威宁糖心苹果矿质元素与果实品质的相关性及其通径系数

冯建文， 韩秀梅， 宋 莎， 杨 华， 李顺雨， 吴亚维*

(1.贵州省农业科学院 果树科学研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.威宁县现代高效农业产业示范园区管理委员会， 贵州 威宁 553100； 3.威宁县果业中心， 贵州 威宁 553100)

0 引言

【研究意义】果实品质是经济效益的保证，随着人们生活水平的提高，对于果实品质愈加关注，果实品质已经成为提升果品竞争力的重要因素。矿质营养是苹果(Malusdomestica)生长发育、产量和品质形成的物质基础，各种矿质营养的绝对含量与其之间的相互作用影响果实品质[1]。同时果实中矿质营养的水平在一定程度上也是树体营养状况的反映，研究果实品质有利于制定与品质提升相应的技术措施[2]。【前人研究进展】前人在苹果果实矿质元素与果实品质的相关性方面进行了大量研究，为生产中通过施肥技术提升果实品质提供了很好的指导[3-4]。但多数研究为简单相关分析，只能反映各矿质元素与果实品质指标或各矿质元素间的相关性，而不能明确各矿质元素影响果实品质指标作用大小的问题[5-6]。【研究切入点】通径分析是衡量原因变量对结果变量相对重要性的一种多元统计分析方法，将简单相关系数分解为直接通径系数和间接通径系数，使人们能够透过相关的表面现象深入研究原因变量与结果变量间的因果关系，从而为统计决策提供可靠的依据[7]，弥补了简单相关分析存在的缺陷。西南冷凉高地是我国唯一的一个南方苹果适生区，该区域生产的苹果出现糖心现象的比例较高[8]，糖心苹果具有酸甜适口、果肉化渣、风味甜爽浓郁的特点，受到很多消费者的认可和欢迎，已成为该区域苹果产品的特异品质。糖酸是果实重要的果实品质指标，果实的矿质元素种类和含量与果实品质及其营养价值均有很大的关系，矿质元素缺失或过量都将影响果树的生理代谢、品质的改善与产量的提高[9]。有报道认为，苹果果实中Ca元素与苹果糖心现象的形成相关。通径分析能够更加全面揭示果实品质和矿质元素含量间的关系。然而，关于糖心苹果通径分析方面的研究十分有限，有关西南冷凉高地这一南方区域的相关研究更是鲜有报道。【拟解决的关键问题】试验以西南冷凉高地糖心苹果果实为试材，利用典型相关和通径分析，分析比较糖心苹果果实矿质元素间的相关性及其与糖酸品质指标的关系，筛选影响糖心果实品质指标的主要矿质元素，以期为实现苹果的合理营养施肥和优质高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验园位于贵州省毕节市威宁县黑石头镇河坝村(26°45'21" N，103°59'47" E)，海拔2 120 m。果园土壤pH 5.58，有机质含量48.88 g/kg，全氮0.96 g/kg，碱解氮119.86 mg/kg，有效磷15.10 mg/kg，速效钾309.24 mg/kg(毕节市土肥站测定)。

1.2 试验材料

品种为6年生‘黔选3号’(‘长富2号’单株变异，2011年由贵州省果树科学研究所审定)，砧木为丽江山荆子，株行距2 m×4 m，不套袋常规管理。

试剂：乙醇，天津市富宇精细化工有限公司，分析纯；乙腈，德国艾普力，色谱纯；果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖、苹果酸、奎宁酸和酒石酸，Sigma，色谱纯；偏磷酸，天津市光复精细化工有限公司，分析纯；草酸，天津市永大化学试剂有限公司，分析纯；VC，广东省化学试剂工程技术研究开发中心，分析纯。

