不同中间砧‘寒富’苹果钙素动态及果实品质比较分析*

张艳珍，赵德英，周江涛，陈艳辉，解 斌，杨 安，张海棠，程存刚

（中国农业科学院果树研究所，辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城 125100）

‘寒富’是辽宁省栽培范围最广的苹果品种，且栽培面积仍在不断增加[1]。‘寒富’耐寒性强、果个大、丰产、稳产等，但生产中常出现果实钙素失调而诱发的苦痘病、水心病等生理病害[2]。钙在果实中的积累主要依赖于木质部运输，与树体其他部位相比，果实的蒸腾速率较低，运输速率也很慢[3]。此外，果实中钙浓度过高，会导致细胞毒性、细胞壁过硬和发育异常[4]；当钙供应不足或运输受阻时，就会导致局部钙缺乏，导致膜破裂、细胞壁解聚[5]。因此，钙的供应和运输对果实发育至关重要。

嫁接涉及维管束再连接，不同砧穗组合间连接状态存在差异[6]。中间砧本身运转特性以及砧穗组合间的连接状态均影响植株的输导能力[7-8]。近年来，众多学者针对砧木种类与植株钙素营养、果实品质的关系进行了研究。Kidman 等[9]研究表明，与其他砧木相比，以‘99 Richter’为砧木的葡萄叶柄和花粉钙含量较高。赵静等[10]通过研究中间砧对‘黄金梨’矿质元素的影响发现，以‘K11’为中间砧的接穗叶片钙含量显著高于‘OHF51’‘OHF97’等中间砧‘黄金梨’。李民吉等[11]研究发现，以‘G935’为砧木的‘宫藤富士’单果重和果形指数显著高于其他苹果品种。王红平[12]比较了不同矮化中间砧对‘长富2 号’果实品质的差异发现，以‘Y-1’为中间砧的果实硬度和可溶性固形物含量显著高于以‘SH1’和‘B9’为中间砧的。此外，苹果年周期中不同生长发育阶段对钙的需求量也不相同[13]，而关于‘寒富’果实钙含量以及累积量动态变化尚鲜见报道。

因此，本试验选用‘SH38’‘SH6’‘SH1’‘SH40’‘GM310’‘GM256’等抗寒性较强的矮化中间砧，研究不同中间砧‘寒富’钙动态变化、累积情况以及果实品质差异，以期筛选出在冷凉气候苹果产区应用推广的钙转运高效型中间砧，为冷凉气候苹果生产区适宜矮化砧木的筛选提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019 年4—11 月在中国农业科学院果树研究所前所试验基地进行。供试苹果品种为‘寒富’，中间砧分别为‘SH38’‘SH6’‘SH1’‘SH40’‘GM310’‘GM256’，基砧均为组培山定子。每个中间砧品种选取长势和负载量一致的树6 株，2 株为1 个小区，重复3 次，采用常规统一管理方式。土壤pH 值为6.1，有机质含量14.5 g/kg，速效氮含量86.3 mg/kg，速效磷含量42.5 mg/kg，速效钾含量126.3 mg/kg。

1.2 试验方法

（1）取样。分别于花后45、60、80、100、120、140、160 d（果实成熟期）采集叶片和果实样品，按照随机取样原则，每株树从树冠东南西北4 个方向外围营养枝上采取第5～7 片叶，共20 片，并选取无明显病虫害、无创伤的果实10 个，立即运回实验室。

（2）测定。钙含量，将果实沿两侧果肩中部对角线切开，取皮下果肉。叶片洗净、擦干，于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，过80 目筛。果样或叶样用H2O2-H2SO4法混合消化，用电感耦合等离子体发射光谱仪（iCAP 6200，英国赛默飞世尔科技公司）测定钙含量。

果实品质，使用TA-HDplus 物性分析仪测定果实硬度，使用PAL-1 手持测糖仪测定可溶性固形物含量，可滴定酸含量用酸碱滴定法测定，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，维生素C 含量用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

1.3 数据计算与统计分析

不同时期果实累积钙对总钙的贡献率（%）=（果实钙累积量/成熟期果实钙累积量）×100

果实累积量=钙含量（DW）×单果重（FW）×（1-果实含水量）

固酸比=可溶性固形物含量/总酸含量

糖酸比=可溶性糖含量/总酸含量

使用Microsoft Excel 2016 软件进行数据整理及绘图，使用SAS 进行方差分析。通过Matlab 编写算法进行果实品质综合评价，主要步骤如下：先将‘寒富’果实各品质指标实测值归一化处理，消除量纲不同所造成的影响，之后通过主观层次分析和客观熵权分析分别得到权重，再依据博弈论原理，求得各指标的最终权重，最后依据Topsis 综合评价模型评价不同中间砧‘寒富’的果实品质。

