Comprehensive Effect of Different Crop Loads on the ‘Shine Muscat’ Quality
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摘要: 为探究不同负载量水平对阳光玫瑰葡萄果实综合品质的影响，本研究通过对葡萄果实进行果粒疏除来调控负载量水平，同时对果实中的糖、酸、酚类物质含量，抗氧化活性及经济效益进行了评估。结果表明，低负载量水平下的葡萄果实平均粒重显著增加，葡萄糖和果糖含量显著增加，酒石酸和苹果酸含量显著下降，致使果实糖酸比显著增加（P<0.05）。同时酚类物质含量显著上升，果实的抗氧化能力也显著优于其它处理组（P<0.05）。由于低负载量水平下的葡萄果实综合品质优异，使其具有更高的经济收益。因此，通过精确控制葡萄产量可以获得更好的葡萄品质。Abstract: To investigate the effects of different crop loads on the overall quality of 'Shine Muscat', this study was conducted to regulate the crop loads by berry thinning and to evaluate the sugar, acid and phenolic contents, antioxidant activity and economic benefits of the berries. The results showed that the average berry weight at low crop loads increased significantly, glucose and fructose contents increased significantly, and tartaric and malic acid contents decreased significantly, leading to a significant increase in the sugar-acid ratio of the berries (P<0.05). The phenolic content at low crop loads also increased significantly and the antioxidant capacity of the berries was significantly better than the other treatment groups (P<0.05). The excellent overall quality of berries at low crop loads made them more economically profitable. Thus, better grape quality could be achieved by precisely controlling the berry crop load.
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Keywords:
- grape /
- berry thinning /
- crop load /
- phenolic substances /
- economic benefits
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葡萄作为世界上广泛种植的水果之一，其口感鲜美、营养丰富，并具有较高的经济价值[1−2]。糖酸作为葡萄果实中重要的初级代谢物，是决定葡萄果实风味的关键成分，并影响着葡萄的整体感官品质[3−5]。葡萄果实中富含酚类物质，具有抗氧化、抗衰老、降低心血管疾病及糖尿病等患病风险的作用[6−7]。香气是葡萄风味的重要组成部分，果实具有优雅馥郁的香气在一定程度可以吸引消费者，提高其市场竞争力[8]。葡萄果实的综合品质主要是由糖酸等初级代谢产物及酚类物质、香气等次生代谢产物组成。研究人员通常通过应用特定的葡萄栽培管理措施来提高果实品质，例如：果实套袋[9]，负载量调节[10]，调亏灌溉[10−12]，植物激素调节[13]及转色期叶面补氮[6−7]等措施来提高果实品质。
