韩守安,王 敏,麦合木提·图如普,谢 辉,艾尔买克·才卡斯木,刘佳乐,张雯,潘明启

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所/农业农村部新疆地区果树科学观测试验站,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业大学食品科学与药学学院,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国最大的优质酿酒葡萄原材料生产基地之一[1],2018年新疆酿酒葡萄种植面积达到2.93×104hm2(44万亩),产量达到35.2×104t,分别达到全国总面积和总产量的29%和32%[2]。果实中酚类物质与葡萄酒色泽和口感的形成密切相关,决定葡萄和葡萄酒品质[3]。新疆酿酒葡萄产区夏季常常存在高温干旱等极端天气,导致葡萄成熟过快,糖分积累过高,酚类物质积累不足等,会影响葡萄酒的品质[4]。研究不同光质处理对赤霞珠葡萄叶片光合特性及果实品质的影响,对优质酿酒葡萄的生产管理有重要意义。【前人研究进展】多酚类物质是葡萄果实生长发育过程中合成的重要次生代谢产物[5],主要分布在葡萄果皮和种子中,其中果皮中酚类物质占总量30%左右,种子所占比例占70%左右[6]。葡萄果实中多酚类物质的组成和含量受品种[7]、产区气候、土壤条件、栽培管理措施[8]、果实成熟度等多种因素的共同调控。不同光质对植物生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用[9],而光质对植物光合作用、形态建成和生长发育的影响会因植物种类的不同而发生变化。红光、蓝光、红蓝混合光均可对植物的光合作用、形态建成和生理特性产生不同影响[10]。韩彪等[11]研究发现补蓝光处理桦树叶片的叶绿素含量和净光合速率显著高于补红光。Leong等[12]研究发现补红光处理的铁角蕨具有较高的光能利用效率、具有较高的光合速率。葡萄是喜光植物,光照强度与光合作用和物质代谢密切相关。王海波等[13]研究表明:在叶片衰老过程中补充红光和蓝光对葡萄叶片的净光合速率变化和叶绿素含量的影响显著,其中补充红光处理叶片的净光合速率和叶绿素含量显著高于对照。不同光质对葡萄浆果品质的影响研究也不少,Bergqvist[14]、李红燕等[15]研究表明,浆果中可滴定酸含量与光照强度呈负相关关系,与花青素和酚类物质含量呈正相关关系。光照中紫外线可以促进葡萄中花青素合成和积累[16],蛇龙珠葡萄在蓝色薄膜避雨棚栽培条件下,导致果实的单宁含量降低[17]。陶宇祥等[18]研究发现,避雨栽培导致红地球葡萄果皮单宁含量降低,种子中单宁含量提高。【本研究切入点】目前有关不同光质处理对酿酒葡萄叶片光合特性及果实品质的影响研究报道较少,需通过不同彩旗布进行光质调控,分析不同光质对酿酒葡萄叶片光合特性及果实品质的影响。【拟解决的关键问题】以8 a生“厂”形树形赤霞珠葡萄为研究对象,研究不同光质处理对赤霞珠葡萄叶片光合特性及果实品质和葡萄酒中酚类物质含量的影响,为生产调控措施的研发提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年在新疆农业科学院综合试验场葡萄示范园内进行。供试品种赤霞珠,树龄8年,株距1 m,种植行宽度3 m,行向为南北方向。采用“厂”形树形篱壁形整形方式进行修剪,主蔓距地面高度设置为50 cm,叶幕层厚度设置为80 cm,芽量设置为25芽/m,每档(6 m)为小区,3次重复。

果实膨大期至采收期,在叶幕两侧使用白色、紫色、蓝色、绿色、黄色和红色旗布遮光对结果部位进行光质调控,以不遮挡为对照(CK)。图1

图1 “厂”形树形结构及篱壁形叶幕型示意

1.2 方 法

1.2.1 光响应曲线的测定

在果实成熟期,选择光照强度和相对湿度较稳定的晴天,每个处理选择生长势均匀的赤霞珠葡萄5株,每株数各选取完全展开的功能叶3片,采用Li-6400XT便携式光合作用测定仪(LiCor,Lincoln,NE,USA)的开放气路(空气流速500 μmol/s),设定叶室CO2浓度为(400 μmol/mol)、设置光强(红蓝光源)梯度依次为2 500、2 200、2 000、1 800、1 500、1 300、1 000、800、500、200、100、50、20、0 μmol/(m2·s),测定各处理的净光合速率(Pn)[19]。测定时保持叶片在树上的原方位上,测定前对每个叶片在光照强度为1 000 μmol/(m2·s)条件下光诱导30 min,每个光强下测定时间为120～180 s。将光强在0～250 μmol/(m2·s),Pn的拟合值进行直线回归,得到的直线斜率为表观初始量子效率。光响应曲线的数据采用THORNLEY提出的非直角双曲线模型来进行拟合,并计算得到光合特征参数[20]。

