樹體遮光對不同轉色期赤霞珠葡萄花色苷組成及含量的影響

李 倩，王舒偉，楊興元，張 軻，喬 丹，閆 雪，張珍珍*

（新疆農業大學 食品科學與藥學學院，新疆 烏魯木齊 830000）

顏色是判斷葡萄酒品質的重要依據，其中花色苷是葡萄及葡萄酒中主要的呈色物質，對葡萄酒的顏色起著決定作用[1-2]。花色苷的累積生成隨著果實的發育而變化，在赤霞珠果實中，果皮中的花色苷在花后9～10周緩慢累積，花后10周后快速增加[3]。花色苷是花色素與糖以糖苷鍵結合而成的，呈現紅色、紫色或者藍色的一類酚類化合物，對葡萄果實和葡萄酒顏色至關重要[4]。花色苷根據結構可分為基本花色苷，經過合成之后進一步修飾可分為糖基化、甲基化和酰基化，酰化花色苷較穩定，在釀酒葡萄果實及葡萄酒中起到積極作用[5-6]。紅色釀酒葡萄果實中主要有六大類花色苷，分別為花葵素（pelargonidin）、花青素（cyanidin）、花翠素（delphinidin）、甲基花青素（peonidin）、甲基花翠素（petunidin）以及二甲花翠素（malvidin）[7]。葡萄果實中花色苷的組分和含量受氣候、土壤和栽培方式等因素影響[8-11]。光照、溫度都可作為環境信號起作用，對葡萄果實品質起到調控作用[12-13]。

有實驗通過摘葉處理，改善葡萄樹通風透光條件，增加果實光照量，進而提高果實品質[14]。有研究表明，遮陽網具有提高環境濕度以及降低光照強度、水分蒸發量和環境溫度等作用，可以通過改善微氣候條件來影響果實的發育生長[15]，采用遮陽網遮光是常見的調節果實微環境中光照強度的方法。新疆地區光照強、晝夜溫差大、降雨量少、全年日照時數居全國之首[16]，研究表明，光強對葡萄漿果著色有顯著影響，光照強度過高會影響花色苷的合成[17]，針對新疆特殊的地理條件，關于光照條件對赤霞珠果實中花色苷累積的研究較少，尤其是選擇遮光時間以及設置不同遮光強度的研究更欠缺。因此，本實驗以釀酒葡萄赤霞珠為試材，采用兩種遮光率的遮陽網對果實處于不同成熟期間進行不同遮光處理，分析遮光處理后對果皮中花色苷含量及組分結構的影響，為提高本地區釀酒葡萄的品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葡萄果實：采于2016年新疆昌吉州榆樹溝鎮遺韻酒莊葡萄園試驗地的釀酒葡萄赤霞珠，所摘果實均果粒飽滿，大小均勻，采摘時兼顧陰面與陽面，每穗果實的頂、中、尾部均顧及。隨機選擇果實300顆，采回實驗室用液氮迅速冷凍，將樣品放于-80℃用于檢測。

遮陽網1（50%遮光）、遮陽網2（20%遮光）：遮陽網的規格為1.5 m×45 m，市售。

甲醇、乙腈、甲酸和乙酸（均為色譜純）：美國Fisher公司；去離子水：采取Nili-Q系統提取的去離子水。純凈水：杭州娃哈哈集團有限公司。二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷（malvidin-3-O-glucoside）標準樣品：法國ExtrASynthese SA公司。

1.2 儀器與設備

HOBO H21-002小型氣象站（探頭型號為S-LIA-M003和S-THB-M002）：美國Onset公司；HZS-H型水浴振蕩器：武漢愛斯佩科學儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠；FD-1D-50冷凍干燥機：北京博醫康實驗儀器有限公司；GL-20G-II型離心機：北京鑫骉騰達儀器設備有限公司；LC/MSD離子阱液相色譜-質譜聯用儀：美國安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 遮光處理

當果實分別達到5%轉色（花后9周）、100%轉色（花后13周）時對果樹樹體頂端分別用不同遮光網進行遮光處理，搭網后1周（即花后10周、花后14周），以及漿果完全成熟到達采收期時進行樣品采集。每個處理均有三個生物學平行。本試驗中共有5種處理，分別為空白對照（CK）：果實正常生長，不遮光；Q1：5%轉色-完全成熟采用網1遮光；Q2：5%轉色-完全成熟采用網2遮光；H1：100%轉色-完全成熟采用網1遮光；H2：100%轉色-完全成熟采用網2遮光。

