葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與品質(zhì)的相關(guān)性及通徑分析

和雅妮 奚曉軍 查倩 殷向靜 蔣愛麗

摘要：為了探索礦質(zhì)營養(yǎng)元素對葡萄果實(shí)品質(zhì)的作用，鑒定影響果實(shí)品質(zhì)的主要礦質(zhì)營養(yǎng)元素，以上海地區(qū)17個(gè)葡萄品種為研究材料，對葡萄果實(shí)的8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)和9種礦質(zhì)元素進(jìn)行檢測，利用典型的相關(guān)性分析和通徑分析方法，對葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素含量和果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)之間的通徑系數(shù)和相關(guān)性進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與葡萄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)相比，果實(shí)中各種礦質(zhì)元素的變異系數(shù)差異較大。典型相關(guān)分析表明，單果質(zhì)量、果實(shí)硬度、可滴定酸含量與部分礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系。通過通徑分析發(fā)現(xiàn)，直接影響葡萄單果質(zhì)量的礦質(zhì)元素作用大小為鎂（Mg）>錳（Mn）>磷（P）>鉀（K）>鐵（Fe）>鈣（Ca）>氮（N）>鋅（Zn）>銅（Cu），直接影響果實(shí)硬度的作用大小順序?yàn)镻>Mg>Cu>Ca>Fe>N>Zn>K>Mn，直接影響果形指數(shù)的作用大小順序?yàn)镵>Mg>Cu>P>Fe>Mn>N>Ca>Zn，直接影響可溶性固形物含量的作用大小順序?yàn)镸g>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，直接影響可滴定酸含量的作用大小順序?yàn)镹>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，直接影響維生素C含量的作用大小順序?yàn)?Cu>K>N>Mn>P>Fe>Zn>Mg>Ca，直接影響可溶性蛋白含量的作用大小順序?yàn)镵>Ca>P>Fe>Cu>Mg>N>Mn>Zn，直接影響總酚含量的作用大小順序?yàn)镸n>Ca>P>Fe>K>Cu>N>Mg>Zn。以上結(jié)果表明，葡萄果實(shí)品質(zhì)的形成受N、P、K、Mg等的影響作用較大，是各個(gè)礦質(zhì)元素協(xié)同調(diào)控的綜合結(jié)果。

關(guān)鍵詞：葡萄;礦質(zhì)營養(yǎng);果實(shí)品質(zhì);相關(guān)性分析;通徑分析

中圖分類號(hào)：S663.101 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）02-0154-07

收稿日期：2021-04-25

基金項(xiàng)目：上海市市級(jí)農(nóng)口系統(tǒng)青年人才成長計(jì)劃[編號(hào)：滬農(nóng)青字（2018）第1-12號(hào)];國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CRAS-29）。

作者簡介：和雅妮（1988—），女，河南焦作人，博士，助理研究員，主要從事葡萄營養(yǎng)與品質(zhì)研究。E-mail：heyani1113@163.com。

通信作者：蔣愛麗，碩士，研究員，主要從事葡萄新品種選育與栽培技術(shù)研究。E-mail： putaojal@163.com。

葡萄是我國最主要的果樹樹種之一，其種植面積和生產(chǎn)產(chǎn)量居水果產(chǎn)業(yè)前列，并具有重要的經(jīng)濟(jì)地位[1]。葡萄的果實(shí)品質(zhì)是指滿足消費(fèi)者需求的各種優(yōu)良性狀總和，對于鮮食葡萄而言，其外觀性狀，比如果實(shí)形狀、大小、色澤等，以及內(nèi)在品質(zhì)，比如糖、酸、風(fēng)味等，是人們重點(diǎn)關(guān)注的品質(zhì)特征[2]。隨著現(xiàn)在生活水平的提高，消費(fèi)者對葡萄品質(zhì)的要求也越來越嚴(yán)格，研究如何提高葡萄的果實(shí)品質(zhì)對順應(yīng)市場變化、指導(dǎo)葡萄種植具有重要意義。