疏果作为常见的葡萄栽培管理措施，主要通过调节葡萄负载量影响树体库源关系进而影响葡萄中的初级和次级代谢产物的积累[10,14−15]。目前常见的疏果措施有果穗疏除及果粒疏除两种，两种均具有提高葡萄果实品质的作用[16]。由于果粒疏除的人工成本更高导致其实际生产应用较少，但相关研究表明果粒疏除相较于果穗疏除可以在保持较高负载量的同时，更有效地提升葡萄果实品质[16]，同时使其果穗形状、大小及颜色等外观形状更加优异[17]，可以达到更高的经济效益。
本研究使用目前在国内市场较受欢迎的阳光玫瑰葡萄[18]作为研究对象，探究其在不同负载量条件下果实的理化指标、酚类物质含量、抗氧化活性等与葡萄果实品质相关的代谢物在发育过程中的演变规律，并分析不同负载量条件下从葡萄果实中获得的经济效益。本研究旨在通过对不同负载量下阳光玫瑰果实综合品质的分析，为葡萄生产者通过精确调控果实负载量，追求更佳的葡萄品质提供理论参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
氯化铝、醋酸钠、过硫酸钾、三氯化铁、硫酸铜、新亚铜、醋酸铵 分析纯，上海Macklin公司；甲醇、无水乙醇、浓盐酸、硫酸、乙酸乙酯 分析纯，西安化学试剂厂；乙腈（色谱纯）、甲酸（色谱纯）、葡萄糖、果糖、草酸、酒石酸、奎宁酸、苹果酸、莽草酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、富马酸、琥珀酸、丙酸标准品、儿茶素、没食子酸、甲基纤维素、芦丁、p-二甲氨基-肉桂醛、福林酚（纯度>98%）、ABTS（2,2-连氮基-双-（3-乙基苯并二氢噻唑啉-6-磺酸）二铵盐，纯度>98%）、DPPH（1,1-二苯基-2-苦基肼，纯度>98%）、TPTZ（2,4,6-三吡啶基三嗪，纯度>98%） 美国Sigma公司。
PAL-1型数字折光仪 日本爱拓株式会社；UV-2800A型紫外可见分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；Waters 2699型高效液相色谱 美国Waters公司；LC-30A型高效液相色谱 日本Shimadzu公司。
1.2 实验方法
1.2.1 实验设计
本研究于2021年在商业葡萄园进行。阳光玫瑰于2017年定植，均在薄膜温室大棚中种植，种植间距为1 m×3 m，其中除疏果外所有栽培管理措施均按统一标准进行。本研究从阳光玫瑰坐果第10 d进行不同负载量的果粒疏除处理，共设置了四个处理组，其中TF1组、TF2组、TF3组和TF4组每穗葡萄分别保留60粒，80粒，100粒和120粒果实。每个处理组共对7棵阳光玫瑰果树进行处理，每棵树共留有8个新梢，每个新梢留有1穗果实。果实发育阶段共6次取样，采样时间按照E-L生长发育系统[19]设置，分别为E-L 34（浆果开始变软，白利糖度开始提高）、E-L 35（浆果开始变色并膨大）、E-L 36（浆果白利糖度达到中等值）、E-L 37（浆果未完全成熟）、E-L 37.5（浆果未完全成熟）和E-L 38（浆果成熟度达到采收要求）。在样品采集中，每个处理组共56穗，每穗果实随机采集3粒果实。
1.2.2 基础指标测定
将采集到的每个处理组的葡萄果实进行收集并称重，以获得果实单粒重（g）。葡萄样品的总可溶性固形物（TSS）使用数字折光仪测定，并以°Brix表示。可滴定酸含量采用0.1 mol/L NaOH进行测定，含量以酒石酸表示。根据所测得的TSS值及可滴定酸含量得到果实糖酸比值。
1.2.3 可溶性糖及有机酸含量测定
样品准备：葡萄样品去除种子后在液氮下研磨粉碎，称取2.5 g样品放置于15 mL离心管中，添加入10 mL的20%的乙醇溶液混合，在超声功率400 W，30 ℃超声下处理20 min，再在20 ℃，8000×g下离心10 min，取上清液于0.45 μm的滤膜过滤，所得滤液于−40 ℃保存待测。
可溶性糖测定：参照本课题组前期所建立方法[20]，采用高效液相色谱配合反相柱进行检测，流速为1.2 mL/min，洗脱条件为乙腈:水（80:20 V/V）。
有机酸测定：参照本课题组前期所建立方法[14]，采用高效液相色谱配合C18色谱柱检测。流速为0.5 mL/min，流动相（A）为0.02 mol/L磷酸氢二钾，流动相（B）为甲醇。洗脱条件为流动相A:B（99:1 V/V）。
1.2.4 总酚类物质含量测定
每组样品称取一定量葡萄果实，将其剥下的果皮进行冷冻干燥24 h（−55 ℃）后，在液氮保护下磨成粉末，基于先前的方法[6]进行果皮中的酚类物质提取，得葡萄果皮酚类物质提取液，用于酚类物质及抗氧化活性测定。
