根区施用硅肥对‘玫瑰香’葡萄果实品质的影响

贾毅男， 张光弟，2*， 张浩宇， 许昌， 张昆明，王江龙， 侯晓健

（1.宁夏大学食品与葡萄酒学院，银川 750021； 2.宁夏大学农学院，宁夏设施园艺技术创新中心，银川 750021）

‘玫瑰香’（Vitis viniferaL.Muscat Hamburg）又称‘麝香葡萄’，原产于英国，由‘白玫瑰香’与‘黑汉’杂交育成[1]。该品种具有独特的玫瑰香气，果肉富含维生素及矿物质，营养价值较高，既能鲜食又可用于生产葡萄酒，深受广大消费者欢迎[2]。硅肥作为一种很好的植物保健性肥料，对多种作物的生长有好处，包括水稻、小麦、大麦和黄瓜[3]。硅肥施用于农作物，可以有效提高作物的产量和品质[4]。近年来，硅肥在果蔬各领域上的研究有了长足发展，王壮伟等[5]研究了钙、硅肥在葡萄留树保鲜中的应用效果，其中硅肥可以很好地抵充留树保鲜时树体的营养消耗并且不会影响翌年生产。董娟华等[6]选用‘巨峰’葡萄为研究对象，探究了硅肥对其产量和品质的影响，发现施用硅肥对葡萄品质和产量有促进作用。石彦召等[7]以石榴为研究对象，探究增施硅肥对其生长和品质的影响，发现了增施硅肥对改善石榴品质有积极作用。针对‘玫瑰香’葡萄，在根区施用硅肥的应用研究还未见报道，本文以倾斜独龙干‘玫瑰香’葡萄为研究对象，在春季葡萄展穗期，采用根区施用不同剂量硅肥的方式，探究其对果实品质的影响，旨在为‘玫瑰香’葡萄品质调控及采后保鲜提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

树体处理：试验设在宁夏贺兰山东麓的玉泉营葡萄基地（土壤类型为砂壤土，在定植前按深80 cm、宽80 cm的标准挖定植沟并“客土”）。‘玫瑰香’树龄9年，南北行种植，行距为3.0 m×0.5 m，生长季常规农艺管理。采用淄博山佳硅铝新材料股份有限公司的国标硅肥产品，依据试验设计顺行实施不同剂量硅肥，每剂量单行株树25株，不同处理剂量之间间隔4～5株作为隔离。在距植株根茎30 cm处挖宽10 cm、深30 cm的浅沟，分别施入0、250、500、800 g·株-1硅肥，分别标记为SI-0、SI-250、SI-500、SI-800 （编号后有数字的标记为平行，例如SI-0-1表示该处理的第1个平行）。在每组处理中选择主蔓粗度及结果母枝数量、负载量基本一致的树体各10株，并做好定位标记。成熟期同日从每株树体下部（第1道与第2道铅丝间距地面50～100 cm）、中部（第2道与第3道铅丝间距地面100～150 cm）、上部（第3道至第4道铅丝间距地面150 cm以上）3个部位采收葡萄（各1穗）再混样，当天运回宁夏大学农学院果蔬采后生理实验室，从每穗果实的上、中、下3个部位共剪下12粒混匀，分样后装入自封口PE袋（0.06 mm），放入-18 ℃冰柜以备测试用。

挥发组分测试样品的处理：将样品从-18 ℃冰柜取出，每组处理取50粒。在未解冻的状态下，尽快取出葡萄籽，打浆破碎，称取1.0 g置于20 mL顶空进样瓶中旋紧瓶盖置于自动进样盘上，用GC-IMS分析，剩余样品进行果实常规品质指标检测，每组处理3次重复。

仪器与设备：布谷BG-JS2榨汁机，中国美的公司；PAL-3型数显糖度计，广州市爱宕科学仪器有限公司；UPT实验室超纯水器，深圳市广川环保科技有限公司；FB224电子天平，北京佳源兴业科技有限公司；BC-BD-220SF型卧式冷藏冷冻转换柜，青岛海尔特种电冰柜有限公司；Flavour Spec®气相离子迁移谱联用仪，德国GAS公司。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 果实常规品质指标 可溶性固形物测定，葡萄果实破碎后，取汁液使用手持折光仪检测，每组处理重复测定3次，取平均值；总酸测定采用NaOH滴定法[8]；维生素C（Vc）测定采用2,6-二氯靛酚滴定法[9]；总糖测定采用蒽酮比色法[10]。

1.2.2 果实挥发性组分测定 GC-IMS 测定：顶空孵化温度40 ℃，孵化时间20 min，孵化转速500 r·min-1，顶空进样针温度85 ℃，进样体积为500 µL，不分流模式，清洗时间5 min，载气为高纯氮气（≥99.999%），色谱柱温度60 ℃，色谱运行时间25 min，设置程序流速2.00 mL·min-1并保持2 min，在10 min内线性增至10.00 mL·min-1，在20 min内线性增至100.00 mL·min-1，保持5 min。将顶空进样瓶中的样品进行孵化，使用加热的进样针抽取瓶内的顶空组分。