1.2.2 浆果品质指标测定

1.2.2.1 样品选择

果实成熟期,每小区随机采摘5个果穗与相同处理组成混合样本,测定外观指标;各处理随机选择果粒30粒,低温条件下对果皮和籽粒分离粉碎,-40℃低温保存,用于理化指标测定。

1.2.2.2 外观指标

穗重、粒重使用电子天平测定(精度0.01 g),每处理随机选择测定果穗15穗、果粒150粒(每穗随机选10粒);在测定粒重的基础上分别测定果皮和种子重量,统计种子粒数,计算果皮重量/粒重和籽重/粒重等指标;果穗紧实度=实际体积/估算体积果,其中穗实际体积采用排水法测定,估算体积通过测定穗长、穗宽后采用圆锥体计算公式计算。

1.2.2.3 理化指标

可溶性固形物和总酸含量使用ATAGO手持数显折光仪(分辨率Brix0.1%;精度±Brix0.2%)测定,各小区5粒为一组,随机测定5组;总多酚采用福林-酚比色法测定;总黄酮采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法测定;类黄酮采用硝酸铝-亚硝酸钠显色法测定;黄烷醇采用香草醛盐酸法测定;原花青素采用正丁醇盐酸比色法测定,花色苷采用pH示差法测定;单宁采用磷酸钨鉬酸比色法测定。

1.2.3 小样酒酿造和品质指标

1.2.3.1 小样酒酿造

各小区随机采集浆果10 kg,各处理共采集30 kg样品,混合后脱梗、破碎、后用于小样酒的酿造。

1.2.3.2 酒样采集及保存

发酵终止后,各处理取酒样100 mL,至于密闭玻璃容器中,4℃冰箱中保存2个月后用于酚类物质含量测定。测定方法与果皮理化指标测定方法一致。

1.3 数据处理

Excel 2010和SAS数理统计软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同光质处理对赤霞珠葡萄光响应特征的影响

研究表明,随着光合有效辐射(PAR)的增加,各处理的净光合速率(Pn)都会有不同程度的上升。在光强较弱(PAR<500 μmol/(m2·s))时,各处理Pn对PAR的响应都较敏感,即Pn随着PAR的增加而迅速增大。从PAR为600 μmol/(m2·s)开始,白色处理的Pn随PAR的上升,缓慢增大至其光饱和点(LSP),并PAR为900 μmol/(m2·s)左右出现其最大净光合速率(Pnmax),为12.56 μmol/(m2·s),随着PAR的增加Pn不再增加;PAR为0～1 000 μmol/(m2·s)之间蓝色处理Pn呈现迅速上升趋势,Pn随着PAR的增加缓慢上升,并达到一个平台期。CK、白色及蓝色处理Pn明显高于其他处理,其次为黄色处理;紫色、绿色及红色处理的Pn变化趋势一样,即PAR为0～500 μmol/(m2·s),Pn随着PAR的增加迅速升高,当PAR为500 μmol/(m2·s)时出现其最大净光合速率,之后保持平稳状态。图2

图2 不同光质处理下赤霞珠葡萄光响应曲线

模型的决定系数(R2)均高于0.90,说明非直角双曲线模型可以很好的拟合赤霞珠葡萄光响应过程。最大净光合速率(Pnmax)表现为CK>白色>蓝色>黄色>绿色>紫色>红色,白色和蓝色处理的Pnmax明显高于其他处理,红色处理Pnmax仅为5.55 μmol/(m2·s);6种不同光质处理下赤霞珠葡萄表观量子效率(AQY)为0.024～0.027 μmol/(m2·s),各处理间差异较小,其中CK的Pnmax为最大,达到0.038,其次为红色处理(0.027),红色处理的Pnmax较CK降低了29.08%;紫色处理对赤霞珠葡萄的光饱和点(LCP)、光补偿点(LSP)的影响较大,LCP仅为1245.89,较CK降低了41.08%,LSP为106.72,较CK增大了109.5%;蓝色处理下赤霞珠葡萄暗呼吸速率(Rd)明显降低,为0.88 μmol/(m2·s)。表1

