葡萄浆果的着色程度是衡量果实品质的关键指标,直接影响其营养价值和经济效益。均匀饱满的色泽能显著增强对消费者的视觉冲击[1]。早熟葡萄品种因生长发育周期短,果实从着色至成熟平均11.5 d[2],较中晚熟葡萄品种抢先上市,占据高价市场优势,提高果农经济效益。但较短的着色周期导致葡萄浆果果皮花色苷积累不足,引发果穗着色不均、着色不整齐等问题,丧失早熟葡萄的商品优势。这不仅严重降低果实的外观商品性,制约市场竞争力,更成为影响早熟、极早熟葡萄产业效益提升的重要瓶颈。花色苷作为葡萄浆果品质中的重要次生代谢物质,其种类、含量和分布状况直接决定果实着色程度[3]。糖基化修饰是葡萄果实花色苷合成途径中的重要环节[4],研究表明,糖基转移酶(GT)可以将化学性质活跃的花青素转化成稳定的花色苷[5],而植物生长调节物质可以通过刺激果实内源激素产生来完成对糖的调控[6],进而影响葡萄浆果着色。研究表明,2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)[7]、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)[8]、褪黑素(melatonin,MT)[9]作为植物自生合成的信号激素在外源喷施条件下以极低浓度促进果实花色苷的积累,提高果实着色程度,具有微量、高效、无毒、对生态环境友好的显著优势[10],生长调节物质的使用已经成为现代精准农业的重要组成部分。王晓等[11]研究发现,在红地球葡萄浆果转色期喷施0.4 mg·L-1的EBR,在提升葡萄鲜食品质的同时提高果皮中总酚、单宁和花色苷含量,促进果实提前转色。王艳蒙等[12]研究发现,60 mg·L-1MeJA处理能够促进火焰无核葡萄浆果可溶性固形物的积累,增大果实固酸比,同时提高果皮中花色苷含量,有效促进了葡萄果实着色,改善了果实外在和内在品质。Xia等[13]研究发现,100 μmol·L-1的MT可有效促进夏黑葡萄浆果的早熟。苏欣1 号为欧亚种极早熟的大粒红色品种,在新疆乌鲁木齐地区从萌芽到成熟仅需95 d,具有自然坐果率高、高抗日灼、耐贮运等优点,但由于着色周期较短,成熟期葡萄浆果着色浅淡、不均匀、商品性较差的现象普遍存在。生长调节物质对果实着色品质的调控已经成为研究的热点问题,如何通过生长调节物质的应用来提高苏欣1号葡萄果实的着色及品质,是目前生产中亟待解决的关键问题。关于EBR、MeJA、MT 3种生长调节物质对果实着色的影响,前人在苹果[14]、红皮梨[15]、葡萄[16]等果树中已经进行了相关研究。笔者在前人研究结果的最优区间,将EBR、MeJA、MT 3种生长调节物质分别设置4个等差浓度梯度,在苏欣1 号果穗转色初期(花后30 d)以清水为对照进行蘸穗(5 s)处理,旨在筛选提升苏欣1 号葡萄着色及品质的3 种生长调节物质最优浓度,以期为极早熟葡萄品质调控提供依据。
本试验于2024 年在新疆生产建设兵团第十二师头屯河农场进行,该地位于天山北麓、准噶尔盆地南缘的山前洪积冲积扇中部平原地带,地势平缓,属于温带大陆性气候,年平均总降水量为228 mm,属于干旱半干旱地区;夏季炎热,局部出现40 ℃以上高温;试验地平整,土壤类型为壤土,采用全周期滴灌的灌溉方式。
本试验供试材料为5 年生露地栽培苏欣1 号葡萄实生苗,根据果实生长动态观察,在果穗转色初期[17](花后30 d)选取植株生长健壮、长势均一、生长结果正常、无病虫害的树体进行处理;试验地为南北行向;采用Y字型篱架栽培;株行距1.0 m×3.5 m;土壤类型为壤土。以清水为对照,共设置13 个处理,分别为2,4-表油菜素内酯(EBR)(B1/1.0 mg·L-1、B2/0.7 mg·L-1、B3/0.4 mg·L-1、B4/0.1 mg·L-1);茉莉酸甲酯(MeJA)(M1/120 mg·L-1、M2/90 mg·L-1、M3/60 mg·L-1、M4/30 mg·L-1);褪黑素(MT)(T1/200 μmol·L-1、T2/150 μmol·L-1、T3/100 μmol·L-1、T4/50 μmol·L-1)。各处理以75%乙醇溶解后配制溶液,以1%吐温-80为展着剂进行蘸穗处理(5 s),试验采用随机区组设计,每小区5株树。所用EBR(92%)、MeJA(95%)、MT(98%)3种生长调节物质均采购于上海源叶生物科技有限公司。