1.3.2 測定方法

在整個試驗期間使用HOBO小型氣象站來監測這兩種規格的遮陽網處理與正常生長果實之間的果際微氣候差異，收集數據包括日均溫度、相對濕度、太陽總輻射和光合有效輻射，每5 min進行一次數據采集。

葡萄皮中花色苷：按照參考文獻[18-20]的方法對葡萄皮中的花色苷進行提取、定性、定量分析。

1.3.3 數據處理

平均值、標準偏差使用Microsoft Excel 2003軟件進行計算平均值及標準偏差。通過Origin Pro 8.5進行繪圖。偏最小二乘法判別分析（partial least squares discrimination analysis，PLS-DA）通過代謝組學數據分析網站http：/www.metaboanalyst.ca/完成。

2 結果與分析

2.1 遮光處理對果際微氣候的影響

由圖1可以看出，使用不同的遮光網對葡萄果穗周圍的溫度和相對濕度均沒有明顯改變，遮光后使果際周圍的光和有效輻射及太陽總輻射均低于對照，且網1使果穗附近接受光合有效輻射的量降低了50%左右，網2使果穗附近接受光合有效輻射的量降低了20%左右。表明遮光處理在完成有效避光的同時，對葡萄果穗周圍的溫度和相對濕度均沒有明顯改變。

圖1 樹體遮光對果際微氣候的影響Fig.1 Effect of tree shading on microclimate

2.2 遮光處理對花色苷總量的影響

由表1可以看出，未遮光處理的樣品中果皮在花后14周花色苷含量達到最大值，采收期時降低。花后10周時，遮光處理降低了果皮中的花色苷含量，且Q2處理的抑制效果更為明顯。花后14周時，Q2、H1、H2處理均使樣品中花色苷的含量增加。果實達到采收期時，CK中的花色苷含量為11.287 9 mg/g，Q1、Q2處理的樣品花色苷含量分別達到了17.4725mg/g、16.527 1mg/g，分別高于CK 54.79%、46.41%；H1、H2處理與花后14周相比有所降低，分別為8.5959mg/g、14.029 3 mg/g。上述結果表明，Q1、Q2、H2處理均增加了采收期時果皮中花色苷的含量，且Q1、Q2處理增幅較大，該時間段進行遮光處理可有效提高果皮中花色苷的含量。

表1 不同遮光處理對花色苷總量的影響Table 1 Effect of different shading treatments on total anthocyanins content

2.3 遮光處理對二甲花翠素類花色苷含量的影響

圖2 不同遮光處理對二甲花翠素類葡萄糖苷含量的影響Fig.2 Effect of different shading treatments on malvidin-3-glucoside content

由圖2可知，在果實的整個生長時期中，采用不同遮光處理后赤霞珠葡萄果皮中二甲花翠素類葡萄糖苷的含量存在差異，但二甲花翠素類葡萄糖苷仍為花色苷中主要的花色苷。花后10周時，CK中二甲花翠素類葡萄糖苷含量為1.478 3 mg/g，Q1、Q2處理后其含量分別為0.935 7 mg/L、0.665 5 mg/L，此時遮光抑制了該類物質的累積。花后14周時，Q2、H1、H2處理后的二甲花翠素類葡萄糖苷含量高于CK，但Q1處理后的二甲花翠素葡萄糖苷含量仍低于CK。果實達到采收期時，CK中二甲花翠素類葡萄糖苷含量為8.642 8 mg/g，Q1、Q2處理后的樣品中二甲花翠素類葡萄糖苷含量分別為12.825 4 mg/g、11.682 5 mg/g，分別高于CK 48.35%、35.13%；H2處理后的樣品中二甲花翠素類葡萄糖苷含量為10.422 9 mg/g，H1處理后含量僅為5.558 5 mg/g。上述結果表明，Q1、Q2、H2處理均能有效增加采收期時果皮中二甲花翠素類葡萄糖苷的含量，但H1處理降低了采收期的果皮中二甲花翠素類葡萄糖苷的含量。

