不同灌水量对黑比诺葡萄有机酸积累及成熟期果实品质的影响

仇银生，毛娟，岳圆，马宗桓

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070）

葡萄（V.vinifera）属于葡萄科葡萄属藤本植物，葡萄果实富含有机酸、维生素等营养成分，具有较高的营养和保健价值，还可以加工为葡萄酒、葡萄干等产品，备受消费者青睐。随着中国葡萄酒产业的快速发展，酿酒葡萄的栽培面积迅速扩大。甘肃河西走廊作为酿酒葡萄的优势产区，占全国酿酒葡萄栽培总面积的13.8%［1］。武威产区位于河西走廊东端，属温带干旱地区，干旱少雨，光照充足，昼夜温差大，具有种植酿酒葡萄得天独厚的地理优势和气候条件［2］。目前，甘肃武威地区的葡萄种植已大面积推广滴灌技术。研究发现，在种植玉米［3］、马铃薯［4］、小麦［5］、棉花［6］等作物时用滴灌方式不仅可以节约水资源，而且有利于作物品质和产量的提高。Machado等［7］研究得出，灌溉方式的改变不仅可以改变根系的分布、构型，而且可以改变根系对水分的吸收和利用效率。苗世成［8］研究认为，滴灌在红提葡萄中的应用可以节水、节肥、增产。张振文等［9］研究表明，在葡萄栽培中，采用滴灌方式进行灌溉，可很大程度上避免水资源的浪费，提高水分的利用效率，优化土壤结构，为葡萄根系的生长提供有利环境，促进根系向土层深处延伸，增强树势，从而提高果实品质，增加产量。

糖、酸和酚类物质是评价葡萄果实品质的重要指标，其含量主要受品种和外界环境的影响。葡萄是酒石酸型水果，酒石酸和苹果酸两者的共同含量大概是在总酸含量的90%以上，除酒石酸和苹果酸外葡萄果实中还含有比较少量的柠檬酸等有机酸，这些有机酸是影响葡萄果实品质及葡萄酒风味重要的成分［10］。Wang等［11］研究得出番茄生产过程中，合理的灌水量是限制高产优质的首要因素之一。刘洁等［12］在灵武长枣中研究发现，不同的灌水施肥量对果实品质有显著影响，滴灌水肥一体化技术可显著提高果实品质。沈甜等［13］研究得出，在赤霞珠葡萄栽培中，适度减少灌水量可提高果实的糖酸比，促进果实中单宁和总酚的合成。Genebra等［14］研究得出，水分亏缺可以影响单宁生物合成基因的表达。前人研究发现，葡萄果实中可滴定酸的含量会随着灌水量的减少而降低［15］。武威地区对黑比诺葡萄合适的灌水量研究较少，因此，本试验通过研究不同灌水量对葡萄果实中有机酸积累及品质的影响，探究武威产区黑比诺葡萄最佳的灌水量，为酿酒葡萄栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

试验材料选自武威市林科院黑比诺葡萄，南北行向，树形为扇形，其田间病虫害防治按当地管理制度进行。试验处理采用滴灌形式，可以更加准确地控制土壤含水量占田间持水量的（40±5）%（T1）、（60±5）%（T2）、（80±5）%（T3）。在3个处理行分别滴灌1、2、3 m3水，过24 h进行土壤含水量的测定。分别测定0~20、20~40、40~60 cm的土壤含水量，若达到对应的值，则在48 h后再次灌溉；若没有达到对应的值，则继续灌溉。对照为沟灌，保持土壤含水量占田间持水量的（60±5）%。供试材料皆为长势一致、中庸、健壮的植株，每个处理为一行，对照为一行。采样时间分别为坐果期（S1，8月8日）、转色前期（S2，8月24日）、转色中期（S3，9月9日）、转色后期（S4，9月25日）、成熟期（S5，10月11日）。每次取样挑选生长大小一致的5株葡萄，并分别在植株阴、阳两个部位各采1串果穗，共取10穗果实，分别在采得果穗上、中、下3个部位随机选取90粒果实，样品采集后液氮速冻并置于-80℃冰箱中，用于后续相关指标的测定分析，每项指标测定3个重复。

1.2 有机酸的测定

1.2.1 有机酸的提取方法 葡萄果实去籽去皮后加液氮研磨后准确称取2 g，加入超纯水，定容至10 mL，超声波提取30 min，4℃10 000 r/min离心10 min，取上清液，用0.22μm水相微孔滤膜过滤至进样瓶，待测分析，重复3次。

1.2.2 有机酸的测定方法 参照李玉梅等［16］的方法（略有改动），用美国Waters Acquity Arc高效液相色谱仪测定有机酸的含量。色谱柱为XBridge BEH Amide（4.6 mm×150.0 mm、3.0μm）；流 动 相：20 mmol/L NaH2PO4溶液（用H3PO4将pH调至2.7）；流速：0.5 mL/min；进样量：20μL；检测波长：210 nm；柱温：30℃；检测器：2498UV紫外检测器。