每处理选取30 个3~5 节位的果穗进行处理;筛选穗形整齐、每穗果粒数在65~70粒的果穗,疏除病弱粒、畸形粒后,确定10 个采样标准穗。第一次采样于处理后7 d(花后37 d,果实转色初期),此后每7 d取样1次,直至果实达到生理成熟期[以对照为参照,可溶性固形物含量(w,后同)≥15%],最后1次取样同步进行采收,共取样3 次(B1-1 代表B1 处理后7 d(花后37 d,果实转色初期);B1-2代表B1处理后14 d(花后44 d,果实转色中期);B1-3 代表B1 处理后21 d(花后51 d,成熟期),其他处理以此类推)。取样时间为09:00—10:00。取样时,每个标准果穗按上、中、下部采用Z 字型布点,每部位采集发育一致的健康果粒3粒;从10个标准穗取样90粒。样品用冰盒带回实验室后将果皮、果肉分离,利用液氮速冻后贮存于-80 ℃冰箱备用。
1.4.1 果实外在品质 从每处理90 粒鲜样中随机选取30 粒健康果粒(去除果柄,保留果籽),用万分之一电子天平(FA2104N,上海精密科学仪器有限公司)测定单粒质量,结果保留两位小数,取30粒平均值作为该处理的单粒质量。采用0.01 mm的游标卡尺(Syntek,深圳信泰光学仪器有限公司)测定每粒果实的纵径(果顶至果柄基部最长直线距离)和横径(果实中部最宽处直线距离),按公式计算果形指数:果形指数=纵径/横径,取30粒平均值作为该指标数据。
1.4.2 果皮色泽参数 参照Carreño等[18]的方法(略有改动)取上述测定单粒质量的30 粒果粒,用色差仪(NR310,深圳市三恩时科技有限公司)测定色泽参数;仪器先以标准白板校准,采用D65光源、8 mm测量孔径,测定每粒果实中部无瑕疵处的明亮度(L*)、红绿值(a*)、黄蓝值(b*),每果测定1 次,取30粒平均值作为该指标数据。利用a*和b*计算出色泽饱和度(C*),C*=[(a*)2+(b*)2]1/2,并计算出色调角(h°)值,h°=arctan(b*/a*)。红色葡萄颜色指数(CIRG)=(180-h°)/(L*+C*),该指数评价葡萄果实外观色泽的标准为:CIRG<2 为黄绿,2≤CIRG<4 为粉红,4≤CIRG<5为红色,5≤CIRG<6为深红,CIRG≥6为蓝黑色。
1.4.3 果皮色素含量 取新鲜果皮采用pH 示差法测定果皮花色苷含量;取新鲜果皮参照李春阳等[19]的香草醛-盐酸法测定原花青素含量。取新鲜果皮参照陈晨等[20]的乙醇浸提比色法测定叶绿素、类胡萝卜素含量。
1.4.4 果实内在品质 采用糖酸度计(PAL-HIKARi 2,日本)测定可溶性固形物、总酸含量;依据测定结果计算固酸比(可溶性固形物含量/总酸含量);取新鲜果肉参照张飞雪等[21]的蒽酮比色法测定可溶性糖含量。
采用Excel 2021 录入试验数据;采用SPSS 27.0对各指标进行正态分布检验(Shapiro-Wilk 检验,P>0.05为符合正态分布),Z-score标准化及主成分分析;采用R 4.4.3 的dplyr 包进行数据清洗,对满足正态分布和方差齐性(Levene 检验,P>0.05)的指标,采用单因素ANOVA 分析,Tukey HSD 法进行多重比较,采用Hmisc包进行皮尔逊相关性分析,采用drc 包进行剂量效应曲线拟合,利用ggplot2 包绘制柱形图、相关性热图、箱线图、剂量效应曲线图。
如图1所示,同一时期不同处理对苏欣1号葡萄果实外在品质的影响差异显著(P<0.05),其中在成熟期(花后51 d),B3、M3处理的单粒质量较大,分别为8.43、7.70 g,较对照(5.47 g)分别提高54.11%,40.77%;M2、B2 与T2 处理的单粒质量较小,其中M2 最小,为5.15 g,较对照减小5.85%。处理后7~14 d,B3处理的单粒质量增长率为29.0%,明显高于对照的2.1%,表明EBR在转色中期对果实膨大的促进作用最明显。在成熟期,B3、M3 与T3 处理的果实纵径较大;B3、M4 与T4 处理的果实横径较大;B1、M1、T3处理的果形指数较大,分别为1.66、1.55、1.45。
图1 3 种生长调节物质处理对苏欣1 号葡萄果实外在品质的影响
Fig.1 Effects of different treatments on fruit appearance quality of Suxin No.1 grape
不同小写字母表示同一时期的不同处理差异显著(P<0.05)。下同。
Different small letters indicate significant difference between different treatments of the same period(P<0.05).The same below.
