不同矮化中间砧对嘎啦苹果果实品质的影响

2021-03-15陶茹张天皓吴丹樊淼淼孙鲁龙刘振中高华

甘肃农业大学学报 2021年1期

陶茹，张天皓，吴丹，樊淼淼，孙鲁龙，刘振中，高华

(1.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100；2.成都新朝阳作物科学股份有限公司，四川成都 610000)

苹果是蔷薇科苹果亚科落叶乔木，为世界四大水果(苹果、葡萄、柑桔、香蕉)之冠[1].嘎啦为新西兰选育的中熟新品种，其外观艳丽，香气浓郁，品质优良，深受生产者和消费者的青睐[2].甘肃陇东地区属于我国黄土高原苹果优势产业带之一，该地区具有发展优质苹果的优越条件，嘎啦苹果已在该地区大量种植[3].

目前，世界上苹果栽植的主流方向为矮砧集约栽培，已在陕西、山东等苹果大省大面积示范推广[4].影响苹果果实品质的重要因素之一为砧木，砧木调控果树营养物质的吸收和运输，影响果实生长发育过程中有机物的代谢和积累，因此，亲和性高的砧穗组合果实品质较优异[5].国内外诸多学者在苹果砧穗组合方面，针对树体地下、地上部分做了大量研究与分析[6-7]，但针对不同矮化中间砧对果实内外品质的系统评价不多[8].赵德英等[9]研究发现，嘎啦苹果与SH38中间砧嫁接，根系对K、Mg元素吸收能力较强，与SH1中间砧嫁接，根系对Cu、Fe、Zn元素吸收能力较强，果实品质较好.霍强强等[10]研究发现，在陕西千阳地区，嘎啦/M9-T337砧穗组合在树体生长、果实品质等方面均表现较好.袁仲玉等[11]分析了在甘肃陇东地区适宜长富2号的砧穗组合，结果表明与SH1、SCI中间砧嫁接，可有效控制树体、提早开花结果，丰产性强，果实品质较好.在陇东地区，前人初步筛选出八棱海棠为适宜的苹果矮化栽培基砧，LS和T337中间砧较适宜于嘎啦中秋王等早熟品种，M9、M26、T337等中间砧适宜于富士系晚熟品种[12].研究表明，矮化砧木可提高寒富苹果果实中糖酸含量、糖酸比、甜味指数和风味指数[13]，而关于不同矮化中间砧对嘎啦果实品质的影响研究较少.

本研究为筛选适宜甘肃陇东地区发展的矮化中间砧，选取基砧为新疆野苹果的嘎啦苹果为试材，分析M7、JM7、SCI、SH1、SH6、SH38、M26、T337不同矮化中间砧对嘎啦苹果果实品质的影响.通过测定果实基本生理指标和香气成分，探讨当基砧为新疆野苹果时，不同矮化中间砧嘎啦果实品质的差异，以期为甘肃陇东地区生产高品质的嘎啦苹果提供一定的理论基础，助力该地区苹果产业健康发展.

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料在2018年采集于甘肃省庆城苹果试验站(N 35°0′13″，E 107°54′56″)，海拔1 300 m，年降雨量530 mm，年平均气温9.4 ℃，无霜期150 d.试材为树龄6 a的嘎啦苹果，基砧为新疆野苹果，矮化中间砧为M7、JM7、SCI、SH1、SH6、SH38、M26、T337.其中以生产中应用较多的T337作为对照，8种矮化中间砧均来自于西北农林科技大学白水苹果试验站资源圃.

试验树株行距为1.5 m×4 m，自由纺锤形整枝，栽培条件和管理水平一致，单株负载量控制在35～40 kg/株.每处理选取树势一致、结果量相近的试验树3棵，作为3次重复.于果实成熟期在每棵树不同部位均匀采摘5个果实，每个砧穗组合共采摘15个果实.

