苗木生产岗位

卢浩成 何非 王军

 

  摘 要：新梢重度去顶处理（SST）是近年来面对全球变暖而提出的一项葡萄栽培技术。在本研究中，我们进行了为期三年的研究（2018-2020年），研究SST对半干旱气候下赤霞珠葡萄树体生理、浆果糖积累率和风味组学的综合影响。结果显示，不同的SST处理可使葡萄糖分积累减少0.4-1.7 mg/berry/d（0.02-0.11 °Brix/d），却不影响产量。在不同年份连续进行SST处理的葡萄树中发现了光合作用补偿。浆果花色苷和黄烷醇在SST葡萄中的浓度比对照组低。然而黄酮醇类物质在SST葡萄中的浓度更高。SST对葡萄果实中的香气影响较小，且受到年份的显著影响。通过主成分分析，评估了与年份、SST处理和不同SST时间表现出高度相关性的代谢物。

 

  关键词：全球变暖；新梢重度去顶；延缓成熟；树体生理；酚类物质；香气物质

 

  树冠管理是葡萄园最基本的技术之一，它可以调节果际微气候，从而改变浆果的代谢成分（Alem et al., 2021; Suklje et al., 2014; Torres et al., 2021）。通过各种树冠管理技术，葡萄种植者可以改变浆果的代谢产物，实现某种葡萄酒风格，以适应当地葡萄园的风土特征。树冠管理的简单性和可操作性使其成为被研究的热点问题，尤其是在近年来气候变化情况下（Gutiérrez-Gamboa et al., 2021）。温度的升高导致葡萄物候期提前，增加了其暴露于高温胁迫的概率（Cook & Wolkovich，2016）。高温会对浆果的质量产生不利影响，包括糖酸的不平衡，抑制花色苷和萜烯的积累（de Rosas et al., 2017; Lu et al., 2022a）。当糖酸达到采收标准时，葡萄中的酚类物质尚未完全成熟（Lu et al., 2021）。通常，酿酒师会选择延迟采收的策略，使浆果达到风味成熟（Iland et al., 2011），这导致了浆果中更高的可溶性固形物含量和葡萄酒中更高的酒精度。有研究提出，由于对酒精相关健康问题认识的提高，消费者近年来更喜欢酒精含量较低的新鲜葡萄酒（Herrera et al., 2015）。此外，高酒精含量会导致苹-乳发酵过程中乳酸菌的不稳定，从而导致葡萄酒易老化，增加不良的风味（Graça da Silveira et al., 2002; Palliotti et al., 2014）。

 

  在中国新疆产区，干旱的气候和丰富的光照资源导致葡萄的糖分积累过快。这种现象在近年来的气候变化中表现的更为明显：葡萄生长期出现热浪的现象更为频繁，采收期的温度越来越高。此外，当葡萄达到商业成熟度时，酒庄面临的问题是如何在短时间内收获全部葡萄以保持较为一致的成熟度，因为该产区的葡萄种植面积很大（Lu et al., 2021b）。考虑到酒厂设备的限制，葡萄采收期通常可以持续2周。因此，需要采用合适的葡萄栽培技术，防止葡萄出现过熟的现象。此外，频繁的热浪导致葡萄种植者选择较厚的葡萄叶幕来防止日灼，这导致了葡萄树具有较高的叶果比。在本研究中，我们全面调查了连续三年严重修剪嫩枝对赤霞珠葡萄生长、光合作用能力、浆果酚类和香气的影响，以评估这种技术在半干旱气候下的可行性。

 

  1 材料与方法

 

  1.1 田间试验的布置

 

  本实验在新疆维吾尔自治区昌吉州玛纳斯县中信国安葡萄酒业有限公司自建基地（44°14'0''N, 86°14'39''E）进行。所选实验地土壤类型为砂质壤土，气候属于半干旱气候，灌溉方式为沟灌，分别在葡萄萌芽期、开花期、座果期、转色期和采收期进行灌溉，每次灌溉量为 50 m3·ha-1。实验材料为‘赤霞珠’169 自根苗，定植于2011年，株距1.0 m，行距2.8 m，行向为北偏东52°。叶幕形采用改良后的VSP，短枝修剪，留梢量为每株12~15支，留果量为每新梢1~2个果穗，叶幕高度为1.2 m，结果带位于地面以上约60 cm处。