礦質(zhì)營養(yǎng)作為基礎(chǔ)的營養(yǎng)物質(zhì)，對于果樹的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成以及果實(shí)品質(zhì)構(gòu)建具有重要的調(diào)控作用[3]。Denise等研究發(fā)現(xiàn)，成熟期的蘋果果實(shí)，其含氮（N）量較高時(shí)，會(huì)使得可溶性固形物的含量降低，可滴定酸的含量增加[4]。鉀（K）含量的提升可以提高葡萄的產(chǎn)量，增加果實(shí)中維生素C的含量[5-6]，高K對于提高果實(shí)硬度、耐貯性、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，鋅（Zn）與果實(shí)的色澤、硬度、總酸含量呈正相關(guān)，而與可溶性固形物含量呈負(fù)相關(guān)[8]。張立新等研究發(fā)現(xiàn)，果實(shí)的礦質(zhì)營養(yǎng)一方面可以說明土壤的肥力情況以及蘋果對各元素的吸收利用效率，另一方面還作用于蘋果果實(shí)的品質(zhì)形成和對病蟲害的抵御[9]。筆者所在課題組前期的研究結(jié)果表明，相關(guān)性分析只體現(xiàn)各個(gè)礦質(zhì)元素對相應(yīng)果實(shí)品質(zhì)的作用，并不能明確影響品質(zhì)的關(guān)鍵作用因子。而通徑分析則可以通過研究自變量對因變量影響的直接作用和間接作用，為統(tǒng)計(jì)決策提供可靠依據(jù)[10]，目前此分析方法已在農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[11-13]。

本研究通過采集上海地區(qū)主栽葡萄品種和優(yōu)新葡萄品種的果實(shí)，檢測礦質(zhì)元素含量和果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，利用相關(guān)性分析和通徑分析的方法，探索葡萄中各個(gè)礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性，并分析各礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的貢獻(xiàn)大小，本研究不僅有助于篩選對葡萄品質(zhì)有重要作用的礦質(zhì)元素，也可為實(shí)現(xiàn)葡萄生產(chǎn)中施肥科學(xué)化和品質(zhì)優(yōu)良化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試葡萄品種分別為夏黑、巨峰、巨玫瑰、醉金香、陽光玫瑰、金手指，以及上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所培育的優(yōu)良品種申豐、申華、滬培1號(hào)、滬培3號(hào)、申玉、申雅、申麗、申悅、申怡、申玫、申碩，共17個(gè)。試驗(yàn)材料摘取自上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院葡萄生產(chǎn)園和品種園（30°53′N，121°22′E），避雨設(shè)施栽培，采用滴灌灌溉，架式為籬架“V”字形葉幕，其他措施按照正常的生產(chǎn)管理進(jìn)行。于2018年8月9日至2018年8月20日采摘。每個(gè)品種隨機(jī)選擇3株葡萄植株，每株摘取5～6穗葡萄，分別從每穗葡萄的不同部位隨機(jī)選取果粒，合并后供測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.2 指標(biāo)測定

1.2.1 葡萄果實(shí)品質(zhì)的測定 單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑和橫徑（果形指數(shù)=縱徑/橫徑）、果實(shí)硬度分別用天平、游標(biāo)卡尺、硬度儀測定。手持折光儀測定可溶性固形物含量，氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸含量;Folin-酚法測定總酚含量[14];維生素C含量的測定方法參考文獻(xiàn)[15]，可溶性蛋白含量的測定方法參考文獻(xiàn)[16]。以上所有指標(biāo)，每個(gè)樣品均重復(fù)3次。

1.2.2 果實(shí)礦質(zhì)元素含量測定 礦質(zhì)元素含量的測定根據(jù)文獻(xiàn)[17]的方法進(jìn)行。將果肉樣品用液氮研磨混勻，取一定量進(jìn)行烘干稱質(zhì)量，加入1 mL硝酸（MOS級(jí)）過夜浸泡所有材料，沸水煮1 h至溶液無色透明，冷卻至室溫后補(bǔ)充去離子水至14 mL，混勻。利用電感耦合等離子質(zhì)譜（ELAN DRC-e電感耦合等離子質(zhì)譜儀，美國Perkin-Elmer公司）測定樣品礦質(zhì)元素含量。采用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010、SPSS Statistics 19對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)和礦質(zhì)元素含量

