‘赤霞珠’葡萄柱式頭狀樹形構建及果實揮發性物質分析

張光弟，李玉鼎，張彥惠*，張浩宇，俞曉艷，張浩，

（1. 寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2. 大武口區林業技術推廣服務中心，寧夏石嘴山 753000；3. 寧夏設施園藝（寧夏大學）技術創新中心，寧夏銀川 750021；4. 山東海能科學儀器有限公司，山東德州 201500）

寧夏賀蘭山東麓葡萄產區是國家葡萄酒原產地理保護產區，被認為是中國釀酒葡萄最適宜的原料產地之一[1-2]。該產區具有典型大陸性氣候特點，即春暖快、夏熱短、秋涼早、冬寒長，降雨量少、蒸發強烈，冬季極端低溫可以達到-23.4 ℃，在越冬期間低溫耦合低的大氣濕度易導致葡萄發生枝蔓“抽條”，越冬困難[3]。葡萄冬季埋土防寒是該區典型的越冬規避凍害農藝模式，往往費工耗時，影響生態；同時，該區早春氣溫變幅大，晚霜凍頻繁又極易造成大幅減產[4-5]。多年來，李欣、鄧征恩、張光弟等[6-9]在賀蘭山東麓葡萄產區采用材料覆蓋方式嘗試解決葡萄越冬、春季防霜的免埋土栽培問題，開發出了免埋土立式保護倉越冬技術。通過調查倉內外環境溫濕度變化特點及規律認為，該保護倉不僅能使葡萄安全越冬，還具有春季防霜的作用[10-11]。

葡萄樹形結構是實現立式保護倉覆蓋的倉-樹耦合關鍵條件之一。前人研究已經證實，樹體的整形方式不僅會影響產量與品質，也顯著影響其經濟效益[12-13]。

葡萄果實中的揮發物質是評價其品質的重要指標。香味是各種呈味物質通過融合、疊加、掩蓋等相互作用的綜合表現[14]，同時香味揮發物的產生受種類、品種、栽培條件、成熟度和采后因素的影響[15-16]，甚至同一品種不同產地及砧木均會造成揮發組分的變化[17]。

近年來，揮發組分的氣相離子遷移譜（GC-IMS）檢測技術是用于多種園藝產品及加工農產品精準辨析、靈敏、直觀、快速可視化的高效手段之一，被越來越多的用于農產品品質評價、地理產品辨析等研究中[18-20]，但采用GC-IMS技術分析樹形導致的果實揮發組分變化鮮見報道。

本文通過基于立式保護倉越冬及春季防霜‘赤霞珠’葡萄的柱式頭狀樹形構建及其果實的有機揮發組分的GC-IMS分析，旨在指導柱式頭狀樹形的倉-樹耦合技術應用，并提出該樹形帶來的果實揮發組分的變化或對葡萄酒酒質帶來的潛在影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 參試品種

7年生‘赤霞珠’葡萄，第5年開始樹形改造，由籬架龍干形改成柱式頭狀形，第2年結果。

1.1.2 立式保護倉

保護倉倉體采用阻燃等級B2、密度為18 kg/m3、厚度3.2 cm的聚苯乙烯保溫材料制作。倉體呈圓錐臺形，下口直徑70 cm、上部直徑60 cm、高度60 cm，上臺面中部有10 cm×20 cm的長橢圓形倉蓋1個。

1.2 方法

1.2.1 樹形培養

柱式頭狀樹形的株距1.0 m，行距2.0 m，667m2栽培密度為333株，由籬架龍干改形后第2年結果，667m2栽培密度為200株以上；以籬架龍干形（株距0.5 m，行距3.0 m，667m2栽培密度為444株）為對照。所有參試樹體采用淺溝栽培，主干粗度相近，花期進行產量調控，田間常規管理。秋剪時，兩樹形均為短梢修剪為主。

1.2.2 果實采樣

標記鄰行兩種樹形標準樹體各3株，在果實成熟期同日從標記樹體每株上采收3穗葡萄，放入加冰保溫箱中，在室內剪下果粒（不含果蒂）再次混樣裝入自封口PE袋（0.06 mm），入-18 ℃冰柜凍貯，測試時取混合樣果粒打漿，每個樣品取3次作為平行樣。

1.2.3 果實揮發組分測試儀器與篩選條件

采用FlavourSpec?風味分析儀（G.A.S, Germany）。測試系統篩選條件：氣相-離子遷移譜單元，分析時間，25 min；色譜柱類型，FS-SE-54-CB-1 15 m ID:0.53 mm；柱溫，60 ℃；載氣/漂移氣，N2；IMS溫度，45 ℃。自動頂空進樣單元，進樣體積，500 uL；孵育時間，20 min；孵育溫度，40 ℃；進樣針溫度，85 ℃；孵育轉速，500 r/min。氣相色譜條件見表1。