果穗外观着色如图2 所示,花后37 d 时,T2、B3、M2处理的葡萄果穗着色较其他处理相对整齐,而对照的果穗整体呈现绿色,仅有少量果粒着色;花后44 d时,T2、B4、B3、M2处理的葡萄果穗较其他处理着色较深,B3 处理的果穗整体呈现紫红色;花后51 d 时,各处理均已完全着色,其中T1、B1、M1、对照较其他处理着色程度较浅。
图2 3 种生长调节物质对苏欣1 号葡萄果实着色的影响
Fig.2 Effects of three kinds of growth regulating substance on fruit coloring of Suxin No.1 grape
由表1 可知,在果实成熟过程中L*值整体上呈下降趋势,花后37 d 时,对照的L*值最大,为45.63,而B3处理的L*值仅为35.59,较对照降低22.00%;在成熟过程中,B3 处理的L*值呈不断升高的变化趋势;花后37 d时,对照的a*值最低,为1.50,花后51 d时(处理后21 d),M4处理的a*值最大,为3.93,而B3处理最小,为2.27;花后44 d时(处理后14 d),B3处理的黄蓝值(b*)最小,为-1.14,对照最大,为2.12;M2处理成熟期的C*值最低,为2.71,M4处理C*值最高,为4.06;各处理CIRG 指数均呈不同程度的上升趋势,其中对照的变化趋势最明显,花后37 d 时为3.61,比最大值B3 处理的4.92 显著降低26.63%,花后51 d时(处理后21 d)对照上升到4.74,较花后37 d时上升了31.30%,而B3处理的CIRG最高,为5.39。
表1 3 种生长调节物质对苏欣1 号葡萄果皮色泽参数的影响
Table 1 Effects of three kinds of growth regulating substances on fruit color parameters of Suxin No.1 grape
注:同列不同小写字母表示同一时期的不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different small letters in the same column indicate significant difference between treatments of the same period(P<0.05).The same below.
