中国板栗主产区果实后熟期可溶性固形物含量变化特征研究*

李 颖，郭 燕，张馨方，张树航，王广鹏

(河北省农林科学院 昌黎果树研究所，河北 昌黎 066600)

板栗(Castanea mollissimaBl.)是中国栽培最早的果树之一[1]，广泛分布于中国的24个省、市、自治区，其抗旱耐瘠薄性强，兼具生态和经济效益，是现阶段山区土地资源开发的先锋树种。板栗果实香甜可口、营养丰富，其中可溶性固形物(主要指可溶性糖类，包括单糖、双糖和多糖等)是果实的主要成分，利用果实的可溶性固形物含量 (soluble solid content，SSC)可以评价和测定果实的糖含量和其他营养成分[2]，其含量对果实食用口感和质量等级划分有决定性作用。不同板栗受地理环境、栽培技术和遗传特性等影响，SSC差异巨大[3]；同时，由于各板栗品种成熟期和SSC积累变化速率存在差异，使得各品种的最佳食用时间和货架期参差不齐，难以协调一致，因此，解析不同板栗品种SSC及其变化规律对产品等级划分和最佳货架期界定具有重要意义。

板栗是呼吸跃变型果实，采收后具有明显的后熟现象，伴随着后熟过程的进行，果实中淀粉逐渐降解转化为可溶性糖，口感逐渐变甜[4]。有关果实后熟期SSC变化规律的研究在香蕉[5-6]、猕猴桃[7-9]和梨[10-11]等水果上较多，如香蕉和猕猴桃果实中各类淀粉的含量在后熟过程中均逐渐降低，各类可溶性糖的含量均逐渐升高，SSC作为可溶性糖的集中表现也随着时间逐渐升高；不同品种梨的SSC则表现出缓慢升高或先升高后下降的变化趋势。目前，在板栗SSC的研究中，多将其作为板栗品质的指标之一，讨论其在几个或单个品种某一时期的变化特征[3,12-13]，但关于板栗后熟过程中SSC动态变化规律的研究尚属空白。

本研究以源自中国10个板栗主产区的150个品种(系)为对象，对其采收成熟期至采后60 d的SSC变化进行监测，以解析板栗后熟过程中SSC的变化特征，为明确不同板栗品种的最佳食用时间和货架期调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以源自中国10个板栗主产区的150个品种(系)为试验材料(表1)。试材定植于河北省昌黎果树研究所板栗种质资源圃(N39°72′，E119°15′)，属温带半湿润大陆性气候区，年平均气温11 ℃，无霜期186 d，年平均降水量638 mm。所有供试品种均于2004年统一嫁接于3年生燕山早丰实生砧木，每品种嫁接5株，株行距 4 m×4 m，常规管理方法，常年管理措施一致。

表1 150份板栗种质资源Tab.1 150 chestnut germplasm resources

表1(续)

1.2 板栗样品采集及指标测定

坚果成熟期按刘庆忠[14]的方法确定。每品种选取生长状态基本一致的健康树体3株，2018—2020年连续3年于成熟期随机采收各单株坚果1.0 kg。坚果采收后(0 d)先测定SSC，之后置于温度(0±2) ℃、相对湿度90%的气调库中贮藏60 d，期间每10 d为1个时期测定1次SSC，即成熟采收及采收后共测定7次。板栗果实SSC测定方法：同株样品中每次随机挑选9粒，剥皮捣碎，挤压果汁，用手持数显糖度计(PAL-1 糖度计)测定样品SSC，重复3次，取3次平均值。

1.3 数据统计与分析

1.3.1 SSC变化特征分析

(1) 采后各时期SSC平均上升速率

150份板栗资源采收后各时期的SSC平均上升速率(Kn)计算公式为：

式中：n取值为1～6，分别表示板栗采收后的6个时期(10 d为1个时期)；分别表示后一时期和前一时期150份板栗资源的SSC均值。

(2) SSC上升速率

SSC上升速率 (V)计算公式为：

式中：SSC0为成熟期采收时(采后0 d)的SSC均值；SSCmax为板栗采收后与SSC0差异最显著的某时期SSC均值；t为SSC0到SSCmax的时间。

1.3.2 不同产地的板栗后熟期SSC相关指标差异比较

(1) 产地对板栗后熟期SSC的影响

采用欧式距离法对板栗各时期SSC进行聚类分析，根据聚类分析结果判断板栗资源群体与地理位置的关系，检验不同地理生态环境对板栗SSC是否具有显著影响。欧式距离(E)计算公式为：

