转色期喷施尿素对酿酒葡萄生理品质及酵母可同化氮累积的影响

高 明，王 晶，马婷慧，王 锐

(1.宁夏大学农学院，银川 750021；2.宁夏农林科学院，银川 750011)

【研究意义】氮素是作物正常生长发育的必需元素[1]，也是各种氨基酸和蛋白质的重要组成，不仅能促进植物的光合作用与干物质积累[2]，还能调控葡萄风味物质及一些氨基酸物质的形成[3]。同时氨基酸、铵态氮等葡萄汁中可存在的氮素营养，组成了酵母可同化氮(YAN)，通过提高酵母菌的生物量，促使糖高效利用，促进发酵动力学的高效进行，提升酵母菌的酒精发酵效率[4]。同时增加以氨基酸为前体的香气化合物[5]，调控葡萄酒的风味品质，进而影响葡萄酒的整体品质。贺兰山东麓葡萄酒产区土壤多为碱性石灰性土壤[6]，土壤氮素相对缺乏[7]，而酿酒葡萄对氮素营养的需求量大[8]，单纯靠土壤中的氮素供给无法满足葡萄生长的营养需求，影响葡萄风味物质以及香气前体物质的形成[9]，而且会引发酿酒过程中因酵母可同化氮不足导致的发酵终止现象[10]。酿酒葡萄种植过程中因为施氮方式、施氮量、施肥时期的不合理，不仅容易浪费肥料，也可能影响果实的成熟期，引发葡萄糖酸转化和酚类物质累积的矛盾[8]。【前人研究进展】Hannam等[11]认为酿酒葡萄在转色期叶片喷施氮肥较其他形式更有优势，不仅可以显著增强叶片的光合效能和光合产物的积累[12]，而且能够有效避免氮肥接触土壤造成的损失和污染[13]。尤其转色开始时或1周内喷施，叶面老化的裂痕会促进叶片表皮对氮素的快速吸收[14]，也可以促进浆果中氮素积累，增强酿酒葡萄发酵微生物的生物功能[15]。史祥宾等[16]认为在鲜食葡萄上氮肥适当后施能够最大限度地满足叶片和果实对氮素的需求，高效补充生殖生长所需氮素[17]，直接进入代谢途径，促进香气物质的合成和酚类物质的积累，提高浆果中酵母可同化氮含量。Portu等[18]认为苯丙氨酸和尿素这2种氮源均能促进葡萄浆果中酚类物质的合成，尿素因价格低、水溶性好及获取来源广泛等特点更适宜作为叶面喷施的氮肥，叶面喷施2%(w·v)浓度尿素不仅可以增加葡萄浆果中的花色苷和黄酮醇含量，而且能有效提高葡萄汁中铵和氨基酸的浓度[11]，促进酵母菌的酒精发酵。【本研究切入点】前人关于氮肥施用方式及施用类型对葡萄产量、品质的作用效果已有诸多研究，但关于酿酒葡萄转色期控氮对生理抗性、品质及酵母可同化氮等方面的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本试验通过研究不同浓度氮肥对‘赤霞珠’葡萄叶片生理光合特性、抗性指标、果形指数、品质和葡萄果汁中酵母可同化氮等的影响，探究提高葡萄品质的的最佳施氮方案，以期为贺兰山东麓产区高效施肥改善酿酒葡萄的品质提供实践参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于宁夏贺兰山东麓葡萄酒产区永宁县闽宁镇立兰酒庄(38°30′N，105°90′E)，海拔约1100 m，属于中温带干旱气候区，常年干旱少雨，蒸发量大，光照充足，昼夜温差大，年均气温8.9 ℃，4—10月≥10 ℃，有效积温约为3300 ℃，年均无霜期约173 d，年均降水量205 mm左右，年均蒸发量1580 mm左右，年日照时数在2850～3104 h，土壤以砾质淡灰钙土为主，多为富含砾石的砂质土壤，葡萄园土壤不同形态氮素含量见表1。

表1 葡萄园土壤氮素含量

1.2 试验设计

试验于2020年进行，叶面喷施不同浓度的尿素肥料，试验材料：粉末状尿素[CO(NH2)2]：由宁夏和宁化学有限公司出产，总氮(N)≥46.0%；试验共设置7个不同浓度梯度处理，分别为0‰、1‰、1.5‰、2‰、2.5‰、3‰、3.5‰，其中0‰氮素的浓度的喷施等量清水作为对照，喷水量为78 g/m2，具体用量见表2。采用单因素随机区组设计，各处理设3个重复，即各处理为3个小区，共21个小区，小区面积为441 m2。供试材料为8年生酿酒葡萄品种‘赤霞珠’，藤蔓间隔为0.6 m×3.5 m，南北行向定植，“厂”字型整形。酿酒葡萄品种‘赤霞珠’的叶面施肥在转色期分3次(7月13日、7月28日和8月12日)使用背负式电动喷雾器进行叶面喷施。灌溉方式为滴灌(灌溉定额 2250 m3/hm2)。葡萄园全园春季基施有机肥30 t/hm2，除试验叶面施氮肥外，不施任何化肥，试验期间灌溉、修剪及病虫害防治等栽培管理方式一致。

