葡萄果实矿质元素与品质的相关性及通径分析

和雅妮 奚晓军 查倩 殷向静 蒋爱丽

摘要：为了探索矿质营养元素对葡萄果实品质的作用，鉴定影响果实品质的主要矿质营养元素，以上海地区17个葡萄品种为研究材料，对葡萄果实的8个品质指标和9种矿质元素进行检测，利用典型的相关性分析和通径分析方法，对葡萄果实矿质元素含量和果实品质指标之间的通径系数和相关性进行分析和统计。结果发现，与葡萄果实品质指标相比，果实中各种矿质元素的变异系数差异较大。典型相关分析表明，单果质量、果实硬度、可滴定酸含量与部分矿质元素之间的相关性存在显著或极显著相关关系。通过通径分析发现，直接影响葡萄单果质量的矿质元素作用大小为镁（Mg）>锰（Mn）>磷（P）>钾（K）>铁（Fe）>钙（Ca）>氮（N）>锌（Zn）>铜（Cu），直接影响果实硬度的作用大小顺序为P>Mg>Cu>Ca>Fe>N>Zn>K>Mn，直接影响果形指数的作用大小顺序为K>Mg>Cu>P>Fe>Mn>N>Ca>Zn，直接影响可溶性固形物含量的作用大小顺序为Mg>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，直接影响可滴定酸含量的作用大小顺序为N>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，直接影响维生素C含量的作用大小顺序为 Cu>K>N>Mn>P>Fe>Zn>Mg>Ca，直接影响可溶性蛋白含量的作用大小顺序为K>Ca>P>Fe>Cu>Mg>N>Mn>Zn，直接影响总酚含量的作用大小顺序为Mn>Ca>P>Fe>K>Cu>N>Mg>Zn。以上结果表明，葡萄果实品质的形成受N、P、K、Mg等的影响作用较大，是各个矿质元素协同调控的综合结果。

关键词：葡萄;矿质营养;果实品质;相关性分析;通径分析

中图分类号：S663.101   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）02-0154-07

收稿日期：2021-04-25

基金项目：上海市市级农口系统青年人才成长计划[编号：沪农青字（2018）第1-12号];国家现代农业产业技术体系建设专项（编号：CRAS-29）。

作者简介：和雅妮（1988—），女，河南焦作人，博士，助理研究员，主要从事葡萄营养与品质研究。E-mail：heyani1113@163.com。

通信作者：蒋爱丽，硕士，研究员，主要从事葡萄新品种选育与栽培技术研究。E-mail： putaojal@163.com。

葡萄是我国最主要的果树树种之一，其种植面积和生产产量居水果产业前列，并具有重要的经济地位[1]。葡萄的果实品质是指满足消费者需求的各种优良性状总和，对于鲜食葡萄而言，其外观性状，比如果实形状、大小、色泽等，以及内在品质，比如糖、酸、风味等，是人们重点关注的品质特征[2]。随着现在生活水平的提高，消费者对葡萄品质的要求也越来越严格，研究如何提高葡萄的果实品质对顺应市场变化、指导葡萄种植具有重要意义。

矿质营养作为基础的营养物质，对于果树的生长发育、产量形成以及果实品质构建具有重要的调控作用[3]。Denise等研究发现，成熟期的苹果果实，其含氮（N）量较高时，会使得可溶性固形物的含量降低，可滴定酸的含量增加[4]。钾（K）含量的提升可以提高葡萄的产量，增加果实中维生素C的含量[5-6]，高K对于提高果实硬度、耐贮性、可溶性固形物含量，以及降低酸含量等均有重要作用[7]。顧曼如等研究表明，锌（Zn）与果实的色泽、硬度、总酸含量呈正相关，而与可溶性固形物含量呈负相关[8]。张立新等研究发现，果实的矿质营养一方面可以说明土壤的肥力情况以及苹果对各元素的吸收利用效率，另一方面还作用于苹果果实的品质形成和对病虫害的抵御[9]。笔者所在课题组前期的研究结果表明，相关性分析只体现各个矿质元素对相应果实品质的作用，并不能明确影响品质的关键作用因子。而通径分析则可以通过研究自变量对因变量影响的直接作用和间接作用，为统计决策提供可靠依据[10]，目前此分析方法已在农业科研领域得到广泛应用[11-13]。