处理Treatment B1-1 B2-1 B3-1 B4-1 M1-1 M2-1 M3-1 M4-1 T1-1 T2-1 T3-1 T4-1 CK-1 B1-2 B2-2 B3-2 B4-2 M1-2 M2-2 M3-2 M4-2 T1-2 T2-2 T3-2 T4-2 CK-2 B1-3 B2-3 B3-3 B4-3 M1-3 M2-3 M3-3 M4-3 T1-3 T2-3 T3-3 T4-3 CK-3 CIRG 4.28±0.08 bc 4.30±0.07 bc 4.92±0.07 a 4.19±0.09 bc 4.06±0.11 cd 4.34±0.10 bc 4.17±0.05 c 4.16±0.12 c 3.85±0.16 cd 4.20±0.10 bc 4.72±0.13 b 4.31±0.10 bc 3.61±0.18 d 4.50±0.08 abcd 4.41±0.05 bcd 5.27±0.08 a 4.58±0.11 abcd 4.25±0.06 cd 4.80±0.11 ab 4.15±0.09 d 3.83±0.16 d 4.57±0.06 abcd 4.35±0.08 bcd 4.70±0.11 abc 4.95±0.09 a 3.49±0.14 d 4.88±0.09 bc 4.75±0.05 bc 5.39±0.10 a 4.60±0.09 c 4.53±0.11 c 4.71±0.06 bc 4.63±0.08 c 4.90±0.09 abc 4.85±0.09 bc 4.84±0.06 bc 4.90±0.07 abc 5.04±0.08 ab 4.74±0.09 bc L*39.51±0.48 bcd 38.54±0.30 cd 35.59±0.21 d 40.20±0.21 bc 40.16±0.30 bc 39.47±0.30 bcd 40.12±0.21 bc 37.58±0.44 d 40.37±0.43 b 37.75±0.41 d 37.10±0.39 d 39.19±0.50 bcd 45.63±0.61 a 36.44±0.22 cd 35.49±0.14 d 35.89±0.24 abc 36.58±0.24 bcd 36.77±0.22 bcd 35.00±0.27 d 37.64±0.30 bc 38.05±0.65 ab 37.27±0.26 bc 37.70±0.28 bc 36.76±0.40 bcd 34.39±0.28 d 39.47±0.39 a 36.05±0.18 ab 36.29±0.17 ab 35.91±0.20 ab 35.93±0.28 ab 36.38±0.31 ab 36.83±0.20 a 36.74±0.21 ab 35.19±0.26 c 36.91±0.25 a 35.66±0.23 bc 36.89±0.24 a 36.30±0.24 ab 36.35±0.28 ab a*3.04±0.34 bc 3.66±0.16 ab 3.47±0.20 b 3.19±0.19 bc 3.21±0.16 bc 3.60±0.20 ab 3.25±0.13 abc 3.84±0.18 ab 3.24±0.17 abc 4.32±0.18 a 3.28±0.21 abc 3.73±0.22 ab 1.50±0.47 d 4.35±0.25 ab 4.13±0.23 ab 2.78±0.19 bc 3.37±0.22 b 4.65±0.21 a 4.42±0.30 ab 4.74±0.27 a 4.03±0.23 ab 3.70±0.17 ab 4.36±0.19 ab 3.74±0.25 ab 3.89±0.18 ab 4.20±0.28 ab 3.46±0.23 abc 3.00±0.21 bc 2.27±0.17 cd 3.47±0.24 abc 3.70±0.20 ab 2.65±0.12 c 3.68±0.23 ab 3.93±0.21 a 3.14±0.20 abc 3.27±0.17 abc 3.20±0.17 abc 3.16±0.19 abc 3.35±0.19 abc b*1.28±0.37 ab-0.10±0.06 cd-0.70±0.09 d 0.14±0.05 cd 0.25±0.19 bc-0.17±0.06 cd-0.19±0.02 cd 0.43±0.18 bc 1.28±0.36 ab 0.18±0.06 c-0.59±0.17 cd-0.13±0.08 cd 1.81±0.38 a-0.08±0.03 cd 0.46±0.09 cd-1.14±0.08 d-0.21±0.15 cd 0.29±0.11 cd-0.69±0.10 d 0.53±0.17 bc 1.35±0.33 ab-0.36±0.10 d-0.28±0.14 cd-0.50±0.10 d-0.64±0.08 d 2.12±0.38 a-0.67±0.10 cd-0.21±0.07 ab-0.96±0.08 d-0.05±0.01 a 0.91±0.03 a-0.27±0.09 abc-0.29±0.10 abc-0.67±0.08 cd-0.63±0.09 bcd-0.21±0.08 ab-0.95±0.07 d-1.04±0.08 d-0.27±0.13 abc C*4.20±0.13 ab 3.74±0.14 abc 3.60±0.18 