刘业萍，庞会灵，毛云飞，张璐璐，沈向，尹伊君，宿夏菲，胡艳丽

（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018）

中国作为世界苹果栽培大国，主栽培品种中‘富士’约占70%以上［1］，但‘富士’自花授粉结果率低，加之果园授粉树配置不合理，易出现坐果不良、品质下降、产量低等问题，所以授粉工作尤为重要，直接决定了苹果产量和收益高低。

目前，在果树生产上一般采用人工辅助授粉、蜜（壁）蜂授粉和液体授粉等方式来提高授粉效果［2］。其中，人工辅助授粉技术应用最广泛，效果较稳定，但缺点是人工点授时，若用力过大、次数频繁，就会导致柱头损伤，不利于花粉受精、坐果，而且需要大量人工，不仅会造成人力、物力浪费，也提高了果园生产成本。蜜蜂授粉可以增加产量、提升果实商品性，在陕西地区苹果等生产中已取得较好应用效果和经济效益［3］。但使用昆虫授粉大田苹果，在花期若遇降温低湿、多雨或大风天气不能传粉时，会造成果树授粉困难，影响当年的产量及品质［4］。液体授粉作为一种高效授粉技术，具有授粉速度快、节省人工成本、增加柱头水分和营养、延长花朵授粉受精时间［5］等特点。徐振升［6］对苹果梨进行液体授粉发现，果个大小、长势整齐，保证了坐果率同时提高了果品质量；魏树伟等［7］认为液体授粉效果极显著优于自然授粉，单果重、果实硬度、可溶性固形物含量等品质指标均有不同程度提高；赵红亮等［8］对白皮酥梨的液体授粉试验也证实该授粉方式可以提高果实品质。

虽然液体授粉省工、高效，在梨［9］、猕猴桃［10］等果树上都有成功的报道，但是利用不同海棠品种花粉对‘富士’苹果进行不同浓度液体授粉的研究鲜有报道。本试验选用3种海棠品种的花粉，设置3个浓度对‘富士’苹果进行液体授粉，以明确不同授粉品种及花粉浓度对‘富士’苹果坐果率和果实内外品质的影响，从而筛选出优质高效的‘富士’苹果授粉最佳品种及最佳浓度，为提高和改善‘富士’苹果产量和品质提供理论依据，对苹果产业发展具有重要的生产意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

授粉试验于2019年4月中旬—10月中旬在济宁市汶上县果树示范基地（东经116°18′、北纬35°31′）进行。该地区属北温带大陆性季风湿润气候区，光照充足，四季分明，降水年际变化大，年均气温13.5℃，年均无霜期180 d，年均降水量为622.1 mm。自然资源丰富，地势平坦，土层深厚，土壤肥沃，矿物质含量丰富，生产条件良好，适宜多种作物生长发育。

1.2 试验材料

供试材料为长势接近、生长健壮的4年生八棱海棠砧木‘富士’苹果树，株行距2 m×4 m；花粉材料选取‘红丽’（Red Splender）、‘钻石’（Sparkler）、‘道格’（Dolgo）3种优质海棠花粉，及其以1∶1∶1比例混合的混合花粉。液体授粉营养液配方在文献［11］配方基础上有所改良，为15%蔗糖+0.01%硼酸+0.05%硝酸钙+0.06%黄原胶。于4月10日（红富士苹果盛花期）果园内花朵开放60%时，将配制好的花粉液体喷施在果树花朵上。花粉液必须现配现用，均匀喷施，配好的溶液2 h左右喷完。

1.3 试验设计

试验以自然授粉（A1）不做任何处理作为对照，采用花粉品种和浓度两因素随机区组设计，花粉品种设置‘钻石’（A2）、‘红丽’（A3）、‘道格’（A4）和三者的1∶1∶1混合花粉（A5）4个处理，花粉浓度设置0.03%（B1）、0.04%（B2）、0.05%（B3）3个处理。每个花粉品种处理选15棵苹果树，每个浓度处理各5棵，每棵选取生长方位、粗度相似的5个主枝进行液体授粉，并用吊牌作好标记。授粉25 d后统计坐果率；果实成熟后每个品种每个浓度处理采摘10～15个，以保证试验材料的充足和试验的准确性，带回实验室进行果实品质的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 坐果率 调查每棵树上已标记枝条的花朵总数量，待坐果后于5月中旬调查其坐果总数量，坐果总数量与花朵总数量的比值即为花朵坐果率。