随后分别通过福林酚比色法、氯化铝比色法和p-DMACA-HCl测定总多酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和总黄烷-3-醇含量（TFOC）。结果分别表示为每克没食子酸当量毫克（mg GAE/g）、每克芦丁当量毫克（mg RTE/g）和每克儿茶素当量毫克（mg CTE/g）。
1.2.5 抗氧化活性测定
葡萄果实抗氧化活性的测定使用前节1.2.4中获得葡萄皮提取液测定，共使用四种不同的方法来评估其抗氧化能力，测定方法参考本课题组前期所建立的研究方法[7]，具体如下：
1.2.5.1 DPPH自由基清除能力
将0.1 mL葡萄皮提取液加入3.9 mL的DPPH工作液中混合均匀，然后在黑暗条件下反应20 min后在517 nm处测定混合溶液的吸光度，结果以µmol Trolox当量/g（µmol TE/g）表示。
1.2.5.2 ABTS+自由基清除能力
将0.1 mL葡萄皮提取溶液加入到3.9 mL的ABTS工作液中，并在黑暗条件下反应8 min后在734 nm处测定混合溶液的吸光度。结果以µmol Trolox当量/g（µmol TE/g）表示。
1.2.5.3 铜离子还原能力（CUPRAC）
将0.1 mL葡萄皮提取溶液添加到10 mL离心管中。接下来，将1 mL的5 mmol/L硫酸铜溶液、1 mL的3.75 mmol/L新亚铜溶液、1 mL的1 mol/L乙酸-醋酸铵缓冲液（pH7.0）和1 mL蒸馏水加入离心管中，并在黑暗条件下反应30 min后在450 nm处测定混合溶液的吸光度。结果以µmol Trolox当量/g（µmol TE/g）表示。
1.2.5.4 铁离子还原能力（FRAP）
将0.1 mL葡萄皮提取溶液加入到3.9 mL的TPTZ工作液中，并在37 ℃条件下反应10 min后在593 nm处测定混合溶液的吸光度。结果以µmol Trolox当量/g（µmol TE/g）表示。
1.2.6 经济效益评估
根据不同负载量处理组中成熟浆果的平均重量及额定的葡萄树和果穗数量，对不同负载量处理组进行了简单的经济效益计算。每个处理组共7棵葡萄树，每棵葡萄树共有8穗葡萄果实，每棵葡萄树占地3 m2，预计每亩地平均种植222棵葡萄树，所收获的葡萄单价由葡萄园种植师及市场专业收购人员共计5人对葡萄质量品质进行评估后得到的，这个数据仅供参考。
1.3 数据处理
使用SPSS22.0对所有数据进行统计分析。采用单因素方差分析和图基检验（Tukey test）进行统计学处理（P<0.05）。图片均由Origin2021绘制。
2. 结果与分析
2.1 基础理化参数分析
葡萄果实的基础理化参数对其品质影响十分重要，是消费者最为关心的品质属性之一[13,16]。表1为不同负载量水平下阳光玫瑰产量统计，TF1组的平均果粒重为9.78 g，显著高于TF3组及TF4组的7.80 g及6.93 g（P<0.05），TF4组的平均果粒重6.93 g要显著低于TF1组和TF2组的9.78 g及8.78 g（P<0.05）。根据不同处理组的平均果粒重进行平均亩产统计，发现TF1组<TF2组<TF3组<TF4组，因此对阳光玫瑰进行疏果处理，会显著增加葡萄的平均果粒重，但是会对葡萄的平均亩产量造成损失，疏果量越大使得产量损失越严重。
表 1 阳光玫瑰不同负载量水平下产量统计Table 1. Yield statistics of ‘Shine Muscat’ at different grape crop loads不同处理组 每穗葡萄果粒数量 果粒重 （g） 产量 （kg/亩） TF1 60 9.78±0.65a 1042 TF2 80 8.78±0.77ab 1246 TF3 100 7.80±0.74bc 1385 TF4 120 6.93±0.38c 1475 注：不同小写字母表示不同处理组在P<0.05 水平差异显著，表2同。 图1、图2及图3分别为阳光玫瑰果实发育过程中可溶性固形物（TSS）含量，可滴定酸含量及糖酸比变化趋势图。如图所示，阳光玫瑰果实在发育过程中TSS含量显著上升，可滴定酸含量显著下降，糖酸比值显著上升（P<0.05）。这是因为葡萄属于糖直接积累型果实，糖分主要由叶片光合作用产生的蔗糖通过韧皮部输送到果实中分解成可溶性糖贮藏于液泡中，并在果实发育过程中不断积累直至完全成熟[21]。同时在果实成熟过程中有机酸合成能力逐渐降低，并且细胞膜通透性的增加使得液泡中的有机酸易于被呼吸利用分解为CO2与水，造成酸含量降低[22]。