1.3 数据处理

利用GC-IMS设备配置 LAV（laboratory analytical viewer）分析软件及Library Search 软件内置的NIST数据库和IMS数据库对特征风味物质定性分析；用LAV中Reporter和Gallery插件程序构建挥发性有机物的差异图谱和指纹图谱；进行PCA处理，采用LAV软件中插件Matching matrix进行相似度分析。使用SPSS 26.0 软件对试验数据进行单因素方差分析(Duncan法，P＜0.05)，并通过Excel 2019、TBtools和 Origin 2018制作相应图表。

2 结果与分析

2.1 不同硅肥施用量对‘玫瑰香’果实品质的影响

由图1可知，随着硅肥施用量的增加，各硅肥处理的总糖、总酸含量分别为16.47%、17.97%、16.87 %和0.325%、0.225%、0.300%，较CK（0 g·株-1）无显著性差异（P＞0.05）。Vc与可溶性固形物的含量分别为12.703、18.870、19.487 mg·100g-1和23.82%、22.59%、30.18%，二者较CK（0 g·株-1）的变幅分别为-10.8%、32.5%、36.8%和13.8%、7.9%、44.1%，存在显著性差异（P＜0.05）。当硅肥施用量为800 g·株-1时，总糖、总酸含量分别为16.87%、0.300%，较CK（0 g·株-1）无显著性差异（P＞0.05）；Vc和可溶性固形物较CK显著增加（P＜0.05）。综上所述，随着硅肥施用量的增加，‘玫瑰香’果实的品质也在提高，800 g·株-1时最优。

图1 不同处理下‘玫瑰香’葡萄的果实品质Fig. 1 Different treatments on the quality of ‘Muscat Hamburg’ grapes

2.2 不同硅肥剂量对‘玫瑰香’果实挥发性组分的影响

由LAV分析软件中的Reporter插件程序制作的顶视图（图2），可直接比较不同硅肥使用量‘玫瑰香’果实的风味物质差异。图2中用五边形、椭圆、矩形、三角形圈出了4个区，可以直观地看出，在五边形区域中挥发性物质的含量随着硅肥施用量的增加呈现出先减后增再减少的趋势，而椭圆、矩形、三角形这3个区域挥发性物质的含量则随着硅肥施用量的增加而升高。使用正酮C4～C9作为外标参考计算每种化合物的保留指数，基于挥发性物质的气相色谱保留时间和离子迁移时间对挥发性组分进行定性分析，共检测出47种挥发性物质，以现有的软件内置NIST气相保留指数数据库与IMS迁移时间数据库资料，4组处理共鉴定出32种挥发性物质，包括醇类7种、醛类8种、脂类12种、酮类2种、萜类2种、杂环类1种（表1）;未知成分15种。

表1 样品挥发性组分定性Table 1 Qualitative of volatile organic compounds in samples

图2 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实的气相离子迁移谱顶视图Fig. 2 Gas chromatography-ion mobility spectroscopy of ‘Muscat Hamburg’ grapes with different silicon dosages

2.3 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实挥发性组分种类对比分析

为了更加清晰直观地分析不同硅肥施用量处理的‘玫瑰香’果实挥发性物质种数的差异，使用Excel 2019制作柱形堆积图，如图3所示。硅肥施用量800 g·株-1时检出‘玫瑰香’果实挥发性物质种数为醇类7种、醛类8种、酯类12种、酮类2种、萜类2种、杂环类1种。硅肥施用量0、250、500 g·株-1相较800 g·株-1均缺少了2种酯类物质，分别是丙酸乙酯二聚体和乙酸丙酯二聚体，而0 g·株-1相较其他三者缺少了乙酸异戊酯。从‘玫瑰香’果实挥发性组分种数来看，随着硅肥施用量的增加‘玫瑰香’果实的挥发性物质的种数也在增加，特别是增加了一些酯类物质，有利于定向提升果实的风味物质。

图3 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实挥发性组分种类Fig. 3 Volatile matter species in ‘Muscat Hamburg’ grapes with different silicon dosages

2.4 不同硅肥施用量下‘玫瑰香’果实挥发性组分指纹图谱特点

为了更加方便地对比不同样品间挥发性有机物的差异，利用G.A.S.公司开发的LAV软件的Gallery Plot插件，选取图中所有的待分析区域，生成指纹图谱（图4）。对A区和D区进行分析，包含3-甲基丁醛、3-甲基丁醛二聚体、丁醛、3-戊酮、甲基庚烯酮5种挥发性物质，从峰体积看，250、500、800 g·株-13种处理‘玫瑰香’果实中3-甲基丁醛峰体积相较CK变幅分别为143.83%、78.95%、-9.41%；3-甲基丁醛二聚体峰体积相较CK的变幅分别为41.07%、1.16%、-29.53%；丁醛峰体积相较CK的变幅分别为14.56%、3.11%、-28.86%；3-戊酮峰体积相较CK的变幅分别为97.91%、44.72%、87.51%；甲基庚烯酮峰体积相较CK的变幅分别为94.27%、-5.10%、-16.33%。A、D两区这5种挥发性物质只有3-戊酮的峰体积随着硅肥施用量的增加呈现先增后减再增加的波浪式趋势，表明硅肥施用量的增加有利于3-戊酮在‘玫瑰香’果实中积累，而另外4种挥发性物质的峰体积逐步递减，在250 g·株-1时达到最高点而800 g·株-1时达到最低点，表明增加硅肥的施用量不利于这4种挥发性物质的积累。