仪器：离心机(Thermo scientific Sorvall ST 16)，超纯水制水机(艾柯超纯水机)，水浴锅(北京科伟永兴仪器有限公司)，消化炉(上海昕瑞仪器有限公司)，高效液相色谱仪(美国Agilent 1100LC，RID示差检测器和VWD紫外检测器)，色谱柱(Agilent ZORBAX Carbohydrate150 mm×4.6 mm)，YMC色谱柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，原子吸收分光光度计(WFX-120A)。

1.3 方法

2019年，随机选取9棵树势相近的样株作为试验植株，每3株树为1个重复，分别在可采成熟期(9月29日，T1，F1)、食用成熟期(10月16日，T2，F2)和生理成熟期(11月5日，T3，F3)采集果实样品，采样时每株树从树冠中部沿东、南、西、北4个方向随机摘取4个果实，共采集36个果实，于当天运回实验室处理。处理时将样品果实沿果实中间部位横切厚度为5 mm的薄片，用小刀分别取出糖心组织(记为字母T)和非糖心组织(记为字母F)(图1)，每份样品分为2份，一份立即放入液氮速冻，捣碎混匀后于-80℃冰箱保存，用于测定糖酸含量，另一份烘干用于矿质元素含量测定。

图 1 果实组织及取样位置

相关系数的大小虽能代表各品质性状与矿质元素含量之间的相关程度，但并不能完全反映出各种矿质元素对品质性状的相对重要性。通径分析则能较好地反映各相关指标间的相互影响和矿质元素对品质性状的相对重要性，通径系数的绝对值大小反映了各矿质元素对果实品质的影响大小[10]。研究筛选了果实糖心组织和非糖心组织中显著差异的内在品质指标果糖、山梨醇、酒石酸、奎宁酸、苹果酸与矿质元素含量作通经分析。

1.3.1 果实糖含量的测定 糖组分测定方法参照文献[11-12]进行。准确称取各时期糖心(T)和非糖心(F)组织2 g，加入5 mL 90%的乙醇匀浆，9 600 r/min离心15 min，残渣加入5 mL 90%乙醇再提取1次，合并上清液于90℃水浴锅蒸干，用水定容至10 mL，取1 mL经0.45 μm滤膜过滤后测定，3次重复。

测定条件：使用Agilent 1100LC高效液相色谱仪，配有RID示差检测器，色谱柱为Agilent ZORBAX Carbohydrate柱(150 mm×4.6 mm)，流动相为乙腈∶水=75∶25，流速1 mL/min，柱温35 ℃，进样量10 μL。标样为Sigma色谱纯级果糖、山梨醇、葡萄糖和蔗糖。

1.3.2 有机酸组分的测定 参照文献[13]进行测定。准确称取各时期糖心(T)和非糖心(F)1 g，用5 mL 0.2%的偏磷酸冰浴研磨，9 600 r/min离心15 min，残渣加入4 mL 0.2%偏磷酸再提取，合并上清液，定容至10 mL，经0.45 μm滤膜过滤后测定，3次重复。

测定条件：Agilent 1100LC高效液相色谱仪，配有VWD紫外检测器，色谱柱为YMC柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，流动相为0.2%偏磷酸，流速1 mL/min，柱温35℃，进样量10 μL。标样为Sigma色谱纯苹果酸、奎宁酸、酒石酸，草酸和VC为分析纯。

1.3.3 矿质元素含量的测定 参照GB 5009.268-2016，采用WFX-120A原子吸收分光光度计对 糖心组织和非糖心组织Ca、K、Fe、Mg、Zn、Cu矿质元素含量进行测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2010对试验数据进行统计，SPSS 19.0进行数据显著性分析和相关性分析，所有数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 威宁苹果果实的内在品质指标

由表1看出，相同时期采摘的果实，糖心组织中果糖、葡萄糖、蔗糖含量均比非糖心组织低，但山梨醇含量是非糖心组织的1.10～1.92倍，平均糖含量依次为蔗糖>果糖>葡萄糖>山梨醇，可见，果实中山梨醇含量大量积累与糖心发生关系密切。