 

  本实验采用随机区组设计，三个重复，每个重复选择长势一致的45株葡萄树。在果实转色100%左右时进行转色完成时剪梢处理，在转色100%后一周进行转色完成后一周剪梢处理，对照为不进行剪梢处理。摘除叶面积大约为叶幕叶片总面积的30%~40%，剪梢位置从距地面1.35 m起，以上全部剪掉。

 

  共进行三年的试验：2018年，在葡萄转色后期（8月8日，TSS≈16 °Brix）从树冠顶部到离地面1.35米处（标记为1-SST1）的枝叶全部修剪，这意味着整个树冠的30%-40%的新梢和叶片被全部去除。在2019年和2020年，处理包括两个部分。i）对2018年相同的葡萄树应用SST处理（1-SST），这意味着这些葡萄树连续三年（2018-2020年）都进行新梢重度去顶处理。ii）选择了与前一个年份不同的三个相邻的新行，并在转色后（2-SST1，TSS≈16 °Brix）和2-SST1后一周（2-SST2，TSS≈18 °Brix）进行SST处理，这意味着2020年应用2-SST1和2-SST2的葡萄树与2019年的不同，以避免前一个年份的残留效应。

 

  使用HOBO微型站测定葡萄果际微气候数据，包括总辐射传感器（S-LIB-M003，Onset，Bourne，MA，USA）和温度传感器（S-THB-M002，Onset，Bourne，MA，USA）。每5分钟记录一次数据。

 

  1.2 叶片光合参数的测定

 

  通过LI-6400XT便携式光合测定系统进行植株光合速率的测定。每个重复测定5个新梢，测定位置为从基部起第7节叶片，测定时间为从处理后到采收期，2018年共测定了五次，2019年共测定了4次。每次测定均选择标记好的叶子以保证不同时期测定的一致性。测定时间均在11:00~13:00之间，不同处理的不同重复采取随机测定的方式，以消除测量时间的误差。

 

  1.3 树体生长和营养储藏的测定

 

  采收前，每个处理随机选取10棵葡萄树，每棵葡萄树随机选取3支新梢，使用便携式叶面积仪测定新梢的主梢和副梢叶面积，每个重复测定10支新梢。每个重复统计8延长米内的葡萄树数量、新梢数量和果穗数量，估测每棵葡萄树的总叶面积。采收时，每个重复测定10穗果穗的重量，估测产量。冬剪时，每个重复测定10株树的修剪量，测定新梢长度和基部起第三节的直径，并通过产量/修剪量计算负载量。测定新梢第三节的可溶性糖和淀粉含量，测定方法参照Palliotti 等（2013）。

 

  1.4 葡萄采样和基本理化指标测定

 

  果实样品采集在当天上午10点之前温度较低时进行。每次处理前进行第一次采样，之后约每隔7~10d采一次，直至采收。每个重复选取长势一致的30株葡萄树，每个果穗采用“五点取样法”，果穗曝光面上、中、下部各采取1粒浆果，果穗背光面中部采集2粒浆果。采收前每个重复约采集100粒浆果，用于基本理化的检测。采收期每个重复共采集500粒浆果，其中100粒用于基本理化的测定，剩余400粒浆果用液氮速冻后放入-80°C冰箱中保存，用于酚类物质和香气物质的检测。

 

  使用电子天平（精确度0.01 g）称量100粒浆果的重量，计算平均单粒重量。随机选取100粒浆果，用纱布包裹充分挤出果汁，用手持糖度计（PAL-1, Atago, Japan）测定其可溶性固形物含量，用pH计测定其pH值。糖积累速率（mg/berry/d）计算根据浆果的可溶性固形物含量和浆果质量计算（Antalick et al., 2021）。果汁可滴定酸用NaOH标准溶液进行滴定，结果以酒石酸计（g/L）。

 

  1.5 酚类物质的测定

 

  葡萄果实和类物质的检测参照之前发表的方法（Downey et al., 2007; Liang et al., 2012），果实样品经过0.22 μm的有机系膜过滤，过滤之后置于棕色液相小瓶等待上机检测。

 