本研究通过采集上海地区主栽葡萄品种和优新葡萄品种的果实，检测矿质元素含量和果实品质指标，利用相关性分析和通径分析的方法，探索葡萄中各个矿质元素之间的相关性，并分析各矿质元素对果实品质的贡献大小，本研究不仅有助于筛选对葡萄品质有重要作用的矿质元素，也可为实现葡萄生产中施肥科学化和品质优良化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试葡萄品种分别为夏黑、巨峰、巨玫瑰、醉金香、阳光玫瑰、金手指，以及上海市农业科学院林木果树研究所培育的优良品种申丰、申华、沪培1号、沪培3号、申玉、申雅、申丽、申悦、申怡、申玫、申硕，共17个。试验材料摘取自上海市农业科学院葡萄生产园和品种园（30°53′N，121°22′E），避雨设施栽培，采用滴灌灌溉，架式为篱架“V”字形叶幕，其他措施按照正常的生产管理进行。于2018年8月9日至2018年8月20日采摘。每个品种随机选择3株葡萄植株，每株摘取5～6穗葡萄，分别从每穗葡萄的不同部位随机选取果粒，合并后供测定各项指标。

1.2 指标测定

1.2.1 葡萄果实品质的测定 单果质量、果实纵径和横径（果形指数=纵径/横径）、果实硬度分别用天平、游标卡尺、硬度仪测定。手持折光仪测定可溶性固形物含量，氢氧化钠滴定法测定可滴定酸含量;Folin-酚法测定总酚含量[14];维生素C含量的测定方法参考文献[15]，可溶性蛋白含量的测定方法参考文献[16]。以上所有指标，每个样品均重复3次。

1.2.2 果实矿质元素含量测定 矿质元素含量的测定根据文献[17]的方法进行。将果肉样品用液氮研磨混匀，取一定量进行烘干称质量，加入1 mL硝酸（MOS级）过夜浸泡所有材料，沸水煮1 h至溶液无色透明，冷却至室温后补充去离子水至14 mL，混匀。利用电感耦合等离子质谱（ELAN DRC-e电感耦合等离子质谱仪，美国Perkin-Elmer公司）测定样品矿质元素含量。采用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2010、SPSS Statistics 19对数据进行数据统计、相关性分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄果实品质指标和矿质元素含量

表1显示了17个葡萄品种的果实品质指标，从表1可以发现，葡萄品种不同，其果实品质指标存在一定差异。其中变异程度最高的是果实硬度，变异系数为34.28%;变异程度最小的是可溶性固形物含量，变异系数为6.46%。

由表2结果可知，矿质元素含量因17个葡萄品种的差异而存在一定区别。果实的矿质元素变异系数在17.19%～57.48%之间，差异较大，其中钙（Ca）和铁（Fe）的变异系数较大，N和P的变异系数较小。大量元素中，含量最多的是磷（P），含量较高的是N、K、镁（Mg），Ca的含量最低。微量元素中，Fe含量最高，铜（Cu）含量较高，Zn和锰（Mn）的含量较低。

2.2 葡萄果实矿质元素与品质指标的相关性分析

为了探索葡萄果实中各种矿质元素之间的相关性，并分析葡萄果实中的矿质营养对果实品质指标的作用，将葡萄果实中的氮（设为x1）、磷（设为x2）、钾（设为x3）、钙（设为x4）、镁（设为x5）、铁（设为x6）、锰（设为x7）、锌（设为x8）、铜（设为x9）含量作为一个总体，将果实的品质指标，包括单果质量（设为y1）、果形指数（设为y2）、硬度（设为y3）、可滴定酸含量（设为y4）、可溶性固形物含量（设为y5）、维生素C含量（设为y6）、可溶性蛋白含量（设为y7）、总酚含量（设为y8）作为另一个总体，利用相关性分析的方法进行统计。由表3可知，葡萄果实的矿质元素之间存在一定的关联关系，其中，N与K含量、N与Mg含量、P与K含量、P与Mn含量、P与Zn含量、K与Mg含量、K与Fe含量、Ca与Mg含量、Ca与Fe含量、Ca与Mn含量、Mg与Mn含量、Fe与Mn含量呈极显著正相关（P<0.01），N与Mn含量、P与Ca含量、P与Mg含量、K与Ca含量、K与Mn含量、Mg与Fe含量、Mg与Cu含量呈显著正相关（P<0.05）。表4结果显示，葡萄果实的品質指标与矿质元素含量之间具有密切的相关性，其中，N、Cu含量与可滴定酸含量呈显著正相关（P<0.05），P含量与果实硬度呈极显著负相关（P<0.01），Mn含量与单果质量呈显著负相关（P<0.05），这说明果实品质的构建是在多种矿质元素的作用下共同形成的。

