‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)關(guān)系研究

徐 陽，龔榜初＊，劉同祥，吳開云，丁 俞，邱有尚，范金根

(1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 311400；2. 云南省保山市隆陽區(qū)果樹蔬菜技術(shù)推廣站，云南 保山 678000；3. 浙江省蘭溪市苗圃，浙江 蘭溪 321100)

礦質(zhì)營養(yǎng)是甜柿（Diospyros kakiThunb.）生長發(fā)育、生理代謝與果實品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要調(diào)控因子，與柿果實外觀、內(nèi)在品質(zhì)均密切相關(guān)[1-2]。果實中適宜的養(yǎng)分含量與比例可明顯提高果實的產(chǎn)量與品質(zhì)。近年來報道了‘富士’蘋果（Malus domesticaBorkh.‘Fuji’）、‘陽豐’甜柿（D.kakiThunb. ‘Youhou’）等果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)關(guān)系的研究[1-5]。但果樹各品種品質(zhì)不同，所需礦質(zhì)元素的代謝效率不同，果實品質(zhì)形成中轉(zhuǎn)錄因子、激素、甲基化等表觀調(diào)控也易受光照、土壤礦質(zhì)元素供應(yīng)等環(huán)境因素影響[6-7]，因此果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)的關(guān)系，生產(chǎn)中往往因品種與栽培區(qū)的不同而有別[3-4]。如在膠東地區(qū)發(fā)現(xiàn)紅富士蘋果磷含量對單果質(zhì)量、可溶性固形物和果肉硬度具有較大促進(jìn)作用[4]，但在全國11個省市的調(diào)查中，未發(fā)現(xiàn)相似結(jié)論[3]；而遼寧地區(qū)種植的22個蘋果品種的研究表明，銅和鋅元素與果實可溶性固形物顯著正相關(guān)[8]。

甜柿可自然脫澀，風(fēng)味佳，經(jīng)濟(jì)價值高，市場前景廣闊，目前在全國20多個省市已有栽培，面積超過1萬hm2，且栽培面積和規(guī)模不斷擴(kuò)大[9-10]。云南保山地區(qū)氣候非常適于甜柿生長，當(dāng)?shù)亍卫伞鹗粒―. kakiThunb. ‘Jiro’）品質(zhì)風(fēng)味均顯著高于國內(nèi)同品種柿果[11]，年產(chǎn)甜柿3萬余t，是全國最大的甜柿產(chǎn)區(qū)之一，甜柿也已成為當(dāng)?shù)鼐珳?zhǔn)扶貧中的重要樹種。劉同祥等對該地區(qū)19個‘次郎’甜柿果園土壤養(yǎng)分、葉片養(yǎng)分與果實品質(zhì)關(guān)系進(jìn)行了分析，探討了優(yōu)質(zhì)‘次郎’甜柿土壤養(yǎng)分、葉片養(yǎng)分優(yōu)化方案，為該地區(qū)‘次郎’甜柿的優(yōu)質(zhì)高效栽培提供了技術(shù)支持[10]。本研究在上述研究的基礎(chǔ)上，以19個保山柿園‘次郎’甜柿為材料，探析甜柿果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系，篩選影響果實品質(zhì)指標(biāo)的主要礦質(zhì)元素，以期為南方甜柿園精準(zhǔn)施肥等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2015、2016年10月果實成熟季節(jié)，在云南省保山市隆陽區(qū)連續(xù)2 a選擇19個穩(wěn)產(chǎn)甜柿園[10]進(jìn)行調(diào)查。果園栽培品種‘次郎’，砧木‘君遷子’（D.lotusL.），樹齡8～10 a，株行距3 m×4 m。在每個果園中用“S”形法選取長勢基本一致、樹齡一致、無病蟲害的健壯柿樹20株，作為取樣樹。

