植物生长调节剂对‘火焰无核’葡萄果实着色及品质的影响

王艳蒙 ,麦斯乐 ,韩守安 ,温 玥* ,谢 辉 ,张 雯

(1 新疆农业大学 园艺学院,乌鲁木齐 830052;2 新疆农业科学院 园艺作物研究所,乌鲁木齐 830091)

新疆是中国重要的鲜食葡萄生产基地,其生态条件得天独厚,葡萄品质优良,在中国葡萄产业中具有不可替代的重要地位[1]。‘火焰无核’葡萄果实酸甜适中,口感松脆,果皮入口化渣,深受广大消费者的喜爱,是新疆主栽的早熟优良品种。然而在高温产区及设施栽培条件下易出现着色困难,色泽不均一等问题,对葡萄商品价值以及果农的经济效益造成严重影响。

色泽是葡萄重要的外观指标[2],生产中经常施用乙烯利等植物生长调节剂促进果实着色,但使用不当会对果实品质造成较大不利影响[3]。安全优质色泽调控方案的选择评价已成为生产中亟待解决的关键问题。

植物生长调节剂(plant growth regulators)是与植物激素具有相似生理和生物学效应的物质。外源施用S-诱抗素(S-ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)等植物生长调节剂能够促进葡萄[4-6]、富士苹果[7]、春蜜桃等[8]果实着色,改善果实品质。MeJA 不仅可以有效提高果实可溶性固形物的含量,增加花色苷含量,还可以促进果皮中总酚、类黄酮等酚类物质的积累[9-10]。ABA 处理可以促进类黄酮代谢,外源喷施适量浓度的ABA 可增加植物中类黄酮、花色苷含量[11]。S-ABA 与MeJA 在生产中有一定的作用效果,但是价格昂贵,难以在生产上大面积使用。冠菌素(COR)是一种新型的植物生长调节剂,与SABA、MeJA 结构相似,具有活性高、用量低等优点。

目前,生产中关于冠菌素的研究主要集中在提高作物抗性方面[12-13],作者前期研究表明COR 对于促进果实着色也具有积极的作用。另外,植物生长调节剂的应用效果受品种特性、环境条件、栽培措施等共同影响,应用不当会造成不良的结果,在应用前要根据品种特性进行相关试验,制定适宜的应用方法。

因此,本试验以露地栽培的‘火焰无核’葡萄为试材,于果实转色初期分别用100 mg/L S-ABA、60 mg/L MeJA、2 000倍COR 进行蘸穗,对其果实成熟过程中各项生长指标、着色情况、品质指标进行分析,并比较三者的作用效果,综合分析确定最佳处理,为‘火焰无核’葡萄优质高效促着色生产调控技术的选择和应用提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验基地概况

试验于2022年4-10月在新疆农业科学院综合试验场葡萄示范园(87°28′E,45°56′N)内进行,该地位于准噶尔盆地南缘的天山北坡,地势平缓,属于温带大陆性气候,全年干旱,降水稀少,蒸发量大;园中土壤为壤土和沙、壤土和粘土的混合物,土壤pH 值为7.93,氮、磷、钾含量丰富,分别为112.07 mg/kg、137.13 mg/kg、271.00 mg/kg。

1.2 试验材料

研究以‘火焰无核’葡萄为试材,露地栽植,12年生,南北行向,株行距为3.5 m×2 m,高“厂”形树形,水平棚架栽培模式,架高1.8 m。生长调节剂为S-ABA(四川龙蟒福生科技有限责任公司)、MeJA(西格玛奥德里奇上海贸易有限公司)和COR[成都新朝阳作物科学股份有限公司(原液浓度为0.006%)]。

1.3 试验设计

试验前依据大量文献并结合作者前期试验结果,确定了各个生长调节剂处理最优浓度,设置3个处理,分别为S-ABA 100 mg/L,MeJA 60 mg/L,COR 2 000倍,以清水为对照。

1.4 处理方法

试验材料土肥水正常管理,修剪、抹芽定梢、灌水和病虫害防治措施均保持一致。选择长势和负载量基本一致的葡萄植株,果实膨大期对果穗进行修剪,使穗形和穗粒数保持一致。

于‘火焰无核’葡萄转色初期(花后47 d),使用设计浓度的S-ABA、MeJA 和COR 进行蘸穗处理,以清水为对照(CK),处理与对照溶液均加入体积分数0.1%的展着剂及体积分数1%的无水乙醇(溶解MeJA),浸蘸果穗3～5 s,每一果粒都要均匀沾上溶液,直至果穗上有水滴滴下为止。每处理以10穗为1个重复,重复3次,共30穗。