式中：m和n为不同的板栗资源群体；a,b···,g分别为m和n群体7个时期的平均SSC。

(2) 优质板栗资源的群体分布

通过性状指标(SSC)在不同范围的分布频率绘制次数分布直方图，采用分布函数χ2检验法检验各数值性状是否符合正态分布，以此验证样本选择的科学性和性状检测的准确性。根据直方图分布状态分析各优质资源的群体分布情况。

1.3.3 板栗品种上市时间综合评价

板栗果实采收后，当SSC积累到一定阈值(口感甜度)时即可上市销售，越早达到阈值，则可越早上市。采用因子分析法综合评价各品种的上市时间，其计算公式为：

式中：FN为综合得分；N为主成分数；X为各个品质指标的标准化值；i为品质指标数；Ci为i品质指标在主成分N下的载荷向量/主成分N特征值的算术平方根。

1.4 数据统计与分析

采用 Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0 软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 板栗果实后熟期SSC变化特征分析

由图1可知：所有板栗品种(系)的SSC在后熟期都发生了明显的变化，随着时间的推移，SSC明显上升，但不同品种在不同时期的上升规律不尽相同。由图2可知：后熟期板栗SSC的整体变化可分为2个阶段，其一是迅速增长阶段，时间是采收后0～20 d，该阶段SSC快速增加，平均上升速率为51.52%，是SSC积累高峰期；其二是缓慢增长阶段，时间是采收后21～60 d，该阶段SSC增长缓慢，平均上升速率为10.98%，其总量持续增加。

图1 不同产地的板栗后熟期SSC变化规律Fig.1 Variation of SSC in chestnut populations at post-ripening stage of different producing areas

图2 板栗果实采后SSC变化规律Fig.2 SSC variation of chestnut fruit after harvest

不同品种SSC达到最高值的时间和上升速率均存在明显差异，如京暑红的SSC达到峰值的时间仅为10 d，而替码珍珠则为60 d，二者相差50 d；上升速率的最小值为6.05% (南门1号)，最大值为77.26% [平泉(葛)]，即相同条件下不同品种果实的SSC积累速度可相差近13倍。进一步分析(图1)发现：来源不同省市的品种成熟期的SSC均值也存在明显差异，其中河北、北京、山东、湖南和广西的品种在成熟期采收时SSC较低，其均值介于8.52%～8.93%之间，而浙江和安徽的品种在成熟期采收时SSC较高，其均值分别为10.09%和10.43%。从所有样品的统计数据来看，成熟期采收时北方板栗品种的SSC略低于南方板栗品种，但河北、北京、山东和安徽的板栗品种在后熟期SSC增长时间更长，采收后50 d内一直保持增长状态，而浙江和陕西的板栗品种增长时间较短，在采收20 d后SSC就基本保持稳定状态，湖北、湖南、江苏和广西的板栗品种增长时间居中，在采收后约40 d时基本保持稳定状态。不同省市的板栗品种SSC峰值由大到小为河北>北京>陕西>山东>湖北>安徽>湖南>广西>江苏>浙江，呈现北方品种高于南方品种的趋势(图3)。

图3 不同产地的板栗SSC峰值Fig.3 SSC peak value in different chestnut producing areas

2.2 板栗后熟期SSC相关指标差异比较

2.2.1 基于板栗后熟期SSC的群体聚类

由图4可知：当欧式距离为10时，10个省市板栗品种被聚为4类，湖南、江苏、浙江和安徽品种聚为一类，其中江苏、浙江和安徽地理位置毗邻，均位于南方，属于长江中下游板栗品种群，湖南与其虽不相邻但同属南方，有较相似的生态环境，故SSC变化特征亦趋同；湖北与陕西相邻，两地品种聚为一类；河北、山东和北京相毗邻，三地品种聚为一类，均属于华北板栗品种群；广西品种单独聚为一类。由此可见，在一定地域范围内不同板栗品种后熟期SSC变化特征具有一定相似性。