2.4 遮光處理對花青素類葡萄糖苷含量的影響

由圖3可知，赤霞珠葡萄果皮中花青素類葡萄糖苷在不同遮光處理后其含量存在差異。未經遮光處理的樣品中，其花青素類葡萄糖苷的含量隨著果實的成熟其含量呈現下降趨勢。花后10周時，Q1、Q2處理對花青素類葡萄糖苷含量的累積均為抑制作用，且Q2處理的抑制效果更為明顯。花后14周時，4種遮光處理的樣品中花青素類葡萄糖苷的含量仍低于CK。果實達到采收期時，Q1、Q2、H1、H2處理后其花青素葡萄糖苷的含量分別為0.1739mg/g、0.2103mg/g、0.148 1 mg/g、0.162 5 mg/g，CK為0.089 9 mg/L。上述結果表明，采用4種遮光處理均能增加果皮中花青素類葡萄糖苷的含量。

圖3 不同遮光處理對花青素類葡萄糖苷含量的影響Fig.3 Effect of different shading treatments on cyanidin-3-glucoside content

2.5 遮光處理對花翠素類葡萄糖苷含量的影響

圖4 不同遮光處理對花翠素類葡萄糖苷含量的影響Fig.4 Effect of different shading treatments on dephinidin-3-glucoside content

由圖4可知，赤霞珠葡萄果皮中花翠素類葡萄糖苷在不同遮光處理后其含量存在差異。隨著果實達到成熟，遮光樣品與CK樣品中花翠素類葡萄糖苷的含量的變化趨勢相同，均為先增加后降低。花后10周時，Q1、Q2處理均抑制了花翠素類葡萄糖苷的累積，且Q2處理的抑制效果更為明顯。花后14周時，4種遮光處理樣品中的花翠素類葡萄糖苷含量均高于CK，其中Q1優于Q2，H2優于H1。果實達到采收期時，CK中花翠素類葡萄糖苷含量為0.630 7 mg/g，Q1、Q2處理后的樣品花翠素類葡萄糖苷含量分別為0.694 3 mg/g、0.832 8 mg/g，分別高于CK10.07%、32.03%，H1、H2處理后的花翠素類葡萄糖苷含量分別為0.6488mg/g、0.5868mg/g。上述結果表明，Q1、Q2、H1處理均能有效增加采收期時花翠素類葡萄糖苷的含量，但H2處理降低了采收期的花翠素類葡萄糖苷的含量。

2.6 遮光處理對甲基花青素類葡萄糖苷含量的影響

圖5 不同遮光處理對甲基花青素類葡萄糖苷含量的影響Fig.5 Effect of different shading treatments on peonidin-3-glucoside content

由圖5可知，不同遮光處理對赤霞珠葡萄中甲基花青素葡萄糖苷的影響存在差異。在整個生長階段（花后10周、花后14周），4種遮光處理后該物質的含量均高于CK。CK樣品中，甲基花青素類葡萄糖苷的含量在生長過程中呈現先升高后降低的趨勢。果實達到采收期時，CK中甲基花青素類葡萄糖苷含量為0.576 5 mg/g，Q1、Q2、H1、H2處理后其含量為1.329 2 mg/g、1.644 9 mg/g、0.529 6 mg/g、1.239 0 mg/g。上述結果表明，Q1、Q2、H2處理均能有效增加采收期時甲基花青素葡萄糖苷的含量，但H1處理降低了采收期的甲基花青素葡萄糖苷的含量。

2.7 遮光處理對甲基花翠素類葡萄糖苷含量的影響

圖6 不同遮光處理對甲基花翠素類葡萄糖苷含量的影響Fig.6 Effect of different shading treatments on petunidin-3-glucoside content

由圖6可知，赤霞珠葡萄中甲基花翠素類葡萄糖苷的含量在不同遮光時間、不同遮光率的遮光網處理后其含量存在差異。未經遮光處理的樣品中，其甲基花翠素類葡萄糖苷的含量在花后14周達到最大值，為2.172 9 mg/g，此時Q1、Q2處理對甲基花翠素類葡萄糖苷并無明顯效果，H1、H2處理后增加了甲基花翠素類葡萄糖苷含量的累積。果實達到采收期時，4種遮光處理與CK相比，甲基花翠素類葡萄糖苷的含量均明顯增加。CK甲基花翠素類葡萄糖苷含量為1.3479mg/g，Q1、Q2處理后該物質含量分別為2.4498mg/g、2.156 6 mg/g，分別高于CK81.75%、60.00%，H1、H2處理后，樣品中該物質含量分別為1.7109mg/g、1.6181mg/g。結果表明，4種遮光處理均增加了果皮中甲基花翠素葡萄糖苷的含量，其中Q1處理增加幅度最大，其次分別為Q2、H1、H2。