1.4.2 果实外在品质 果实的单果重采用JA5003电子天平称取；纵径和横径采用游标卡尺测量；硬度采用手持式GY-1型硬度计测定。

1.4.3 果实内在品质 采用蒽酮比色法［12］测定果实可溶性糖含量；果皮花青苷含量参照Liu等［13］的方法测定；可滴定酸含量采用NaOH滴定法测定［14］；果实维生素C含量采用钼蓝比色法［15］测定。

1.4.4 果实香气物质 果实的香气物质采用气相色谱-质谱联用仪（Shimadzu GCMS-QP2010，岛津公司），参照王安然等［16］的方法进行测定。

1.5 数据统计与分析

试验数据均采用Microsoft Excel 2010进行处理，用SPSS 18.0统计软件进行主成分分析、因子分析、两因素方差分析。采用峰面积归一化法计算香气成分的相对含量［17］。

2 结果与分析

2.1 授粉品种主要果实性状

授粉海棠品种的果实性状见表1，其中‘红丽’和‘钻石’的果实比较小，但果实颜色好，果形端正。

表1 不同授粉品种的果实性状

2.2 花粉品种和浓度对‘富士’坐果率和果实外在品质的影响

授粉品种与浓度处理对‘富士’坐果率（花朵）、果形指数、单果重和硬度影响显著（P＜0.001），两者交互作用对除单果重外的其他指标的影响也均达显著水平（P＜0.01或P＜0.001）（表2）。

与自然授粉相比，液体授粉可明显改善‘富士’坐果率和果实外在品质，且花粉浓度越高效果越好。除‘道格’和混合花粉在0.03%浓度时对果形指数和硬度无显著影响外，液体授粉可显著提高‘富士’的坐果率、果形指数、单果重和果实硬度。其中，‘钻石’在浓度为0.05%时坐果率、单果重、硬度最大，显著高于其他处理，而果形指数在浓度为0.04%时最大，但与0.05%浓度处理差异不显著。‘红丽’‘道格’和混合花粉均在浓度为0.05%时‘富士’坐果率和果实外在品质最好，坐果率、单果重和硬度显著高于其他处理，果形指数与花粉浓度0.04%时差异不显著。

四种花粉品种间比较，坐果率以‘钻石’授粉的最高，其次为‘红丽’；果形指数、单果重、硬度均以‘红丽’授粉的最高，‘钻石’授粉的次之；以混合花粉授粉的‘富士’果实外在品质最差。

表2 花粉品种和浓度对‘富士’坐果率和果实外在品质的影响

2.3 花粉品种和浓度对‘富士’果实内在品质的影响

从表3可知，除浓度对可溶性糖含量影响不显著外，花粉品种与浓度处理对‘富士’果实可溶性糖、可滴定酸、维生素C和花色苷含量影响显著，但两者交互作用对‘富士’果实内在品质无显著影响。

液体授粉显著提高了‘富士’果实的内在品质，且浓度越高效果越好，均以浓度为0.05%时可溶性糖、可滴定酸、维生素C、花色苷含量最高，但与0.04%浓度相比，仅‘钻石’和‘道格’的维生素C含量、‘红丽’的可滴定酸含量两者间存在显著差异，其余指标两浓度间差异均不显著。

总体来说，以‘钻石’花粉进行液体授粉的‘富士’果实可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量最高，而以‘道格’花粉授粉的花色苷含量最高，以‘红丽’花粉授粉的各指标居中，三者混合花粉授粉果实的内在品质提升效果最差。

表3 花粉品种和浓度对‘富士’果实内在品质的影响

2.4 花粉品种和浓度对‘富士’苹果果实香气物质成分的影响

由表4可见，花粉品种不同，‘富士’苹果的香气物质成分与含量差异较大，花粉浓度不同对苹果香气物质成分影响也不同。相比于自然授粉，‘钻石’‘红丽’‘道格’处理‘富士’苹果中检出的香气物质种类较多，而三者混合花粉检出的较少；液体授粉处理的烃类物质含量明显增加，主要表现为法呢烯含量的增多；酯类是‘富士’苹果中的主要香气物质，以0.05%的‘钻石’、0.03%的‘红丽’及各浓度‘道格’和混合花粉进行液体授粉后果实总酯类物质含量增加，其中，0.05%、0.04%的‘道格’处理增幅较高，分别达到82.38%和69.54%。

乙酸己酯和丁酸己酯占总酯类的含量较高，液体授粉处理的乙酸己酯含量（除0.05%‘红丽’）高于自然授粉，而丁酸己酯含量低于自然授粉。‘钻石’和混合花粉浓度为0.05%、‘红丽’和‘道格’浓度为0.04%时乙酸己酯的含量比自然授粉分别高1.16倍、91%、24%和1.53倍。

丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丁酯和2-甲基丁酸丁酯都有苹果所特有的甜香气和果香气［18］。除0.05%混合花粉处理未检出外，液体授粉处理提高了‘富士’苹果中的丁酸乙酯含量，且花粉浓度越高，含量越高；0.05%的‘钻石’‘红丽’‘道格’花粉、0.04%的混合花粉处理后，‘富士’果实的丁酸乙酯含量分别比自然授粉高5.36、2.48、2.92、1.19倍。乙酸丁酯和己酸乙酯所有处理苹果中均检出，且除0.03%的‘钻石’和‘红丽’外液体授粉各处理的含量均高于自然授粉；‘红丽’和‘道格’处理均以0.05%浓度最高，混合花粉处理以0.04%浓度最高，‘钻石’处理的乙酸丁酯在0.05%时最高而己酸乙酯在0.04%时最高，分别比自然授粉的高6.04和3.26、21.00和5.49、8.86和2.27、1.81和4.84倍。2-甲基丁酸丁酯的含量除0.05%的‘钻石’和‘道格’、0.04%和0.05%的混合花粉处理高于自然授粉外，其余处理均低于自然授粉。

表4 不同花粉品种和浓度处理‘富士’果实的香气成分 （μg，每100 g鲜果中的量）

2.5 ‘富士’果实品质评价

选取坐果率、果形指数、单果重、硬度、可溶性糖、可滴定酸、维生素C、花色苷、乙酸己酯、己酸乙酯和2-甲基丁酸丁酯11个指标，运用主成分分析法对‘富士’果实品质状况进行评价。结果（表5）表明，提取的3个主成分（PC1、PC2、PC3）的特征值都大于1，且累积方差贡献率达到84.352%，说明这3个主成分反映了原始变量的绝大部分信息，因此，以这3个主成分代替原来的11个指标评价‘富士’果实品质。

主成分的特征向量绝对值越大，则对该变量的代表性越大。PC1中，坐果率、果形指数、单果重、硬度、可溶性糖、可滴定酸、花色苷特征向量较大，是构成PC1方差变异的主要因素。PC2中，乙酸己酯特征向量较大，为0.885，是构成PC2方差变异的主要因素。PC3中，2-甲基丁酸丁酯特征向量较大，为0.839，是构成PC3方差变异的主要因素。

进一步计算各处理的主成分因子得分情况，并据此进行排序，能够较直观地揭示出不同花粉品种与浓度对‘富士’果实品质的影响大小。本研究通过统计分析计算出3个主成分旋转后的因子得分，再以与之相对应的方差贡献率所占比例作为权数进行加权求和，得到不同处理的综合得分。由表6可见，综合得分排在前5位的是A2B3、A4B3、A3B3、A2B2、A3B2。说明在这5种处理下‘富士’果实的综合品质较好。

3 讨论与结论

液体授粉技术具有提高授粉效率、便携省时、节本增效等特点，且液体花粉的用量是人工授粉的1/3［19］，适宜于果园生产栽培中大面积推广。不同授粉品种及浓度对‘富士’苹果的单果重、果形指数等外观品质和可溶性糖、可滴定酸、香气等内在品质产生明显影响。于立洋等［20］对4个新疆野生苹果的研究发现，用‘绚丽’海棠花粉授粉后4个新疆野苹果优系的单果重有增大趋势，对果形指数也有一定改善，本试验结果与其相同，推测可能与不同授粉品种对苹果内源激素的影响有关［21］。Sakamoto等［19］试验结果表明，液体授粉会改变三季梨果形，使其趋于近圆形，与本试验结果一致。

本研究中授粉品种与浓度处理对‘富士’坐果率（花朵）、果形指数、单果重、硬度及可滴定酸、维生素C和花色苷含量影响显著，说明授粉品种和浓度可显著影响‘富士’苹果的坐果率和果实内外品质；但两者交互作用仅对坐果率、果形指数和硬度影响显著，对其他品质指标无显著影响。与自然授粉相比，液体授粉可明显改善‘富士’果实外在品质、内在品质和香气物质含量，且总体来说花粉浓度越高效果越好；据主成分分析，提取的3个主因子累积方差贡献率可达84.352%，主要解释坐果率、果形指数、单果重、硬度、可溶性糖、可滴定酸、花色苷、乙酸己酯和2-甲基丁酸丁酯的变异。经综合分析判定，海棠花粉品种为‘钻石’、浓度为0.05%时‘富士’果实的外在品质最佳，其次为0.05%的‘道格’和‘红丽’。