表1 威宁苹果果实不同组织的内在品质指标

研究发现，糖心组织和非糖心组织中，苹果酸依然是主要的有机酸；可采成熟期至生理成熟期的果实样品中，非糖心组织中的酒石酸、苹果酸含量显著高于糖心组织，非糖心组织中的草酸含量也高于糖心组织，而奎宁酸含量则糖心组织高于非糖心组织，VC含量在不同采摘时期不同组织中差异不显著，平均有机酸含量依次为苹果酸>奎宁酸>酒石酸>草酸>VC。果实不同组织的内在品质变异系数不同，酒石酸的变异程度最大，变异系数为83.41%；果糖含量的变异程度最小，变异系数为7.92%。

2.2 威宁苹果果实的矿质元素含量

由表2看出，可采成熟期到生理成熟期采摘样品糖心组织中的Ca含量均显著高于非糖心组织含量，分别是非糖心组织的1.80倍、2.79倍和2.43倍；K含量除生理成熟期外，均为糖心组织高于非糖心组织；Fe、Zn除生理成熟期外，糖心组织含量均比非糖心组织低；Mg含量除食用成熟期外，糖心组织含量均高于非糖心组织；Cu含量在糖心组织和非糖心组织中均随采收时期变化(可采成熟期至生理成熟期)呈下降趋势，其中糖心组织含量比非糖心组织含量低。

表2 威宁苹果果实不同组织矿质元素含量

果实不同组织矿质元素含量的变异程度不同，Ca元素含量的变异程度最大，变异系数为18.45%，其次为Cu元素含量，变异系数为16.90%，Mg元素含量的变异程度最小，变异系数为4.36%。

2.3 果实矿质元素与品质指标的典型相关性

从表3看出，糖心组织中，Ca含量与山梨醇和奎宁酸含量显著负相关，与苹果酸含量极显著正相关；K含量与蔗糖含量极显著负相关，与苹果酸含量极显著正相关，与VC含量显著正相关；Fe含量与奎宁酸含量显著正相关，与苹果酸含量显著负相关，与VC含量极显著负相关；Mg含量与山梨醇和奎宁酸含量极显著正相关，与苹果酸和VC含量极显著负相关。

非糖心组织中，Ca含量与果糖含量显著负相关，与苹果酸含量极显著正相关，与VC含量显著正相关；Mg含量与苹果酸和VC含量显著正相关；Cu含量与果糖含量极显著负相关，与山梨醇和酒石酸含量显著负相关，与VC含量显著正相关；说明不同矿质元素对果实品质的影响不同，且同一种矿质元素在不同果实组织和品质指标中所起的作用也不相同。

2.4 威宁苹果果实矿质元素与品质指标的通径系数

2.4.1 果糖 从表4看出，糖心组织中，各元素对果糖含量的影响依次为Mg(1.548)>Fe(-1.206)>K(-0.580)>Cu(0.553)>Zn(0.145)>Ca(-0.047)，Mg为最大影响因子。果实矿质元素含量除通过直接作用引起果实品质的变化外，还通过其他指标的间接作用引起果实品质的变化。通过其他因子对果糖含量影响最大的因子是Fe(1.448)，Mg对果糖含量的间接影响也较大，由此看出，糖心组织中对果糖含量影响较大的因子为Fe和Mg。

表4 威宁苹果果实矿质元素含量与果糖的通径系数

非糖心组织中，各元素对果糖含量影响依次为Ca(-1.784)>Mg(1.252)>K(0.817)>Cu(-0.472)>Fe(0.247)>Zn(-0.008)，Ca为最大影响因子。通过其他因子对果糖含量影响的最大因子为Mg(-1.894)，Ca的间接影响也较大，表明，非糖心组织中对果糖含量影响较大的因子为Ca和Mg。