表1 不同光质处理下赤霞珠葡萄光响应参数变化

2.2 不同光质处理对赤霞珠葡萄外观品质的影响

研究表明,不同处理与CK之间存加大差异。CK穗重平均值为228.27 g,6种不同光质处理中除黄色遮挡穗重大于CK外,其它处理均小于CK,但仅紫色和红色处理与CK的差异达到显著水平。CK的果穗紧实度为1.15,除蓝色处理略低于CK外,其它处理较CK均不同程度提高,其中白色、紫色和绿色处理与CK的差异达到显著水平。CK粒重为1.36 g,除绿色处理略高于CK外其它处理均不同程度降低,以红色处理下降幅度最大与CK的差异达到显著水平,其它处理与CK均为达到显著水平。CK果粒内种子数为2.10粒除绿色处理略高于CK外,其它处理均低于CK,但各处理与CK的差异均未达到显著水品。CK皮重/果重比值为0.111,与CK相比各处理表现出不同的变化趋势,白色、紫色、黄色和红色处理皮重/果重比值提高,蓝色处理降低,紫色、蓝色和黄色处理与CK的差异达到显著水平。CK籽粒重/果重比值为0.097,与CK相比各处理均不同程度降低,其中紫色、蓝色和黄色处理与CK的差异达到显著水平。表2

表2 不同光质处理下赤霞珠葡萄外观品质变化

2.3 不同光质处理对赤霞珠葡萄理化品质影响

2.3.1 不同光质处理对果实可溶性固形物和总酸含量的影响

研究表明,CK可溶性固形物含量为26.4%,与CK相比各处理果实可溶性固形物含量均不同程度降低,其中紫色、蓝色、绿色和黄色处理与CK的差异均达到显著水平,各处理可溶性固形物含量均高于20%。CK果实总酸含量为0.730%,与CK相比不同处理表现出不同的变化趋势,白色和红色处理下果实总酸含量不同程度的提高,紫色、蓝色、绿色和黄色处理均不同程度降低,其中蓝色、绿色和黄色处理与CK的差异达到显著水平。图3

图3 不同光质处理下赤霞珠葡萄果实可溶性固形物和总酸含量变化

2.3.2 不同光质处理对赤霞珠葡萄果皮中酚类物质含量的影响

研究表明,不同光质处理对赤霞珠葡萄果皮中不同类型酚类物质含量均有较大影响。CK总酚含量为11.58 mg/g,与CK相比不同光质处理表现出不同的变化趋势,其中白色、绿色和黄色处理呈现下降趋势,并且,黄色和绿色处理与CK的差异达到显著水平;紫色、蓝色和红色呈上升趋势,较CK分别提高39.12%、32.47%和36.26%,均显著高于CK。葡萄果皮中黄酮类物质含量较低,CK含量为1.03 mg/g,除蓝色处理与CK差异未达到显著水平外,其它处理均显著低于CK。CK类黄酮含量为2.12 mg/g,白色、黄色和红色处理均显著高于CK。赤霞珠葡萄果皮中黄烷醇含量较高,CK为9.91 mg/g,与CK相比不同处理表现出不同的变化趋势,紫色和蓝色处理不同程度降低,其中紫色处理与CK的差异达到显著水平,白色、绿色、黄色和红色处理均不同程度提高,其中白色和红色处理均显著高于CK。CK原花青素含量为10.25 mg/g,不同处理表现出不同的变化趋势,红色和白色处理不同程度提高,其中白色处理显著高于CK,其它处理均不同程度降低,其中蓝色和紫色处理显著低于CK。白色和紫色光质处理分别能够显著提高赤霞珠葡萄果皮中的总黄酮和总酚的含量。表3

表3 不同光质处理下赤霞珠葡萄果皮中酚类物质含量变化

2.3.3 不同光质处理对赤霞珠葡萄种子中酚类物质含量的影响

研究表明,CK总黄酮含量11.22 mg/g,不同处理表现出不同的变化趋势,其中白色、紫色、蓝色和黄色处理分别较CK提高155.88%、146.08%、144.39%和148.48%,与CK的差异均达到显著水平,绿色和红色处理籽粒中黄酮类物质含量不同程度降低,降幅分别达到13.45%和19.43%,与CK的差异也均达到显著水平。CK种子中类黄酮类物质含量为5.93 mg/g,与CK相比各处理均不同程度增加,白色至红色处理分别较CK增加111.63%、73.69%、18.72%、114.67%、57.50%和22.56%,其中白色、紫色、绿色和黄色处理与CK的差异达到显著水平。CK种子中黄烷酮类物质含量为35.21 mg/g,与CK相比各处理均不同程度增加,白色至红色处理分别较CK增加35.20%、74.30%、30.48%、30.64%、45.49%和2.18%,其中紫色与CK的差异达到显著水平,其它处理与CK的差异均未达到显著水平。CK种子中原花青素含量为17.08 mg/g,与CK相比各处理均不同程度降低,除红色处理外其它处理与CK的差异均未达到显著水平。图4