1.5 样品采集

于‘火焰无核’葡萄花后47 d先进行采样,采样后进行生长调节剂处理,以后分别于花后49 d、51 d、53 d、55 d、57 d、59 d各取样1次,共7次。

取样时间固定在取样日8:00-13:00,分别从长势一致的果穗的上、中、下部位随机选取6～8粒果实,共200粒。

将样品分为两部分:一部分样品进行粒重、可溶性固形物等基础品质指标测定;另一部分样品放入冰盒带回实验室放入-80 ℃冰箱备用。

1.6 测定指标与方法

1.6.1粒重、纵径、横径、果柄耐拉力和果实硬度

随机取15颗果粒,粒重使用精度1/10000电子天平测定;果粒纵横径使用游标卡尺测量;果柄拉力、果粒硬度使用HF-50型数显推拉力计测定。

1.6.2果实可溶性固形物及总酸含量

随机选取10颗果粒混合测定,重复3次。可溶性固形物、总酸含量采用爱拓PAL-BX | ACID 2型糖酸度计测定,并依据测定结果计算固酸比(可溶性固形物含量/总酸含量)。

1.6.3果实色泽指标

不同处理随机选取15粒具有代表性的果粒,利用色差仪测定每个果实赤道(中纬线)处对称两面的色泽参数(L*、a*、b*)后,参照孟祥云等[14]的方法,计算C*、色度角h(hue angle)、红色葡萄果实颜色指数(color index of red grape,CIRG)。根据CIELab系统,L*表示系统的亮度;a*表示系统的红绿值;b*表示系统的黄蓝值;C*表示样品的饱和度,值越大,表示所测的颜色越纯;h表示色调角,值越小,表示红色越深;CIRG 为色泽指数,可以评价果实外观色泽,CIRG＜2为黄绿色,2＜CIRG＜4为粉色,4＜CIRG＜5为红色,5＜CIRG＜6为深红色。

1.6.4果皮花色苷、叶绿素和类胡萝卜素含量

剥取果皮用来测定花色苷、叶绿素和类胡萝卜素含量。花色苷含量采用pH 示差法进行测定,叶绿素和类胡萝卜素含量参照黄秋婵等[15]的方法进行测定。

1.6.5果皮酚类物质含量

果皮黄酮含量采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法测定;类黄酮含量采用氯化铝比色法测定;总酚含量采用Folin-Ciocalteu法测定;单宁含量采用Folinn-Denis法测定;黄烷醇含量采用香草醛-盐酸法测定。

1.7 数据处理

数据采用Excel 2021、SPSS 27.0进行整理、统计分析,Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 植物生长调节剂对‘火焰无核’葡萄果实形态及理化指标的影响

从图1可知,随着‘火焰无核’葡萄果实的成熟,各处理和CK 的粒重、可溶性固形物含量、固酸比均呈上升趋势,而总酸含量呈下降趋势;与CK 相比,各处理的粒重、可溶性固形物含量、固酸比均不同程度增加,而总酸含量不同程度下降。其中,各处理粒重在花后47～51 d迅速上升,在花后51～59 d上升速度减缓;各处理可溶性固形物在花后49～53 d开始迅速累积,花后55～59 d积累减缓,各处理与同期CK 均存在显著性差异,提升幅度表现为COR(2 000倍)处理优于S-ABA(100 mg/L)和MeJA(60 mg/L)处理;各处理与CK 总酸含量在花后47～53 d均呈快速下降阶段,在花后53～59 d均呈缓慢下降阶段,且各处理总酸含量均低于相应CK;各处理固酸比在花后59 d均显著高于CK,而3种生长调节剂处理之间无显著差异。

图1 不同处理‘火焰无核’葡萄转色期至成熟期粒重、可溶性固形物含量、总酸含量和固酸比的变化动态CK,S-ABA,MeJA,and COR stand for treatments with water,100 mg/L S-ABA,60 mg/L MeJA,2 000 times dilution of COR,respectively;Different lowercase letters within same stage represent significant differences among treatments at 0.05 level (P＜0.05).The same as below.Fig.1 Dynamic changes in berry weight,soluble solids content,total acid content and solid to acid ratio of‘Flame Seedless’ grape berry from veraison stage to mature stage under different treatments

