外源GA3对设施延后栽培‘红地球’葡萄果实膨大和品质的影响

2022-11-04董永娟王延秀张仲兴王双成高彦龙王晚霞吴玉霞

江西农业大学学报 2022年5期

董永娟，王延秀，张仲兴，王双成，高彦龙，王晚霞，吴玉霞

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070）

【研究意义】葡萄（Vitis viniferaL.）是一种色香味俱佳的水果，深受广大消费者的青睐[1]。中国具有丰富的葡萄属植物种类资源，其中鲜食的葡萄约占80%，其余用于酿酒和葡萄干制作[2]。甘肃省河西走廊是我国葡萄栽培最早的地区之一，早在汉代就已经引进和栽培[3]。但该区域气候干燥且冷热变化剧烈，年降水量少，故当地采用和推广日光温室延后葡萄栽培技术，实现葡萄鲜果的周年供应，以期获得一定的经济效益[4]。然而，该地区设施葡萄栽培缺乏统一的生长调节剂施用标准，浓度的乱用及用量的滥施导致葡萄果粒小、果实着色不良等，影响果实品质与经济效益[5]。赤霉素（gibberellin，GAS）是最早用于诱导形成无核果实的植物生长调节剂，至今已发现100 多种，但只有少数成员具有生物学活性，如GA1、GA3、GA4及GA7等[6-8]。其中，GA3在葡萄中应用最为广泛，能有效促进植株生长，提高果实产量和品质[9]。喷施GA3可改善果簇形状，增加浆果硬度便于运输贮藏，从而提高果实品质[10]。【前人研究进展】杨玉艳等[11]发现外源GA3处理‘峰后’葡萄后，可显著提高果形指数，同时促进果肉细胞的纵向生长使果粒变长。侯玉茹等[12]对‘夏黑’葡萄的研究中表明GA3和CPPU 复合处理能促进葡萄果实膨大，提高果实可溶性糖含量，降低可滴定酸含量。研究发现果实发育早期使用GA3可提高果实糖分含量[13]。有研究表明，采用GA3对‘阳光玫瑰’葡萄果实进行处理可促进有机酸的降解，提高果实品质[14]。【本研究切入点】目前，关于外源GA3处理的研究大多集中在葡萄果实品质和果实膨大等方面，而有关设施延后栽培葡萄以及果实次生代谢物的影响鲜有报道。‘红地球’（Vitis viniferacv.Red globe）葡萄属欧亚种，因其果皮中厚，果肉硬、脆、甜，且被认为是最耐贮运的品种，已成为中国鲜食葡萄的主要品种[15]。研究表明，GA3浓度和使用次数不同，对葡萄产生的施用效果也不同[16]，如过度使用GA3反而会降低果实品质，影响果实口感。【拟解决的关键问题】因此，本试验在设施延后栽培条件下，研究外源GA3对葡萄果实生长发育、外观和内在品质及次生代谢物的影响，以期筛选出最佳施用浓度，为GA3在‘红地球’葡萄设施延后栽培生产中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为武威市凉州区谢河镇日光温室延后栽培的3 年生双干整枝‘红地球’葡萄，4 月底升温，12月初成熟采摘。在葡萄果实1～1.2 cm 时用20（T1），40（T2），60（T3），80（T4），100 mg/L（T5）浓度的GA3进行喷施处理，对照（CK）为清水处理。每个处理2 行，每行8 株。在果实坐果后15 d，进行疏果，疏去畸形果、密挤的果粒，并调整果穗的大小，然后用白色纸浆套袋保护，其他管理措施同当地管理方法一致。

1.2 采样方法

待坐果后，每个处理随机选取10株葡萄树，其中，各处理随机选取5串果穗用于单穗重测定，其余各指标的取样方法为分别从果穗上、中、下3 个部分随机各取20 粒果实，果实采摘后，用塑料自封袋封装，当天用冰盒运回实验室，于-80 ℃贮存，用于后续各项指标的测定，每隔15 d 采集葡萄果实1 次，直至果实成熟，共取样11次。

1.3 葡萄果实品质指标测定

果实纵径和横径用数显游标卡尺测量，果形指数=果实纵径/果实横径，用1%的天平进行单穗重和单果质量的测量，采用蒽酮试剂法[17]测定可溶性糖含量，采用标准NaOH 溶液滴定法[18]测定可滴定酸含量，每个处理重复5次。

1.4 葡萄果实糖组分含量测定

使用高效液相色谱仪（美国Waters Acquity Arc）进行果实糖类组分及含量的测定，测定方法参照Bernardez等[19]和刘玉莲等[20]的方法并略作修改，每个处理重复3次。