  HPLC-MS检测条件参照之前发表的方法（Wang et al., 2021）：花色苷定性和定量分析使用Agilent 1200系列配备6410三重串联四级杆质谱仪（QqQ），以Poroshell 120 EC-C 18为色谱柱，柱温55°C，进样量5 μL，检测波长525 nm，流速0.4 mL/min。流动相A为0.1%（v/v）的甲酸水溶液，流动相B为含0.1%（v/v）甲酸的50/50（v/v）的甲醇乙腈溶液。洗脱程序如下：10%~100%的B相持续15 min，后运行程序5 min；离子阱质谱检测器的采集参数为电喷雾离子源，正离子模式，离子扫描范围为100～1500 m/z，雾化器压力为35 psi，干燥器流速为12 L/h，干燥气温度为350°C。非花色苷酚定性定量的HPLC-MS条件同花色苷，但采取负离子模式[78]，梯度洗脱程序为0~28 min，10%~46% B；28~29 min，46%~10% B，洗脱结束后，维持10% B相冲洗5 min，平衡色谱柱。

 

  花色苷定量以二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷为外标物，黄酮醇以槲皮素为外标物，黄烷醇以儿茶素、表儿茶素、表棓儿茶素和表儿茶素没食子酸酯为外标物，果实中酚类化合物浓度表示为mg/kg果实鲜重（FW）。

 

  1.6 香气物质的测定

 

  葡萄果实香气的提取和测定方法参照之前发表的文献（Lu et al., 2022），并利用气质联用的方法分析样品中的香气物质。载气为高纯氦气，流速为1 mL/min。升温程序如下：50°C保持1 min，然后以3°C/min升温至220°C，最后保持5 min。其余条件如下：进样口温度为250°C，葡萄酒的检测采取5:1分流模式，葡萄汁的检测采取不分流模式，电离方式为电子电离（electron ionization, EI）源，电离能为70 ev，离子源温度为230 °C，质谱接口温度为280 °C，质量扫描范围为30~350 u。

 

  挥发性香气物质的定性根据NIST标准谱库中的保留指数和质谱信息进行分析。香气物质的定量根据对应的标准曲线进行，单位表示为μg/kg果实鲜重（FW）。

 

  1.7 数据处理

 

  采用Microsoft Excel 2007进行统计分析，单因素和双因素方差分析采用SPSS 22.0，绘图采用Graphpad Prism 8.0和Simca 14.1软件。

 

  2 结果与分析

 

  2.1 树体生长

 

  树体生长指标的调查结果表明（表3-1），新梢重度去顶处理显著影响了树体生长。剪梢处理均显著降低了新梢、主梢和副梢的叶面积、叶果比以及平均新梢长度。其中，总叶面积减少的比例为36~43%，主梢叶面积的减少比例为34~48%。新梢重度去顶处理对产量没有显著影响，此现象也表现在浆果数量和果穗重量上。对于葡萄藤营养储存，2019年和2020年在所有SST处理中都发现了较低的可溶性糖，而仅有2019年的1-SST1达到了显著水平（p < 0.05）。在三个生长季中，在SST处理和对照组之间没有发现淀粉含量的显著差异。

 

 

 

  2.2 树体光合能力

 

  图1展示了叶片净同化速率（AN）和气孔导度（gs）的变化。在2018年，对照组和1-SST1组叶片的AN没有显著差异。这表明2018年SST组叶片没有光合补偿。然而，在2019年，1-SST1在8月18日和8月29日显示出比对照更高的AN和g，这表明年份间连续处理的葡萄树能显示光合补偿效应。

 

 

  2.3 葡萄果实的基本理化指标

 

  图2显示了在三个生长季节中，浆果发育过程中可溶性固形物（TSS）、可滴定酸度（TiA）和pH的变化情况。SST处理显著抑制了糖的积累速率，2018年下降了0.6 mg/berry/d，2019年下降了0.4-0.9 mg/berry/d，2020年下降了1.3-1.7 mg/berry/d。2020年，SST导致葡萄糖积累速率降低的幅度更大。在之前的研究中我们指出，2020年是一个干旱的年份且物候期提前（Lu et al., 2022b），这表明在全球变暖的影响下，SST处理有效地延迟了葡萄成熟。在2019年，尽管1-SST1和2-SST1为相同时间的剪梢处理，但1-SST1在8月31日采收，而2-SST1在9月4日采收。在先前的分析中，1-SST1显示出在生长季节中更高的AN，弥补了移除叶片的光合损失并在浆果中积累了更多的可溶性固形物。然而，在2020年并没有出现类似的结果。可滴定酸度方面，SST处理的影响较小，仅在2019年1-SST处理降低了采收时的可滴定酸。SST处理在2018年和2020年显示了较低的pH值。SST对浆果重量影响较小。

