红富士苹果不同成熟期矿质元素与可溶性糖相关分析

冯贝贝，梅 闯，张振军，刘海蓉，艾沙江·买买提，王继勋，闫 鹏

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091；2. 阿克苏地区技术推广服务中心，新疆阿克苏 843000；3.新疆阿克苏地区气象局，新疆阿克苏 843000)

0 引 言

【研究意义】果实品质包括外观品质、内在品质、贮藏品质和加工品质[1]。果实在成熟时糖的种类、含量及比率对果实风味的形成以及其他营养成分的代谢具有重要的影响，是决定果实品质和商品价值的主要因素[2]。果实矿质营养不仅能反映果园土壤的肥力水平、吸收利用率和矿质营养状况[3]，还能反映树体营养状况及果实品质，也与苹果生理病害密切相关[4]。研究苹果果实中矿物质含量和可溶性糖含量变化的关系，为苹果的优质丰产栽培提供理论基础。【前人研究进展】仝月澳等[5]在对石灰性土壤中出现的水心病进行研究时发现，喷施钙肥能有效的减轻水心病，使用磷、钾肥对水心病的发生同样具有显著效果。氮素可以提高果实单果质量。适量的氮素有助于淀粉、果糖、蔗糖、葡萄糖的合成，有助于提高代谢相关的酶活性；氮素过量时，淀粉、果糖、蔗糖、葡萄糖的合成受到抑制，品质下降，相关酶活性也降低[6]。马明等[7]硼对苹果水心病的研究中发现，硼对钙的吸收有明显的抑制作用，导致苹果水心病的病情指数和病果率提高。杜艳民等[8]在对新疆富士苹果水心病的研究中发现，正常果实和组织与水心果实和组织中可溶性固形物和矿质元素含量的差异一定程度上诱发了苹果水心的发生。苹果中水心的产生与果实中较高山梨醇含量以及较低浓度的蔗糖和果糖含量有关[9]。【本研究切入点】目前关于苹果品质的研究多集中在果实采收时的糖组分和矿物质含量之间的关系，对阿克苏地区不同成熟期的糖组分和矿物质含量的动态变化报道较少，苹果果实中的可溶性糖组分主要包含：果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇[10]。【拟解决的关键问题】测定对长富2号和烟富6号两品种的果实中矿质元素和可溶性糖组分，分析苹果果实成熟期糖分的积累与矿质元素的相互关系。特别是成熟期，糖组分和矿质元素的变化，为苹果的优质丰产栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

2019年在新疆阿克苏市红旗坡4分场13大队苹果示范园。该基地属于暖温带大陆性干旱荒漠气候，降水稀少，蒸发量大，年平均气温10.8℃，≥10℃积温3 952.9℃，年均日照时数2 806 h，年均降水量80.4 mm，无霜期221 d。

供试品种为长富2号和烟富6号，树龄12 a，授粉品种为嘎啦，株行距(4×5) m，树形采用小冠疏层形。选择树势一致，无病害的苹果树为研究对象。从9月中旬开始，每隔10 d采样1次，时间为9月16日，10月5日，10月15日，10月25日。每个品种从树势一致的3株果树上采集果实，每株树上采集5个大小一致的果实，切碎混合，液氮速冻。

1.2 方 法

1.2.1 果实中可溶性糖组分的测定

糖组分用高效液相色谱仪测定[11]，常色谱条件加以改动。取适量苹果样品，加液氮研磨至粉末状，称取样品0.2 g，加入1.5 mL的水，水浴超声30 min，4℃ 12 000 r/min离心5 min，取上清液，沉淀再提取2次，合并上清液，定容至15 mL，经0.22 μm有机相滤膜过滤至离心管中，用于糖组分的检测。色谱条件：Agilent1260A高效液相色谱仪，色谱柱：Hi Plex CA(7.7 mm×300 mm，8 μm)，进样量5 μL，流速为1 mL / min。每个样品重复测定3 次。

1.2.2 果实中矿物质元素测定

H2SO4-H2O2消煮后，N-凯氏定氮法；P-钒钼黄比色法；K-火焰光度计法；Ca、Mg、Fe、Cu、Zn 元素采用原子吸收分光光度法；B-姜黄素比色法[12]。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel进行统计分析，Pearson相关性分析采用IBM SPSS Statistics19软件。