由表1可知,在‘火焰无核’葡萄果实成熟期,粒重在S-ABA、COR、MeJA 处理后均不同程度增大,其中MeJA 处理增幅达到显著水平,与CK 相比提高了12.21%;成熟期果实纵横径在S-ABA、COR、MeJA 处理后均比CK 有所提高,但仅MeJA 处理的纵径和横径增幅均达到显著水平,分别为5.75%和4.54%;果形指数和果柄拉力在各处理下均变化不显著;果粒硬度仅在S-ABA 处理下比CK 显著提高了14.11%,而果实总酸含量仅在COR 处理下比CK 显著降低9.25%,两者在其余处理下均未受到显著影响;在S-ABA、COR、MeJA 处理下,果实可溶性固形物含量分别比CK 显著提高了9.17%、9.74%、7.45%,固酸比分别比CK 显著提高了17.90%、20.82%、12.16%。以上结果说明3种生长调节剂处理对提升果实品质均有较好的效果。

2.2 植物生长调节剂对‘火焰无核’葡萄果皮着色的影响

外源S-ABA、MeJA 和COR 处理均可以改善‘火焰无核’葡萄果实色泽(图2)。随着‘火焰无核’葡萄果实成熟,各生长调节剂处理及CK 果实着色面积均逐渐增加,红色不断加深。

图2 不同处理的‘火焰无核’葡萄转色期至成熟期果实着色情况Fig.2 Coloration in ‘Flame Seedless’ grape berry from veraison stage to mature stage under different treatments

在花后49 d时,S-ABA 处理最先开始着色,花后51 d时,COR、MeJA 处理和CK 均开始着色;在花后59 d 时,S-ABA 处理最先完成转色,果面呈深红色;在果实成熟期,S-ABA、MeJA 和COR 处理可不同程度促进‘火焰无核’着色,其中以S-ABA 处理促进着色效果最佳,COR 处理效果次之,MeJA 处理效果最差。

由表2可知,在‘火焰无核’葡萄果实成熟期,SABA 处理果实的L*最低,其次为COR 处理与MeJA 处理,各处理的L*均高于CK,处理之间无显著差异,且均有利于果面亮度提升;各处理的a*均高于CK,且S-ABA 处理和COR 处理与CK 存在显著性差异,有利于果实色泽更红;各处理的b*、C*、h均显著低于CK;各处理的CIRG 值与CK 相比均有所提高,其中S-ABA 处理的CIRG 最高,果皮红色最深。

表2 不同处理处理下‘火焰无核’葡萄转色期至成熟期果皮色泽指标的变化Table 2 The peel color index of ‘Flame Seedless’ grape berry from veraison stage to mature stage under different treatments

2.3 植物生长调节剂对‘火焰无核’葡萄果皮中色素含量的影响

首先,随着‘火焰无核’葡萄果实成熟,各处理和CK 果皮花色苷含量呈逐渐上升趋势;与CK 相比,S-ABA、MeJA、COR 处理均促进了果皮花色苷的积累,且促进效果表现为S-ABA＞COR＞MeJA(图3)。其中,S-ABA、COR、MeJA 处理果皮花色苷含量在花后49～53 d迅速上升,而CK 在花后51～55 d上升迅速,说明S-ABA、MeJA、COR 处理均可以使葡萄果皮中花色苷提前积累;在花后59 d,SABA、MeJA 和COR 处理均显著提高了果皮中花色苷含量,分别比CK显著提高了169.09%、31.55%和142.27%,各处理间的差异也均达到显著水平。

图3 不同处理‘火焰无核’葡萄转色期至成熟期果皮色素含量的变化动态Fig.3 Dynamic variation of pigments content of ‘Flame Seedless’ grape peel from the veraison stage to the mature stage under different treatments

其次,在‘火焰无核’葡萄果实成熟过程中,各处理及CK 果皮中叶绿素、类胡萝卜素和胡萝卜素含量均呈下降趋势,但各植物生长调节剂处理均不同程度低于同期CK(图3)。其中,果皮中叶绿素含量在S-ABA、MeJA 和COR 处理下均不同程度降低,且在花后47～51 d下降迅速,在花后51～59 d下降减缓,但各处理均低于同期CK,其中S-ABA 处理的降幅大多达到显著水平;各处理果皮中类胡萝卜素含量均低于CK,除花后51 d外,S-ABA 处理和COR 处理的降幅均达到显著水平;各处理和CK 果皮中胡萝卜素含量整体均呈下降趋势,除处理53 d和59 d的MeJA 处理外,各处理均显著低于同期CK,且在花后55～59 d 3个处理间均无显著差异。可见,外源S-ABA、MeJA 和COR 处理促进了果皮中光合色素的降解,从而促进了果皮中花色苷的合成。