表1顯示了17個(gè)葡萄品種的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，從表1可以發(fā)現(xiàn)，葡萄品種不同，其果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)存在一定差異。其中變異程度最高的是果實(shí)硬度，變異系數(shù)為34.28%;變異程度最小的是可溶性固形物含量，變異系數(shù)為6.46%。

由表2結(jié)果可知，礦質(zhì)元素含量因17個(gè)葡萄品種的差異而存在一定區(qū)別。果實(shí)的礦質(zhì)元素變異系數(shù)在17.19%～57.48%之間，差異較大，其中鈣（Ca）和鐵（Fe）的變異系數(shù)較大，N和P的變異系數(shù)較小。大量元素中，含量最多的是磷（P），含量較高的是N、K、鎂（Mg），Ca的含量最低。微量元素中，F(xiàn)e含量最高，銅（Cu）含量較高，Zn和錳（Mn）的含量較低。

2.2 葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

為了探索葡萄果實(shí)中各種礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性，并分析葡萄果實(shí)中的礦質(zhì)營養(yǎng)對果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的作用，將葡萄果實(shí)中的氮（設(shè)為x1）、磷（設(shè)為x2）、鉀（設(shè)為x3）、鈣（設(shè)為x4）、鎂（設(shè)為x5）、鐵（設(shè)為x6）、錳（設(shè)為x7）、鋅（設(shè)為x8）、銅（設(shè)為x9）含量作為一個(gè)總體，將果實(shí)的品質(zhì)指標(biāo)，包括單果質(zhì)量（設(shè)為y1）、果形指數(shù)（設(shè)為y2）、硬度（設(shè)為y3）、可滴定酸含量（設(shè)為y4）、可溶性固形物含量（設(shè)為y5）、維生素C含量（設(shè)為y6）、可溶性蛋白含量（設(shè)為y7）、總酚含量（設(shè)為y8）作為另一個(gè)總體，利用相關(guān)性分析的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由表3可知，葡萄果實(shí)的礦質(zhì)元素之間存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中，N與K含量、N與Mg含量、P與K含量、P與Mn含量、P與Zn含量、K與Mg含量、K與Fe含量、Ca與Mg含量、Ca與Fe含量、Ca與Mn含量、Mg與Mn含量、Fe與Mn含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），N與Mn含量、P與Ca含量、P與Mg含量、K與Ca含量、K與Mn含量、Mg與Fe含量、Mg與Cu含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。表4結(jié)果顯示，葡萄果實(shí)的品質(zhì)指標(biāo)與礦質(zhì)元素含量之間具有密切的相關(guān)性，其中，N、Cu含量與可滴定酸含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），P含量與果實(shí)硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），Mn含量與單果質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），這說明果實(shí)品質(zhì)的構(gòu)建是在多種礦質(zhì)元素的作用下共同形成的。

2.3 葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標(biāo)的通徑分析

通徑系數(shù)的絕對值大小表示各礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的作用大小。葡萄礦質(zhì)營養(yǎng)與單果質(zhì)量的通徑分析如表5所示。各礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量的直接影響大小順序?yàn)镸g（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對單果質(zhì)量的直接貢獻(xiàn)為正值，Mn、P、K、Ca、Cu的直接貢獻(xiàn)為負(fù)值。除了直接作用，各礦質(zhì)元素還可以通過其他自變量間接地影響果實(shí)品質(zhì)，其影響力一般用間接作用通徑系數(shù)來表示。對單果質(zhì)量間接影響最大的是Mg，主要通過Mn（-0.454）影響單果質(zhì)量;其次Fe（-0.532）和Zn（-0.337）對單果質(zhì)量的間接影響較大，分別通過Mn（-0.472）和P（-0.319）作用于單果質(zhì)量。由此可知，Mg、Mn、P對葡萄的單果質(zhì)量作用較大。