1.3 酸代谢酶的测定

使用苏州科铭生物技术有限公司相关试剂盒分别测定磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）、柠檬酸合成酶（CS）、顺乌头酸酶（ACO）、苹果酸脱氢酶（MDH）。

1.4 成熟期果实品质指标的测定

可溶性固形物用TD-35手持式数字折光糖度计测定［17］，可滴定酸用NaOH中和滴定法测定［18］，可溶性糖利用蒽酮比色法测定［19］，单宁和总酚分别用福林-丹尼斯法和福林-肖卡法测定［20］。

1.5 土壤含水量及田间持水量的测定

含水量参照徐爱珍等［21］的方法（略有改动）测定，田间持水量参照袁娜娜［22］的方法（略有改动）测定。

1.6 数据处理

用Excel 2010软件进行数据整理，用SPSS 23软件进行统计分析，采用Duncan法进行显著性分析，Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对果实中有机酸含量的影响

不同灌水量对果实中酒石酸含量的影响如图1-A所示。从S1到S5时期，3个处理和对照果实中酒石酸的含量变化趋势一致，呈下降趋势，从S1到S4时期下降比较明显。从S4到S5时期，T1和T3有上升的趋势，而对照的含量趋于稳定；T2处理在S5时期果实酒石酸含量显著低于T1和T3，T2处理在成熟期果实酒石酸含量降至最低，为3.14 mg/g。

不同灌水量对果实中苹果酸含量的影响如图1-B所示。从S1到S4时期，各处理果实中苹果酸的含量变化趋势一致，均呈现下降的趋势，从S4到S5时期，T2和T3处理的含量趋于稳定，T1和对照反而有上升的趋势。T2处理在S5时期果实苹果酸含量显著低于CK，T2处理在S5时期果实苹果酸含量降至最低，为2.44 mg/g。

不同灌水量对果实中柠檬酸含量的影响如图1-C所示。从S1到S5时期，不同处理的果实中柠檬酸的变化趋势一致，均呈现下降趋势，从S1到S2时期下降趋势明显。T2处理在S5时期果实柠檬酸含量显著高于其他处理，在S5时期含量为0.09 mg/g。

不同灌水量对果实中草酸含量的影响如图1-D所示。从S1到S4时期果实中草酸含量的变化趋势基本相同，均呈下降的趋势，且S3时期T2、T3和CK处理的果实草酸含量无明显差异，T1处理的草酸含量最低。从S4到S5时期各处理草酸含量均呈现上升趋势。在S5时期T2处理的草酸含量是0.58 mg/g，且显著高于T1和CK的含量。

不同灌水量对果实中抗坏血酸含量的影响如图1-E所示。从S1到S5时期，抗坏血酸含量均呈“上升-下降-上升”的趋势。在S1时期，T1、T2和T3处理果实抗坏血酸的含量高于CK。T2处理在S5时期果实抗坏血酸的含量显著高于T1、T3和CK，T2处理比T1、T3和CK分别高115.85%、140.27%、94.51%。

不同灌水量对果实中奎宁酸含量的影响如图1-F所示。从S1到S5时期各个时期的不同灌水量的处理之间奎宁酸的变化均呈“上升-下降-上升”的趋势。在S2时期，T1、T2和CK果实中奎宁酸含量达到峰值，T3处理果实中奎宁酸含量在S3时期达到峰值。在S5时期果实中奎宁酸的含量T2处理显著高于其他处理。

图1 不同灌水量对果实酒石酸（A）、苹果酸（B）、柠檬酸（C）、草酸（D）、VC（E）和奎宁酸（F）含量的影响Figure 1 The effect of different irrigation amounts on the content of tartaric acid（A），malic acid（B），citric acid（C），oxalic acid（D），VC（E），and quinic acid（F）in fruits

2.2 不同灌水量对果实中有机酸代谢酶活性的影响

不同灌水量对果实中NADP-苹果酸脱氢酶（NADP-MDH）活性的影响如图2-A所示。从S1到S5时期，T1和T2处理果实中的NADP-MDH的活性呈逐渐上升的趋势；对照处理果实中的NADPMDH的活性在S1时期后下降，在S2时期逐渐上升；T3处理果实中的NADP-MDH的活性在S3时期下降，在S4逐渐上升。在S5时期果实中，T2处理（981.65 nmol/（min·g）FW）果实中的NADP-MDH的活性显著高于T3（865.89 nmol/（min·g）FW）和CK（805.91 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量对果实磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性的影响如图2-B所示。从S1到S4时期PEPC呈现上升趋势，从S4到S5时期PEPC则呈下降的趋势，3个处理和对照变化的PEPC活性变化趋势一致，均在S4时期出现峰值。在果实S5时期PEPC的活性T2处理（50.31 nmol/（min·g）FW）显著高于CK（37.29 nmol/（min·g）FW）和 T3处 理（35.86 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量对果实柠檬酸合成酶（CS）活性的影响如图2-C所示。从S1到S5时期，试验各处理CS活性都呈现先上升后下降的趋势，而且在S1时期和S2时期CS的活性大致相同，S4到S5时期CS的活性强弱依次为T2>对照>T1>T3，T2处理的CS（20.45 nmol/（min·g）FW）显著高于T3（14.01 nmol/（min·g）FW）。