1.2 方法

1.2.1 基本指标单果质量[14]：用精度0.1 g的电子天秤称质量；果形指数[14]：用游标卡尺分别测量果实纵径和横径，求其比值的平均值；果实色泽参数[15]：用Minolta CR-400型色差计测定，测量果面的L*、a*、b*(L表示果皮亮度，a表示果皮红绿色度，b表示果皮黄蓝色度)值；果实硬度[16]：用GS-15型水果质地分析仪测定；可溶性固形物[16]：用手持日产ATAGO数显糖度仪测定；可滴定酸[16]：用GMK-835F型苹果酸度计测定.

1.2.2 香气成分测定方法应用顶空固相微萃取法提取果实的香气成分.参照邓瑞[15]的方法，并稍做改动.用研磨机将冻好的果肉磨成粉末.将1 g NaCl、5 g果肉、10 μL内标物(3-壬酮)加入50 mL样品瓶中，锡箔纸封口加盖后放置在磁力搅拌加热板上平衡10 min.将萃取头插入已平衡好的样品瓶中进行吸附40 min后，插入250 ℃的GC进样口，解吸2.5 min后，取出萃取头.果实挥发性成分用GC-MSQP-2010气相色谱-质谱联用仪测定.

1.2.3 香气物质定性与定量未知化合物质谱图经计算机检索同时与NIST05质谱库相匹配，确认各种香气成分，以3-壬酮为内标进行定量.

香气组分含量(μg/kg)=[各组分的峰面积/内标的峰面积×内标浓度(μL/mL)×10 μL]/样品量(g)；每个处理设置3次重复.

香气值(Uo)=某香气成分的含量/香气阈值

1.3 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 21.0软件进行试验数据处理，Duncan’s法进行各处理间的显著性分析.

1.3.1 主成分分析用SPSS分析软件对所测指标降维处理后进行主成分分析，将多个相关指标转换成新的综合指标，通过综合指标得分函数计算出各主成分的得分.

1.3.2 隶属函数分析通过隶属函数法，求出D值.D值为各矮化中间砧嘎啦综合指标评价果实品质的度量值，D值越大，果实综合品质越好.计算公式如下：

(1)

u(xj)=(xj-xmin)/(xmax-xmin)

(2)

1.3.3 聚类分析对各矮化中间砧嘎啦的D值进行系统聚类，根据聚类结果将8种不同矮化中间砧嘎啦的果实品质进行分类.

2 结果与分析

2.1 不同矮化中间砧对嘎啦果实外在品质的影响

2.1.1 果实大小不同矮化中间砧对嘎啦果实大小有一定影响(表1)，M7的单果质量高于对照9.22%，SCI高于对照7.13%，SH6最小且显著降低26.73%；M7的果实纵径和横径优于其他中间砧，SH6显著小于对照；SH6、SH38、T337、SH1的果形指数优于其它中间砧，M7显著低于对照.

表1 不同矮化中间砧嘎啦果实大小Table 1 Different dwarfing interstock Gala fruit size

2.1.2 果实色泽由表2可知，SH6、JM7、M26的果实亮度高于对照且优于其它中间砧；SH1的果皮红绿色度高于对照20.98%；SCI、SH1的果皮黄蓝色度显著比对照提高了22.98%、17.79%.

表2 不同矮化中间砧嘎啦果实色泽Table 2 Different dwarfing interstocks Gala fruit color

2.2 不同矮化中间砧对嘎啦果实内在品质的影响

2.2.1 果实硬度和糖、酸含量由表3可知，在果实硬度方面，SH6显著比对照提高34.26%，其它矮化中间砧高于对照但差异不显著；在可溶性固形物方面，M26显著比对照高了1.59%，SH38显著比对照低了1.43%；在可滴定酸方面，SCI、SH6、M7含量较高，SH38比对照T337含量低了0.11%；在固酸比方面，各矮化中间砧嘎啦果实差异不显著，但以SH38最高.

表3 不同矮化中间砧嘎啦果实硬度、糖酸含量Table 3 Different dwarfing interstock Gala fruit firmness，sugar and acid content

2.2.2 果实香气成分及含量由附表4可知，8种矮化中间砧嘎啦果实中共检测出酯类35种、醛类14种、醇类4种、酸类4种、酮类4种、醚类1种和其它类2种共计64种香气成分.T337、M26、SH38、SH6、JM7、SH1、SCI、M7矮化中间砧嘎啦果实中分别检测出48、47、44、43、43、42、41、40种香气物质.