1.5 葡萄果实酸组分含量测定

果实酸组分及含量的测定使用美国Waters Acquity Arc 高效液相色谱仪进行，参照Qing 等[21]和郭燕等[22]的方法并加以改动，每个处理重复3次。

1.6 葡萄果实次生代谢物测定

参考Yang 等[23]的方法测定果皮类黄酮含量，采用pH 示差法[24]测定果皮花青素含量，采用紫外分光光度法[25]测定果实白藜芦醇含量，采用Folin-酚试剂法[26]测定果皮多酚含量，每个处理重复5次。

1.7 数据分析

试验使用Excel 2016进行数据整理，然后用Origin2018进行数据处理、作图，并采用SPSS22.0单因素ANOVA的LSD法比较差异显著水平（α=0.05）和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 外源GA3对‘红地球’葡萄果实生长发育动态变化的影响

从图1 可知，‘红地球’葡萄果实纵径、横径和单果质量在各处理下呈相同动态增长趋势。花后10～40 d为快速生长期，花后40～70 d为缓慢生长期，花后70～100 d为第2次快速生长期，100 d后生长速度趋于平缓。此外，GA3处理下果实纵径、横径和单果质量均高于对照（CK）。CK 处理的果实纵径、横径和单果质量在花后85 d 达到最大值后增长速度趋于平缓，T1～T5 均在花后100 d 达到最大值后基本无变化，相较于CK，生育期延长15 d。

图1 葡萄发育过程中果实纵径、横径和单果质量的变化Fig.1 The changes of longitudinal diameter，transverse diameter and berry shape index during grape development

2.2 外源GA3对‘红地球’葡萄果实外观品质的影响

2.2.1 外源GA3对‘红地球’葡萄果粒大小的影响采摘成熟葡萄果实进行品质指标测定，由图2A可知，外源GA3处理后‘红地球’葡萄果实纵径随浓度增大逐渐升高，且均显著高于CK。其中，T5升幅最大，较CK提高12.90%。由图2B所示，喷施GA3后，T1～T5处理果实横径相较于CK均显著增加，且较CK分别提高0.53%、1.09%、1.38%、5.14%、10.93%。由图2C可知，随GA3浓度的增大，果形指数呈先升后降的趋势，且均显著高于CK，其中T3的升幅最大，为4.82%。

图2 不同浓度GA3对葡萄果实纵经、横经和果形指数的影响Fig.2 Effects of different concentrations of GA3on longitudinal diameter，transverse diameter and berry shape index of grape fruits

2.2.2 外源GA3对‘红地球’葡萄果实单果质量和单穗重的影响由图3A可知，随外源GA3浓度的增大，单果质量呈逐渐上升的趋势。T1（10.51）、T2（10.80）、T3（11.49）、T4（11.80）、T5（12.25）均显著高于CK（10.02），较CK 分别提高4.89%、7.78%、14.67%、17.76%、22.26%。此外，GA3处理后单穗重显著增加且存在浓度效应（图3B），T5升幅最大，较CK提高22.14%。

图3 不同浓度GA3对葡萄果实单果质量和单穗重的影响Fig.3 Effects of different concentrations of GA3on berry weight and cluster weight of grape fruits

2.3 外源GA3对‘红地球’葡萄果实内在品质的影响

随GA3浓度的增大，可溶性糖含量呈先升后降的趋势（图4A），其中，T4处理可溶性糖含量最高，且显著高于CK，较CK 提高19.33%。由图4B 可得，可滴定酸含量呈先降后升趋势，并存在浓度效应，各处理显著低于CK，T4 降幅最大，较CK 降低21.93%。由图4C 可知，随GA3浓度的增大，糖酸比呈先升后降趋势，T1～T5 处理糖酸比相较于CK 均显著增加，较CK 分别提高10.36%、17.60%、32.05%、45.60%和32.52%，T4增幅最大，T1增幅最小。

图4 不同浓度GA3对葡萄果实可溶性糖含量、可滴定酸含量和糖酸比的影响Fig.4 Effects of different concentrations of，titratable acid content and sugar acid ratio of grape fruits