2.8 遮光處理對花色苷組分的影響

為更直觀的了解遮光處理對赤霞珠葡萄中花色苷組分構成的影響，進行了偏最小二乘法分析（PLS-DA），結果如圖7所示。

圖7 不同遮光處理赤霞珠葡萄花色苷的偏最小二乘法分析Fig.7 Partial least squares discriminant analysis of anthocyanins in Cabernet Sauvignon with different shading treatments

由圖7可知，幾種遮光處理都可與CK明顯分開，且CK處理位于負半軸，遮光處理均位于正半軸，表明遮光處理后對果實中的花色苷的組分構成及含量與對照相比均有明顯差異。從樣品得分圖可以看出，每個遮光處理對果皮中的赤霞珠組分構成及含量有不同影響（得分＞1.0），Q1、Q2處理主要提高赤霞珠葡萄果皮中甲基花青素葡萄糖苷（Pn）、花青素葡萄糖苷（cy）、甲基花青素乙酰化葡萄糖苷（Pn-ac）的含量，同時降低赤霞珠葡萄果皮中花翠素香豆酰化葡萄糖苷（順式+反式）（Dp-co）的含量；H1、H2處理增加了甲基花翠素香豆酰化葡萄糖苷（Pt-co）的含量，同時降低了甲基花青素香豆酰化葡萄糖苷（Pn-co）、花青素葡萄糖苷（Cy）、甲基花翠素葡萄糖苷（Pt）、花翠素香豆酰化葡萄糖苷（順式+反式）（Dp-co）的含量。

3 討論

本實驗中采用遮陽網進行遮光處理，在達到有效遮光的同時，對葡萄果穗周圍的溫度和相對濕度均沒有明顯改變。由此證明，本實驗中的遮光處理主要通過改變果際光照條件對果實品質產生影響。在5%轉色-完全成熟期間的遮光處理中（Q1、Q2），果皮中的花色苷含量呈現上升趨勢，這可能是因為葡萄漿果達到采收時，漿果與植株之間的物質交換基本停止，但果實中含糖量逐漸累積[21]，延遲采收尤其會導致蔗糖含量大幅度升高并逐漸趨于穩定[22]。而漿果成熟后積累的蔗糖作為信號分子，激活或抑制特定基因表達[23]，蔗糖以代謝糖的身份參與并誘導多酚類物質積累，從而導致果實內多酚物質的累積[24]。在本實驗中100%轉色-完全成熟期間采用網1遮光（H1）降低了果皮中花色苷的含量，與前人研究結果一致[25]。但是同時期采用網2進行遮光處理，檢測到該處理后的果實達到采收期后其花色苷的含量高于CK，說明遮陽網的遮光率也是影響花色苷含量及組分的影響之一[26]。

4 結論

本實驗以釀酒葡萄赤霞珠為實驗材料，5%轉色-完全成熟期間，20%、50%的遮光增加了成熟果實中花色苷的總量，并且使花青素類葡萄糖苷、花翠素類葡萄糖苷、甲基花青素類葡萄糖苷、甲基花翠素類葡萄糖苷、二甲花翠素類葡萄糖苷的含量也有所上調。100%轉色-完全成熟期間采用20%的遮光使花色苷總量、花青素類葡萄糖苷、甲基花青素類葡萄糖苷、甲基花翠素類葡萄糖苷、二甲花翠素類葡萄糖苷的含量均有增加。

通過PLS-DA分析可發現，5%轉色-完全成熟期間對樹體遮光主要影響赤霞珠葡萄果皮中甲基花青素葡萄糖苷（Pn）、花青素葡萄糖苷（cy）、甲基花青素乙酰化葡萄糖苷（Pn-ac）、花翠素香豆酰化葡萄糖苷（順式+反式）（Dp-co）的含量。100%轉色-完全成熟期間遮光主要影響赤霞珠葡萄果皮中甲基花翠素香豆酰化葡萄糖苷（Pt-co）、甲基花青素香豆酰化葡萄糖苷（Pn-co）、花青素葡萄糖苷（Cy）、甲基花翠素葡萄糖苷（Pt）、花翠素香豆酰化葡萄糖苷（順式+反式）（Dp-co）的含量。