表4 不同矮化中间砧嘎啦苹果香气成分分析Table 4 Analysis of aroma components of Gala apple fruit on different dwarfing interstocks

续表4 Continuedtable4序号Serialnumber化合物Compounds相对含量/%RelativecontentT337M7JM7SCISH1SH6SH38M26242-甲基-1-丁基乙酸酯1-Butanol,2-methyl-,acetate12.86±0.7714.03±0.5412.8±1.0712.51±0.0912.80±0.4611.33±0.857.59±2.0213.19±0.66252-苯乙醇乙酸酯Aceticacid,2-phenylethylester0.34±0.020.66±0.130.39±0.000.32±0.030.18±0.010.19±0.010.20±0.040.30±0.03262-甲基丁酸2-甲基丁酯2-methylbutyricacid2-methylbutylEster0.19±0.020.22±0.020.19±0.040.14±0.010.19±0.04--0.39±0.0627己酸丙酯Hexanoicacid,propylester------0.18±0.080.55±0.07282-甲基丙酸戊酯Propanoicacid,2-methyl-,pentylester-----0.06±0.010.07±0.01-29己酸异戊酯Isopentylhexanoate--0.07±0.00-----30异丁酸己酯Propanoicacid,2-methyl-,hexylester-----1.10±0.41--31己酸丁酯Hexanoicacid,butylester---4.93±1.263.35±0.423.71±0.01-4.63±0.5332辛基己酸酯Hexanoicacid,octylester----0.36±0.010.52±0.06--33戊酸丁酯Pentanoicacid,butylester---0.07±0.01----34丙酸正丙酯Propanoicacid,propylester-------0.11±0.0035丙酸正戊酯Propanoicacid,pentylester-0.12±0.02-----0.13±0.00醛类Aldehydes36正辛醛Octanal0.16±0.030.22±0.030.32±0.020.26±0.040.43±0.000.48±0.010.16±0.020.17±0.0137己醛Hexanal1.06±0.111.30±0.721.82±0.361.83±0.321.63±0.252.64±0.350.68±0.101.23±0.2838壬醛Nonanal0.28±0.050.36±0.090.43±0.030.39±0.020.67±0.040.72±0.020.27±0.070.34±0.0339癸醛Decanal0.20±0.02-0.20±0.000.18±0.010.34±0.040.35±0.03-0.19±0.0340反-2-辛烯醛2-Octenal,(E)-0.50±0.070.64±0.100.73±0.040.84±0.140.85±0.040.90±0.090.49±0.080.41±0.04415-羟甲基糠醛5-Hydroxymethylfurfural1.56±0.197.32±1.252.97±0.47---7.87±0.861.91±0.20422-十一烯醛2-Undecenal0.08±0.000.12±0.020.12±0.010.16±0.010.17±0.010.17±0.000.09±0.030.12±0.01432-甲基-4-戊醛4-Pentenal,2-methyl-0.15±0.070.20±0.12---0.69±0.08-0.20±0.09442-己烯醛2-Hexenal9.78±0.8510.83±0.998.29±0.888.94±0.479.45±0.7012.12±0.268.34±0.528.04±0.4845(Z)-2-壬烯醛2-Heptenal,(Z)-0.19±0.050.26±0.010.44±0.020.39±0.070.56±0.030.58±0.070.15±0.060.16±0.0346(Z)-2-庚烯醛2-Nonenal,(Z)-0.28±0.020.55±0.040.24±0.010.25±0.000.49±0.040.46±0.090.26±0.040.28±0.0247(E)-2-癸烯醛2-Decenal,(E)-0.11±0.04-0.25±0.020.19±0.010.30±0.010.29±0.010.13±0.010.15±0.0148糠醛Furfural-2.19±0.970.75±0.11---3.33±0.83-49(E,E)-2,4-二己烯醛2,4-Hexadi-enal,(E,E)----0.13±0.050.12±0.020.14±0.01--