1.2.4 數據處理

利用機載分析軟件，包括LAV（LaboratoryAnalytical Viewer，LAV-Gallery Plot 2.2.0 software ）和3款插件以及GC×IMS Library Search對兩種樹形葡萄樣品揮發組分進行分析。

表1 氣相色譜條件Table 1 Gas chromatographic conditions

2 結果與分析

2.1 柱式頭狀樹形構建

2.1.1 柱式頭狀樹形主干培養與越冬扣倉防寒

秋季修剪對原籬架龍干形樹體主蔓在距離地面40 cm（直徑3～4.0 cm）處平口截干實施截口保護，并使主干直立，建立柱式頭狀樹形的主干；對截干后主干部位出現死亡的應利用主蔓基部萌發的新梢重新培養主干，在單蔓新梢生長至40 cm時反復摘心，增粗主干并利用多副梢快速形成柱式頭狀樹形。對截干主蔓按照越冬樹體常規管理，使用3～5 °Be石硫合劑對樹體（主干）噴布；灌冬水后在11月底前或土壤開始封凍前扣倉，待倉外環境日平均溫度降至0 ℃加倉蓋。越冬期間檢查倉體確保不出現漏倉現象。

近年來，在賀蘭山東麓晚霜結束日有后延和溫度趨低趨勢，因此晚霜后揭除倉體更有利于保護已萌發新梢的生長與整形。翌年3月下旬，先解除越冬倉體的倉蓋；隨內外氣溫的上升，主干隱芽萌發，此期及時抹除距離地面25 cm以內的新梢，對25 cm以上新梢采用霜后留梢分步處理。

2.1.2 整形與生長季樹體管理

在倉體揭除后，第一年在樹體距離主蔓截干口15 cm以內選留4～6個分布均勻新梢，有利于牽制新梢生長勢，形成適宜粗度（0.6～0.9 cm）的結果母枝，確保當年的樹勢穩定、樹形構建和翌年結果，對萌發的其它新梢抹除。新梢生長期，對已保留的4～6個新梢依據空間做適度變位，使其通風透光，確保花芽芽內分化。做好田間土肥水管理，8月初控制水肥，增強新梢木質化。

對截干構建柱式頭狀樹形樹體在第1～2年秋季修剪時，控制秋剪后樹體總高度在55 cm、頭狀結果母枝冠幅直徑40 cm之內（圖1）。

秋剪后對樹體噴布3～5 °Be石硫合劑，然后灌足越冬水。待田間可以操作時開始順行扣倉，使保護倉兩邊距定植行中心等距，并置于深20 cm、寬0.8～1.0 m的溝內（圖2）。機械或人工在扣倉邊緣壓實土壤10 cm或柔性圈袋壓實。

2.1.3 留梢量調整

樹勢穩定后，對柱式頭狀樹形采用短梢修剪，單株平均剪留5個短梢結果，每個短梢留2個芽眼，按1個結果枝、1個預備枝來計算。假設新梢雙穗率100%，每穗為160 g，1個新梢結果量為320 g，5個結果母枝為1600 g，每667 m2產量為533 kg。在能保證雙芽萌發率在85%以上，即單株5個結果母枝的10個芽能發出8.5個新梢，667 m2產量則為906 kg。通常，雙芽發出的新梢如果預備枝在條件許可時再少量結果，那么667 m2產量很容易增加200 kg，使667 m2產達到1106 kg，通過適當疏留果穗能夠控制產量，可得到原料定向質量。與對照相比，柱式頭狀樹體結果部位相對更為集中。

2.2 柱式頭狀樹形果實揮發組分特征

2.2.1 果實揮發性有機物GalleryPlot指紋圖譜

采用GC-IMS技術對兩種樹形果實揮發組分測試分析，無論是從柱式頭狀（T-ZHUSHI-C）和籬架獨龍干（T-QINGGAN-C）樹形果實揮發性有機物三維譜圖，還是其俯視圖中均可以直觀看出同一葡萄品種兩種樹形的揮發性有機物很相似，但存在差異。為了明確具體成分及量化對比，通過選取所有峰區進行GalleryPlot（圖3）對比。

從圖3中可以看出，兩種樹形果實樣品的完整揮發性有機物信息以及樣品之間揮發性有機物的差異。圖3右上小豎框內中的物質在柱式頭狀樹形‘赤霞珠’果實中的含量更高；右下大框內的物質在籬架獨龍干樹形的‘赤霞珠’果實中含量更高，包括2-正戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未知物質“50#”等。