图4 板栗群体树状聚类图(组间联接)Fig.4 Cluster tree of chestnut populations (average linkage between groups)

2.2.2 板栗SSC相关指标差异性比较

各板栗品种成熟期、SSC及上升速率指标直方图见图5。经分布函数χ2检验得出，成熟期、SSC峰值及其上升速率等3个性状指标均近似符合正态分布；以积累频率10%作为筛选标准，筛选出直方图两侧极性资源(成熟期早晚、SSC高低及上升速率快慢)。SSC峰值范围为18.58%～31.59%，均值为24.08%，含量低于21.19%和高于27.39%的品种各占10%。

图5 板栗SSC峰值、上升速率和成熟期直方图Fig.5 Histogram of chestnut SSC peak value,rising rate and maturity

SSC峰值最高的15个品种中有11个来自河北省，SSC峰值最低的15个品种则来自9个不同省市。所有品种后熟期SSC积累速率的变化值介于0.06%/d～0.77%/d，均值为0.40%/d；上升速率小于0.22%/d的品种占10%，上升速率高于0.60%/d的品种占10%；积累速率最快的15个品种主要来自河北(7个)和山东(6个)；SSC积累速率最慢的15个品种则来自9个不同的群体。供试板栗品种成熟期介于9月3日—10月9日，均值为9月19日；成熟期在9月13日之前的品种占10%，在9月27日之后的品种占10%，其中成熟期最早的15个品种中10个来自河北且包括成熟期最早的品种，成熟期最晚的15个品种则来自7个不同的省市。

2.3 板栗品种上市时间综合评价

根据特征向量矩阵及标准化后的SSC指标和成熟期数据，得到线性方程：F=0.539x1+0.511x2-0.437x3。方程中：F为板栗品种上市时间，其值越大板栗品种的甜度越高，上市日期越早；x1为SSC积累速率；x2为SSC峰值；x3为成熟期。数据分析结果显示：150个板栗品种的平均F值为0.00，最大和最小F值分别为2.35和-2.46；F值排在前15的板栗品种分别为东沟峪39 (2.35)、西寨1号(1.93)、冀栗1号(1.77)、平泉(葛) (1.73)、迁早2 (1.54)、燕秋(1.39)、泰栗1号(1.39)、燕山早丰(1.37)、去暑红(1.26)、X49-10 (1.24)、短花(1.23)、邢台垂枝(1.23)、桐优-33 (1.21)、金平(1.20)和燕栗2号(1.19)，这15个品种中有11个来自河北；F值得分最低的15个板栗品种分别为广西14-6 (-2.46)、新田优株(-2.38)、石门优株(-2.27)、粘底板(-2.27)、广西14-5(-1.84)、焦扎(-1.83)、广西14-7 (-1.76)、广西14-1 (-1.68)、重阳蒲(-1.66)、遵玉(-1.65)、焦杂(-1.65)、林场优株(-1.58)、黄花优株(-1.57)、罗田林科所(-1.51)和广西14-2 (-1.51)，分别来自广西、湖南、安徽、江苏、河北和湖北等6个板栗产区。

3 讨论

由于产地和品种不同，板栗品质存在明显区别，所含各类营养物质的差异也较大[15]。板栗的SSC受基因型、环境条件和栽培技术等众多因素的影响[16]。为避免环境及栽培技术不同造成的影响，在同一条件下评价不同板栗资源SSC相关指标能更准确地反映种质间基因层次上的差异。本研究将10个板栗主产区(群体)的150份品种(系)收集种植于同一资源圃，在同一栽培管理条件下分析中国板栗采后SSC的变化规律及种质和群体间差异，其结果更加客观和准确。