不同灌水量对果实顺乌头酸酶（ACO）活性的影响如图2-D所示。从S1到S5时期，不同处理下ACO活性都保持“上升-下降-上升-下降”的相同变化趋势，而且对照和T1处理的ACO活性从S1时期到S5时期都有相同的活性。在S5时期各处理间无明显的差异。

图2不同灌水量对果实NADP-MDH（A）、PEPC（B）、CS（C）、ACO（D）酶活性的影响Figure 2 The effect of different irrigation amounts on fruit NADP-MDH（A）、PEPC（B）、CS（C）、ACO（D）enzyme activities

2.3 不同灌水量对果实中有机酸含量和酶活性的相关性分析

由表1可以看出，不同灌水量的葡萄果实中的有机酸含量和酶活性之间的相关性，从S1时期到S5时期，果实中草酸含量与PEPC活性呈极显著负相关（R2=-0.688**），与CS、NADP-MDH的活性呈显著负相关（R2=-0.451*，R2=-0.482*）。酒石酸含量与CS、NADP-MDH活性呈极显著负相关（R2=-0.562**，R2=-0.732**），与PEPC活性呈显著负相关（R2=-0.511*）。柠檬酸含量与NADP-MDH活性呈极显著负相关（R2=-0.719**）。苹果酸含量与PEPC活性呈极显著正相关（R2=0.808**）。VC含量与NADP-MDH活性呈极显著负相关（R2=-0.614**）。

表1 不同灌水量对果实中有机酸含量变化和酶活性的相关性分析Table 1 Correlation analysis of the changes of organic acid content and enzyme activity in fruits with different irrigation amounts

2.4 不同灌水量对成熟期果实品质的影响

由表2可知，成熟期果实中可溶性固形物含量依次为：T2>T1>T3>CK，说明不同灌水量对成熟期果实的可溶性固形物含量有一定的影响，3个处理和对照之间有显著差异，T1、T2、T3之间无明显差异，T2处理可溶性固形物含量最高，为24.25%。不同灌水量处理中，T2可滴定酸含量显著低于T3处理，为0.60 mg/L。不同灌水量对成熟期可溶性糖含量影响较大，T2与T1、T3和CK间有显著差异，且T2（27.57%）显著高于T1（23.71%）、T3（23.81%）和CK（21.24%）。不同灌水量对成熟期单宁含量影响较大，含量大小依次为T2>T1>T3>CK。T2处理和T1、T3、CK间有显著差异。在果实成熟期，总酚含量T2显著高于其他处理，且与其他处理相比有显著差异。

表2 不同灌水量对成熟期果实品质的影响Table 2 Effect of different irrigation quantity on fruit quality in mature period

2.5 不同灌水量对成熟期果实品质的主成分分析

对成熟期葡萄果实的11种品质指标数据进行主成分分析发现（表3、4），基于特征值大于1可得出2个主成分，2个主成分所产生的特征值分别为6.98和3.10。第1主成分的方差贡献率为63.49%，第2主成分的方差贡献率为28.26%，2个主成分的累积方差贡献率达到了91.75%，说明2个主成分总体上可以反映这11个指标的所有信息。第1主成分中，可溶性糖、可溶性固形物、单宁等指标有较大的正向量值，可滴定酸、苹果酸等指标有较大的负向量值；第2主成分中，酒石酸、柠檬酸等指标有正向量值，总酚、苹果酸等指标有负向量值。

表3 成熟期果实品质主成分分析Table 3 Principal component analysis of fruit quality at the mature stage

对不同灌水量成熟期果实品质主成分得分评价，得出的果实品质综合评价方程为F品质=0.634 95×F1+0.282 58×F2。由表4可以得出，T2处理的葡萄果实品质得分最高，各处理果实品质得分由高到低依次为T2>T3>T1>CK，由此可以得出T2处理时果实品质最好。