c 3.44±0.16 bcd 3.39±0.15 cd 3.76±0.18 abc 3.38±0.12 cd 4.11±0.15 abc 3.73±0.11 abc 4.46±0.17 a 3.52±0.21 bc 4.09±0.18 abc 3.88±0.31 abc 4.47±0.24 abc 4.34±0.23 abc 3.04±0.14 bc 3.94±0.18 bc 4.76±0.20 ab 4.56±0.28 abc 5.13±0.24 a 4.71±0.16 ab 3.81±0.16 bc 4.46±0.20 abc 4.00±0.27 bc 3.99±0.17 bc 5.23±0.22 a 3.60±0.22 abc 3.06±0.21 bc 3.95±0.14 a 3.56±0.24 abc 3.87±0.19 ab 2.71±0.11 c 3.75±0.22 ab 4.06±0.19 a 3.29±0.18 abc 3.27±0.15 abc 3.38±0.15 abc 3.39±0.17 abc 3.48±0.18 abc h°0.65±0.28 ab-1.11±0.57 ab-13.66±1.01 d-1.58±0.68 ab 3.39±0.75 ab-3.64±0.73 b-3.05±0.15 ab 5.52±0.73 ab 16.95±2.93 a-0.67±0.84 ab-13.01±2.25 bc-6.76±1.46 bc 0.25±0.52ab-3.25±0.99 bcd 5.55±0.97 b-22.61±0.36 d-4.41±0.50 bcd 2.98±0.21 bc-9.77±0.06 d 4.36±0.95 bc 20.14±0.88 a-6.94±0.64 cd-4.05±1.96 bcd-7.39±2.12 cd-9.88±1.89 d 25.87±1.84 a-13.83±2.12 d-4.18±1.56 abc-25.33±1.07 c-2.99±1.91 ab-1.46±1.80 a-6.10±2.13 abcd-6.83±2.01 abcd-11.66±1.81 bcd-12.96±2.12 cd-5.00±1.73 abcd-17.40±1.87 d-19.03±1.82 d-6.54±2.40 abcd
由图3 可知,花后37 d 时,M2 处理的花色苷含量为1.71 mg·g-1,而对照仅为0.66 mg·g-1,较M2 处理降低61.40%,花后51 d 时(处理后21 d),B3 处理的花色苷含量最高,为2.65 mg·g-1,较对照显著提高43.24%。花后37 d 时,M3 处理的原花青素含量最高,为0.83 mg·g-1,T2处理仅为0.44 mg·g-1,较M3处理显著降低46.99%,花后44 d 时(处理后14 d),T3处理上升为1.11 mg·g-1,为该时期最大值;花后51 d时(处理后21 d),M2 处理的原花青素含量最高,为1.28 mg·g-1,较对照显著提高72.97%。花后37 d时,T3处理的类胡萝卜素含量最高,为0.60 mg·g-1,而B3处理仅为0.17 mg·g-1,花后51 d时(处理后21 d),B2处理的类胡萝卜素含量达到最高值,为0.75 mg·g-1,而T4 处理为0.36 mg·g-1,较对照显著降低21.74%。花后37 d 时,各处理的叶绿素含量差异较小,花后51 d 时(处理后21 d),B2、B3、M3、T2、对照的叶绿素含量均为0.07 mg·g-1,高于其他处理,T4 处理最低,为0.03 mg·g-1,较对照显著降低57.14%。
图3 3 种生长调节物质对苏欣1 号葡萄果皮色素含量的影响
Fig.3 Effects of three growth regulating substance on pigment content of Suxin No.1 grape
由图4 可知,各处理的可溶性固形物含量整体上呈现上升趋势,其中花后37~44 d可溶性固形物含量上升较快,花后51 d 时(处理后21 d),M2 处理的可溶性固形物含量最高,为19.08%,较对照(15.29%)显著提高3.79百分点;总酸含量随着果实成熟整体上呈现不同程度的下降趋势,花后37 d时,T3处理的总酸含量最高,为0.95%,最低值M2处理仅为0.67%,花后51 d 时(处理后21 d),B2、M1、T3 处理的总酸含量较高,分别为0.71%、0.68%、0.83%,而对照最低,仅为0.57%;各处理的固酸比随着果实成熟均呈现不同程度的上升趋势,其中花后37~44 d时的果实口感提升较快,花后51 d时(处理后21 d),M2 处理的固酸比最高,为30.94,T3 处理最低,为20.71,在EBR 处理下4 个浓度成熟期的固酸比差异较小。花后37 d时,T1处理的可溶性糖含量最低,为0.09%,而B3 处理已经达到0.55%,到花后51 d时(处理后21 d),T1处理上升到0.87%,B2处理最低,为0.60%,较最大值B3处理(1.21%)显著降低0.61百分点。
图4 3 种生长调节物质对苏欣1 号葡萄果实内在品质的影响
Fig.4 Effects of three growth regulating substance on the internal quality of Suxin No.1 grape