1.2 試驗方法

2015、2016年10月，于每株樹樹冠外圍中上部東、南、西、北4個方向各隨機選取1個柿果，每個果園共取80個柿果，帶回實驗室測定果實品質(zhì)及礦質(zhì)元素含量。果實單果質(zhì)量用百分之一天平測量，果實縱徑、橫徑用游標(biāo)卡尺測量，果實硬度用GY-4型數(shù)顯式水果硬度計測定，可溶性固形物含量用愛宕PAL-1型糖度儀測定[12]，取平均值。將每個果園各采樣樹的4個果實，均于赤道處各取20 g果肉，充分均勻混合后，為1個生物學(xué)重復(fù)，進(jìn)行維生素C、類胡蘿卜素及礦質(zhì)元素含量測定，每個果園取20個采樣樹的平均值。其中用熒光法和2，4-二硝基苯肼法測定維生素C含量[12]，用石油醚∶丙酮（1∶1，v/v）浸提法測定類胡蘿卜素含量[13]。礦質(zhì)元素測定：經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，全氮用凱氏定氮法測定；釩鉬黃比色法測定磷；火焰光度計法測定鉀；采用原子吸收分光光度法測定鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2010和SPSS 18.0軟件對果實礦質(zhì)元素和果實品質(zhì)2 a的均值數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性及通徑分析。

表1 ‘次郎’甜柿果實品質(zhì)特征Table 1 Attibutes of fruit quality in ‘Jiro’ persimmon

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘次郎’甜柿果實品質(zhì)與果實礦質(zhì)元素

19 個‘次郎’甜柿果園2 a的果實品質(zhì)指標(biāo)均值表明（表1），甜柿果實品質(zhì)指標(biāo)在柿園間存在差異，果形指數(shù)、可溶性固形物含量、果實硬度的變異程度較小，其中果形指數(shù)變異程度最小，變異系數(shù)為2.60%，而單果質(zhì)量、果實維生素C、類胡蘿卜素含量的變異程度較大，均在20.00%以上，其中單果質(zhì)量變異系數(shù)最大，為23.82%。

19個柿園2 a的果實礦質(zhì)元素含量均值表明（表2），甜柿果實礦質(zhì)元素含量存在一定差異。大量元素中，果實鉀元素含量最高，平均值達(dá)75.22 mg·kg-1，其次為果實氮、磷、鈣、鎂元素；微量元素中，果實鋅元素含量最高，銅元素含量最低。大量元素變異程度相當(dāng)，變異系數(shù)在12.44%～23.48%之間，整體上低于微量元素，鉀元素變異系數(shù)最小，為12.44%。微量元素中，錳元素變異系數(shù)最高，達(dá)92.50%，鐵、銅元素變異系數(shù)在50.00%左右，鋅元素變異系數(shù)為21.60%，與大量元素中鈣、鎂元素相當(dāng)。

表2 ‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素含量Table 2 Mineral nutrition of fruit in ‘Jiro’ persimmon

2.2 ‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)的相關(guān)性

‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素間相關(guān)性分析表明（圖1），氮、磷、鉀元素三者之間極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。果實氮元素含量與果實磷、鉀、鈣、銅、鋅元素含量顯著或極顯著正相關(guān)，與果實鐵元素含量極顯著負(fù)相關(guān)。果實氮、磷、鉀、鈣、鎂5種大量元素含量均與果實銅元素含量顯著或極顯著正相關(guān)。果實鈣元素含量與氮、鎂、銅、鋅元素含量極顯著正相關(guān)。果實銅元素含量與果實所有大量元素含量以及果實鋅元素含量的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平。

由圖2可知，果實礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量、果實硬度、可溶性固形物含量的綜合影響較大，單果質(zhì)量與果實氮（-0.554）、鈣（-0.652）、鎂（-0.431）元素含量均極顯著負(fù)相關(guān)，與鋅元素含量（-0.398）顯著負(fù)相關(guān)。果實硬度與果實鈣元素含量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.372，與其它元素相關(guān)性較弱。可溶性固形物與果實氮、鈣、鎂、銅、鋅元素含量相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平，且均為負(fù)相關(guān)關(guān)系。而果實礦質(zhì)元素對果形指數(shù)、維生素C、類胡蘿卜素含量的綜合影響較小，果形指數(shù)、維生素C及類胡蘿卜素與各果實礦質(zhì)元素間的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平。

2.3 ‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)指標(biāo)的通徑分析

簡單相關(guān)分析表示各礦質(zhì)元素對果實品質(zhì)指標(biāo)的綜合作用大小，而不能直接顯示某一元素對果實品質(zhì)的直接作用和間接作用。為了揭示每種甜柿果實礦質(zhì)元素對各果實品質(zhì)的直接作用和間接作用大小，以果實礦質(zhì)元素氮（X1）、磷（X2）、鉀（X3）、鈣（X4）、鎂（X5）、鐵（X6）、錳（X7）、銅（X8）、鋅（X9）為一個正態(tài)總體，以果實品質(zhì)指標(biāo)為另一正態(tài)總體進(jìn)行通徑分析。對各果實品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢驗（表3），對所有果實品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行夏皮羅-威爾克檢驗（Shapiro-Wilk），顯著水平均大于0.05，表明所有果實品質(zhì)指標(biāo)均服從正態(tài)分布，可以進(jìn)行通徑分析。