表2 叶面喷施尿素浓度

1.3 测定方法

1.3.1 叶片生理指标 于葡萄成熟前期采用美国CI-340手持光合测量系统测定葡萄各标记树的同一部位处叶片光合特性指标，其中包括净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度，水分利用率由光合速率/蒸腾速率得出，叶面积采用佳能LiDE200扫描仪器扫描后使用ImageJ软件分析测定；叶片叶绿素含量采用分光光度法[19]测定。

1.3.2 叶片抗性指标 于葡萄成熟前期随机选取长势一致、同侧同一高度的叶片5片，迅速装入含干冰的取样箱带回，用于测定抗性指标。其中丙二醛采用硫代巴比妥酸法测定，游离脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定，超氧化物歧化酶采用氮蓝四唑法测定，过氧化物酶采用愈创木酚比色法测定，过氧化氢酶含量采用紫外吸收法[20]测定。

1.3.3 果形指数 将每个小区做记号树的所有葡萄采摘分开测产，获得其酿酒葡萄单株产量。随机取出酿酒葡萄100粒，用电子天平称量，百粒重重复测3次；随机选取15粒果实，用游标卡尺测定其粒径，求其平均值；随机选有典型性的15串酿酒葡萄，用卷尺测定其果穗长并记下数据。

1.3.4 酿酒葡萄品质 在酿酒葡萄收获后，随机挑取15串具有代表性的果穗，每一穗随机选择上、中、下不同部位、大小接近的30粒果粒榨汁。可溶性固形物选择手持糖量计法测定，可滴定酸选择0.1 mol/L氢氧化钠的标准溶液滴定法测定，单宁选择福林-丹宁斯法[21]测定(以单宁酸计)，花色苷选择pH示差法测定，总酚选择福林-肖卡法测定(以没食子酸计)。

1.3.5 酿酒葡萄酵母可同化氮 采用西班牙BioSystems S.A生产的伯胺氮(Primary amino nitrogen, PAN)测定方法(12 807，每盒285次测试数)和氨氮(Ammonia nitrogen)测定方法(12 809，每盒285次测试数)，在Y15葡萄酒分析仪上进行测定。

1.4 分析与统计

试验数据采用Microsoft Excel 2016软件进行整理，用SPSS 25.0软件进行方差分析，表中所有数据均表示为3次重复的平均值±标准差，并采用最小显著差数法(LSD法)(P<0.05)进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 尿素喷施对酿酒葡萄生理特征的影响

由表3可知，叶面积随着氮素浓度的提高而增加，较喷施清水显著提高11.03%～30.80%，3.5‰浓度的尿素喷施最为显著。胞间CO2浓度有不同程度的降低，在2.5‰浓度的尿素喷施下降低效果最显著。气孔导度、净光合速率均随氮素浓度的提高呈先增大后减小的趋势，气孔导度增幅在22.50%～54.53%，以2.5‰浓度的尿素喷施下最大，3.0‰浓度的尿素喷施效果次之。净光合速率增幅在21.59%～36.10%，在2.0‰浓度的尿素喷施下最高，2.5‰浓度和3.0‰浓度的尿素喷施次之。蒸腾速率在1.5‰～3.0‰浓度的尿素喷施下有不同程度的升高，在2.0‰浓度的尿素喷施下最大，较喷施清水升高20.24%。水分利用率随氮素浓度的提高而显著增加，在2.5‰浓度的尿素喷施下效率最高，较喷施清水提高26.32%，3.0‰和3.5‰浓度的尿素喷施效率次之，较喷施清水分别提高23.80%、22.43%。

表3 尿素喷施对酿酒葡萄光合指标的影响

由表4可知，叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素、类胡萝卜素均随氮素浓度的提高呈先升后降的趋势，施氮浓度过高一定程度抑制了光合作用，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素在3.0‰和3.5‰浓度的尿素喷施下略低于喷施清水，但在2.5‰浓度的尿素喷施下提升效果最显著，较喷施清水分别提高12.95%、15.91%和13.66%；在2.0‰浓度的尿素喷施下显著性次之，分别较喷施清水提高4.31%、4.55%和4.37%。类胡萝卜素在各尿素喷施均高于喷施清水，2.0‰浓度的尿素喷施显著性最大，较喷施清水提高38.46%。