续表4 Continuedtable4序号Serialnumber化合物Compounds相对含量/%RelativecontentT337M7JM7SCISH1SH6SH38M26醇类Alcohols50正己醇1-Hexanol5.48±0.506.17±1.396.00±0.726.61±0.087.11±0.687.95±0.534.71±1.194.25±0.63512-甲基丁醇1-Butanol,2-methyl-0.81±0.390.72±0.25------521-丁醇1-Butanol0.18±0.03-------532-甲基-1-丁醇1-Butanol,2-methyl-,(S)-0.41±0.31-0.32±0.180.29±0.020.28±0.050.35±0.020.53±0.09-酸类Acids54乙酸Aceticacid0.47±0.101.74±0.840.54±0.26---2.95±1.150.27±0.05552-甲基丁酸Butanoicacid,2-meth-yl-0.18±0.020.36±0.010.47±0.05--0.12±0.00-0.44±0.0856甲酸Formicacid-1.00±0.49----1.75±0.47-574-己烯-1-醇,醋酸4-Hexen-1-ol,acetate----0.50±0.010.43±0.04--酮类Ketones581-辛烯-3-酮1-Octen-3-one0.15±0.030.20±0.030.24±0.010.19±0.030.33±0.020.32±0.030.11±0.020.14±0.0159(E)-6,10-二甲基-5,9-十一烷二烯-2-酮5,9-Undecadien-2-one,6,10-dimethyl-,(E)-0.13±0.01-0.14±0.010.08±0.000.15±0.010.13±0.02-0.12±0.0260甲基庚烯酮5-Hepten-2-one,6-methyl----0.20±0.020.30±0.000.33±0.050.08±0.02-614,4-2甲基-3-苯基-2,5-环己二烯-1-酮2,5-Cyclohexadien-1-one,4,4-dimethyl-3-phenyl----0.16±0.00-0.10±0.02--醚类Ethers62六乙二醇单十二醚Hexaethyleneglycolmonododecylether0.17±0.050.19±0.060.16±0.08--0.17±0.020.16±0.070.19±0.04其它Others63草蒿脑Estragole8.14±0.405.65±0.558.29±0.207.80±0.236.25±0.305.81±0.036.04±0.297.49±0.1864D-(+)-松三糖水合物Melezitose------0.41±0.13-

不同矮化中间砧嘎啦果实香气总含量差异显著，总含量依次为M26(2 491.78 μg/kg)> SH38(2 119.82 μg/kg)> JM7(1 919.22 μg/kg)> T337(1 547.81 μg/kg)> SCI(1 530.42 μg/kg)> M7(1 478.99 μg/kg)> SH1(1 149.20 μg/kg)> SH6(1 056.96 μg/kg).

8种矮化中间砧嘎啦果实中共有香气成分为乙酸己酯、乙酸丁酯、2-甲基-1-丁基乙酸酯、己醛、2-己烯醛、正己醇、1-辛烯-3-酮、草蒿脑等24种.各矮化中间砧嘎啦果实中特有香气成分为：1-丁醇(T337)；己酸异戊酯(JM7)；戊酸丁酯(SCI)；异丁酸己酯(SH6)；D-(+)-松三糖水合物(SH38)；丙酸正丙酯(M26).

不同矮化中间砧嘎啦果实在各类香气总含量上差异显著(图1)，M26的酯类含量显著比对照T337高了70.50%；SH38、M7、M26的醛类含量显著高于对照T337；JM7、SCI、SH1、SH6的酮类含量显著高于对照T337；SH38的酸类含量显著高于对照T337；在醇类、醚类、其它类含量上，各矮化中间砧嘎啦较对照均无显著差异；在SH1中间砧嘎啦果实中未检测到醚类物质，在SCI中间砧嘎啦果实中未检测到酸类、醚类物质.

图1 不同矮化中间砧嘎啦果实各类香气物质含量Figure 1 The contents of various aroma substances in the fruit of different dwarfing interstocks

2.2.3 果实特征香气种类及含量果实感官风味取决于各香气物质的风味阈值，根据香气阈值和香气值来衡量香气强度[17]，香气值为某香气成分含量与香气阈值的比值.香气值大于1的化合物为特征香气，特征香气对整体香气的贡献率较高，香气值越大，则该化合物的呈香度越高，通过查阅已发表的香气物质阈值[18]，确定不同矮化中间砧嘎啦果实特征香气成分(表5).