2.4.2 山梨醇 由表5看出，在糖心组织中，各元素对山梨醇含量的影响依次为Mg(1.504)>Fe(-0.755)>Cu(0.360)>Zn(-0.206)>Ca(-0.180)>K(-0.148)，Mg为最大的影响因子。通过其他因子对山梨醇含量影响最大的因子是Fe(1.308)，Ca、K、Mg和Cu对山梨醇含量影响较大，Zn的间接通径系数较小。表明，在糖心组织中对山梨醇含量影响较大的影响因子是Fe和Mg。

表5 威宁苹果果实矿质元素含量与山梨醇的通径系数

非糖心组织中，各元素对山梨醇含量的影响依次为Ca(5.103)>Mg(-3.364)>Zn(-2.284)>Cu(-1.621)>K(-1.481)>Fe(0.314)，Ca为最大影响因子。通过其他因子对果实山梨醇含量影响最大的为Ca(-5.526)，Mg对山梨醇含量的影响也较大，Fe对山梨醇含量的影响较小。说明，在非糖心组织中对山梨醇含量影响较大的影响因子为Ca和Mg。

2.4.3 酒石酸 由表6看出，在糖心组织中，各元素对酒石酸含量的影响依次为Mg(1.600)>Fe(-0.982)>Ca(0.476)>K(-0.430)>Zn(0.970)>Cu(-0.019)，Mg为最大影响因子。通过其他因子对酒石酸影响最大的因子是Fe(1.361)，Ca、Mg和Cu对酒石酸含量的影响也较大，K和Zn的间接通径系数较小。表明，在糖心组织中对果实酒石酸含量影响较大的影响因子为Mg和Fe。

表6 威宁苹果果实矿质元素含量与酒石酸的通径系数

非糖心组织中，对酒石酸含量的主要影响因子有Ca、Mg、Zn和Cu。各元素对酒石酸含量的影响依次为Ca(1.874)>Zn(-1.576)>Cu(-1.032)>Mg(-0.957)>K(-0.374)>Fe(0.290)，Ca为最大影响因子。通过其他因子对酒石酸影响最大的因子为Ca(-2.467)，Cu的间接通径系数较小。表明，在非糖心组织中对果实酒石酸影响较大的影响因子为Ca、Zn和Cu。

2.4.4 奎宁酸 由表7看出，糖心组织中，各元素对奎宁酸含量的影响依次为Mg(1.087)>Fe(-0.154)>Zn(-0.144)>Cu(0.063)>Ca(-0.033)>K(-0.021)，Mg为最大影响因子。通过其他因子对奎宁酸含量影响的最大因子为Fe(0.933)，Ca、K和Cu对奎宁酸含量的影响也较大，Mg和Zn的间接通径系数较小，表明，在糖心组织中对果实奎宁酸影响较大的影响因子为Fe和Mg。

表7 威宁苹果果实矿质元素含量与奎宁酸的通径系数

非糖心组织中，各元素对奎宁酸含量的影响依次为Ca(6.715)>Mg(-3.995)>Zn(-3.205)>K(-1.796)>Cu(-1.531)>Fe(0.458)，Ca为最大影响因子。通过其他因子对含水率影响最大的因子为Ca(-6.743)，Mg和Zn对奎宁酸含量的影响也较大，Fe和Cu的间接通径系数较小，表明，在非糖心组织中对奎宁酸含量影响较大的影响因子为Ca、Mg和Zn。

2.4.5 苹果酸 由表8看出，各元素对果实苹果酸含量的影响依次为Mg(-0.904)>Fe(0.400)>K(0.394)>Ca(0.150)>Zn(-0.084)>Cu(-0.043)，Mg为最大影响因子。通过其他因子对苹果酸影响的最大因子为Fe(-1.102)，Ca、K和Cu对果实苹果酸含量的影响也较大，Mg和Zn的间接通径系数较小，表明，在糖心组织中果实苹果酸含量影响较大的影响因子为Fe和Mg。