表4 尿素喷施对酿酒葡萄叶绿素的影响

2.2 尿素喷施对酿酒葡萄叶片抗性指标的影响

由表5可知，叶片的过氧化物酶随着氮素浓度的提高而增加，3.5‰浓度尿素喷施较喷施清水提升效果最为显著，提高285.80%。2.5‰浓度和3.0‰浓度尿素喷施较喷施清水提升效果次之，分别提高224.62%和246.00%。超氧歧化酶与过氧化氢酶均随着氮素浓度的提高而先上升后下降，超氧歧化酶在2.0‰浓度的尿素喷施下较喷施清水提升效果最显著，提高14.65%，在3.5‰浓度尿素喷施下较喷施清水含量显著降低34.10%。过氧化氢酶在2.5‰浓度尿素喷施下较喷施清水提升效果最显著，提高264.61%，2.0‰浓度的尿素喷施次之，提升230.33%。丙二醛和脯氨酸均随着所施尿素的氮素浓度的提高而递增，丙二醛提高14.60%～48.04%，脯氨酸提高6.62%～156.21%，均在3.5‰浓度的尿素喷施下最显著。

表5 尿素喷施对酿酒葡萄叶片抗性指标的影响

2.3 尿素喷施对酿酒葡萄果形指数的影响

由表6可知，各施氮处理的‘赤霞珠’果形指数随着所施尿素的氮素浓度提高均呈先升后降趋势。且各尿素喷施均高于喷施清水，各施氮处理的粒径提高9.31%～44.47%，穗长提高4.29%～20.99%，百粒重提高7.21%～42.55%，各施氮处理的粒径、穗长、百粒重较喷施清水相比，均在2.5‰浓度的尿素喷施下增大的效果最显著，在2.0‰浓度提升效果次之。而单株产量提高5.06%～11.39%，在2.0‰、2.5‰和3.0‰浓度的尿素喷施显著性较大。

表6 尿素喷施对酿酒葡萄果形指数的影响

2.4 尿素喷施对酿酒葡萄品质及酵母可同化氮的影响

由表7可知，尿素喷施能够一定程度提高可溶性固形物和糖酸比含量，整体提升效果不显著，均在2.5‰浓度的尿素喷施下效果最好，较喷施清水分别提高4.5%、3.18%，2.0‰浓度的尿素喷施效果次之，较喷施清水分别提高4.4%、2.7%。尿素喷施对可滴定酸含量影响不大，单宁、花色苷、总酚含量均随氮素浓度提高而先升后降，单宁含量在2.0‰浓度尿素喷施下提升效果最好，较喷施清水显著提高19.51%，2.5‰和3.0‰浓度的尿素喷施效果次之，较喷施清水分别提高10.61%、7.96%。花色苷含量在2.5‰浓度的尿素喷施下提高效果显著于喷施清水，提高108.13%，2.0‰浓度的尿素喷施效果次之，较喷施清水显著提高86.18%。总酚含量在2.5‰浓度的尿素喷施下提高效果最好，较喷施清水提高33.71%，2.0‰、3‰和3.5‰浓度的尿素喷施效果次之，较喷施清水分别提高23.89%、20.79%、18.03%。各浓度尿素喷施均能显著提升葡萄汁中酵母可同化氮含量，随氮素浓度升高而呈现先升高再降低的趋势，在2.5‰浓度的尿素喷施下酵母可同化氮含量提升效果最好，较喷施清水提高54.85%，其次是3.0‰和3.5‰浓度的尿素喷施，分别较喷施清水提高53.81%、51.47%。

表7 尿素喷施对酿酒葡萄品质及酵母可同化氮的影响

3 讨 论

氮素作为果树生长发育的生命元素，通过转色期叶面喷施尿素可以显著影响酿酒葡萄的生理生长及果实品质。史祥宾等[16]认为果实转色期施氮能够显著增加果实和叶片中氮素含量，最高效率满足葡萄对氮素的需求。聂松青等[12]研究认为氮肥适当后施不仅延缓了叶片的衰老速度，葡萄生长后期叶面施氮可以显著增强叶片的光合效能、增加光合产物的积累。本试验研究表明，叶面积随施氮浓度的提高而增大，在3.5‰浓度的尿素下显著。水分利用率随氮素浓度的提高而显著增加，在2.5‰浓度的尿素喷施下显著性最大。说明氮素浓度越高，对水分的利用率越高，有利于叶片的生长，缓解剩余水分对叶片细胞的渗透破坏。蒸腾速率总体差异不明显，在2.5‰浓度的尿素喷施下效果好。胞间CO2浓度2.5‰浓度的尿素喷施下显著降低，气孔导度在2.5‰浓度的尿素喷施下显著提高，净光合速率在氮素浓度在2.0‰浓度的尿素喷施下最高。叶绿素a、叶绿素b和叶绿素在 2.5‰氮素的浓度下提升效果最好，类胡萝卜素在2.0‰氮素的浓度下提升效果最好。表明，叶片蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度、叶绿素等与净光合速率等紧密相关,一定程度内氮素浓度的提高，可以促进叶片蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量的增加,降低胞间CO2浓度促进气体交换,显著提高叶片净光合速率，使叶片达到光饱和状态，最大限度累积光合产物，这与前人研究结果一致[22]。而氮素浓度过高会导致营养胁迫，气孔逐渐关闭，反而降低光合作用，不利于光合产物的累积，产生负影响。