2 结果与分析

2.1 不同中间砧‘寒富’叶片钙浓度变化

叶片钙含量变化可反映树体的钙素吸收运转情况。由图1 可知，生育期内，各中间砧‘寒富’叶片的钙浓度均呈上升趋势。花后45 d，钙浓度范围为13.7～16.9 g/kg；花后100 d，钙浓度范围为14.4～23.4 g/kg；花后160 d，钙浓度范围为18.4～30.7 g/kg。各中间砧‘寒富’叶片钙浓度在生长初期差异较小，以‘GM310’为中间砧的稍高，其次是以‘GM256’‘SH38’‘SH40’为中间砧的，以‘SH6’和‘SH1’为中间砧的浓度最低。随生育期的延长，各中间砧‘寒富’叶片钙浓度均呈上升趋势。花后160 d，叶片钙浓度按中间砧排序依次为‘GM310’＞‘GM256’＞‘SH40’＞‘SH6’＞‘SH38’＞‘SH1’，以‘GM310’为中间砧的‘寒富’叶片钙浓度比以‘SH1’为中间砧的高39.98%。此时，‘SH40’‘GM256’‘GM310’间存在显著差异，三者与‘SH38’‘SH6’‘SH1’间亦存在显著差异，但‘SH38’‘SH6’‘SH1’间无显著差异。

图1 不同中间砧‘寒富’叶片钙浓度变化

2.2 不同中间砧‘寒富’果实钙浓度变化

果实中钙含量可影响果实品质。由图2 可知，各中间砧‘寒富’果实钙浓度变化趋势一致，果实膨大期，钙浓度迅速降低，之后缓慢下降。各中间砧‘寒富’果实钙浓度差异在花后45 d 明显。以‘GM310’为中间砧的‘寒富’钙浓度最高，为2.27 g/kg，其次是以‘SH40’为中间砧的，钙浓度为2.15 g/kg，之后按中间砧排序依次是‘GM256’‘SH6’‘SH1’，‘SH38’钙浓度最低，仅为以‘GM310’为中间砧的62.96%。各中间砧‘寒富’果实钙浓度下降趋势一致，下降幅度不同。以‘SH40’为中间砧的‘寒富’果实钙浓度下降幅度最大，为75.38%，以‘GM256’为中间砧的下降幅度最小，为61.41%。成熟期‘寒富’果实钙浓度按中间砧排序依次为‘GM256’＞‘GM310’＞‘SH40’＞‘SH1’＞‘SH6’＞‘SH38’，以‘GM256’为中间砧的果实钙浓度比以‘SH38’为中间砧的高38.56%。此时，以‘GM256’‘GM310’‘SH6’‘SH38’为中间砧的‘寒富’果实钙浓度间均存在显著差异。

图2 不同中间砧‘寒富’果实钙浓度变化

2.3 不同中间砧‘寒富’果实钙累积量与吸收时期

由图3 可知，花后45 d 时，以‘GM310’为中间砧的‘寒富’果实钙累积量最多，占总累积量的48.89%，其次是以‘SH40’‘SH38’‘SH1’‘SH6’为中间砧的，以‘GM256’为中间砧的最少，仅为总累积量的27.32%。花后60 d 时，6 种中间砧‘寒富’苹果果实钙累积量均在50%以上，以‘SH40’为中间砧的‘寒富’苹果所占比率最高，为70.72%。钙累积量以花后0～60 d 较大，各中间砧‘寒富’果实钙累积量在10.02～16.79 mg，占全年吸收钙比率的52.54%～70.20%，随后的果实钙累积动态因中间砧种类而不同。花后120～160 d，钙累积量在1.71～6.11 mg，占总累积量的8.96%～23.68%。果实成熟期，以‘GM256’为中间砧的‘寒富’果实钙累积量显著高于其余中间砧的，为25.83 mg，以‘SH38’为中间砧的累积量最少，为18.35 mg。