总体来讲，在果实成熟的E-L 38阶段，TF1与TF2组TSS和糖酸比值显著高于其它处理组，并且TA含量显著低于其它处理组（P<0.05）。而TF4组作为负载量水平最高的一组，在E-L 38时期，各项参数水平均表现较差，尤其显著较低的糖酸比值使果实呈现出明显的酸涩口感。由图3可以看出四个负载量处理组中的糖酸比在E-L 38成熟时期均具有显著差异（P<0.05），并且随着负载量水平的减少而显著增加（P<0.05）。TF1组具有最高的糖酸比为7.47，该数值分别是TF3组和TF4组的1.29倍和2倍，因此就糖酸比而言TF1组表现最优，这与之前在赤霞珠与马瑟兰葡萄中的研究结果相似[23−25]。
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图 2 不同负载量水平下果实可滴定酸含量变化Figure 2. Changes in berry titratable acid content at different grape crop loads![]()
图 3 不同负载量水平下果实糖酸比变化Figure 3. Changes in berry sugar-acid ratio at different grape crop loads综上可知，随着阳光玫瑰果实负载量水平的增加，果实平均果粒重逐渐变小，糖酸比逐渐降低。总体来看，在本研究中TF1组和TF2组果实的单粒重及基础理化指标显著优于TF3组和TF4组。因此，在实际生产中，可通过限制果实负载量水平，增加葡萄果实的单粒重，提高果实糖酸比，从而提升果实的品质。
2.2 果实可溶性糖及有机酸含量分析
在对葡萄果实品质评价中，糖酸等初级代谢产物是非常重要的评价指标[4,26]。在这一部分，通过高效液相色谱法（HPLC）测定了果实中的可溶性糖含量以及有机酸含量，如图4所示。图4A和4B分别为果实不同发育阶段、不同处理组中葡萄果实中果糖与葡萄糖两种可溶性糖含量变化，这是葡萄果实中含量最高的两种可溶性糖成分[11]。果糖与葡萄糖在果实发育过程中总体呈现出上升的趋势。同时果糖和葡萄糖两者在果实发育过程中的含量基本相同。在果实成熟的阶段中E-L 36~38阶段，TF1组果糖与葡萄糖含量显著高于其它处理组，并在E-L 38果实成熟阶段不同处理组果糖与葡萄糖含量呈现出TF1>TF2=TF3>TF4（P<0.05）。
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图 4 不同负载量水平下果实可溶性糖及有机酸含量变化Figure 4. Changes in berry soluble sugars and organic acids content at different grape crop loads果实中有机酸主要由苹果酸和酒石酸（图4C和4D）组成，两种有机酸含量在果实发育过程中呈现出下降的趋势，在果实成熟期降至最低，其中苹果酸在果实发育过程中的降解速度要比酒石酸快，成熟果实中酒石酸含量大于苹果酸。这是由于苹果酸相较于酒石酸更易参与呼吸作用且容易通过TCA途径分解成二氧化碳和水[22]。在E-L 34~35果实发育早期阶段，TF1组中苹果酸含量及TF2组中酒石酸含量显著高于其它处理组（P<0.05），可以看出果实在早期发育过程中，较低的负载量水平会积累更高含量的有机酸。在E-L 38果实成熟阶段，TF2、TF3和TF4组酒石酸含量没有显著性差异，但TF1组酒石酸含量显著低于这三组（P<0.05）；TF1、TF2和TF3组在苹果酸含量上没有显著性差异，但TF4组苹果酸含量显著高于前三组（P<0.05）。
通过上述分析，随着负载量水平的降低，果实中葡萄糖和果糖含量会增加，果实中的苹果酸和酒石酸含量会减少，这与本研究TSS与可滴定酸含量结果相似。
2.3 酚类物质含量及抗氧化活性分析
酚类物质是葡萄中含量非常丰富的一类次生代谢物，对葡萄色泽及风味品质起着重要作用，同时酚类物质作为一种天然抗氧化剂，是葡萄果实中重要的功能性成分[27−28]。图5、图6及图7为不同负载量水平下阳光玫瑰果实发育阶段TPC、TFC和TFOC的含量变化。总体来看，阳光玫瑰果实中的TPC、TFC和TFOC含量在发育阶段过程中呈现波动下降，除TF1组外，TPC、TFC和TFOC含量会在E-L 37或E-L 37.5阶段出现小幅度上升随后在E-L 38阶段再次下降。同时E-L 38阶段TPC、TFC和TFOC含量均显著小于E-L 34阶段的含量（P<0.05）。这主要是因为幼果期葡萄果实细胞大量分裂并伴随强烈的呼吸作用和新陈代谢使得类黄酮等次生代谢产物迅速积累，随后果实在E-L 34~36阶段迅速膨大，产生的稀释作用使其含量逐渐降低；此外，由于碳水化合物及各种营养物质在果实成熟前大量积累，因此类黄酮等次生代谢产物在E-L 37或E-L 37.5阶段再次积累，随后伴随果实的成熟含量缓慢下降[29−30]。