葡萄浆果的果皮色泽参数与果实品质之间存在密切相关关系,如图5 所示,苏欣1 号葡萄浆果外在品质中单粒质量、纵径、横径与L*、b*、h°值呈极显著负相关,与CIRG 呈极显著正相关;内在品质中,花色苷含量、原花青素含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量、固酸比与CIRG呈极显著正相关,总酸含量与CIRG 呈显著负相关,与L*值呈极显著正相关。花色苷含量、可溶性糖含量、固酸比与L*、b*呈极显著负相关,叶绿素含量与a*、C*值呈极显著负相关。
图5 苏欣1 号果皮色泽参数与果实品质的相关性分析
Fig.5 Correlation analysis between peel color parameters and fruit quality of Suxin No.1
依据以上分析结果,采用主成分分析法对成熟期(花后51 d)各指标数据Z-score标准化后进行降维处理。由表2可知,数据KMO检验值为0.62,Bartlett 球形度检验P<0.001,表明变量间存在显著相关性,数据具备主成分分析的适用性。通过主成分碎石图(图6)可知特征值的下降趋势,结合特征值>1的筛选标准,共提取7个主成分。由表3 可知,前7 个主成分贡献率分别为30.71%、14.10%、9.27%、8.30%、7.87%、6.78%、5.79%,累计方差贡献率为82.82%,能够较好地反映各指标的原始信息,具有一定的代表性。根据各主成分得分矩阵(表4)及方差百分比计算出各处理综合排名,结果如表5所 示 :B3>M3>B4>M4>T4>T3>T2>T1>M1>B1>M2>CK>B2,其中B3 处理的综合得分明显高于其他处理,表明该处理对苏欣1 号葡萄着色及品质的综合提升效果最优。
表2 KMO 和巴特利特检验
Table 2 KMO and Bartlett test
KMO取样适切性量数KMO sampling suitability quantity 0.62巴特利特球形度检验Bartlett sphericity test近似卡方Approximate chi-square 3 062.61自由度Degree of freedom 171显著性Significance 0
表3 总方差解释率
Table 3 Explanation rate of total variance
成分Component 1 2 3 4 5 6 7 8 9提取载荷平方和Extract the load sum of squares特征值Eigenvalue 5.84 2.68 1.76 1.58 1.50 1.29 1.10贡献率Contribution rate/%30.71 14.10 9.27 8.30 7.87 6.78 5.79累计贡献率Cumulative contribution rate/%30.71 44.81 54.08 62.38 70.25 77.03 82.82 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19初始特征值Initial eigenvalue特征值Eigenvalue 5.84 2.68 1.76 1.58 1.50 1.29 1.10 0.80 0.63 0.55 0.52 0.35 0.21 0.11 0.07 0.04 0.00 0.00 0.00贡献率Contribution rate/%30.71 14.10 9.27 8.30 7.87 6.78 5.79 4.22 3.31 2.87 2.72 1.82 1.08 0.55 0.38 0.22 0.02 0.01 0.00累计贡献率Cumulative contribution rate/%30.71 44.81 54.08 62.38 70.25 77.03 82.82 87.04 90.34 93.21 95.93 97.75 98.83 99.38 99.76 99.98 99.99 100.00 100.00
表4 成分得分系数矩阵
Table 4 Component score coefficient matrix
性状Character单粒质量Single berry mass纵径Vertical diameter横径Transverse diameter果形指数Shape index of fruit固酸比Solid acid ratio总酸含量Total acid content可溶性糖含量Soluble sugar content花色苷含量Anthocyanin content原花青素含量Procyanidin content类胡萝卜素含量Carotenoid content叶绿素含量Chlorophyll content可溶性固形物含量Soluble solids content L*a*b*C*h°CIRG PC1 0.13 0.13 0.13 0.01 0.14 0.09 0.08 0.12 0.09 0.01 0.00 0.13 0.13 0.01 0.11 0.06 0.00 0.06 PC2 0.20 0.19 0.18 0.05 0.20 0.12 0.02 0.09 0.14 0.01 0.04 0.08 0.12 0.19 0.12 0.09 0.19 0.22 PC3 0.08 0.14 0.09 0.30 