 

 

  2.4 葡萄果实中的类黄酮物质

 

  进行SST处理后，葡萄中花色苷的浓度下降，且在三个年份中呈现一致的规律（图3）。花色苷单体方面，几乎所有检测到的15种花色苷都表现出相同的趋势，并且在SST处理中浓度较低。黄酮醇方面，2018年和2019年的对照组和SST之间没有显著差异，而在2020年，1-SST1显著增加了其浓度。SST处理中的丁香亭-3-O-葡糖苷和杨梅酮以及山奈酚类的黄酮醇浓度较高，并在至少两个年份中达到了显著水平。与单体花色苷类似，SST处理显著降低了果皮中的黄烷醇浓度。2019年和2020年的SST处理显著降低了种子的黄烷醇浓度，而在2018年则出现了相反的趋势。果实成熟度达到22.5 °Brix以上时，花色苷的下降可能随时发生（Iland et al., 2011）。也有研究表明，葡萄果皮花色苷的生物合成在浆果糖积累达到1~1.2 mmol己糖（18-21.6 °Brix）时停止（Shahood et al., 2020）。在采收期花色苷含量的降低可能是由于葡萄皮细胞液泡中的葡萄糖苷酶和过氧化物酶活性分解花色苷导致的（Iland et al., 2011）。在果皮中，黄醇或单宁的合成被认为是在浆果发育的早期阶段开始的，并在成熟期前后达到最大浓度（Iland et al., 2011; Blancquaert et al., 2019）。与果皮类似，种子黄烷醇的积累在葡萄成熟前后达到一个高峰，然后稳步下降，直到浆果成熟的结束。在本研究中，2019年和2020年的SST处理中发现了种子黄烷醇的减少。一般来说，葡萄成熟后，单宁的浓度通常会随着浆果体积的增加而减少，这可能是SST和对照组葡萄变化的主要原因。

 

 

  2.5 葡萄果实中的香气物质

 

  通常情况下，葡萄园的诸多变量，如栽培技术、成熟度水平或土壤对某一品种的代谢物质影响，在不同年份可能会有所变化（Gao et al., 2019; Lu et al., 2022b; Pereira et al., 2006）。通过方差分析，有15种挥发性化合物在方差分析中受SST处理显著影响，其中有11种在年份和处理的交互作用中也达到了显著水平（图4）。因此，SST对葡萄挥发性物质的影响与年份相关。只有游离态的大马士酮和香茅醇在SST处理中显著增加了，且在两个生长季趋势一致。之前的研究表明，游离态大马士酮从果实早期发育到收获一直呈上升趋势，这与我们的研究结果一致（Luo et al., 2019）。而游离态香茅醇的变化似乎取决于品种，在雷司令葡萄中从E-L 37到E-L 38呈下降趋势，而在长相思和玫瑰香中呈上升趋势（Yue et al., 2020）。在本研究中，赤霞珠葡萄的延迟采收可能有助于游离型香茅醇的积累。香气化合物的变化可能会影响最终的葡萄酒风格。在之前的一项研究中，Antalick等（2021）表明，所提出的赤霞珠葡萄酒风格从新鲜型到成熟型需要大约20天的时间。然而，在本研究中，SST对葡萄酒香气风格的影响似乎是难以预测的，这可能是因为SST处理的收获延迟相对较短（4-11天），没有产生明显的香气风格变化。

 

 

  3 结论

 

  本研究表明，重度新梢去顶处理可以有效抑制浆果成熟期间的糖分积累。SST处理引起的采收延迟对避免早期收获时的高温胁迫有重要意义，可以补偿全球变暖带来的物候期提前。在年份间连续处理的葡萄树中可以看到光合作用的补偿效应，这意味着葡萄树有能力对库源关系的变化进行自我调节。然而SST处理并未引起产量的变化，这证明在葡萄转色后期进行新梢重度去顶是一种实用技术。SST处理对葡萄酚类化合物有显著影响，花色苷和单宁含量的降低可能与采收的延后有关。这项研究使我们更好地了解了葡萄对环境变量和浆果化学的可塑性。