2 结果与分析

2.1 不同成熟期果实中可溶性糖组分含量变化

研究表明，长富2号与烟富6号在9月16日葡萄糖含量分别是33.82和18.29 mg/g，差异显著，在10月5～25日期间的变化趋势较为一致，且含量差异不显著。蔗糖含量在9月16日2品种间差异达到显著水平，10月15～25日，长富2号的变化值是0.34 mg/g，变化差异不大，变化趋势较为平稳，烟富6号在10月5～15日的变化值较小(0.16 mg/g)，变化趋势较缓，在10月15日之后开始上升。果糖含量在10月5～25日，长富2号的变化趋势是急剧上升，再缓慢上升，烟富6号是呈先下降再上升的变化趋势，在10月5～25日这期间的果糖含量均达到显著水平。山梨醇含量9月16日～10月5日，一直在升高，长富2号在10月15日达到最大值。10月15日，长富2号山梨醇含量下降，烟富6号开始升高，在9月16日和10月15日，2品种的山梨醇含量处于显著差异。图1

注：t-检验方法，* P < 0.05，** P < 0.01,下同

2.2 不同成熟期果实中可溶性糖组分及百分比变化

研究表明，苹果果实中的组分糖均保持在相对稳定的状态。在9月16日，果糖长富2号和烟富6号苹果果实中的果糖含量最高，分别是81.46和80.00 mg/g，分别占总糖的58.11%和57.87%。山梨醇含量最低，分别是3.52和4.68 mg/g，占总糖的2.57%和3.32%。长富2号中葡萄糖含量在9月16日的测量时含量高于蔗糖含量13.70 mg/g，在后3次测量时，低于蔗糖含量。烟富6号的蔗糖含量一直高于葡萄糖含量。图2

注：(a)长富2号，(b)烟富6号

2.3 不同成熟期果实中矿物质含量变化

研究表明，长富2号的全氮含量在持续减少，烟富6号的全氮含量属于呈现‘S’型上升，在9月16日，2品种的全氮含量呈极显著差异，在10月5日和10月25日，呈现显著差异；长富2号的全磷含量在10月5日达到最大值(270.74 mg/kg)，烟富6号在此期间也有缓慢上升，在这一阶段，2品种的全磷含量具有极显著差异，在10月25日，烟富6号的全磷含量达到最大值169.29 mg/kg；2品种在9月16日～10月15日期间的变化曲线较为相同，长富2号在10月15～25日全钾含量开始上升，烟富6号呈现下降趋势，两者的全钾含量在10月25日呈显著差异；10月5日，2品种的B含量在此时呈现显著差异，长富2号达到最大值6.58 mg/kg，烟富6号在此时是最低值3.99 mg/kg；2品种的Ca和Cu含量一直呈现降低趋势，Cu含量在9月16日相差0.85 mg/kg，呈显著差异；长富2号和烟富6号的Fe含量在9月16日相差9.64 mg/kg，呈现显著差异，烟富6号在10月15日出现增长，高于长富2号Fe含量3.62 mg/kg；2品种的Mg含量在10月15～25日期间出现烟富6号由之前的低于长富2号4.14～9.23 mg/kg转变为高于长富2号6.90 mg/kg；长富2号和烟富6号果实中的Zn含量处于持续降低的状态，分别由4.31、6.84 mg/kg降到1.09和1.05 mg/kg。图3

图3 长富2号及烟富6号果实成熟过程中矿质元素的变化Fig.3 Changes of mineral elements during fruit ripening of Changfu 2 and Yanfu 6

2.4 不同成熟期果实中的矿质元素与可溶性糖组分含量的相关性

研究表明，长富2号果实中的Ca含量与Fe含量、Cu含量与Fe含量呈极显著正相关，N含量与Ca、Cu和Fe呈显著正相关，Ca含量与Fe和Zn含量呈显著正相关，Cu含量与Fe、Zn含量呈显著正相关。果实中的蔗糖含量与 Ca、Cu和Fe含量呈现负显著相关，与 Zn含量呈极显著负相关。表1

表1 长富2号果实成熟过程中矿质元素与可溶性糖组分含量的相关系数Table 1 Correlation analysis between the contents of mineral elements and soluble sugar in Changfu 2

烟富6号的Ca含量与Zn含量呈显著正相关，Fe含量与Mg含量呈极显著正相关，蔗糖含量与Fe、Mg含量呈极显著正相关，果糖含量与B含量呈极显著负相关，山梨醇与Ca含量呈显著负相关。表2

表2 烟富6号果实成熟过程中矿质元素与可溶性糖组分含量的相关系数Table 2 Correlation analysis between the contents of mineral elements and soluble sugar in 烟富6号