0.04 0.09 0.04 0.14 0.22 0.06 0.26 0.23 0.01 0.06 0.18 0.21 0.26 0.31 PC4 0.03 0.13 0.02 0.16 0.09 0.07 0.02 0.15 0.17 0.40 0.40 0.06 0.12 0.07 0.13 0.38 0.12 0.06 PC5 0.07 0.01 0.19 0.24 0.11 0.02 0.10 0.00 0.08 0.20 0.14 0.00 0.18 0.19 0.25 0.02 0.46 0.31 PC6 0.01 0.18 0.07 0.33 0.07 0.30 0.28 0.08 0.05 0.27 0.10 0.06 0.28 0.36 0.05 0.30 0.00 0.07 PC7 0.15 0.08 0.29 0.47 0.11 0.13 0.19 0.03 0.15 0.15 0.12 0.10 0.16 0.55 0.27 0.15 0.01 0.02
表5 不同处理的主成分因子得分、综合得分及排名
Table 5 Principal component factor scores,comprehensive scores and ranking of different treatments
处理Treatment B3 M3 B4 M4 T4 T3 T2 T1 M1 B1 M2 CK B2 PC1 1.54 0.91 0.80 0.62 0.68 0.71 0.41 0.59 0.53 0.65 0.16 0.08 0.40 PC2 1.37 0.98 0.32 0.66 0.30 0.24-0.54 0.42 0.31 0.32-1.34-0.47-0.39 PC3-0.67-0.59 0.58 0.09 0.74 0.41 0.70 0.14 0.23-0.85 1.67 0.14-0.17 PC4-0.18 0.08-0.22-0.22-0.19-0.07 1.12-0.12-0.44-0.50 1.15 0.71 0.46 PC5 0.57 0.35 0.75 0.47-0.19-0.07 1.12-0.12-0.03-0.10 0.52 0.71-0.25 PC6 1.11 0.60 0.05 0.14-0.25 0.19-0.15 0.16 0.61 1.98-0.61 0.50 0.58 PC7 0.32 0.46 0.50 0.55 0.87 0.43 0.35 0.53-0.50-1.64 0.05-0.39-0.74综合得分Comprehensive score 0.73 0.46 0.42 0.35 0.32 0.32 0.31 0.27 0.20 0.16 0.11 0.10 0.07综合排名Comprehensive rank 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
图6 主成分分析碎石图
Fig.6 Principal component analysis gravel diagram
根据主成分综合排名,笔者选取EBR 处理的4个浓度,以EBR 浓度为自变量,成熟期单粒质量及CIRG指数为因变量进行剂量效应拟合,结果如图7所示,EBR 处理下苏欣1 号单粒质量的半最大效应浓度(EC50)为0.54 mg·L-1,随着浓度的增大单粒质量出现下降趋势。EBR对苏欣1号果皮颜色指数的EC50为0.07 mg·L-1,随着浓度的增加颜色指数上升到一定程度后将不再上升,表明花色苷积累对EBR更敏感,极低浓度即可刺激花色苷合成,且较快达到饱和效应。对比4 个EBR 浓度处理的指标,发现0.40 mg·L-1处于双指标剂量效应曲线的最优重叠区间,与主成分分析的结果完全印证。
图7 EBR 浓度对苏欣1 号葡萄果实单粒质量及颜色指数影响的剂量效应曲线
Fig.7 Dose-effect curve of EBR concentration on single berry mass and color index of Suxin No.1 grape
A 为EBR 处理4 个浓度下单粒质量剂量效应曲线图;B 为EBR 处理4 个浓度果皮颜色指数剂量效应曲线图;C 为EBR 处理4 个浓度单粒质量数据分布图;D 为EBR 处理4 个浓度果皮颜色指数数据分布图。
A had been the dose-response curve graph of single-grain mass under treatment with four concentrations of EBR; B had been the dose-response curve graph of peel color index under treatment with four concentrations of EBR; C had been the data distribution graph of single-grain mass under treatment with four concentrations of EB;D had been the data distribution graph of peel color index under treatment with four concentrations of EBR.