张静茹等［22］对黑宝石李的试验表明，采用不同品种花粉进行授粉，果实可溶性固形物含量具有显著性差异。沙海峰等［23］用不同授粉品种对京白梨进行授粉后发现，在内在品质如可滴定酸和可溶性糖含量等方面，不同授粉品种间存在一定差异。明广曾等［24］用不同授粉品种为‘红将军’授粉，结果表明，用‘红富士’为‘红将军’授粉后坐果率较差，但授粉对果实品质都有不同程度的提高。李保国等［25］研究表明，用不同品种对‘2001富士’授粉，果实糖酸含量、果肉细胞间隙、维生素C含量等内在品质均表现出明显的差异。本研究结果表明，与自然授粉对照相比，用不同品种液体花粉授粉均提高了‘富士’苹果果实的内在品质，‘钻石’对可溶性糖、可滴定酸和维生素C含量的提升效果最好，而‘道格’对花色苷含量的提升效果最好，推测这种差异与其花粉的直感有关［26，27］。

香气成分是果品品质与加工的重要评价指标，主要受品种的影响。乜兰春等［28］研究表明，‘富士’苹果的主要香气成分为丁酸乙酯、正丁醇、2-甲基丁酸乙酯等。Wang等［29］研究发现，套袋‘富士’苹果中的香气成分受到了花粉直感效应的影响，用‘金冠’苹果花粉授粉后‘富士’果实的挥发性成分相对含量增多，用‘新红星’和‘红宝石’花粉授粉后‘富士’果实中醇类物质相对含量明显升高，而用‘新红星’‘金冠’和‘嘎拉’花粉授粉后的果实中醛类物质相对含量显著升高。张曼曼等［18］研究表明不同品种花粉组合对‘富士’和‘新红星’苹果品质影响不同，对‘新红星’果实品质的影响更大；以‘红菱’为授粉树对‘富士’和‘新红星’授粉后，烃类物质的相对含量明显高于对照组，其中法呢烯含量最多，与本研究结果一致。本研究结果表明，酯类是‘富士’苹果中的主要香气物质，以0.05%的‘钻石’、0.03%的‘红丽’及各浓度‘道格’和混合花粉进行液体授粉后果实总酯类物质含量增加。酯类中，乙酸己酯和丁酸己酯的含量较高，但液体授粉处理可以提高乙酸己酯含量而降低丁酸己酯含量。对于苹果特有的甜香气和果香气物质丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丁酯和2-甲基丁酸丁酯，液体授粉可以提高丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丁酯的含量，但降低2-甲基丁酸丁酯含量（除0.05%的‘钻石’和‘道格’、0.04%和0.05%的混合花粉处理）。总体来说，液体授粉可以提高‘富士’苹果的香气物质含量，尤以浓度为0.04%和0.05%最好，说明高浓度花粉可以显著提高苹果的果实风味，对其改善和资源优化具有极其重要的意义。但本试验由于受仪器和数据库不完善等的限制，检测出的香气物质成分有限，今后试验中将进一步完善，以对香气成分进行更准确的测量与评价。

授粉品种对果树的坐果率影响很大。赵红亮等［8］的研究表明，通过液体授粉，白皮酥梨获得了较为理想的坐果率，能够满足生产上对梨树坐果率的需要。相比人工授粉，液体授粉能够保持理想的坐果率，减少授粉时间，节约生产成本，提高授粉效率，避免不良天气对坐果率的影响。相比自然授粉，液体授粉可通过花粉品种和浓度影响富士的坐果率。本试验中用不同浓度3种花粉品种进行液体授粉，坐果率均显著提高，与赵红亮［8］、刘珠琴［2］等的结果一致，表明液体授粉技术可以满足生产上对坐果率的需要。

本研究运用主成分分析法将不同海棠花粉品种与浓度处理下的‘富士’果实11个品质评价指标简化为3个彼此不相关的综合指标，并计算得到不同处理组合的综合得分值，排名前3的处理分别为‘钻石’浓度0.05%、‘道格’浓度0.05%、‘红丽’浓度0.05%，较为客观地评价了不同处理下的‘富士’果实品质，对于不同海棠花粉品种与浓度对‘富士’果实内外品质影响的代谢途径差异及测定指标存在差异的原因，有待进一步深入研究。

综上所述，不同海棠品种花粉及浓度提高了液体授粉后‘富士’苹果果实的内外品质，以0.05%‘钻石’和‘红丽’改善效果最佳。利用主成分分析进行综合评价，0.05%的‘钻石’‘道格’‘红丽’的综合处理效果较好。液体授粉能够提高‘富士’苹果果实品质，节约经济成本，具有极大的推广价值。