2.4 外源GA3对‘红地球’葡萄果实糖、酸组分含量的影响

‘红地球’葡萄果实中最终共检测出糖类物质3种（葡萄糖、果糖和蔗糖），酸类物质4种（酒石酸、苹果酸、草酸和柠檬酸）（表1）。在糖组分中，葡萄果实葡萄糖与果糖含量均明显高于蔗糖含量，T4 处理的葡萄糖含量最高，且显著高于CK，较CK 提高18.38%；随GA3浓度的增大，果糖含量呈先升后降趋势，T1（94.12）、T2（100.71）、T3（105.42）、T4（109.25）和T5（106.04）均显著高于CK，与CK 相比，分别提高1.62%、8.73%、13.82%、17.96%和14.49%，T4 处理达到峰值；蔗糖含量以T3 最高，较CK 提高92.86%。在酸组分中，各处理葡萄果实均表现为酒石酸含量最高，苹果酸次之，柠檬酸与草酸含量较低；酒石酸、苹果酸、柠檬酸含量均呈先降后升的趋势，且存在浓度效应，其中T4 处理效果最明显，较CK 分别降低18.29%、15.7%、30.77%；随GA3浓度的增大，草酸含量呈先降后升趋势，T3 显著低于CK 和其他处理，较CK 降低26.76%。

表1 不同浓度GA3对葡萄果实糖、酸组分含量的影响Tab.1 Effects of different concentrations of GA3 on the contents of sugar and acid components in grape fruit

2.5 外源GA3对‘红地球’葡萄果实次生代谢物的影响

由图5A 可知，随GA3浓度增大，类黄酮含量呈先升后降趋势。T1（0.254）、T2（0.260）、T3（0.265）、T4（0.309）和T5（0.282）均显著高于CK，与CK 相比，分别提高4.10%、6.56%、8.61%、26.64%和15.57%，T4处理达到峰值。

图5B 表明，随GA3浓度的增大，果皮内花青素含量呈先升后降趋势。T1（0.016）、T2（0.021）、T3（0.024）、T4（0.025）和T5（0.022）均显著高于CK（0.012），相较于CK，分别提高33.33%、75.00%、100%、108.33%和83.33%。

由图5C 可知，白藜芦醇含量随GA3浓度的增大呈先降后升趋势，且存在浓度效应。其中T1 降幅最小，为21.51%，显著小于CK 和其他处理。由图5D 可得，随GA3浓度的增大，多酚含量呈先升后降趋势，且各处理多酚含量均显著高于CK。其中，T4处理达到峰值，为0.749，与CK相比，提高33.01%。

图5 不同浓度GA3对葡萄次生代谢物含量的影响Fig.5 Effects of different concentrations of GA3on the content of secondary metabolites in grape

2.6 不同浓度GA3对‘红地球’葡萄品质的综合评价

2.6.1 相关性分析将GA3处理后‘红地球’葡萄的19 个相关指标进行相关性分析（表1）。结果表明，‘红地球’葡萄的SSC 与TAC、MA 呈极显著负相关（P＜0.01），与TA、CA 呈显著负相关（P＜0.05），与SSC/TAC、GL、FR、FC、AC呈极显著正相关（P＜0.01），与LD、BW、CW、PC呈显著正相关（P＜0.05）。

2.6.2 主成分分析为综合评价GA3对‘红地球’葡萄果实膨大和品质的影响，对19 个相关指标进行主成分分析，提取特征值大于1 的2 个主成分，其特征值分别为14.833、2.917（表3），第一、二主成分方差贡献率分别为78.069%、15.355%，累计方差贡献率达到93.424%，符合分析要求。第一主成分（PC1）综合了SSC、SSC/TAC、GL、FR、SU、LD、BSI、BW、CW、FC、AC、PC 等指标的信息，第二主成分（PC2）综合了TC、TA、MA、CA、OA、TD、RC等指标的信息。

表3 主成分分析方差解释Tab.3 Principal component analysis variance interpretation

综合得分（F）是每个主成分得分与对应贡献率的乘积之和，即：F=F1×78.069%+F2×15.355%。由表4可得，‘红地球’葡萄在不同浓度处理后的综合得分分别为-1.150 6（CK）、-0.613 9（T1）、-0.181 3（T2）、0.359 4（T3）、0.941 8（T4）、0.644 7（T5）。因此，外源激素GA3对‘红地球’葡萄果实膨大和品质的影响排名先后次序依次为：T4、T5、T3、T2、T1、CK。

表4 不同浓度GA3处理‘红地球’葡萄综合得分及排名Tab.4 Comprehensive score and ranking of red globe grapes treated with GA3 different concentrations

3 讨论

果实发育期是葡萄生长的重要阶段，GA3在此过程中决定果实的大小和品质[27]。本试验中，CK 处理的果实纵径、横径及单果质量在花后85 d 达到最大值后增长速度趋于平缓，T1～T5 均在花后100 d 达到最大值后基本无变化，说明GA3能有效延长果实的生育期，与李芳菲等[28]和Teszlak 等[29]研究结果一致。GA3处理果实的生长速度显著提高，但果实生长前期与CK 差异较小，这与方金豹等[30]的研究结果一致，这可能是在果实生长前期，处理组和对照组的果实果肉细胞均处于分裂和快速生长状态，GA3处理对果实膨大的影响不明显[31]。