果皮颜色指数(CIRG)是综合评价红色葡萄着色程度与外观商品性的关键指标,其数值高低直接反映果实视觉品质优劣。研究表明,CIRG与花色苷含量呈极显著正相关,能够直观地反映果实着色程度[22]。本研究发现,苏欣1 号成熟后期花色苷含量与CIRG同步上升,这一现象与陈伟等[23]的研究结果高度契合。深入探究其内在原因,可能与葡萄成熟过程中,光照及激素(乙烯、ABA)等信号分子共同作用,诱导激活花色苷合成通路[24]。花色苷作为水溶性色素,通过调控色泽参数(L*、h°、C*)影响CIRG。研究表明,花色苷积累使果实a*值升高、b*值降低,进而降低h°值,同时显著降低L*值[25],在本研究中,花色苷积累明显提高C*值,其与L*、h°值的协同变化共同提升CIRG,与李芳菲等[26]的研究结果一致,表明花色苷通过改变果皮光反射特性与色素稳定性,对CIRG变化起重要作用[27]。
糖是花色苷合成的重要前体物质与信号分子,其积累水平直接决定着色效果[28]。本研究发现,可溶性糖含量、可溶性固形物含量均与花色苷含量、CIRG呈极显著正相关,且可溶性糖在着色后期的积累趋势与花色苷合成高度同步,与代红军等[29]提出的糖分促进花色苷合成的结论一致。这一结果可能是糖的双重调控机制导致的,前人研究发现,糖为花色苷糖苷化修饰提供UDP-葡萄糖等底物[30],作为信号转导分子,激活MYB转录因子调控合成关键酶基因表达[31]。而固酸比作为风味评价的核心指标,其数值升高意味着糖分积累增强[32],且有机酸含量的适度降低可优化细胞液pH,有效抑制花色苷降解,促进其糖苷化稳定[33]。本研究发现,M2处理虽达最高固酸比,但CIRG与单粒质量显著低于B3处理,表明品质优化需风味、着色、膨大协同调控,从而优化果实品质。
EBR 依托BR 通路,促进细胞伸长[34],激活糖基转移酶(GT)及花色苷合成酶(CHS、DFR)基因,协同ABA 加速花青素转化,可以同步优化果实膨大、着色与糖分积累[35]。0.4 mg·L-1EBR处理下,着色效应接近饱和,果实膨大效应达半最大效应,高浓度EBR(1.0 mg·L-1)效果劣于低浓度(0.1 mg·L-1),符合BR 低促高抑的特征,这可能是由于过量EBR 导致BES1转录因子过度积累,从而引起负反馈,抑制花色苷合成基因的表达[36]。MeJA通过COI1-MYC2模块激活次生代谢基因,促使酚类物质合成[37],但其调控呈现一定的浓度依赖性,中高浓度的MeJA 会激活JAZ 介导的生长抑制通路,从而抑制果实膨大且与糖代谢协同性差[38],本研究中,M2 处理的高固酸比、低着色、低单粒质量可能也是由于高浓度Me-JA激活生长抑制分支通路、拮抗生长素介导的细胞伸长所致。MT经抗氧化激素互作双重途径间接促进着色[39],然而由于苏欣1号葡萄具有极早熟特性,导致其内源MT 合成周期短,外源信号易受激素平衡干扰,且无直接膨大作用,从而导致调控效果较差。而BR 通路可同步调控苏欣1 号葡萄着色过程中的细胞生长、次生代谢与碳代谢,满足了苏欣1号的短着色周期,规避了MeJA、MT 的单一调控缺陷。因此,EBR 在葡萄着色的应用中,要严格结合品种特性与浓度阈值进行浓度适配,以实现剂量效应的最大化。
主成分分析与剂量效应验证表明,0.4 mg·L-1 EBR 在花后30 d 以蘸穗(5 s)方式处理,可使苏欣1号成熟期单粒质量较对照显著提高54.11%,果皮花色苷含量显著提高43.24%,CIRG 指数达最大值5.39,综合效果明显优于MeJA、MT。各处理排名为B3>M3>B4>M4>T4>T3>T2>T1>M1>B1>M2>CK>B2。本研究结果在干旱、半干旱地区的壤土或壤砂土的标准化栽培中优先试点应用,需结合当地物候期、树势及负载量进行调整。本研究结果为苏欣1 号优质生产提供了精准调控方案,也为极早熟葡萄品质优化提供了理论参考。
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Effects of three kinds of growth regulating substances on fruit coloring and quality in Suxin No.1 grape