图4 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实挥发性物质的指纹图谱Fig. 4 Gallery of volatile organic compounds in ‘Muscat Hamburg’ grapes with different silicon dosages

对B区进行分析，包含乙酸乙酯、正己醇、正己醇二聚体、丙酸乙酯、丙酸乙酯二聚体共5种挥发性物质，3种硅肥施用量处理的‘玫瑰香’果实中，乙酸乙酯峰体积相较于CK变幅分别为15.56%、30.37%、70.89%；正己醇峰体积相较于CK变幅分别为17.05%、17.28%、33.22%；正己醇二聚体峰体积相较于CK变幅分别为40.91%、57.53%、115.70%；丙酸乙酯峰体积相较于CK变幅分别为69.92%、106.27%、368.49%；从峰体积来看丙酸乙酯二聚体是SI-800样品中独有的挥发性物质。表明随着硅肥施用量的增加，有利于这5种挥发性物质在‘玫瑰香’果实中大量积累。

C区包含乙醇、乙醇二聚体、芳樟醇、芳樟醇二聚体4种挥发性物质，从峰体积看，乙醇相较于CK变幅分别为-3.36%、-11.49%、-13.39%；乙醇二聚体峰体积相较于CK变幅分别为-29.35%、6.32%、-19.36%；芳樟醇峰体积相较于CK变幅分别为-40.80%、9.31%、-24.66%；芳樟醇二聚体峰体积相较于CK变幅为-53.96%、14.84%、-37.38%；可以看出随着硅肥施用量的增加，乙醇的峰体积在逐步减少，说明施加硅肥可以降低乙醇在‘玫瑰香’果实中的积累；芳樟醇的峰体积先减后增再减少，表明在硅肥施用量达到500 g·株-1时‘玫瑰香’果实中芳樟醇的积累量最高。

结合A、B、C、D区分析发现3-甲基丁醛、丁醛、甲基庚烯酮、乙醇这4种物质在硅肥施用量达到250 g·株-1时在‘玫瑰香’果实中积累量最高，随着硅肥施用量升高逐步递减。特别是乙醇的峰体积随着硅肥施用量逐步递减，表明增加硅肥的施用量或有利于‘玫瑰香’果实采后保鲜。乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸乙酯二聚体等起重要呈味作用的脂类物质的峰体积随着硅肥施用量的增加而大幅度提升。

2.5 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实的挥发性组分相似度特点

如图5所示，对4种不同硅肥施用量处理的样品气相离子迁移谱图进行相似度检验得出，同一样品之间的相似度达到了86%以上，表明平行样品之间的相似度很高。图中用矩形线框标出了X、Y1和Y2这3个区域。从X区可以看出SI-0、SI-250和SI-500这3组样品之间的相似度极高，可以归为一类；从Y1和Y2这2个区可以看出SI-800与其他3组样品之间的差异很大。即当硅肥施用量达到800 g·株-1时，‘玫瑰香’果实挥发性组分发生了显著变化。

图5 不同硅肥施用量‘玫瑰香’果实的相似度矩阵分析图Fig. 5 Similarity matrix analysis diagram of ‘Muscat Hamburg’ grapes with different silicon dosages

3 讨论

本研究对4种不同硅肥施用量处理的‘玫瑰香’果实进行了常规的品质指标及挥发性组分检测分析，发现随着硅肥施用量的增加‘玫瑰香’果实中Vc和可溶性固形物含量也在大幅度增加，变幅分别为-10.8%、32.5%、36.8%和13.8%、7.9%、44.1%，这种规律与前人在枸杞[11]、桃[12]和草莓[13]果实上的报道一致，果实中的总酸呈现增-减-增的趋势，总糖呈现出减-增-减的趋势，二者表现出来的趋势与前人在红富士苹果[14]、库尔勒香梨[15]、玉米[16]、森田尼无核葡萄[17]果实上的研究结果一致。CK相较于其他3组样品均缺少乙酸异戊酯，SI-800相较于SI-250、SI-500均多出2种挥发性组分丙酸乙酯二聚体和乙酸丙酯二聚体；随着硅肥施用量的增加乙醇的峰体积相较于CK的变幅分别为-3.36%、-11.49%、-13.39%，其峰体积在逐步降低，表明增施硅肥或有利于‘玫瑰香’果实的采后保鲜，一些起重要呈味作用的脂类物质的峰体积随着硅肥施用量的增加而大幅度提升，例如乙酸乙酯和丙酸乙酯的峰体积较CK的变幅分别为15.56%、30.37%、70.89%和69.92%、106.27%、368.49%。SI-800样品指标表明，不论是从常规品质指标还是挥发性物质的峰体积、种数来看都要优于其他3组样品，可以有效地提升‘玫瑰香’果实的品质，建议生产中以根区硅肥施用量800 g·株-1为宜。