表6表示葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與果形指數(shù)的通徑分析結(jié)果，顯示N、P、K、Mg、Fe、Mn、Cu為直接影響果形指數(shù)的主要礦質(zhì)元素，其中最大的影響因子為K（-1.200），其次依次為Mg（0.896）、Cu（-0.676）、P（0.664）、Fe（0.390）、Mn（-0.373）、N（0.221），K、Cu和Mn對果形指數(shù)的影響為負(fù)值，其他元素的影響為正值。K和Cu對果形指數(shù)的影響分別達(dá)極顯著水平和顯著水平。K對果形指數(shù)的間接影響最大，間接通徑系數(shù)為1.005，其次為Mg、Mn、N，且主要是通過K對果形指數(shù)進(jìn)行間接影響。綜上分析可知，K、Mg、Cu和P是主要影響葡萄果實(shí)果形指數(shù)的礦質(zhì)元素。

表7顯示葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與果實(shí)硬度的通徑分析結(jié)果，影響硬度的直接通徑系數(shù)順序?yàn)镻（-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，對果實(shí)硬度的影響為正值的有Cu、Ca、Fe、N、Zn、K，對果實(shí)硬度的影響為負(fù)值的是 P、Mg和Mn。通過分析間接通徑系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對果實(shí)硬度間接影響較大的礦質(zhì)元素為Zn（-0.471）、Ca（-0.419）、Cu（-0.370）、K（-0.335）、N（-0.303），這幾個(gè)元素均主要通過P對果實(shí)硬度產(chǎn)生影響。綜合以上結(jié)果表明，P是影響果實(shí)硬度的主要礦質(zhì)元素。

葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與可溶性固形物含量的通徑分析結(jié)果如表8表示。結(jié)果表明，N（0.760）、Ca（0.629）、P（0.298）、Mn（0.227）對可溶性固形物含量的正直接通徑系數(shù)較大，Mg（-0.875）、Fe（-0.460）、Zn（-0.283）、K（-0.232）對可溶性固形物含量的負(fù)直接通徑系數(shù)較大。除了Cu對可溶性固形物的間接影響較小，其他元素的間接作用均較大，其中Mg（0.762）、Fe（0.378）、K（0.214）的影響為正值，Ca（-0.634）、N（-0.502）、P（-0.434）、Zn（-0.143）、Mn（-0.139）的影響為負(fù)值。

葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與可滴定酸含量的通徑分析見表9。從中可以看出，對可滴定酸含量的直接貢獻(xiàn)大小順序?yàn)镹（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）。從表9還可以看出，通過其他因子間接作用對可滴定酸含量影響最大的因子是Mg，此外Fe、P、K通過其他因子對可滴定酸含量的影響作用也較大。

葡萄礦質(zhì)元素與維生素C含量的通徑分析結(jié)果如表10所示，影響維生素C含量的礦質(zhì)元素其直接通徑系數(shù)大小順序?yàn)镃u（-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 的影響為負(fù)值，Cu對維生素C含量具有顯著性影響。Cu對維生素C含量的間接作用最大，其次是Mn、N、K，Mg對維生素C含量的間接影響很小。以上結(jié)果表明，Cu、K、N、Mn對維生素C含量的影響較大。

表11表示葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與可溶性蛋白含量的通徑分析結(jié)果。結(jié)果表明，N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是影響可溶性蛋白含量作用較大的礦質(zhì)元素，各礦質(zhì)元素對可溶性蛋白含量直接影響大小順序?yàn)镵（-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對可溶性蛋白含量的影響為正值，K、Ca、Cu、Mn對可溶性蛋白含量的影響為負(fù)值。對可溶性蛋白含量間接作用影響最大的礦質(zhì)元素為Fe，其次為K、Mg、P、N，對可溶性蛋白含量的間接通徑系數(shù)影響較小的礦質(zhì)元素為Zn和Cu。K與P、N、Mg、Fe具有極顯著的相關(guān)性，可推測K能通過作用于其他元素進(jìn)而參與對可溶性蛋白的調(diào)控。由此可知，對可溶性蛋白含量影響較大的是K、P、Fe、Mg、N。