2.4 植物生长调节剂处理对‘火焰无核’葡萄果皮中酚类物质含量的影响

酚类化合物作为植物代谢过程中重要的次生代谢产物,能够介导植物防御不同的生物和非生物胁迫,进而改善果实品质。在‘火焰无核’葡萄果实成熟过程中,各处理果皮中类黄酮含量、黄酮含量、黄烷醇含量变化趋势一致,均呈不断下降趋势;与CK相比,S-ABA、MeJA、COR 处理不同程度提高‘火焰无核’葡萄果皮中的类黄酮含量、黄酮含量和黄烷醇含量(图4)。同时,S-ABA、MeJA 和COR 处理与CK果皮中总酚含量随着果实的成熟呈先上升后下降的趋势;与CK相比,各处理均可以不同程度提高‘火焰无核’葡萄果皮中总酚含量,且MeJA 处理均始终处于较高水平,增幅大多达到显著水平;在花后59 d时,S-ABA、MeJA与COR处理果皮中总酚含量分别比CK 提高6.36%、12.54%、25.07%(图4)。另外,随着‘火焰无核’葡萄果实的成熟,果皮中单宁含量在各处理和CK 中均整体呈先下降后上升再下降的趋势,除49 d的COR 处理外,各生长调节剂处理在花后51～59 d始终显著低于CK(图4)。

图4 不同处理‘火焰无核’葡萄转色期至成熟期果皮酚类物质含量的变化动态Fig.4 Dynamic change on phenolic compounds content in ‘Flame Seedless’ grape peel from the veraison stage to the mature stage under different treatments

2.5 ‘火焰无核’葡萄成熟过程中果实各指标间的相关性分析

由图5可知,在‘火焰无核’葡萄成熟期,果实花色苷含量与a*、CIRG 值、可溶性固形物含量呈显著正相关(P＜0.05),而与h、L*、b*、总酸含量、类胡萝卜素含量、叶绿素含量呈显著负相关;a*与CIRG 值、可溶性固形物含量呈显著正相关,而与h、L*、b*、总酸含量呈显著负相关;b*与h、L*、总酸含量、C*呈显著正相关,而与CIRG 值呈显著负相关;C*与L*呈显著正相关,而与CIRG 呈显著负相关;L*与h、b*、总酸含量呈显著正相关,而与CIRG 值、可溶性固形物含量呈显著负相关;h与总酸含量呈显著正相关,而与CIRG 值呈显著负相关。

图5 ‘火焰无核’葡萄成熟期果皮色泽指标、色素含量、品质指标之间的相关性分析Fig.5 Correlation between peel color indexes,pigment content,and quality indexes during the mature stage of ‘Flame Seedless’ grape

在‘火焰无核’葡萄转色初期至成熟期,S-ABA、COR、MeJA 处理下葡萄果实色素含量、品质指标和酚类物质进行相关性分析。结果(图6)表明,花色苷含量与可溶性固形物含量呈显著正相关(P＜0.05),而与类黄酮含量、黄烷醇含量、黄酮含量呈显著负相关;可溶性固形物含量与总酚含量呈显著正相关,而与总酸含量、类黄酮含量、黄酮含量呈显著负相关;类黄酮含量与黄酮含量、黄烷醇含量呈显著正相关,而与总酚含量呈显著负相关。以上结果表明,果皮花色苷的积累伴随着果实中可溶性固形物积累和总酸降解,同时花色苷的积累也与类黄酮和黄酮类物质的转化相关。

图6 ‘火焰无核’葡萄果实转色期至成熟期色素含量、品质指标、酚类物质含量之间相关性Fig.6 Correlation between pigment content,quality indexes,and phenolic compounds content of‘Flame Seedless’ grape from veraison stage to mature stage

3 讨论

3.1 植物生长调节剂对葡萄果实着色的调控效应

果实着色是由于叶绿素、类胡萝卜素和花色苷等多种色素综合作用下形成,果皮呈现红色是由于花色苷在细胞中生物合成和积累的结果[16]。高原等[17]研究发现,随着果实的成熟,果皮中叶绿素含量逐渐降低,花色苷含量逐渐升高,且成熟时果皮中花色苷含量决定了果实的着色程度。MeJA 通过诱导叶绿素降解和花色苷的合成来影响果皮颜色[18]。如在转色期采用MeJA 处理‘圣诞玫瑰’葡萄,促进了果皮中花色苷的积累,加快了叶绿素的降解,进而改善了果实色泽[19]。S-ABA 处理可以增加葡萄果皮总花色苷含量,对不同种类花色苷含量提高效果显著,并且连续施用两次比仅施用一次效果更加明显[20]。用不同浓度S-ABA 对‘巨峰’葡萄进行叶面喷施,发现25 mg/L S-ABA 降低叶绿素含量、促进花色苷含量效果最佳[21]。本研究结果表明,‘火焰无核’葡萄果实成熟过程中,花色苷不断积累,叶绿素、类胡萝卜素、胡萝卜素逐渐降解,从而促进果实着色,且叶绿素、类胡萝卜素、胡萝卜素等作为果皮底色,含量不断降低,远远低于花色苷含量,更有利于果实着色,且COR 处理的叶绿素、类胡萝卜素、胡萝卜素含量始终处于较低水平,说明COR 处理促进降解叶绿素能力较S-ABA 和MeJA 更强。