圖1 果實礦質(zhì)元素間的相關(guān)系數(shù)矩陣Fig. 1 Matrix diagram for correlation coefficients among fruit nutrients

通徑系數(shù)的絕對值大小與某一礦質(zhì)元素對果實品質(zhì)的影響成正比，其中直接通徑系數(shù)反映了該礦質(zhì)元素的直接作用大小。表4顯示，果實礦質(zhì)元素對果實單果質(zhì)量均有不同程度影響，其直接通徑系數(shù)的順序為：氮（-0.420 0）＞鈣（-0.386 0）＞銅（0.332 0）＞鋅（-0.216 0）＞鎂（-0.213 0）＞錳（-0.190 0）＞鉀（0.125 0）＞磷（-0.111 0）＞鐵（0.001 0），銅、鉀、鐵元素的直接作用與單果質(zhì)量正相關(guān)外，其它礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量的直接作用均為負(fù)相關(guān)。其中氮、鈣元素對單果質(zhì)量的直接負(fù)作用影響達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。果實礦質(zhì)元素除通過自身直接作用影響果實品質(zhì)外，還通過其它礦質(zhì)元素間接影響果實品質(zhì)，這一影響可通過間接通徑系數(shù)來衡量。

圖2 果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性Fig. 2 Correlation coefficients between fruit nutrients and fruit quality

表3 各果實品質(zhì)指標(biāo)正態(tài)性檢驗Table 3 Normality test of the fruit quality indicators

表4 果實礦質(zhì)元素與單果質(zhì)量的通徑分析Table 4 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit weight

果實硬度與礦質(zhì)元素通徑分析發(fā)現(xiàn)（表5），對果實硬度直接作用較大的礦質(zhì)元素為鈣（0.363 0）、銅（-0.315 0）、鋅（0.266 0），其次為磷（-0.137 0）和鉀（0.130 0），而其它礦質(zhì)元素對果實硬度的影響較小。而果實鈣、鋅元素與果實硬度的間接通徑系數(shù)較小，表明鈣、鋅元素與果實硬度間的作用主要體現(xiàn)為直接作用。而銅元素對果實硬度的間接影響最大，間接通徑系數(shù)為0.421 8，銅元素與鈣、鋅元素的通徑系數(shù)分別為0.197 5與0.188 1，表明銅元素主要是通過正向作用鈣元素與鋅元素，而對果實硬度起到間接正作用。

各礦質(zhì)元素對果實可溶性固形物含量直接作用的大小順序為：鈣（-0.667 0）＞氮（-0.367 0）＞錳（0.194 0）＞鐵（-0.178 0）＞鎂（0.156 0）＞鉀（0.153 0）＞銅（-0.145 0）＞鋅（0.074 0）＞磷（-0.001 0）（表6）。鈣和氮元素對可溶性固形物含量的直接通徑系數(shù)較大，均為負(fù)向作用，且顯著性檢驗均達(dá)到顯著水平（p＜0.05）；而磷和鋅元素的直接通徑系數(shù)甚小。

表7表明，各礦質(zhì)元素中，鈣元素與果形指數(shù)的直接通徑系數(shù)最大（-0.405 0），其次為鋅元素（0.256 0），且鋅元素與果形指數(shù)的間接通徑系數(shù)在礦質(zhì)元素間最大，為-0.252 4，表明鋅元素主要是通過負(fù)作用于鈣元素（-0.232 9），而對果形指數(shù)起到間接負(fù)作用。其余礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù)與間接通徑系數(shù)均較小，說明果形指數(shù)的大小對果實內(nèi)礦質(zhì)元素含量變化不敏感。

表5 果實礦質(zhì)元素與果實硬度的通徑分析Table 5 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit firmness

表6 果實礦質(zhì)元素與果實可溶性固形物含量的通徑分析Table 6 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit soluble solids