图3 不同中间砧‘寒富’生育期内果实钙累积情况

2.4 不同中间砧‘寒富’果实品质差异

砧木对果实品质形成具有重要的调控作用。由表1可知，各中间砧‘寒富’果实品质存在差异。以‘SH38’‘GM256’为中间砧的‘寒富’单果重显著高于其他中间砧‘寒富’。以‘SH6’为中间砧的‘寒富’果形指数最大，其次为以‘SH38’‘SH1’‘SH40’为中间砧的，以‘GM310’‘GM256’为中间砧的最小。以‘GM256’‘SH1’为中间砧的‘寒富’果实可溶性固形物含量在15.00%以上，但二者差异不显著；其次为以‘SH40’‘GM310’为中间砧的，分别为14.37%、13.77%；以‘SH6’‘SH38’为中间砧的可溶性固形物含量显著低于其他中间砧的，分别为13.37%和13.33%。各中间砧‘寒富’果实可滴定酸含量差异显著，按中间砧排序依次为‘GM310’＞‘SH38’＞‘GM256’＞‘SH1’‘SH6’＞‘SH40’。各中间砧‘寒富’果实可溶性糖含量与可溶性固形物含量基本一致，以‘GM256’为中间砧的比以‘SH38’‘SH6’为中间砧的高41.72%。此外，以‘GM256’为中间砧的‘寒富’果实维生素C 含量高达8.16 mg/kg，显著高于其他中间砧‘寒富’；以‘SH40’‘SH6’‘SH38’‘SH1’为中间砧的维生素C 含量分别为6.26、6.14、5.44、5.37 mg/kg，相互间差异未达显著水平。固酸比和糖酸比是评价果实风味的关键因子。以‘SH40’为中间砧的‘寒富’果实固酸比最高，达41.93；以‘GM256’为中间砧的‘寒富’果实糖酸比最高，为21.39。以‘GM256’为中间砧的‘寒富’果实硬度最大，为12.36 kg/cm2；以‘GM310’‘SH40’‘SH1’‘SH6’为中间砧的次之，为10.77～11.44 kg/cm2；以‘SH38’为中间砧的果实硬度为9.07 kg/cm2，显著低于其他中间砧的。各中间砧‘寒富’果实单果重、果形指数、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、可溶性糖含量、维生素C 含量、固酸比、糖酸比的变异系数分别为2.99%、3.83%、9.91%、6.34%、5.36%、15.08%、16.20%、8.95%和13.25%。目前，消费者对于品质的要求日益提升，但‘寒富’果实单一品质指标最优的中间砧不尽相同，因此，果实综合评价指标的建立至关重要。

表1 不同中间砧‘寒富’果实品质

2.5 不同中间砧‘寒富’果实品质综合评价

由于果实品质各指标最优值的‘寒富’中间砧各不相同，因此需要综合分析。

采用主观层次分析法[14]的分析结果为，果实糖酸比权重最高，达0.282 6；其次为固酸比和单果重，权重分别为0.188 5 和0.119 0；可溶性糖含量、可溶性固形物含量与可滴定酸含量权重相同，均为0.094 1；硬度和维生素C 含量权重较低，分别为0.056 5 和0.047 2；果形指数权重最低，仅为0.023 8。

通过客观熵权法[15]得到果实维生素C 含量权重高达0.129 4；其次为单果重，权重达到0.127 2；可溶性固形物含量权重为0.125 2；糖酸比含量权重为0.115 7；可滴定酸含量权重为0.113 9；硬度权重为0.100 8；可溶性糖含量权重为0.096 4；果形指数权重为0.096 0；固酸比权重仅为0.095 5。

由于‘寒富’果实品质各指标权重在主观层次分析法与熵权法中截然不同，依据博弈论原理，通过组合赋权得到综合权重[16]。糖酸比权重最高，为0.279 9；其次为固酸比，权重达0.187 4；单果重权重达0.120 6；可溶性固形物含量权重为0.096 1；可滴定酸含量权重为0.095 8；可溶性糖含量权重为0.095 2；硬度权重为0.058 6；维生素C 含量权重为0.050 5；果形指数所占权重最低，仅为0.026 5。

依据Topsis 近似理想法[17]，从果实综合品质考虑，确定‘寒富’果实品质综合评价值按中间砧排序由高到低为‘GM256’（0.674 7）、‘SH1’（0.671 2）、‘GM310’（0.670 8）、‘SH40’（0.670 3）、‘SH6’（0.668 8）、‘SH38’（0.668 5）。