表4 成熟期果实主成分得分表Table 4 Principal component scores of fruits at ripening stage

3 讨论

研究表明，在葡萄生长发育过程中，水分是限制葡萄生长和产量形成的重要因素之一，合理的灌水量有利于有机酸的积累［23］。而有机酸的种类及其积累量随着葡萄的品种和发育时期的差异而表现不同［24］。在酿酒葡萄中，酒石酸、柠檬酸、苹果酸等能够平衡果实的味感，而且味感的质量取决于有机酸之间的有机结合［25］。此外抗坏血酸可以增强葡萄酒的防腐能力［26］。本研究发现，从坐果期到成熟期，葡萄果实酒石酸、柠檬酸以及苹果酸含量总体呈下降趋势，T2处理在成熟期的酒石酸的含量显著低于T1和T3处理。与牛冬青［27］研究的结果相近，在‘赤霞珠’葡萄果实中酒石酸、柠檬酸和苹果酸的含量呈下降趋势。成熟期果实中有机酸组分从高到低排序为：酒石酸>苹果酸>奎宁酸>草酸>柠檬酸>抗坏血酸。苹果酸是浆果中酸的主要成分，酸度较重，属尖酸，带有青涩味，它的含量影响葡萄的口味和品质［28］。酒石酸参与葡萄酒味感的平衡，影响葡萄酒微生物和物化及颜色稳定性，进而影响葡萄酒的陈酿潜力［29］。柠檬酸味道清爽宜人，会持续刺激味觉，因此柠檬酸含量越高，果实风味越好［32］。在转色中期到成熟期过程中，T2处理酒石酸的含量与其他处理和对照之间有显著的差异，且显著高于对照，说明滴灌灌溉土壤含水量占田间持水量的（60±5）%可以提高酒石酸的含量，在成熟期，T2处理显著提高了柠檬酸的含量。赵悦等［24］研究发现，不同地区的酿酒葡萄赤霞珠果实中的有机酸含量与产地和气候相关，杨春霞等［28］研究得出，在成熟期苹果酸有所上升，与本试验结果有所差异，可能是不同环境的光照、水分和气候等因素不同所造成的。T1处理，即滴灌灌溉土壤含水量占田间持水量的（40±5）%和T3处理，即滴灌灌溉土壤含水量占田间持水量的（80±5）%均不能显著提高果实的有机酸含量，且会降低水分利用效率，过低的水分会影响葡萄植株的生长发育，影响关键时期相关酶的活性；过高的水分又会使果实膨大，降低果实中有机酸的含量。

在葡萄果实中有机酸作为细胞中重要的物质，支持着细胞中三羧酸循环、糖酵解等多种生理生化反应［33］。Notton等［34］研究得出，在胞质中，苹果酸是由NADP-苹果酸脱氢酶（NADP-MDH）催化NADPH还原草酰乙酸和磷酸烯醇式丙酮酸羧化合成。成熟期的NADP-苹果酸脱氢酶（NADPMDH）的活性逐渐上升，T2处理成熟期苹果酸脱氢酶的活性高于CK和T3。从坐果期到转色后期NADP-苹果酸脱氢酶（NADP-MDH）与苹果酸的含量变化一致，在成熟期因为稀释作用各种酸的含量都是下降的趋势。在柠檬酸合成和分解的过程中，柠檬酸合成酶（CS）、顺乌头酸酶（ACO）起着重要的作用，柠檬酸合成酶（CS）参与柠檬酸的合成，顺乌头酸酶（ACO）参与柠檬酸的分解，T2处理的柠檬酸合成酶（CS）在成熟期含量上升，且显著高于其他处理，顺乌头酸酶（ACO）的含量下降，且T2处理显著高于CK和T1处理，说明T2处理对于柠檬酸的合成有着促进作用。文涛等［35］研究得出，柠檬酸合成酶（CS）活性与柠檬酸含量呈现正相关，与本试验结果一致。

苏学德等［36］研究得出，在无核葡萄果实中，随着灌水量的增大可溶性固形物含量减小，本试验研究得出，成熟期葡萄果实中，T2处理的可溶性固形物高于T3处理。李磊等［37］研究得出，合理的水分供应可以提高可溶性糖、单宁和总酚的含量。本试验研究得出，T2处理显著提高了成熟期果实中可溶性糖、单宁和总酚的含量，两者结果相同。王童孟［38］研究发现，可滴定酸随着灌水量增加表现为增加趋势，与本试验结果相同。在成熟期葡萄果实中，T2处理有利于酿酒葡萄植株生长发育、促进光合作用提高水分转化率，同时对葡萄果实的品质具有显著的提高作用。滴灌灌溉土壤含水量占田间持水量的（60±5）%处理下酿酒葡萄果实中可溶性糖、单宁、总酚含量增加，总酸含量降低，糖酸比增加，提高了果实品质。

4 结论

通过试验得出，滴灌灌溉土壤含水量占田间持水量的（60±5）%可明显提高果实的可溶性固形物、抗坏血酸、柠檬酸以及奎宁酸含量，降低可滴定酸含量，提高果实品质，可在葡萄栽培中推广应用。