與簡單相關(guān)分析相比，通徑分析可更靈敏地檢測到礦質(zhì)元素與果實維生素C及類胡蘿卜素含量間的關(guān)系。表8表明，對果實維生素C含量起密切作用的礦質(zhì)元素主要是磷、鈣和鉀。其中，磷元素與維生素C含量存在顯著的直接作用，直接通徑系數(shù)為-0.495 0，鈣、鉀元素與果實維生素C含量間均表現(xiàn)為直接正作用，直接通徑系數(shù)分別為0.428 0、0.394 0。

表7 果實礦質(zhì)元素與果形指數(shù)的通徑分析Table 7 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit shade index

表8 果實礦質(zhì)元素與維生素C含量的通徑分析Table 8 Path analysis between fruit mineral nutrients and vitamin C content

表9 果實礦質(zhì)元素與類胡蘿卜素含量的通徑分析Table 9 Path analysis between fruit mineral nutrients and carotenoidcontent

表9表明，果實類胡蘿卜素含量與多種礦質(zhì)元素密切相關(guān)，各礦質(zhì)元素直接通徑系數(shù)排序為：鉀（-0.777 0）＞氮（0.452 0）＞磷（0.421 0）＞錳（0.392 0）＞鈣（-0.384 0）＞鎂（0.193 0）＞鋅（0.166 0）＞銅（0.072 0）＞鐵（-0.020 0），鉀、氮、磷、錳、鈣元素直接通徑系數(shù)較大，其中鉀和鈣元素的直接通徑系數(shù)為負(fù)值，氮、磷、錳元素的直接通徑系數(shù)為正值，其余元素對類胡蘿卜素的直接通徑系數(shù)較小。

3 討論

揭示柿果品質(zhì)與柿果礦質(zhì)元素間關(guān)系，具有重要的現(xiàn)實意義，但果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)的具體關(guān)系，生產(chǎn)中往往依品種與栽培區(qū)的不同而有別[3-4,8]。本研究數(shù)據(jù)清晰表明，因品種特性及生境不同，云南保山‘次郎’甜柿果實單果質(zhì)量、果形指數(shù)、果實硬度均與陜西眉縣‘陽豐’甜柿存在顯著差異[1]，果實氮、磷元素含量及變異程度也均異于‘陽豐’甜柿。其它地區(qū)其它品種以往的礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)間關(guān)系的結(jié)論[1]，對保山等西南地區(qū)‘次郎’甜柿生產(chǎn)僅能提供部分參考。本研究對保山‘次郎’甜柿果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)間關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗證和豐富甜柿果實礦質(zhì)元素和果實品質(zhì)間關(guān)系研究，為保山等西南及南方主產(chǎn)區(qū)甜柿園精準(zhǔn)施肥提供參考。

本研究數(shù)據(jù)顯示，云南保山地區(qū)‘次郎’甜柿單果質(zhì)量、可溶性固形物含量與氮和鈣元素均直接負(fù)相關(guān)。氮元素在柿樹生長發(fā)育及有機物積累中以硝酸氮的形式被大量消耗，但氮供應(yīng)過多時，果樹營養(yǎng)生長旺盛，加劇果樹營養(yǎng)生長與果實生長養(yǎng)分競爭，不利于果實可溶性固形物等干物質(zhì)積累與果實增大[15]。與本研究19個柿園樹體與土壤氮元素均處于較高濃度水平[1]相似，我國多數(shù)土壤氮含量均較高，甜柿[1]與蘋果[3-5]研究也均發(fā)現(xiàn)果實氮元素含量與果實單果質(zhì)量、可溶性固形物含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。另外，保山地區(qū)光照充足、氣候溫暖，甜柿成熟期早[11]，柿果生長后期，柿葉片等營養(yǎng)生長仍很旺盛，其營養(yǎng)生長與生殖生長在高氮環(huán)境下養(yǎng)分競爭現(xiàn)象相對其它地區(qū)更突出。

鈣是果實發(fā)育過程中許多關(guān)鍵酶的活化劑，如鈣可促進(jìn)山梨醇脫氫酶活性，果實中較高濃度鈣的存在，強吸水性的大分子山梨糖醇被山梨醇脫氫酶高效轉(zhuǎn)化為果糖等小分子糖[16]，從而表現(xiàn)出可溶性內(nèi)含物指標(biāo)降低。此外，Marschner提出“鈣過剩假說”，高濃度鈣阻礙同化物進(jìn)入生長迅速的貯藏器官，從而阻礙了果實的發(fā)育[17]，或許也可在一定程度上解釋保山地區(qū)‘次郎’甜柿鈣含量與單果質(zhì)量及果實可溶性固形物負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象。