S-ABA、MeJA 的应用可以刺激果皮中红色色素的积累[22-23]。韩春红等[24]研究发现,叶面喷施MeJA 处理后,红皮梨果皮的花色苷含量上升,叶绿素含量降低,果皮a*上升,L*、b*下降,促进了果实着色。本研究发现S-ABA、COR 与MeJA 处理均显著提高了‘火焰无核’葡萄果面色泽参数a*,明显降低了L*和b*,3种生长调节剂处理均可以提高果实着色程度,且S-ABA处理最先开始着色,促进着色效果最佳;同时果面着色程度、果面色泽指标与果皮色素含量变化结果表现一致,进一步验证了外源SABA、COR与MeJA确实能够促进葡萄果实着色。

3.2 植物生长调节剂对葡萄果实品质的调控效果

可溶性固形物、总酸含量及固酸比是评价葡萄果实内在品质的重要指标。在转色期使用不同浓度S-ABA 处理‘Beidaneh Ghermez’葡萄可使其可溶性固形物含量升高[25]。转色期连续2次对‘新郁’喷施不同浓度MeJA,可以增加果实可溶性固形物含量,对果实总酸含量影响不明显[26]。本研究中SABA、COR 和MeJA 处理显著提高了‘火焰无核’葡萄可溶性固形物含量,增大固酸比,而S-ABA 和MeJA 却未对总酸含量产生显著影响。本研究发现‘火焰无核’葡萄果实花色苷含量与可溶性固形物含量存在着明显的协同变化关系,随着可溶性固形物含量的升高,花色苷含量逐渐增加,而且可溶性固形物积累的时期和花色苷积累的时期相吻合,说明只有当糖达到一定的浓度时,果实才开始着色,这与前人结果[27]相一致。

喷施不同浓度和不同次数S-ABA 对不同品种欧李果实的单果重改变效果存在一定的差异[28]。采前施用MeJA 增加了甜樱桃和苹果的果实重量[29-30]。本研究中MeJA 处理显著增大了‘火焰无核’葡萄果实纵径、横径和粒重,对果形指数无显著影响,而S-ABA 处理和COR 处理在果实纵径、横径、粒重、果形指数方面与对照差异不显著。果实硬度是影响消费者口感的重要品质,前人研究发现采前S-ABA、MeJA 处理草莓,能够有效抑制冷藏过程中果实的软化,增加了果实的贮藏期[31];而采前MeJA 处理李果实,对果实硬度没有影响[32]。本研究中S-ABA 处理增加了果实硬度,但对果柄拉力无显著影响,这可能与喷施时期和处理浓度有关。

酚类、黄酮类化合物是广泛存在于自然界植物中的重要次生代谢产物,具有抗炎,降低血管脆性,降低血脂和胆固醇的作用。施用不同浓度的SABA、MeJA 可以使不同品种葡萄总酚含量、类黄酮含量显著提高[33-34],在苹果研究上也得到了相似的结果[31];COR 处理可以显著诱导酚类和黄酮类物质在桑叶中的积累[35]。本试验S-ABA、COR 与MeJA 处理均提高了‘火焰无核’葡萄果皮中类黄酮、黄酮、总酚、黄烷醇含量,降低了单宁含量。

4 结论

在‘火焰无核’葡萄果实转色期,100 mg/L SABA、2 000倍COR和60 mg/L MeJA处理均能促进葡萄果实可溶性固形物的积累,增大固酸比,同时增加果皮中花色苷的积累,有效促进了‘火焰无核’葡萄果实着色,改善了果实外观和内在品质,其中以SABA处理促进着色效果最佳;COR处理在增加可溶性固形物含量和改善果实着色方面均有较好的效果。a*与可溶性固形物含量、花色苷含量呈显著正相关,可以作为量化指标较好地反映果实着色情况。