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图 5 不同负载量水平下果实总多酚含量变化Figure 5. Changes in berry total polyphenol content at different grape crop loads![]()
图 6 不同负载量水平下果实总黄酮含量变化Figure 6. Changes in berry total flavonoid content at different grape crop loads![]()
图 7 不同负载量水平下果实总黄烷-3-醇含量变化Figure 7. Changes in berry total flavan-3-ols content at different grape crop loads同时负载量水平最低的TF1组TPC、TFC和TFOC在E-L 34~36阶段显著高于其它组，同时在E-L 38阶段，TF1组的TFC和TFOC也显著高于其它组（P<0.05），这与其它葡萄品种如“西拉”葡萄中的研究结果相似[16]。这可能是由于光照是影响类黄酮等酚类物质代谢最重要的环境因子，光照会增加酚类物质的含量[31]，负载量更少的果穗相对松散，可以接受到更多光照，增加酚类物质含量[17]。
本研究对不同负载量水平下成熟期（E-L 38）果实的抗氧化活性进行测定，采用四种广泛使用的抗氧化评价体系（DPPH，ABTS，CUPRAC及FRAP）来综合评估成熟期果实的抗氧化活性，以获得更全面，更可靠的结果。结果如表2所示，TF1组的DPPH、ABTS和FRAP分别为40.04、54.09及72.53 µmol TE/g，显著高于其它3组（P<0.05）。尽管TF1组的CUPRAC也显著高于TF2组（P<0.05），但和TF3组和TF4组没有显著性差异（P>0.05）。此外，由表2还可观察到TF2组的抗氧化活性在4个评价体系中均显著最低（P<0.05），TF3组和TF4组的抗氧化活性在4个抗氧化评价体系中均没有显著性差异（P>0.05）。结合上述酚类物质含量可知，在E-L 38成熟期不同负载量处理组果实的抗氧化活性与酚类物质TPC、TFC和TFOC在果实中的含量呈正比，酚类物质含量越高，抗氧化活性越强，Cheng等[6]在赤霞珠果实的研究中也证实了该结论。综上可知，不同负载量水平对阳光玫瑰果实中酚类物质含量和抗氧化活性影响显著，其中负载量最少的TF1组无论是酚类物质含量还是抗氧化活性均显著优于其它组。
表 2 阳光玫瑰不同负载量水平下果实抗氧化活性Table 2. Antioxidant activity of 'Shine Muscat' at different grape crop loads抗氧化
活性指标DPPH
（µmol TE/g）CUPRAC
（µmol TE/g）FRAP
（µmol TE/g）ABTS
（µmol TE/g）TF1 40.04±0.48a 82.1±2.79a 72.53±3.18a 54.09±0.95a TF2 33.8±0.59c 67.9±2.88b 56.48±0.22c 36.95±0.99c TF3 39.2±0.18b 81.7±4.58a 61.56±2.38b 49.89±0.31b TF4 38.96±0.25b 82.8±0.9a 64.87±2.01b 48.49±1.14b 2.4 经济效益评估
如图8所示，根据表1中的产量数据结合不同负载量水平下果实的单价，简单计算了不同处理组中葡萄的经济效益产出。可以看出，虽然在较低的负载量水平下，葡萄亩产量较低，但由于葡萄品质的提高，其零售单价要高于其它处理组，因此平均亩产的经济效益产出会更高。
在不同地区，经济发展水平不同，人民的物质条件也会不同。高品质的葡萄果实会带来较高的单价，但这不是每个消费者都能接受的，所以销售市场可能受到一定程度的限制，因此造成经济效益的损失。所以葡萄种植者要在浆果质量和单价之间取得良好的平衡，提高葡萄种植的经济效益，促进产业更好地发展。