與甜柿[1]、蘋果[3-4]等研究相似，鈣元素同樣對‘次郎’甜柿果實硬度、果形指數(shù)呈顯著正向直接作用，這一結(jié)論也與鈣元素的生物活性十分吻合。一般認(rèn)為，果實硬度與果肉細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，而鈣與果膠酸形成果膠酸鈣，保護(hù)細(xì)胞壁中膠層結(jié)構(gòu)，在維持植物細(xì)胞壁穩(wěn)定性起重要作用[18-21]，柿果中充足的鈣元素對保持果肉細(xì)胞壁穩(wěn)定，提高果實硬度具有顯著的積極作用。此外，鈣元素還參與細(xì)胞壁合成、降解有關(guān)酶活性的調(diào)節(jié)，在果實細(xì)胞增長中起到重要作用[22]。前期研究表明‘次郎’甜柿后期縱向生長高于橫向生長[23]，而果實中充足的鈣正可保障果實后期的縱向生長，進(jìn)而提高了‘次郎’甜柿果形指數(shù)。

磷是維生素C合成過程中GDP-甘露糖焦磷酸化酶、GDP-甘露糖-3,5-表異構(gòu)酶等關(guān)鍵酶的重要組分，與維生素C合成關(guān)系密切[24-25]。生產(chǎn)中也常發(fā)現(xiàn)增施磷肥可顯著提高柑橘（Citrus reticulataBlanco.）果實維生素C含量[26]，但在福建高磷地區(qū)，減少磷肥用量卻可極顯著提高柑橘維生素C含量[27]，本研究顯示柿果維生素C含量和果實磷含量負(fù)相關(guān)，與福建高磷地區(qū)柑橘一致，這或許也與保山地區(qū)土壤磷元素充足[10]有關(guān)。鉀是果實品質(zhì)形成的關(guān)鍵元素，可促進(jìn)光合產(chǎn)物D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為維生素C的前體D-葡萄糖醛酸，從而提高維生素C含量[28]。鈣元素可提高植物維生素C生物合成途徑關(guān)鍵酶L-半乳糖-1，4-內(nèi)酯脫氫酶（GalLDH）活性[29]，生產(chǎn)中，補充外源鈣與鉀常有利于成熟果實中維生素C積累[28-29]，本研究數(shù)據(jù)也顯示，柿果維生素C含量與鉀、鈣含量正相關(guān)。

類胡蘿卜素含量與柿果顏色關(guān)系密切，是柿果品質(zhì)的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，‘次郎’甜柿果實胡蘿卜素含量與鉀、氮、磷等多種元素密切相關(guān)，其中鉀元素對類胡蘿卜含量影響較大，存在極顯著直接負(fù)作用，這說明鉀可推遲柿果著色，有利于柿果脆食采收期的延長。番茄（Solanum lycopersicumMill.）等蔬果生產(chǎn)中，也常發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素與鉀元素含量存在密切相關(guān)，但因溫度、光照環(huán)境和栽培介質(zhì)肥力等條件的不同，其相關(guān)性呈開口向上的拋物線型變化[30]，正相關(guān)[31]、負(fù)相關(guān)[32]的結(jié)論在生產(chǎn)中均有報道。氮與磷元素對果實類胡蘿卜素含量的影響研究較少[33]，本研究數(shù)據(jù)表明‘次郎’甜柿果實氮、磷含量與果實類胡蘿卜素含量存在顯著的正向直接作用，可為保山當(dāng)?shù)厥翀@施肥管理提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究以云南保山19 個柿園‘次郎’甜柿為材料，展開甜柿果實9種礦質(zhì)營養(yǎng)元素與6種果實品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系研究，結(jié)果表明：甜柿果實氮、磷、鉀、鈣元素與果實品質(zhì)關(guān)系密切，其中磷、鉀元素與果實維生素C、類胡蘿卜素含量關(guān)系密切，而氮元素對單果質(zhì)量及可溶性固形物存在直接負(fù)作用。鈣元素在柿果發(fā)育中起重要作用，鈣元素與果實形狀（單果質(zhì)量、果形指數(shù)）、果實口味（可溶性固形物、維生素C）及果實質(zhì)地（果實硬度）均密切相關(guān)。云南保山柿園甜柿生產(chǎn)中，需降低氮肥施用，科學(xué)協(xié)調(diào)磷、鉀、鈣肥施用，以實現(xiàn)甜柿的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)。