2.3 葡萄果实矿质元素与品质指标的通径分析

通径系数的绝对值大小表示各矿质元素对果实品质的作用大小。葡萄矿质营养与单果质量的通径分析如表5所示。各矿质元素对单果质量的直接影响大小顺序为Mg（0.710）>Mn（-0.630）>P（-0.513）>K（-0.321）>Fe（0.230）>Ca（-0.188）>N（0.144）>Zn（0.055）>Cu（-0.036），其中，Mg、Fe、N、Zn对单果质量的直接贡献为正值，Mn、P、K、Ca、Cu的直接贡献为负值。除了直接作用，各矿质元素还可以通过其他自变量间接地影响果实品质，其影响力一般用间接作用通径系数来表示。对单果质量间接影响最大的是Mg，主要通过Mn（-0.454）影响单果质量;其次Fe（-0.532）和Zn（-0.337）对单果质量的间接影响较大，分别通过Mn（-0.472）和P（-0.319）作用于单果质量。由此可知，Mg、Mn、P对葡萄的单果质量作用较大。

表6表示葡萄果实矿质元素与果形指数的通径分析结果，显示N、P、K、Mg、Fe、Mn、Cu为直接影响果形指数的主要矿质元素，其中最大的影响因子为K（-1.200），其次依次为Mg（0.896）、Cu（-0.676）、P（0.664）、Fe（0.390）、Mn（-0.373）、N（0.221），K、Cu和Mn对果形指数的影响为负值，其他元素的影响为正值。K和Cu对果形指数的影响分别达极显著水平和显著水平。K对果形指数的间接影响最大，间接通径系数为1.005，其次为Mg、Mn、N，且主要是通过K对果形指数进行间接影响。综上分析可知，K、Mg、Cu和P是主要影响葡萄果实果形指数的矿质元素。

表7显示葡萄果实矿质元素与果实硬度的通径分析结果，影响硬度的直接通径系数顺序为P（-0.772）>Mg（-0.516）>Cu（0.340）>Ca（0.304）>Fe（0.228）>N（0.163）>Zn（0.138）>K（0.093）>Mn（-0.072）。其中，对果实硬度的影响为正值的有Cu、Ca、Fe、N、Zn、K，对果实硬度的影响为负值的是 P、Mg和Mn。通过分析间接通径系数，发现对果实硬度间接影响较大的矿质元素为Zn（-0.471）、Ca（-0.419）、Cu（-0.370）、K（-0.335）、N（-0.303），这几个元素均主要通过P对果实硬度产生影响。综合以上结果表明，P是影响果实硬度的主要矿质元素。

葡萄果实矿质元素与可溶性固形物含量的通径分析结果如表8表示。结果表明，N（0.760）、Ca（0.629）、P（0.298）、Mn（0.227）对可溶性固形物含量的正直接通径系数较大，Mg（-0.875）、Fe（-0.460）、Zn（-0.283）、K（-0.232）对可溶性固形物含量的负直接通径系数较大。除了Cu对可溶性固形物的间接影响较小，其他元素的间接作用均较大，其中Mg（0.762）、Fe（0.378）、K（0.214）的影响为正值，Ca（-0.634）、N（-0.502）、P（-0.434）、Zn（-0.143）、Mn（-0.139）的影响为负值。

葡萄果实矿质元素与可滴定酸含量的通径分析见表9。从中可以看出，对可滴定酸含量的直接贡献大小顺序为N（0.712）>Ca（0.561）>Mg（-0.401）>Cu（0.347）>P（-0.247）>Fe（-0.242）>Zn（0.125）>Mn（-0.027）>K（-0.006）。从表9还可以看出，通过其他因子间接作用对可滴定酸含量影响最大的因子是Mg，此外Fe、P、K通过其他因子对可滴定酸含量的影响作用也较大。

葡萄矿质元素与维生素C含量的通径分析结果如表10所示，影响维生素C含量的矿质元素其直接通径系数大小顺序为Cu（-0.894）>K（0.528）>N（0.488）>Mn（-0.456）>P（0.312）>Fe（-0.241）>Zn（0.145）>Mg（-0.100）>Ca（-0.079），其中Cu、Mn、Fe、Mg 和Ca 的影响为负值，Cu对维生素C含量具有显著性影响。Cu对维生素C含量的间接作用最大，其次是Mn、N、K，Mg对维生素C含量的间接影响很小。以上结果表明，Cu、K、N、Mn对维生素C含量的影响较大。