聂松青等[12]认为葡萄叶面喷施氮肥，可以加强叶片中超氧化物歧化酶、过氧化物酶等抗氧化酶活性，增强叶片的抗衰老性，降低叶片的衰老速率。本试验研究发现，叶片的过氧化物酶随着氮素浓度的提高而增加，3.5‰浓度尿素喷施较喷施清水提升效果最为显著，超氧歧化酶和过氧化物酶的含量均随氮素浓度的提高而先升高再下降，超氧歧化酶在2.0‰浓度尿素喷施下最高，过氧化物酶在2.5‰浓度尿素喷施下最高，与前人研究一致。说明转色期叶面喷施氮素可消除植物处于逆境条件下体内产生的过量活性氧自由基，保护植物的细胞膜，提高葡萄叶片的抗氧化酶活性与抗氧化衰老能力，叶面喷施氮素过量则抗氧化衰老能力减弱。而丙二醛含量和脯氨酸含量作为植物抗逆性指标，含量均一直随氮素浓度的提高而升高，说明氮素施用时期后移并提高施氮浓度能够增强植物的抗逆性，与前人的探究不一致，这可能与采摘叶片的时期在葡萄成熟期，葡萄叶片老化速度加快，葡萄采摘期缺水或过量的氮浓度容易造成营养胁迫等因素有关。

丁得庆等[23]研究发现葡萄氮肥后施，果实可溶性固形物、糖酸比含量均增加，从而提高果实品质。李磊等[24]认为施用适量氮肥能有效提升果实中总酚和花色苷含量。本实验研究发现，糖酸比提升效果不显著，在2.0‰和2.5‰浓度的尿素喷施提升效果好。可溶性固形物、单宁、花色苷、总酚的含量均随氮素浓度的提高而先增后降，在喷施尿素的浓度为2.0‰时，可滴定酸和单宁改善效果显著，在喷施尿素的浓度为2.5‰时，可溶性固形物、花色苷和总酚改善效果显著。此研究与前人研究相符，表明转色期叶面合理喷施尿素可以显著提升果实品质，而尿素浓度过高会一定程度限制果实品质。

葡萄浆果汁中含有的酵母可同化氮含量会影响发酵过程中微生物的生长和代谢[25]，影响发酵动力学和风味活性代谢物的形成[26]，进而影响葡萄酒的酿造品质。Garde-Cerdán等[27]通过研究发现尿素的叶面施用增强了植物中大多数氨基酸的合成，Hannam等[28]研究发现施氮肥可以通过提高葡萄的氮素含量，从而提高葡萄汁中酵母可同化氮含量。本实验研究发现，葡萄汁中酵母可同化氮含量随氮素浓度提高呈先升高再降低的趋势，在2.5‰浓度的尿素喷施下改善效果最显著，3.0‰和3.5‰浓度的尿素喷施下效果次之。此研究与前人研究相似，说明叶面适量喷施尿素能够有效改善葡萄果汁中的酵母可同化氮含量，有利于发酵动力学和风味活性代谢物的形成，更有利于酿造出富含风味物质的品质上乘的葡萄酒。

4 结 论

转色期叶面喷施尿素较喷施清水效果更好。2.0‰浓度的尿素喷施下，能显著提高净光合速率、类胡萝卜素、超氧歧化酶、单宁。2.5‰浓度的尿素喷施下，能显著提高气孔导度、水分利用率、过氧化氢酶、叶绿素、穗长、粒径、百粒重、可溶性固形物、糖酸比、花色苷、总酚和酵母可同化氮。3.5‰浓度的尿素喷施下，能显著提高叶面积、脯氨酸、丙二醛。综合分析得出：在贺兰山东麓产区酿酒葡萄转色期叶面喷施2.5‰浓度的尿素能显著改善葡萄生理状况，提高浆果品质及酵母可同化氮，为酿造葡萄酒提供优质葡萄原料。