表5 不同矮化中间砧嘎啦果实特征香气Table 5 Characteristic aroma of different dwarfing interstock Gala fruits

M26中间砧嘎啦果实特征香气有8种，为乙酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸戊酯、2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、己醛、壬醛；JM7、T337、SH38特征香气有7种，缺少丙酸丁酯；SCI、SH1特征香气有6种，缺少丙酸丁酯、丙酸己酯；M7、SH6特征香气有5种，缺少丙酸丁酯、2-甲基-丁酸丁酯、丙酸己酯.8种矮化中间砧嘎啦果实在特征香气种类和含量上都存在显著差异.

2.3 主成分分析

用SPSS分析软件对所测数据进行主成分分析(表6)，提取4个主成分，特征值分别为5.855、4.328、2.721、1.362，贡献率(解释方差)分别为36.593%、27.048%、17.007%、8.513%，累积贡献率达89.161%.表明，这4个主成分能够反映不同砧穗组合间果实品质的差异.

表6 主成分特征值Table 6 Principal component characteristic values

由主成分载荷矩阵(表7)可知，单果重、果实纵径、果实横径、果实硬度、L*值为第1主成分，其他类香气、酯类、a*值、醇类、b*值为第2主成分，酮类、醛类、醚类、酸类为第3主成分，可溶性固形物、可滴定酸为第4主成分.

表7 主成分初始因子荷载矩阵Table 7 Principal component initial factor load matrix

2.4 隶属函数分析

在各主成分综合得分基础上，用公式(2)计算各综合指标的隶属函数值，再利用公式(1)求各矮化中间嘎啦苹果的D值.D值可综合性评价果实品质的优劣，反映各矮化中间砧对果实品质的差异影响，D值越大，果实品质越好.8种矮化中间砧嘎啦果实中，M26的D值最大为0.74，JM7的D值次之，为0.610，SH6、SH1的D值最低，为0.291和0.217.表明，M26、JM7矮化中间砧的嘎啦果实品质最好；SH6、SH1果实品质较差.

表8 8种矮化中间砧嘎啦的综合指标值、权重、隶属函数值、D值及综合评价Table 8 Comprehensive index value，weight，membership function value，D value and comprehensive evaluation of 8 dwarfing intermediate anvi ‘LS’

2.5 聚类分析

采用组间连接法对不同矮化中间砧嘎啦的D值进行系统聚类，建立谱系图(图2).聚类分析结果显示8种矮化中间砧嘎啦果实品质划分为2类：第1类为M26、M7、JM7、T337、SCI；第2类为 SH1、SH38、SH6.

图2 8种矮化中间砧嘎啦果实品质聚类图Figure 2 The clustering diagram of the quality of eight dwarfing intermediate roots Gala fruits

3 讨论

大量研究表明，嫁接品种的正常生长、开花结果、果实产量的高低、品质的优劣都与砧木有关.砧木作为疏导系统，会影响果实激素和矿质营养的运输与积累，进而决定果实品质的优劣[19-20].

赵玲玲等[21]研究表明，不同砧穗组合的红将军苹果以八棱海棠砧木和M26中间砧木的果实最大，以 MM106自根砧木的果实最小.本研究中，M7中间砧嘎啦果实最大，SH6中间砧的果实最小.可能是因为不同矮化中间砧内源激素含量不同，改变果实细胞的数量，从而决定了果实的大小和着色程度[22].

赵同生等[23]比较了不同矮化中间砧下宫崎短枝富士的果实品质，以SH6单果质量最大，SH3的果形指数、着色指数最高.本研究中，以SH6、SH38的果形指数较大，SH6、JM7、M26果实亮度较高，SH1的果皮红绿色度较高，SH1、SCI果实果皮黄蓝色度较高.决定苹果色泽的主要因素有花青苷、叶绿素、胡萝卜素及可溶性碳水化合物[24-25].且不同砧木影响花色素苷合成过程中PAL、CHI和UFGT霉活性，影响花色苷的合成[26]，这可能是导致不同矮化中间砧嘎啦苹果着色程度不一的主要原因.