表12中對葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素與總酚含量的通徑分析結(jié)果表明，直接影響總酚含量作用較大的礦質(zhì)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對總酚含量的影響達(dá)顯著水平。對總酚含量間接通徑系數(shù)影響較大的元素是Mn、Ca、P、N、Fe，主要是通過Ca或Mn間接發(fā)揮作用。因此對總酚影響較大的元素是Ca和Mn。

3 討論與結(jié)論

礦質(zhì)元素作為果樹生長發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對果樹的生產(chǎn)產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)具有重要影響。前人針對礦質(zhì)營養(yǎng)影響果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的研究，由于果樹品種不同、樹齡差異、地區(qū)不同、水肥條件以及栽培管理技術(shù)等差異，呈現(xiàn)的結(jié)果差異較大[18-22]。Denise等研究發(fā)現(xiàn)，果實(shí)成熟期含N量高會(huì)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蘋果的產(chǎn)量，高K可增加果實(shí)色澤，降低果實(shí)硬度[4]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，N含量與可滴定酸含量呈顯著正相關(guān)，與Denise等研究結(jié)果一致。但是，本研究結(jié)果顯示P含量是影響果實(shí)硬度的主要元素，且呈負(fù)相關(guān)，這一點(diǎn)與Denise等的研究結(jié)果存在差異，但與張強(qiáng)等的研究結(jié)果[21]相一致。張強(qiáng)等對蘋果園土壤的酸堿性、營養(yǎng)成分以及果實(shí)的礦質(zhì)元素含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)P含量與果實(shí)的可溶性固形物含量和硬度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，Zn、N含量與可滴定酸含量呈正相關(guān)關(guān)系[21]，本研究結(jié)果與之一致。這也說明礦質(zhì)營養(yǎng)對果實(shí)品質(zhì)的作用受多方面因素影響。

前人對葡萄的礦質(zhì)營養(yǎng)研究已有部分報(bào)道，主要分析營養(yǎng)與肥料如何影響樹體生長發(fā)育、果實(shí)發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)等方面[23-26]，也有研究對不同礦質(zhì)元素與果實(shí)品質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析，但是，單一的相關(guān)性分析只能反映各個(gè)礦質(zhì)元素對品質(zhì)的影響，或者分析各礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性，而無法明確各個(gè)礦質(zhì)元素在有相關(guān)性的條件下，對果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的作用大小。因此，利用相關(guān)性分析和通徑分析研究葡萄果實(shí)礦質(zhì)元素之間的相關(guān)性，并分析礦質(zhì)元素對果實(shí)品質(zhì)的作用，不僅可明確影響果實(shí)品質(zhì)的主要礦質(zhì)元素，亦有助于指導(dǎo)葡萄的合理施肥和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。本研究的通徑分析表明，果實(shí)礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量、果形指數(shù)、果實(shí)硬度的直接影響大小順序分別為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，對可溶性固形物和可滴定酸含量直接影響的大小順序分別為 Mg>N>Ca>Fe>P>Zn>K>Mn>Cu，N>Ca>Mg>Cu>P>Fe>Zn>Mn>K，對維生素C、可溶性蛋白和總酚含量直接影響的大小順序分別為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。此結(jié)果與前人的研究[21]存在些許差異，可能與地域不同、品種差異以及氣候環(huán)境變化等均有關(guān)系。綜上結(jié)果表明，葡萄果實(shí)的生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)受多種礦質(zhì)元素的共同作用，生產(chǎn)中可通過增加K肥施用量，控制P肥施加，減少N肥施加，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)果品的生產(chǎn)。

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