果实品质是决定果实商品性的主要因素之一[32]。研究表明GA3和TDZ 处理能显著增加‘夏黑’葡萄果实纵横径与果粒质量[33]。陈锦永等[34]和辛守鹏等[35]也得到相似结论，发现GA3浸蘸果穗可增大果粒，增加果穗质量，提高果实品质。本研究中，盛花期GA3处理的果实纵径、横径和果粒大小显著高于对照，这可能是GA3处理会诱导葡萄果实内生长素含量上升，加速果实吸收营养，使果实生长与枝条生长的养分竞争处于优势，促进细胞伸长和果实膨大[36]。果形指数反映果实形状，果形指数介于1.0～1.1 时，果实为圆形[37]。本试验研究发现，外源GA3处理后果形指数显著增加，对照组果形指数为1.04，处理组果形指数在1.05～1.09，更接近椭圆形，这与王莎等[38]的结果基本一致。果实中可溶性糖含量、可滴定酸含量和糖酸比是决定果实风味最重要的指标[39]。喷施80 mg/L GA3时，果实可溶性糖含量显著高于对照组，糖酸比提高；当GA3浓度高于80 mg/L 时，可溶性糖、糖酸比等各项指标均有下降趋势，可能是由于GA3浓度过高，在促进细胞分裂和细胞扩大的同时，导致营养供应不充足，进而降低可溶性糖含量[40]；GA3处理后果实中可滴定酸含量降低，这与郑强卿等[13]和刘迪迪等[41]在‘西拉’葡萄上的研究结果一致，可能是由于GA3刺激糖分的运输和分配，促进糖分的积累和有机酸的转化，从而导致可滴定酸含量降低[42]。果实的风味品质还受到各类糖酸组分的影响[43]。糖分是果实风味物质的主要成分，并调控果实发育中许多物质的代谢过程[44]。本研究中‘红地球’葡萄果实中的可溶性糖主要为葡萄糖、果糖和蔗糖，其中葡萄糖含量与果糖含量明显高于蔗糖含量，这与前人的研究[45]结果基本一致。研究表明GA3处理能显著增加‘红地球’葡萄的糖分含量，这与王西城等[46]研究结果一致。果实的酸味主要来自有机酸，其含量是决定风味和果实品质的重要指标[47]。果实中有机酸种类比较多，但一般情况下果实往往以一到两种有机酸为主导有机酸[45]。葡萄属于典型的酒石酸优势型水果，主要含有酒石酸、苹果酸、草酸和柠檬酸，其中酒石酸含量最高，苹果酸含量次之，这与Soyer 等[48]的研究结果相一致。80 mg/L GA3处理后，有机酸含量低于对照组；当浓度高于80 mg/L时，有机酸含量上升，这与前人[35]研究结果一致。

植物次生代谢物是一类非植物生长发育所必需，但对植物适应环境起重要作用的小分子有机化合物[49]。类黄酮作为多酚类次生代谢物质，具有强烈生物活性，影响果实色泽和风味[50]。花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，尤其紫红色的新鲜果蔬中花青素含量较高[51]。盛花期使用GA3处理，显著提高‘红地球’葡萄果皮类黄酮含量和花青素含量，这与Bader等[52]和霍珊珊等[53]的结论基本一致，可能是由于GA3在果实发育过程中促进了果实中糖的积累，进而间接促进类黄酮和花青素合成[54]。此外，葡萄果实1～1.2 cm 时喷施GA3会提高‘红地球’葡萄果皮多酚含量，这与刘迪迪等[41]的研究一致，可能是由于GA3处理对葡萄花序有拉长作用，果穗拉长后果粒间的空隙大小增加，使内部果粒受到更多光照，进而提高果实总酚含量[55]。白藜芦醇作为一种重要的植物抗毒素，具有多种医疗保健生理作用，被喻为继紫杉醇后的第二大抗癌药物[56]。本研究发现，GA3处理会降低‘红地球’葡萄果实内白藜芦醇的含量，可能是由于GA3处理诱导花色苷途径相关基因表达的同时，抑制白藜芦醇途径基因的表达[57]。

本试验通过主成分分析对‘红地球’葡萄19个相关指标进行综合品质评价，得出外源GA3处理对‘红地球’葡萄果实膨大和品质的影响排名先后次序依次为：T4，T5，T3，T1，T2，CK。