图4 不同光质处理下赤霞珠葡萄种子内酚类物质含量变化

2.4 不同光质处理对赤霞珠葡萄酒中酚类物质的影响

研究表明,CK总酚含量965.46 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,其中白色和红色处理分别较CK提高30.87%、和32.39%,与CK的差异均达到显著水平,其它处理与CK的差异均为达到显著水平。CK中黄酮类物质含量为134.85 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,白色和红色处理分别较CK增加21.17%和41.42%,红色处理与CK的差异达到显著水平,其它处理与CK相比均不同程度降低,与CK的差异均达到显著水平。CK种子中黄烷酮类物质含量为1 582.38 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,白色和红色处理分别较CK增加31.88%和43.57%,均显著高于CK,其它处理与CK相比均不同程度降低,其中紫色、蓝色与绿色处理与CK的差异均达到显著水平。CK中原花青素含量为116.98 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,白色和红色处理分别较CK增加49.27%和54.79%,均显著高于CK,其它处理与CK相比均不同程度降低,但差异均未达到显著水平。CK中单宁含量为2 377.14 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,白色和黄色处理分别较CK增加49.27%和54.79%,均显著高于CK,其它处理与CK相比均不同程度降低,但差异均未达到显著水平。CK中花色苷含量为6.13 mg/L,不同处理表现出不同的变化趋势,白色和红色处理分别较CK小幅增加,增幅分别达到7.34%和6.85%,与CK差异未达到显著水平,其它处理与CK相比均不同程度降低,紫色至黄色处理降幅分别达50.73%、52.85%、57.25%和56.61%,与CK的差异均达到显著水平,酒体颜色明显变淡到但差异均未达到显著水平。白色和红色处理能够显著提高赤霞珠葡萄酒中总酚、总黄酮、黄烷醇和原花青素含量,白色处理能够显著提高酒体中单宁含量。表4

表4 不同光质处理下赤霞珠葡萄酒中酚类物质含量变化

3 讨 论

3.1光合作用是植物生长发育过程中有机物积累的基础,决定了植物的生长能力,通过系统测定植物Pn对于光照强度的响应,能够了解植物在自然条件下生长状况和潜在的生长能力[21]。研究中,6种不同光质处理对赤霞珠葡萄的光合作用均有影响,较CK,各处理的Pn都有不同程度的降低,可能是因为旗布遮光降低了光合有效辐射所致,与Shahak等[22]研究发现的不同颜色的遮阳网均可降低网内温度、光照强度和光合有效辐射(PAR)的结果相似。在相同光量子通量密度下,红膜与蓝膜处理下的烟草(Nicotianatabacum)的Pn升高[23];对生姜(Zingiberofficinale)而言,绿光处理后其Pn出现升高趋势[24]。研究结果表明,CK的Pn及Pnmax为最大,其次为白色和蓝色,并且白色和蓝色处理下赤霞珠葡萄的Pn和Pnmax值明显高于其他处理,红色处理的Pn、Pnmax为最小,红色旗布明显抑制了赤霞珠葡萄的光合作用,可能是因为赤霞珠葡萄的光合能力对红光较敏感,红色处理下透过旗布的红光减少了,导致了光合作用的降低。与王海波等[13]在葡萄叶片衰老过程中,补充不同光质对‘贝达’砧‘意大利’葡萄的光合特性影响研究的结果一致。植物具有较高光饱和点(LSP)和较低光补偿点(LCP),其生态适应性越强,即利用强光能力大,耐弱光能力强;暗呼吸速率(Rd)反映光合产物的消耗,暗呼吸速率越低的植物对逆境的适应性更好[25]。研究中,白色和蓝色处理下赤霞珠葡萄的LSP最高、LCP为最低,并且蓝色处理Rd为最低,蓝色和白色处理下赤霞珠葡萄能利用的有效光合辐射范围宽,晚上光合产物的消耗最少。与王海波[13]和徐超华[26]分别在葡萄和草莓上研究发现的:补充蓝光能提高葡萄、草莓光合能力的研究结果一致。但紫色处理下赤霞珠葡萄LSP为最小、LCP为最大、Rd为最大,紫色旗布缩小了赤霞珠葡萄能利用的光合有效辐射范围,降低了光合适应能力。