2.2.2 果實揮發物質動態主成分聚類分析（PCA）特點

從圖4中可以看出，‘赤霞珠’柱式頭狀（左）與籬架獨龍干（右）樹形的揮發組分可以聚為兩類，充分說明了同一品種、同等立地條件、同一土肥水管理的條件下，只是因為樹形變化即可導致果實組分差異。表2中的數據分析進一步說明柱式頭狀與籬架獨龍干樹形的揮發物質豐度特點。

表2中數據表明，所有24種物質（含未定性、二聚體）中，柱式頭狀樹形醛類物質總體趨增；增幅物質有12種（含未定性）并以增幅在20%內數量最多，有9種，其中物質增幅15.1%～20%有4種；在增幅物質中，柱式頭狀樹形較籬架獨龍干最高達到66.2%（未定性42#）。

同時，柱式頭狀樹形較籬架獨龍干樹形在一些物質量上也有減少，醇類物質總體趨降；柱式頭狀樹形出現降幅的物質有9種，降幅在20%內數量占到3種，其中降幅10%～15%的1種、15.1%～20%的1種，分別是未定性物質“37#”和乙醇。降幅物質中以雜環類的2-正戊基呋喃為代表，降幅達到-113.8%，也即籬架獨龍干樹形在2-正戊基呋喃含量上顯著高于柱式頭狀樹形。

剔出未定性物質及同類物質的二聚體，在柱式頭狀樹形中有4種醇類物質，2-己烯-1-醇、1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇，其中只有2-己烯-1-醇較籬架獨龍干樹形增加9.2%，而1-己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙醇的降幅分別為47.9%、40.9%、5.5%；在檢測到的己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛5種醛類物質中，柱式頭狀樹形較籬架獨龍干樹形除了在丁醛含量上有9.2%的降低，其余4種醛類物質均有10%～20%的不同程度增加，而其中具有獨特的甜味、芳香味和杏仁氣味的苯甲醛，增加了19.8%；具有酯香-青草香氣的己醛增加了10.3%；正壬醛具有玫瑰香氣，增加了19.9%。有芳香味的苯甲酸甲酯又名安息香酸甲酯，有17.4%的增加。柱式頭狀樹形較籬架獨龍干樹形在3-戊酮物質上僅有1.1%的增幅。

綜上所述，樹形影響其果實的物質成分和豐度；柱式頭狀樹形果實中的未定性“38#”“42#”物質含量更高，在定性物質中4種類只有2-己烯-1-醇增加；5種醛類物質中己醛、正壬醛、丁醛、苯甲醛、3-甲基丁醛，只有丁醛下降，其余上升。在籬架獨龍干樹形‘赤霞珠’果實中，包括2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性“50#”等含量較柱式頭狀樹形果實更高。

3 討論與結論

表2 果實揮發物質定性結果Table 2 Qualitative results of volatile matter in fruits

寧夏賀蘭山東麓屬于葡萄埋土防寒栽培的產區，使用較為普遍的樹形是籬架獨龍干；李玉鼎等[21-22]曾對斜干上架水平布蔓樹形開展研究，來評價樹形的負載量與果實品質特點。本文提出的創新構建的柱式頭狀樹形在秋剪后樹體總高度在55 cm、結果母枝冠幅直徑40 cm之內；經留梢量調整，可使單株定向負載量滿足釀造原料的要求。

遲明[23]采用GC-MS技術從‘赤霞珠’單干單臂、單干雙臂和單干雙層雙臂樹形的果實中分別檢測到39種、33種和26種香氣成分；也發現‘玫瑰香’葡萄主要的揮發性香氣物質主要是萜類、醛酮類和酯類，且在棚架栽培的葡萄中檢測到84種，在籬架栽培的葡萄中檢測到65種[24]。本文基于氣相離子遷移譜技術對兩種樹形果實揮發組分分析，柱式頭狀與籬架獨龍干樹形相比，揮發組分在2-戊基呋喃、1-己醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇及未定性的“50#”等含量（豐度）上有所減少，尤其是雜環類具有果香味和青香味[25]的2-正戊基呋喃化合物降幅達到-113.8%，但在C6以上的醛類物質上普遍增加，使其果實賦予有別于籬架獨龍干樹形不同的香氣。柱式頭狀與籬架獨龍干樹形揮發物質PCA分析明顯聚為兩類，這些特點或可作為兩種樹形原料來源的甄別。

在寧夏賀蘭山東麓葡萄產區，為實現立式保護倉對‘赤霞珠’免埋土越冬防凍、春季防霜而創新了柱式頭狀樹形；與普遍采用的籬架獨龍干樹形比較，柱式頭狀樹形已給果實帶來一些揮發物質的顯著變化，但其成因和對酒質的潛在影響有待進一步研究。