3 结论与讨论

植株的生育阶段是体内代谢活动阶段性在形态上的反应[18]，各生长期，不同器官钙含量不同。叶片是为当年果实生长发育提供并积累矿质养分的重要源器官。彭婷等[19]研究表明，猕猴桃叶片钙浓度在花后15～110 d 持续升高，此后维持相对稳定；郑伟尉等[20]研究了8 个苹果主栽品种生长季钙含量分析发现，叶片钙浓度均呈上升趋势；而何平等[21]研究发现，富士叶片钙浓度高峰期出现在8 月中旬，且之后钙浓度降低。这可能是因为树种不同而导致的浓度变化趋势产生差异。本研究表明，各中间砧‘寒富’叶片钙浓度呈上升趋势，浓度范围为18.4～30.7 g/kg，以‘GM310’为中间砧的‘寒富’叶片钙浓度最高。

果实中的钙积累主要依赖于木质部液流的速率，受蒸腾作用和生长速率的影响[22]。本试验研究表明，各中间砧‘寒富’果实钙浓度在花后45～80 d 迅速下降，下降幅度为37.91%～55.89%，此后钙浓度缓慢下降，钙浓度大幅下降期与果实的迅速膨大期一致。整个生育期，果实均能吸收钙，但钙累积主要集中在花后前60 d，此时6 种中间砧‘寒富’果实钙累积量均在50%以上。这种现象的原因可能是由于东北冷凉地区7 月、8 月太阳辐射较强，气温较高，此时，‘寒富’蒸腾量较大，茎流速率高，钙的运输速率较高[23]。此外，果实中的木质部在发育过程中由于果实快速膨大引起的维管束损伤而变得功能失调[24]，果柄中草酸钙累积阻塞钙在韧皮部运输[25]等原因，造成果实生长后期钙素积累困难。

中间砧可改变根系和接穗之间的输导系统，导致输导能力不同，显著影响钙的吸收和运转[6,8]。赵德英等[26]在研究不同中间砧‘嘎拉’苹果叶片矿质元素含量特征时发现，以‘GM310’为中间砧的叶片钙含量高于以‘辽砧2 号’和‘SH 系’为中间砧的。刘国荣[27]研究表明，以‘SH38’‘SH5’为中间砧的‘红富士’苹果果实内钙含量显著高于以‘M26’‘B9’为中间砧的。本研究结果与刘国荣的研究一致，不同中间砧‘寒富’叶片和果实的钙浓度均存在显著差异，均为以GM 系为中间砧的钙浓度高于以SH 系为中间砧的。其中叶片钙含量最高的是以‘GM310’为中间砧的，比钙含量最低的以‘SH1’为中间砧的高39.98%；果实钙含量最高的是以‘GM256’为中间砧的，比钙含量最低的以‘SH38’为中间砧的高40.76%。

砧木作为输导系统，可影响树体矿质元素以及碳同化物积累，从而影响果实品质。王红平[12]比较了不同矮化中间砧对‘长富2 号’苹果果实品质的差异，发现以‘Y-1’为中间砧的果实硬度和可溶性固形物含量显著高于以‘SH1’和‘B9’为中间砧的。本试验结果表明，不同中间砧‘寒富’果实品质差异显著，各品质指标最优值的中间砧不同。果实硬度按中间砧排序依次为‘GM256’＞‘GM310’＞‘SH40’＞‘SH1’＞‘SH6’＞‘SH38’，与果实成熟期果实中钙含量一致，说明了成熟时果实中的钙含量可有效地保持果实硬度。以‘GM256’为中间砧的‘寒富’果实可溶性糖含量、维生素C含量和糖酸比显著高于其他中间砧的，可滴定酸含量低于‘SH1’‘SH6’‘SH40’3 个中间砧的。以‘SH38’为中间砧的‘寒富’单果重最大，以‘GM310’为中间砧的果实可滴定酸含量高于其他中间砧的。‘寒富’果实综合品质指标按中间砧排序依次为‘GM256’＞‘SH1’＞‘GM310’＞‘SH40’＞‘SH6’＞‘SH38’。果实综合品质排序与果实钙含量及钙累积量排序不完全一致，这也说明果实钙含量可影响果实品质，但并不是唯一因素。

树体供钙能力影响果实中的钙含量，而供钙能力与激素调控、蒸腾作用、砧穗组合等因素有关。本研究重点分析了不同中间砧‘寒富’钙素动态变化，比较了各中间砧对钙的运转能力，同时比较了各中间砧对果实品质的影响，并对综合品质进行了排序，但没有考虑其他因素，存在一定的局限性。今后应开展对果实品质形成造成影响因素的综合性研究，以期通过综合评价筛选出合适的砧木，从而为冷凉地区苹果栽培提供理论依据。