3.2糖含量是判断酿酒葡萄成熟的重要指标,糖含量的高低一方面影响葡萄酒发酵后的酒精度,同时也对葡萄酒的风味产生影响[27]。糖含量在合适的范围内才能保证葡萄酒的品质而并非越高越好,只有糖含量与其他物质处于平衡状态时,才能酿造出高质量的葡萄酒[15]。李华[28]指出,优质酿酒葡萄含糖量不应低于170 g/L。研究结果表明,不同光质处理对赤霞珠葡萄果实可溶性固形物影响不同,其中白色和红色处理对成熟期葡萄果实可溶性固形物含量影响较小,紫色、蓝色、绿色和黄色处理葡萄果实含糖量显著降低,但可溶性固形物含量均高于20%。魏志峰等[29]研究指出果袋颜色对阳光玫瑰葡萄的品质有一定的影响,绿色果袋能够提高果实可溶性固形物含量,蓝色果袋降低了固酸比,研究结果表明绿色旗布处理下赤霞珠葡萄果实可溶性固形物含量降低,造成差异的原因受品种特性和环境因素共同影响。

3.3酿酒葡萄中有机酸以酒石酸和苹果酸为主,占有机酸总量的90%左右,有机酸含量的高低对葡萄、葡萄酒风味、及葡萄酒色泽和色泽的稳定性均有较大影响[30]。王晶等[31]研究指出新疆4个不同小产区赤霞珠葡萄有机酸含量在3.97～7.96 mg/g变化,其中以五家渠产区有机酸含量最高。研究结果表明,乌鲁木齐产区赤霞珠葡萄有机酸颔联与五家渠接近为7.30 mg/g,不同光质处理对赤霞珠葡萄有机酸含量影响不同,其中红色处理有机酸含量提高,白色和紫色处理对有机酸含量影响不大,蓝色、绿色和黄色处理导致赤霞珠葡萄有机酸含量显著降低。王丹等[32]研究不同颜色滤光膜果袋对巨玫瑰葡萄果实品质的影响结果表明,不同色泽滤光膜均能提高巨玫瑰葡萄果实总酸含量,与研究结果存在一定差异,造成这一差异的原因受品种特性和环境因素共同影响。

3.4研究中,不同光质处理下赤霞珠葡萄果皮、种子及葡萄酒中酚类物质含量均有不同程度的升高趋势,其中白色和红色棋布遮阳处理下赤霞珠葡萄酚类物质含量明显高于其他处理和CK。这与Pagay等[33]研究发现的,遮阳处理提高了Cabernet Franc葡萄果实中酚类物质含量结果一致。遮阳网能调节微气候的作用,即遮阳网能降低光照辐射强度、温度、增加湿度来提高葡萄酚类物质的积累,但其机理有待进一步研究。

4 结 论

不同光质处理对赤霞珠葡萄光合能力、果皮、种子和酒体中酚类化合物含量均有较大的影响。6种不同光质处理下赤霞珠葡萄表观量子效率为0.024～0.027 μmol/(m2·s);各处理中,红色处理的最大净光合速率为最大,达到0.027;白色和红色处理条件下,皮果比增加,分别达到0.134及0.128,但对浆果可溶性固形物和总酸含量无显著影响。在白色和红色处理下果皮中类黄酮含量分别为6.94、5.98 mg/g,黄烷醇含量为11.79、13.38 mg/g,原花青素含量为14.35、11.34 mg/g,这与CK之间存在显著差异;白色和红色处理下酒体中总酚含量分别为1 263.57、1 278.18 mg/L,总黄酮含量为163.41、19 071 mg/L,黄烷醇含量为2 086.85、2 271.83 mg/L,原花青素含量为174.62、181.08 mg/L,花色苷含量为6.58、6.55 mg/L,这与CK之间存在显著差异;但是,红色处理对光合能力的抑制作用较大,可能会影响产量。果实膨大期至成熟期采用白色旗布进行遮光处理,能够保持赤霞珠葡萄的最大光合能力,并同时提高果皮和酒体中酚类物质含量,能提高其浆果品质。