海拔和行向对酿酒葡萄果实生长发育及品质的影响

尹海宁，王兆祥，王 琳，曹建宏，王家逵，惠竹梅,3

(1西北农林科技大学 葡萄酒学院，陕西 杨凌 712100；2 香格里拉酒业股份有限公司，云南 香格里拉 674400；3陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100)

云南香格里拉高原葡萄产区位于三江并流区，纬度低海拔高，气候独特。海拔和行向的变化使葡萄园中具有不同的小气候类型，这对酿酒葡萄的生长发育及果实品质有不同程度的影响[1-2]。通常海拔升高会导致温度降低，紫外线辐射和光照增强，昼夜温差也会更加明显，这对果实品质提升有重要作用[3]。行向是调控作物空间布局，影响群体结构的重要因素之一[4]，其除可直接影响葡萄园气候外，还可通过对能量/热量的平衡影响冠层及果实的生理进程[5]。

葡萄为己糖积累型果实，浆果中糖分和花色苷的累积从转色期开始，贯穿于整个成熟过程[6]，气候和栽培条件都会影响葡萄的糖代谢和花色苷的合成。海拔对糖代谢和花色苷合成的影响通常与光照有关，前人的研究表明，随着海拔的升高，光照强度越大，糖分积累越高[7]，特别是葡萄果实中的葡萄糖和果糖含量均得到了明显的提高[8]，且花色苷的积累与曝光量呈正相关[9]。此外，昼夜温差也是影响糖和花色苷积累的重要因素之一[9]。高海拔地区在葡萄果实成熟时温度更低，湿度更高，有利于葡萄中类胡萝卜素含量的提高[10]。海拔对葡萄的成熟过程及风味物质的形成有较大的影响，特别是转色前苯甲酰胺类化合物的生物合成，主要表现为低海拔区葡萄主要香气化合物组分含量较低[11]。海拔也会影响果实粒径，通过发育的不同步性来改变果皮、果肉和种子所占比例，进而影响葡萄和葡萄酒的品质[12-13]。高海拔区葡萄果实体积更大，单果质量更高，种子中的总酚含量也更高[8]。

海拔影响太阳辐射强度，行向则决定了植株对太阳辐射的最终利用率[14]。通过行向的调整，可以增加树冠内部的热量，提高同化效能，增加产量[15]。有研究表明，东西行向葡萄果实果粒体积更大、单粒质量更高[16]，果实可溶性固形物含量较低[17]。同时行向也可以影响葡萄酒中的酚类物质、总花色苷、单体花色苷含量[17-18]，尤其对锦葵素-3-O-葡萄糖苷、黄酮醇及黄烷醇等物质影响显著[18]。由此可见，海拔和行向均会对葡萄果实的生长发育及品质产生影响，但目前国内关于葡萄园海拔和行向对葡萄生长发育及品质的综合影响还鲜有报道。为此，本研究以酿酒葡萄赤霞珠为研究对象，在3个不同海拔高度的葡萄园，研究了东西和南北2个种植行向对葡萄基本品质、花色苷及非花色苷酚类物质含量的影响，探讨海拔和行向对酿酒葡萄生长发育的调控作用，以期为高海拔低纬度地区酿酒葡萄品质的提高提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

试验在云南省迪庆州德钦县香格里拉酒业葡萄示范园进行。选择3个不同海拔高度的葡萄园，分别为低海拔西当(98°50′19″E，28°27′24″N；海拔约为2 047 m)、中海拔斯农(98°48′07″E，28°29′36″N；海拔约为2 208 m)、高海拔东水(104°04′59″E，38°39′28″N；海拔约为2 387 m)；同一海拔内，分别选取东西行向和南北行向栽培的相邻地块，以2000年定植的18年生酿酒葡萄赤霞珠为试材，采用单干双臂篱架栽培，株行距为1 m×1.6 m，常规管理。分别在花后11，12，16和18周等4个时期，采用“Z”字型采样方法，每一行向随机在阴面和阳面各选取5个点，每点取1穗果实，并将同一行向两面果粒充分混匀放入-40 ℃冰箱保存备用。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 生长发育指标 随机选取100粒葡萄果实，采用数显游标卡尺测定横纵径，采用电子天平称单粒质量，重复3次,结果取平均值。