表8 威宁苹果果实矿质元素含量与苹果酸的通径系数

非糖心组织中，各元素对苹果酸含量的影响依次为Zn(0.770)>Cu(0.649)>Fe(-0.626)>Ca(0.125)>K(0.079)>Mg(0.038)，Zn为最大影响因子。通过其他因子对苹果酸含量影响最大的因子为Mg(0.758)，Ca、Fe和Mg对果实苹果酸含量的影响也较大，K和Cu的间接通径系数较小，表明，在非糖心组织中果实苹果酸含量影响较大的影响因子为Ca、Fe、Mg、Zn和Cu。

3 讨论

苹果矿质营养的含量因其生长的环境不同而表现出一定的差异，除与光、温、水、土、气等环境生态因子相关外，还与品种、砧木类型[14]、栽培管理技术等因素密切相关[7]。FALLAHI等[15]研究结果表明，叶片矿质营养与果实品质的相关性不强，果实营养分析能扩充果树营养诊断。韩秀梅等[16]认为，红富士苹果5月和8月的叶片矿质元素含量与成熟果实矿质元素含量的相关性较高。李宝江等[6]对苹果果实内Ca、K、P、Mg、Zn和Mn等元素与苹果风味品质及耐贮性的关系进行研究表明，Zn与果实可溶性固形物呈极显著负相关；Ca、K与果实硬度、比重、耐贮级次及风味呈极显著正相关，而Mn和Cu正好相反。徐慧等[17]研究表明，磷对苹果果实单果质量、可溶性固形物含量和果肉硬度的正直接作用相对最大；镁对果实单果质量的负直接作用相对最大；氮对可溶性固形物含量、果肉硬度的负直接作用相对最大；锰对可滴定酸含量具有相对最大的负直接作用。

研究表明，威宁苹果果糖含量与糖心组织中各元素含量相关性不显著，与非糖心组织中Ca含量显著负相关，与Cu含量极显著负相关；山梨醇含量与Ca含量显著负相关，与Mg含量极显著正相关；蔗糖含量与糖心组织中K含量极显著负相关，与非糖心组织中各元素相关性不显著；酒石酸与非糖心组织中Cu元素显著负相关；奎宁酸与糖心组织中Ca元素显著负相关，与Fe含量显著正相关，与Mg元素极显著正相关；苹果酸与糖心组织中Ca和K含量极显著正相关，与Fe含量显著负相关，与Mg含量极显著负相关，苹果酸与非糖心组织中Ca含量极显著正相关，与Mg含量显著正相关；VC含量与糖心组织中K含量显著正相关，与Fe和Mg含量极显著负相关，与非糖心组织中Ca、Mg和Cu含量显著正相关。说明不同矿质元素对果实品质的影响不同，且同一种矿质元素在不同果实组织和品质指标中所起的作用也不相同。通径分析结果表明：果实糖心组织和非糖心组织矿质元素对果糖直接影响依次为Mg>Fe>K>Cu>Zn>Ca和Ca>Mg>K>Cu>Fe>Zn，对山梨醇直接影响依次为Mg>Fe>Cu>Zn>Ca>K和Ca>Mg>Zn>Cu>K>Fe，对酒石酸直接影响依次为Mg>Fe>Ca>K>Zn>Cu和Ca>Zn>Cu>Mg>K>Fe，对奎宁酸直接影响依次为Mg>Fe>Zn>Cu>Ca>K和Ca>Mg>Zn>K>Cu>Fe，对苹果酸直接影响依次为Mg>Fe>K>Ca>Zn>Cu和Zn>Cu>Fe>Ca>K>Mg。

4 结论

糖心组织和非糖心组织中，Mg、Ca和Zn含量对糖酸品质的影响较大，生产实践中要合理调控各种矿质元素的施肥配比，从而实现糖心苹果的优质高效栽培。