3 讨 论

糖分的积累是果实风味形成的关键，糖的组成成分和含量多少，导致对果实的甜度的贡献是不同的。在以苹果、梨为代表的木本蔷薇科果树，叶片中产生的主要光合代谢产物是山梨醇(占整个光合产物的60%～70%)，其通过韧皮部运输到果实中[13]，在果实中被快速分解为果糖、蔗糖等主要糖分类型，进而使苹果成熟后具有香甜可口的风味[14]。不同品种的苹果可溶性糖组分的含量存在较大的差异，每种糖所代表的风味也不相同，果糖最甜，蔗糖次之，山梨醇最低，葡萄糖的风味最好[15]。研究中，长富2号和烟富6号的果糖含量占总糖比例最高，分别是58.11%和57.87%，其次是蔗糖和葡萄糖，最低的是山梨醇，除了9月16日长富2号的葡萄糖含量高于蔗糖含量，后3次都是蔗糖高于葡萄糖，基本属于以果糖和葡萄糖为主的苹果类型[16]，这与Liu等[17]的研究结果一致。甜度被作为水果育种中最重要的感官品质性状之一[18]。不能单一的使用可溶性固形物含量来表示苹果的甜度[19]，山梨醇和可溶性固形物与甜度呈极显著正相关，山梨醇对糖度的贡献达到44%，总糖是17%，并且山梨醇在苹果果实中所占比例不超过10%，其甜度也低于蔗糖、果糖、葡萄糖，必须考虑代谢物之间的相互作用，而不是单一成分的含量来解释苹果的甜度或一般的感官感受[20]。研究中，长富2号和烟富6号的山梨醇含量从9月16日～10月25日一直处于低于10%所占比例，与上述结论较为一致。据报道，苹果的水心与果实成熟过程中的山梨醇含量和矿物质含量有关[21]，并且山梨醇与果实甜度具有较高的相关性，烟富6号从9月16日到10月25日，山梨醇含量一直在上升，这一现象是否与水心现象的出现是否相关，并且阿克苏苹果口感爽脆，风味浓郁是否也与之相关都需要进一步的研究。

王磊彬等[22]研究表明，矿物质对可溶性糖的影响顺序是Mg >P > Cu> Ca> Zn > Fe > Mn > K > N，对可溶性固形物的影响顺序为 Mg > K > Cu > Ca > Mn > P > N > Zn > Fe；徐慧等[23]的研究表明，主要矿质元素对可溶性固形物的贡献大小顺序为 P > K > Ca > B；已有研究表明， Ca 元素通过影响山梨醇代谢，从而导致苹果果实中水心病的发生[4]，同时B元素对Ca的吸收具有抑制作用，果实中的B元素过高，水心病的发病率越高[7]。研究中，长富2号果实中的N、Ca、Cu、Fe和Zn含量在9月16日～10月25日期间一直处于下降趋势，N含量与Ca、Cu、Fe含量呈显著正相关，蔗糖与Ca、Cu、Fe呈显著负相关，与Zn含量呈极显著负相关，N含量也与果实中的糖含量有一定的影响，与Denise[24]认为的果实成熟期N含量过高导致可溶性固形物的含量降低的说法较为一致；在烟富6号中Ca 元素与山梨醇呈显著负相关，Mg和Fe元素对蔗糖呈极显著正相关，B元素与果糖呈极显著负相关，在长富2号中出现的Fe元素呈显著负相关，B元素对蔗糖，Ca元素对山梨醇无显著相关性，矿质元素对果实中可溶性糖含量的影响在品种间有一定的差异。

4 结 论

长富2号和烟富6号的果糖含量占总糖比例最高。果实中的矿物质元素对果实中的可溶性糖的影响较高，因品种不同，不同矿质元素对果实中的可溶性糖影响不同。10月15日，长富2号的葡萄糖和山梨醇含量达到最大值，分别是34.68和15.47 mg/g，烟富6号在此时的葡萄糖含量也是最高的，达到27.34 mg/g。10月25日，2品种的蔗糖含量分别是37.38和43 mg/g，达到最高值。长富2号的果糖含量也达到最大值94.48 mg/g，烟富6号在10月5日达到最大值，90.43 mg/g。在长富2号中，全磷和B含量在10月5日达到最大值分别为270.74和6.58 mg/kg，全钾含量在10月15～25日上升，Mg含量在此期间处于下降趋势，9月16日～10月25日，全氮、Fe、Ca、Cu和Zn含量一直处于下降趋势。在烟富6号中全氮含量从9月16日～10月25日期间，呈‘S’型增长，Ca、Cu和Zn含量在此期间处于下降状态，10月15～25日期间全磷、Fe、Mg含量不断上升，全钾含量在此前间下降。