1.2.2 品质指标 随机选取100粒葡萄果实揉碎过滤取汁，采用数显糖度计测定可溶性固形物含量，采用斐林试剂热滴定法测定还原糖含量，采用氢氧化钠滴定法(参照GB/T 15038-2006)测定可滴定酸含量，重复3次，结果取平均值。

1.2.3 酚类物质含量 花色苷的提取参照Stefano等[19]的方法。总花色苷含量的测定采用pH示差法，结果用锦葵色素-3-O-葡萄糖苷表示；成熟期果实(花后18周)单体花色苷和非花色苷酚类物质含量采用HPLC-ESI-MS方法[20]测定；参照中国农业大学建立的“葡萄与葡萄酒中酚类物质HPLC-UV-MS/MS指纹谱库”，结合保留时间对样品中的酚类物质进行定性分析，以二甲花翠素葡萄糖苷为外标物制作标准曲线，所检测的花色苷类物质含量均以二甲花翠素葡萄糖苷计。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2016进行统计与处理，用IBM SPSS Statistcs 20进行单因素方差分析，用Duncan’s新复极差法(P<0.05)进行差异显著性分析，采用Origin pro 9.1绘图。

2 结果与分析

2.1 海拔和行向对葡萄果实生长发育的影响

由图1可知，在果实生长发育过程中，东西行向葡萄果实横纵径和单粒质量均高于南北行向，且随着海拔高度增加，果实横纵径呈逐渐增大的趋势，单粒质量也相应提高。此外，南北行向横纵径变化较大，东西行向则变化较小，且随海拔升高，果实体积呈逐渐减小的趋势。

东西行向；南北行向；圆圈大小代表果粒质量的大小EW orientation;NS orientation;Circle size represents berry weight

2.2 海拔和行向对葡萄果实品质的影响

2.2.1 可溶性固形物含量 从图2可以看出，在葡萄果实生长发育过程中，其可溶性固形物含量逐渐增加，在花后12～16周处于快速增长阶段，16～18周增长趋缓，尤其在高海拔的东水葡萄园，果实可溶性固形物含量增长幅度较小。在果实成熟期(为花后16～18周，下同)，西当和斯农葡萄园南北行向与东西行向葡萄的可溶性固形物含量差异均不显著，东水葡萄园行向间存在显著差异，且南北行向可溶性固形物含量较东西行向分别增加了5.44%(花后16周)和17.80%(花后18周)。

东西行向；南北行向；图柱上标不同小写字母表示同一时期不同行向之间差异显著(P<0.05)。下图同EW orientation;NS orientation;Different lowercase letters represent significant difference at same sampling time among different orientation at P<0.05.The same below

2.2.2 还原糖含量 从图3可以看出，在葡萄生长发育过程中，果实的还原糖含量逐渐增加。花后11周，高海拔的东水葡萄园南北行向果实还原糖含量积累较快，达到200 g/L左右，较东西行向几乎提高了1倍；中海拔斯农南北行向花后11周还原糖含量也显著高于东西行向，低海拔西当此时则差异不显著。除斯农葡萄园外，成熟期西当和东水葡萄园南北行向果实的还原糖含量均显著高于东西行向，特别是东水葡萄园花后16，18周分别提高了17.76%和15.79%。

图3 海拔和行向对葡萄果实还原糖含量的影响Fig.3 Effects of altitude and row orientation on reducing sugar content in berries

2.2.3 可滴定酸含量 海拔和行向对葡萄果实可滴定酸含量的影响见图4。

图4 海拔和行向对葡萄果实可滴定酸含量的影响Fig.4 Effects of altitude and row orientation on titratable acid content in berries