不同接穗遗传型以及不同砧木对无机营养的吸收能力均有差异，不同砧穗组合无机养分的吸收及传递也不相同，砧木可调控相关离子的吸收和向地上部运输能力，改变地上部的矿质营养，从而改变果实内在品质[27].赵玲玲等[21]分析了不同砧穗组合红将军的果实品质，M26中间砧的果实硬度、VC含量、可滴定酸含量等指标均为最高，且香气物质种类也最多.张秀芝等[28]分析了M26、SH中间砧、M9-T337自根砧、乔砧4种砧木的果实品质，以矮化砧苹果果实较大，糖度较高，综合品质较优.本研究中，以SH6硬度最大，M26可溶性固形物含量最高，SH6、SCI可滴定酸含量最高.果实品质指标各有大小，与前人研究结果相近但略有不同.可能是因为不同砧木对不同形式的氮素反应不同，矮化砧木的木质部赤霉素与细胞分裂素类激素受氮素影响较为明显，从而影响嫁接苹果果实糖酸含量和矿质元素的积累[29].

随着生活水平的提高，衡量果实品质的另一关键因素为香气成分[30].于年文等[31]等在6种砧穗组合的寒富苹果中共检测出酯类、醇类等32种香气物质，果实香气的种类、含量受不同砧穗组合影响显著，寒富/M7、寒富/GM256/山定子砧穗组合果实中特征香气种类多且含量高，寒富/M7组合有利于果实特征香气的合成，对提高果实品质有益.王海波等[32]研究表明，采用M26中间砧嫁接泰山嘎拉苹果，果实中醛类、酯类和香气总量显著高于仅使用八棱海棠嫁接.刘俊灵等[33]在嘎啦果实中共检测出49种香气成分，有乙酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸戊酯、2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、2-甲基-丁酸己酯、己醛、2-己烯醛9种特征香气.本研究中，8种矮化中间砧嘎啦果实中共检测出香气物质64种，酯类物质种类占54.69%.T337香气物质个数最多为48种，SH38醛类物质总含量最高，SH1酮类物质总含量最高，M26的香气总含量、酯类物质总含量、特征香气个数均表现为最高.不同矮化中间砧嘎啦果实特有香气成分为1-丁醇(T337)、己酸异戊酯(JM7)、戊酸丁酯(SCI)，异丁酸己酯(SH6)，D-(+)-松三糖水合物(SH38)，丙酸正丙酯(M26).共检测出乙酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸戊酯、2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、己醛、壬醛8种特征香气.各矮化中间砧在特征香气上存在明显差异，M26最多有8种，T337、JM7、SH38有7种，SCI、SH1有6种，M7、SH6有5种，本试验结果与前人研究结果基本相似.嘎啦果实香气主要以醛类、醇类和酯类等3种为主，密切相关的酶分别为醇酰基转移酶、乙醇脱氢酶和脂氢过氧化物裂解酶等，在成熟过程中也是这3类物质相互转换的过程，而酶活性的变化速率对这3类物质的转化进度起到重要作用[34].李天忠等[35]研究表明，不同砧木吸收无机营养的能力以及向地上部运输营养的速率存在较大的差异，从而影响上述3种酶的活性，这可能是不同矮化中间砧嘎啦果实香气差异较大的主要原因，具体影响机理还有待进一步深入研究.

果实品质优劣由多个数量和质量性状共同决定，以上单项指标用来评价果实品质的好坏是片面的[36].本研究利用主成分、隶属函数以及聚类分析对指标进行综合分析，以期更准确地评价各砧穗组合嘎啦的果实品质.根据主成分分析结果，从16项指标中提取出4个主成分，累积贡献率达89.161%，结果较理想，可描述原变量的绝大部分信息.综合来看，嘎啦/M26、JM7/新疆野苹果组合的果实品质较好，可为甘肃陇东地区提供一定的参考价值.嘎啦/T337、SCI、M7/新疆野苹果组合果实品质次之，嘎啦/SH38、SH6、SH1/新疆野苹果组合果实品质较差，SH系砧木在甘肃陇东地区的推广需综合考虑如抗寒性、抗旱性等其他因素.