3. 结论
本研究发现，不同负载量水平可以影响阳光玫瑰葡萄果实的综合品质。在较低的负载量水平下，葡萄果实的单粒重、糖酸比、酚类物质含量及果实抗氧化能力得到显著提升，使得低负载量水平下的葡萄果实综合品质显著优于高负载水平下的果实。同时，由于葡萄果实综合品质的提升致使其单价也显著提升，使得最终的经济效益产出明显增加。本研究为葡萄生产者提供了理论参考和技术指导，可帮助其通过精确调节葡萄负载量来获得更好的葡萄品质。
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图 2 不同负载量水平下果实可滴定酸含量变化
Figure 2. Changes in berry titratable acid content at different grape crop loads
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图 3 不同负载量水平下果实糖酸比变化
Figure 3. Changes in berry sugar-acid ratio at different grape crop loads
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图 4 不同负载量水平下果实可溶性糖及有机酸含量变化
Figure 4. Changes in berry soluble sugars and organic acids content at different grape crop loads
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图 5 不同负载量水平下果实总多酚含量变化
Figure 5. Changes in berry total polyphenol content at different grape crop loads
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图 6 不同负载量水平下果实总黄酮含量变化
Figure 6. Changes in berry total flavonoid content at different grape crop loads
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图 7 不同负载量水平下果实总黄烷-3-醇含量变化
Figure 7. Changes in berry total flavan-3-ols content at different grape crop loads
表 1 阳光玫瑰不同负载量水平下产量统计
Table 1 Yield statistics of ‘Shine Muscat’ at different grape crop loads
不同处理组 每穗葡萄果粒数量 果粒重 （g） 产量 （kg/亩） TF1 60 9.78±0.65a 1042 TF2 80 8.78±0.77ab 1246 TF3 100 7.80±0.74bc 1385 TF4 120 6.93±0.38c 1475 注：不同小写字母表示不同处理组在P<0.05 水平差异显著，表2同。 
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表 2 阳光玫瑰不同负载量水平下果实抗氧化活性
Table 2 Antioxidant activity of 'Shine Muscat' at different grape crop loads
抗氧化
活性指标DPPH
（µmol TE/g）CUPRAC
（µmol TE/g）FRAP
（µmol TE/g）ABTS
（µmol TE/g）TF1 40.04±0.48a 82.1±2.79a 72.53±3.18a 54.09±0.95a TF2 33.8±0.59c 67.9±2.88b 56.48±0.22c 36.95±0.99c TF3 39.2±0.18b 81.7±4.58a 61.56±2.38b 49.89±0.31b TF4 38.96±0.25b 82.8±0.9a 64.87±2.01b 48.49±1.14b
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