由图4可以看出，花后11～18周，随发育进程的延续，3个海拔葡萄园葡萄果实的可滴定酸含量均逐渐降低，其中以中高海拔的斯农和东水葡萄园变化较大，斯农东西行向可滴定酸含量下降了73.13%，南北行向下降了68.02%；东水东西行向下降了74.10%，南北行向下降了72.10%；均表现为东西行向下降幅度大于南北行向。花后11～12周，3个葡萄园东西行向可滴定酸含量均显著高于南北行向，花后18周不同行向间均无显著差异，说明随着果实的生长发育，不同行向间可滴定酸含量的差异呈逐渐减小趋势。

2.3 海拔和行向对葡萄果实总花色苷含量的影响

由图5可以看出，葡萄果实总花色苷含量的变化在不同海拔和行向间差异较大。在西当和斯农葡萄园，花后11～12周南北行向果实总花色苷含量显著高于东西行向；花后16～18周东西行向与南北行向之间总花色苷含量无显著差异。东水葡萄园果实总花色苷含量东西行向始终高于南北行向，且随发育进程的延续，南北行向与东西行向总花色苷含量的差异逐渐增大，表现为花后11～12周无显著差异，花后16～18周有显著差异。总体来看，成熟期总花色苷含量在中低海拔行向间差异不显著，高海拔行向间差异显著；且花后18周低海拔南北行向总花色苷含量较高，中高海拔东西行向总花色苷含量较高。

图5 海拔和行向对葡萄果实总花色苷含量的影响Fig.5 Effects of altitude and row orientation on total anthocyanin content in berries

2.4 海拔和行向对葡萄果实单体花色苷含量的影响

花后18周葡萄果实中15种单体花色苷含量测定结果见表1。表1显示，在15种单体花色苷中，以非酰化花色苷含量较高，酰化花色苷含量较低，海拔和行向对单体花色苷种类无影响。在3个葡萄园中，中高海拔的斯农和东水非酰化花色苷总量较高，且东西行向显著高于南北行向；低海拔的西当非酰化花色苷总量最低，且南北行向显著高于东西行向。酰化花色苷总量则在3个葡萄园中表现出较强的一致性，均表现为南北行向高于东西行向，且以中海拔的斯农含量最高；其中花青素-3-O-(6-O-香豆酰化)-葡萄糖苷在3个葡萄园中均表现为东西行向显著高于南北行向。

表1 海拔和行向对葡萄果实单体花色苷含量的影响Table 1 Effects of altitude and row orientation on monomer anthocyanin content in berries mg/kg

表1(续) Continued Table 1

2.5 海拔和行向对葡萄果实非花色苷酚类物质含量的影响

花后18周葡萄果实非花色苷酚类物质的测定结果见表2。表2显示，从花后18周葡萄果实中共检测出了17种非花色苷酚类物质，其中以黄酮醇类物质含量最高，占比在90%以上(斯农葡萄园东西行向除外)，黄烷醇类和羟基苯甲酸类物质含量较低。除斯农葡萄园外，西当和东水葡萄园南北行向黄烷醇类总量均显著高于东西行向，分别提高了100.15%和27.25%；黄酮醇类物质总量则是东西行向显著高于南北行向，分别提高了21.66%和11.53%。儿茶素含量在3个葡萄园中均表现为东西行向高于南北行向；表没食子儿茶素没食子酸酯含量则在不同海拔和行向间差异较小，说明海拔和行向对其影响均较小。总体来看，中海拔斯农葡萄园果实非花色苷酚类物质总量高于西当和东水葡萄园，且南北行向总量显著高于东西行向，提高了62.70%，西当和东水葡萄园则是东西行向高于南北行向。

表2 海拔和行向对葡萄果实非花色苷酚类物质含量的影响Table 2 Effects of altitude and row orientation on non-anthocyanin phenolic content in berries mg/kg