可溶性固形物中的可溶性糖和有机酸既是果实的重要营养成分，也是重要的风味物质[17-18]，同时还是影响植物生长发育相关基因表达的信号分子，参与植物的很多生物学代谢过程调控[19-20]。SSC变化是板栗后熟过程中栗仁风味变化的主要原因，也是板栗品质的重要指标。板栗后熟过程中SSC变化是不同组分共同作用的结果，其变化趋势为各组分综合作用的体现[4,21-22]，可通过板栗后熟过程中SSC的变化规律探索随着贮藏期延长果实甜度的变化趋势，为确定栗果最佳食用时间提供参考。供试板栗品种后熟过程中SSC均发生明显变化，即随着贮藏时间的延长，SSC明显上升，这一变化趋势与香蕉[5-6]、猕猴桃[7-9]和梨[10-11]果实后熟期SSC的变化规律相似；但板栗采后后熟期果实中SSC的具体变化可分为迅速增长阶段和缓慢增长阶段，这一变化规律又与香蕉、猕猴桃和梨等果实SSC的变化趋势不同，表现出板栗后熟期SSC变化的特点。

本研究发现：不同板栗群体间成熟期的SSC变化规律也存在差异，总体来看，板栗成熟时北方板栗品种SSC略低于南方品种，但北方板栗品种中河北、山东和北京的品种SSC在后熟期增长速率更快、持续时间更长，最终含量也普遍高于南方品种，即在一定的贮藏时间后北方板栗普遍拥有更香甜的食用风味。有研究表明：细胞内可溶性糖的积累可增加细胞液浓度，降低水势，有助于增强抗寒性，同时还具有保护蛋白质避免低温所引起的凝固作用，进一步提高植物抗寒性[20,23-24]。因此，推测北方板栗可溶性固形物在后熟期增长速率更快、持续时间更长，且最终含量也普遍高于南方品种的原因可能是河北、山东和北京等北方板栗在长期进化过程中自身逐渐提高SSC以对抗北方寒冷的环境，是一种长期自然进化的结果。通过对150个板栗品种SSC的聚类分析表明：板栗品种基本上按地理距离而聚类，与此前李颖等[25]依据枝条表型性状进行的群体聚类结果相似，也从侧面证明“北方板栗SSC高是被动进化的结果”这一观点。

供试品种成熟期参差不齐，加上各品种不同贮藏时期的SSC上升速率皆不相同，SSC峰值及达到峰值的时期也都存在明显差异，导致相同时间内不同品种的果实风味以及达到最佳食用风味和最佳货架期的时间也各不相同，且具有明显的地域差异，这与徐娟等[15]的研究结果一致。一般而言，板栗采收后在后熟期间果实中SSC逐渐积累，口感越来越甜，当SSC积累到一定阈值时，即可上市销售，果实SSC越早达到阈值，则可越早上市、越早收益。本研究基于板栗后熟期SSC峰值、SSC积累速率和成熟期3项指标，通过因子分析方法对板栗品种最佳上市期进行综合评价，为明确现有品种最佳食用期提供了一定参考。本研究还发现：含量低、积累转化速率慢和成熟期晚的品种比较均匀地分布在10个不同产区，但含量高、转化速率快和成熟期较早的品种主要源自北方板栗产区，尤其是河北省的燕山板栗。可见，燕山板栗与其他地区的板栗相比，确实有着更优秀的高SSC特性，这也是燕山板栗在中国所有板栗中甜香风味首屈一指、声誉极高[26]的理论支撑。

4 结论

本研究通过解析150个板栗品种后熟期可溶性固形物含量的变化规律，筛选获得高甜和早甜的板栗品种15个，分别是东沟峪39、西寨1号、冀栗1号、平泉(葛)、迁早2、燕秋、泰栗1号、燕山早丰、去暑红、X49-10、短花、邢台垂枝、桐优-33、金平和燕栗2号，可以根据不同生产目标直接栽植应用这些品种，也可作为优良育种亲本或优异种质在板栗糖类遗传改良中加以应用。