表11表示葡萄果实矿质元素与可溶性蛋白含量的通径分析结果。结果表明，N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是影响可溶性蛋白含量作用较大的矿质元素，各矿质元素对可溶性蛋白含量直接影响大小顺序为K（-0.889）>Ca（-0.704）>P（0.626）>Fe（0.617）>Cu（-0.444）>Mg（0.423）>N（0.313）>Mn（-0.281）。其中P、Fe、Mg、N对可溶性蛋白含量的影响为正值，K、Ca、Cu、Mn对可溶性蛋白含量的影响为负值。对可溶性蛋白含量间接作用影响最大的矿质元素为Fe，其次为K、Mg、P、N，对可溶性蛋白含量的间接通径系数影响较小的矿质元素为Zn和Cu。K与P、N、Mg、Fe具有极显著的相关性，可推测K能通过作用于其他元素进而参与对可溶性蛋白的调控。由此可知，对可溶性蛋白含量影响较大的是K、P、Fe、Mg、N。

表12中对葡萄果实矿质元素与总酚含量的通径分析结果表明，直接影响总酚含量作用较大的矿质元素有Mn（1.704）、Ca（-1.362）、P（-0.603）、Fe（-0.591）、K（0.372）、Cu（0.335）、N（-0.319）、Mg（0.316），其中Ca和Mn对总酚含量的影響达显著水平。对总酚含量间接通径系数影响较大的元素是Mn、Ca、P、N、Fe，主要是通过Ca或Mn间接发挥作用。因此对总酚影响较大的元素是Ca和Mn。

3 讨论与结论

矿质元素作为果树生长发育的重要物质基础，对果树的生产产量和果实品质具有重要影响。前人针对矿质营养影响果实品质指标的研究，由于果树品种不同、树龄差异、地区不同、水肥条件以及栽培管理技术等差异，呈现的结果差异较大[18-22]。Denise等研究发现，果实成熟期含N量高会降低可溶性固形物含量，增加可滴定酸含量， P肥的使用可增加富士苹果的产量，高K可增加果实色泽，降低果实硬度[4]。本研究结果发现，N含量与可滴定酸含量呈显著正相关，与Denise等研究结果一致。但是，本研究结果显示P含量是影响果实硬度的主要元素，且呈负相关，这一点与Denise等的研究结果存在差异，但与张强等的研究结果[21]相一致。张强等对苹果园土壤的酸碱性、营养成分以及果实的矿质元素含量进行分析，发现P含量与果实的可溶性固形物含量和硬度呈负相关关系，Zn、N含量与可滴定酸含量呈正相关关系[21]，本研究结果与之一致。这也说明矿质营养对果实品质的作用受多方面因素影响。

前人对葡萄的矿质营养研究已有部分报道，主要分析营养与肥料如何影响树体生长发育、果实发育、果实品质等方面[23-26]，也有研究对不同矿质元素与果实品质之间的相关关系进行了分析，但是，单一的相关性分析只能反映各个矿质元素对品质的影响，或者分析各矿质元素之间的相关性，而无法明确各个矿质元素在有相关性的条件下，对果实品质指标的作用大小。因此，利用相关性分析和通径分析研究葡萄果实矿质元素之间的相关性，并分析矿质元素对果实品质的作用，不仅可明确影响果实品质的主要矿质元素，亦有助于指导葡萄的合理施肥和优质生产。本研究的通径分析表明，果实矿质元素对单果质量、果形指数、果实硬度的直接影响大小顺序分别为Mg>Mn>P>K>Fe>Ca>N>Zn>Cu，K>Mg>Cu>P>Fe>Mn>N>Ca>Zn，P>Mg>Cu>Ca>Fe>N>Zn>K>Mn，对可溶性固形物和可滴定酸含量直接影响的大小顺序分别为 Mg>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，N>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，对维生素C、可溶性蛋白和总酚含量直接影响的大小顺序分别为Cu>K>N>Mn>P>Fe>Zn>Mg>Ca，K>Ca>P>Fe>Cu>Mg>N>Mn>Zn，Mn>Ca>P>Fe>K>Cu>N>Mg>Zn。此结果与前人的研究[21]存在些许差异，可能与地域不同、品种差异以及气候环境变化等均有关系。综上结果表明，葡萄果实的生长发育和果实品质受多种矿质元素的共同作用，生产中可通过增加K肥施用量，控制P肥施加，减少N肥施加，以实现优质果品的生产。

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