3 讨论与结论

云南香格里拉地区太阳辐射较强，且辐射强度随海拔升高而增大[21]，充足的光照有利于果实的成熟，较强的紫外线辐射对葡萄果实的着色十分有利[22]。本研究表明，较高海拔的斯农和东水在花后18周酰化和非酰化花色苷含量均较高;此外，葡萄果实横纵径和单粒质量比低海拔的西当也得到了相应提高，除光照因素外，降雨量也可能是关键因素之一。有研究表明，高海拔可以通过增强果实中糖代谢酶活性进而提高可溶性糖含量[23]。本研究发现，高海拔地区南北行向葡萄花后11周还原糖含量比中低海拔区有较大提高，花后18周间不同海拔差异较小。通常，葡萄园中温暖的气候会加速果实成熟[11]，香格里拉地区平均海拔2 000 m左右，温度随着海拔的升高而降低，因此果实横纵径和单粒质量在低海拔的西当增长较快，而在高海拔的东水增长较慢。高海拔温度较低，花后11周，中高海拔温度较低，可滴定酸含量更高，这与Regina等[8]在巴西南部高海拔(1 150 m)地区的研究结果一致。海拔对葡萄果实中单体花色苷和非花色苷酚类物质的组成无影响，对其含量则有不同程度的影响，这与蒋宝等[24]的研究结果一致。本试验中较高海拔的斯农和东水区域葡萄的酰化和非酰化花色苷总量均有提高，且中海拔花色苷含量提高幅度较大；非花色苷酚类物质中黄烷醇类含量也以斯农和东水较高。说明高海拔有利于葡萄果实中酚类物质含量的提高。

不同行向的栽培模式下，树冠上层叶片和外围叶片对下层和内膛叶片的遮荫不同，且相邻两行树冠的相互遮荫存在差异，导致植株的光照不同，也造成了行向间温度的差异，从而影响果实的产量和品质(包括果实大小、色泽、糖分含量等)[25-26]。本试验中东西行向葡萄果实横纵径和单粒质量均高于南北行向，且从花后11～18周变化较小，这可能是因为东西行向温度较高，果实发育较早。研究表明，在一天当中，东西行向日均光照强度大于南北行向[27]。植株间的透光率，除中午前后，其他时间均是东西行向比南北行向高，气温和地温的情况也类似[25,28]。此外，东西行向叶片光合能力更强，气孔导度和蒸腾作用也更强[5]。但可溶性固形物含量和还原糖含量则总体表现为东西行向低于南北行向，有研究认为，南北行向总光照时长大于东西行向[26]，积累的光合产物更多[5]，且昼夜温差大的行向可能更有利于糖分的积累。东西行向可滴定酸含量较高，对于糖高酸低不平衡的产区可能更有利。Bergqvist等[29]对东西行向栽培的赤霞珠研究表明，葡萄果实花色苷含量起初随着果穗的曝光而增长，随着曝光时间的延长，花色苷含量下降，这与本试验中花后16～18周西当东西行向的研究结果一致，且东西行向下降幅度大于南北行向，因此花后18周西当南北行向总花色苷含量高于东西行向，这与Giacosa等[30]的研究结果一致。但中海拔斯农东西行向的花色苷含量并未出现下降的趋势，且表现为东西行向花色苷含量较高，南北行向非花色苷酚类物质含量较高。有研究指出，行向与果实组分的关系并不是基于单一酚类化合物的浓度，而是大量酚类物质的组合[18]。本研究中，3个葡萄园南北行向酰化花色苷总量均较高，非酰化花色苷总量则在低海拔葡萄园中南北行向较高，中高海拔葡萄园东西行向较高；黄烷醇含量较高的行向，则黄酮醇类物质含量较低。结果表明，行向通过光温因子调节果实多种代谢途径和代谢物含量。

综上所述，海拔和行向对酿酒葡萄果实生长发育及品质均产生了一定的影响，其中既有两者共同作用的结果，也存在某一因素占主导作用的结果。低海拔葡萄园南北行向、中高海拔葡萄园东西行向成熟期展现了最佳的呈色潜力。因此，在香格里拉地区，应结合海拔和行向的特点对酿酒葡萄进行栽培管理，以期获得较高的产量和更好的品质。