个新梢，667 m2产量则为906 kg。通常，双芽发出的新梢如果预备枝在条件许可时再少量结果，那么667 m2产量很容易增加200 kg，使667 m2产达到1106 kg，通过适当疏留果穗能够控制产量，可得到原料定向质量。与对照相比，柱式头状树体结果部位相对更为集中。

2.2 柱式头状树形果实挥发组分特征

2.2.1 果实挥发性有机物GalleryPlot指纹图谱

采用GC-IMS技术对两种树形果实挥发组分测试分析，无论是从柱式头状（T-ZHUSHI-C）和篱架独龙干（T-QINGGAN-C）树形果实挥发性有机物三维谱图，还是其俯视图中均可以直观看出同一葡萄品种两种树形的挥发性有机物很相似，但存在差异。为了明确具体成分及量化对比，通过选取所有峰区进行GalleryPlot（图3）对比。

从图3中可以看出，两种树形果实样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。图3右上小竖框内中的物质在柱式头状树形‘赤霞珠’果实中的含量更高；右下大框内的物质在篱架独龙干树形的‘赤霞珠’果实中含量更高，包括2-正戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未知物质“50#”等。

2.2.2 果实挥发物质动态主成分聚类分析（PCA）特点

从图4中可以看出，‘赤霞珠’柱式头状（左）与篱架独龙干（右）树形的挥发组分可以聚为两类，充分说明了同一品种、同等立地条件、同一土肥水管理的条件下，只是因为树形变化即可导致果实组分差异。表2中的数据分析进一步说明柱式头状与篱架独龙干树形的挥发物质丰度特点。

表2中数据表明，所有24种物质（含未定性、二聚体）中，柱式头状树形醛类物质总体趋增；增幅物质有12种（含未定性）并以增幅在20%内数量最多，有9种，其中物质增幅15.1%～20%有4种；在增幅物质中，柱式头状树形较篱架独龙干最高达到66.2%（未定性42#）。

同时，柱式头状树形较篱架独龙干树形在一些物质量上也有减少，醇类物质总体趋降；柱式头状树形出现降幅的物质有9种，降幅在20%内数量占到3种，其中降幅10%～15%的1种、15.1%～20%的1种，分别是未定性物质“37#”和乙醇。降幅物质中以杂环类的2-正戊基呋喃为代表，降幅达到-113.8%，也即篱架独龙干树形在2-正戊基呋喃含量上显著高于柱式头状树形。

剔出未定性物质及同类物质的二聚体，在柱式头状树形中有4种醇类物质，2-己烯-1-醇、1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇，其中只有2-己烯-1-醇较篱架独龙干树形增加9.2%，而1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇的降幅分别为47.9%、40.9%、5.5%；在检测到的己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛5种醛类物质中，柱式头状树形较篱架独龙干树形除了在丁醛含量上有9.2%的降低，其余4种醛类物质均有10%～20%的不同程度增加，而其中具有独特的甜味、芳香味和杏仁气味的苯甲醛，增加了19.8%；具有酯香-青草香气的己醛增加了10.3%；正壬醛具有玫瑰香气，增加了19.9%。有芳香味的苯甲酸甲酯又名安息香酸甲酯，有17.4%的增加。柱式头状树形较篱架独龙干树形在3-戊酮物质上仅有1.1%的增幅。

综上所述，树形影响其果实的物质成分和丰度；柱式头状树形果实中的未定性“38#”“42#”物质含量更高，在定性物质中4种类只有2-己烯-1-醇增加；5种醛类物质中己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛，只有丁醛下降，其余上升。在篱架独龙干树形‘赤霞珠’果实中，包括2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性“50#”等含量较柱式头状树形果实更高。

3 讨论与结论

表2 果实挥发物质定性结果Table 2 Qualitative results of volatile matter in fruits

宁夏贺兰山东麓属于葡萄埋土防寒栽培的产区，使用较为普遍的树形是篱架独龙干；李玉鼎等[21-22]曾对斜干上架水平布蔓树形开展研究，来评价树形的负载量与果实品质特点。本文提出的创新构建的柱式头状树形在秋剪后树体总高度在55 cm、结果母枝冠幅直径40 cm之内；经留梢量调整，可使单株定向负载量满足酿造原料的要求。

迟明[23]采用GC-MS技术从‘赤霞珠’单干单臂、单干双臂和单干双层双臂树形的果实中分别检测到39种、33种和26种香气成分；也发现‘玫瑰香’葡萄主要的挥发性香气物质主要是萜类、醛酮类和酯类，且在棚架栽培的葡萄中检测到84种，在篱架栽培的葡萄中检测到65种[24]。本文基于气相离子迁移谱技术对两种树形果实挥发组分分析，柱式头状与篱架独龙干树形相比，挥发组分在2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性的“50#”等含量（丰度）上有所减少，尤其是杂环类具有果香味和青香味[25]的2-正戊基呋喃化合物降幅达到-113.8%，但在C6以上的醛类物质上普遍增加，使其果实赋予有别于篱架独龙干树形不同的香气。柱式头状与篱架独龙干树形挥发物质PCA分析明显聚为两类，这些特点或可作为两种树形原料来源的甄别。

在宁夏贺兰山东麓葡萄产区，为实现立式保护仓对‘赤霞珠’免埋土越冬防冻、春季防霜而创新了柱式头状树形；与普遍采用的篱架独龙干树形比较，柱式头状树形已给果实带来一些挥发物质的显著变化，但其成因和对酒质的潜在影响有待进一步研究。