紅富士蘋果不同成熟期礦質元素與可溶性糖相關分析

馮貝貝，梅 闖，張振軍，劉海蓉，艾沙江·買買提，王繼勛，閆 鵬

(1.新疆農業科學院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091；2. 阿克蘇地區技術推廣服務中心，新疆阿克蘇 843000；3.新疆阿克蘇地區氣象局，新疆阿克蘇 843000)

0 引 言

【研究意義】果實品質包括外觀品質、內在品質、貯藏品質和加工品質[1]。果實在成熟時糖的種類、含量及比率對果實風味的形成以及其他營養成分的代謝具有重要的影響，是決定果實品質和商品價值的主要因素[2]。果實礦質營養不僅能反映果園土壤的肥力水平、吸收利用率和礦質營養狀況[3]，還能反映樹體營養狀況及果實品質，也與蘋果生理病害密切相關[4]。研究蘋果果實中礦物質含量和可溶性糖含量變化的關系，為蘋果的優質豐產栽培提供理論基礎。【前人研究進展】仝月澳等[5]在對石灰性土壤中出現的水心病進行研究時發現，噴施鈣肥能有效的減輕水心病，使用磷、鉀肥對水心病的發生同樣具有顯著效果。氮素可以提高果實單果質量。適量的氮素有助于淀粉、果糖、蔗糖、葡萄糖的合成，有助于提高代謝相關的酶活性；氮素過量時，淀粉、果糖、蔗糖、葡萄糖的合成受到抑制，品質下降，相關酶活性也降低[6]。馬明等[7]硼對蘋果水心病的研究中發現，硼對鈣的吸收有明顯的抑制作用，導致蘋果水心病的病情指數和病果率提高。杜艷民等[8]在對新疆富士蘋果水心病的研究中發現，正常果實和組織與水心果實和組織中可溶性固形物和礦質元素含量的差異一定程度上誘發了蘋果水心的發生。蘋果中水心的產生與果實中較高山梨醇含量以及較低濃度的蔗糖和果糖含量有關[9]。【本研究切入點】目前關于蘋果品質的研究多集中在果實采收時的糖組分和礦物質含量之間的關系，對阿克蘇地區不同成熟期的糖組分和礦物質含量的動態變化報道較少，蘋果果實中的可溶性糖組分主要包含：果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇[10]。【擬解決的關鍵問題】測定對長富2號和煙富6號兩品種的果實中礦質元素和可溶性糖組分，分析蘋果果實成熟期糖分的積累與礦質元素的相互關系。特別是成熟期，糖組分和礦質元素的變化，為蘋果的優質豐產栽培提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

2019年在新疆阿克蘇市紅旗坡4分場13大隊蘋果示范園。該基地屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，降水稀少，蒸發量大，年平均氣溫10.8℃，≥10℃積溫3 952.9℃，年均日照時數2 806 h，年均降水量80.4 mm，無霜期221 d。

供試品種為長富2號和煙富6號，樹齡12 a，授粉品種為嘎啦，株行距(4×5) m，樹形采用小冠疏層形。選擇樹勢一致，無病害的蘋果樹為研究對象。從9月中旬開始，每隔10 d采樣1次，時間為9月16日，10月5日，10月15日，10月25日。每個品種從樹勢一致的3株果樹上采集果實，每株樹上采集5個大小一致的果實，切碎混合，液氮速凍。

1.2 方 法

1.2.1 果實中可溶性糖組分的測定

糖組分用高效液相色譜儀測定[11]，常色譜條件加以改動。取適量蘋果樣品，加液氮研磨至粉末狀，稱取樣品0.2 g，加入1.5 mL的水，水浴超聲30 min，4℃ 12 000 r/min離心5 min，取上清液，沉淀再提取2次，合并上清液，定容至15 mL，經0.22 μm有機相濾膜過濾至離心管中，用于糖組分的檢測。色譜條件：Agilent1260A高效液相色譜儀，色譜柱：Hi Plex CA(7.7 mm×300 mm，8 μm)，進樣量5 μL，流速為1 mL / min。每個樣品重復測定3 次。

1.2.2 果實中礦物質元素測定

H2SO4-H2O2消煮后，N-凱氏定氮法；P-釩鉬黃比色法；K-火焰光度計法；Ca、Mg、Fe、Cu、Zn 元素采用原子吸收分光光度法；B-姜黃素比色法[12]。

1.3 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel進行統計分析，Pearson相關性分析采用IBM SPSS Statistics19軟件。

2 結果與分析

2.1 不同成熟期果實中可溶性糖組分含量變化

研究表明，長富2號與煙富6號在9月16日葡萄糖含量分別是33.82和18.29 mg/g，差異顯著，在10月5～25日期間的變化趨勢較為一致，且含量差異不顯著。蔗糖含量在9月16日2品種間差異達到顯著水平，10月15～25日，長富2號的變化值是0.34 mg/g，變化差異不大，變化趨勢較為平穩，煙富6號在10月5～15日的變化值較小(0.16 mg/g)，變化趨勢較緩，在10月15日之后開始上升。果糖含量在10月5～25日，長富2號的變化趨勢是急劇上升，再緩慢上升，煙富6號是呈先下降再上升的變化趨勢，在10月5～25日這期間的果糖含量均達到顯著水平。山梨醇含量9月16日～10月5日，一直在升高，長富2號在10月15日達到最大值。10月15日，長富2號山梨醇含量下降，煙富6號開始升高，在9月16日和10月15日，2品種的山梨醇含量處于顯著差異。圖1

注：t-檢驗方法，* P < 0.05，** P < 0.01,下同

2.2 不同成熟期果實中可溶性糖組分及百分比變化

研究表明，蘋果果實中的組分糖均保持在相對穩定的狀態。在9月16日，果糖長富2號和煙富6號蘋果果實中的果糖含量最高，分別是81.46和80.00 mg/g，分別占總糖的58.11%和57.87%。山梨醇含量最低，分別是3.52和4.68 mg/g，占總糖的2.57%和3.32%。長富2號中葡萄糖含量在9月16日的測量時含量高于蔗糖含量13.70 mg/g，在后3次測量時，低于蔗糖含量。煙富6號的蔗糖含量一直高于葡萄糖含量。圖2

注：(a)長富2號，(b)煙富6號

2.3 不同成熟期果實中礦物質含量變化

研究表明，長富2號的全氮含量在持續減少，煙富6號的全氮含量屬于呈現‘S’型上升，在9月16日，2品種的全氮含量呈極顯著差異，在10月5日和10月25日，呈現顯著差異；長富2號的全磷含量在10月5日達到最大值(270.74 mg/kg)，煙富6號在此期間也有緩慢上升，在這一階段，2品種的全磷含量具有極顯著差異，在10月25日，煙富6號的全磷含量達到最大值169.29 mg/kg；2品種在9月16日～10月15日期間的變化曲線較為相同，長富2號在10月15～25日全鉀含量開始上升，煙富6號呈現下降趨勢，兩者的全鉀含量在10月25日呈顯著差異；10月5日，2品種的B含量在此時呈現顯著差異，長富2號達到最大值6.58 mg/kg，煙富6號在此時是最低值3.99 mg/kg；2品種的Ca和Cu含量一直呈現降低趨勢，Cu含量在9月16日相差0.85 mg/kg，呈顯著差異；長富2號和煙富6號的Fe含量在9月16日相差9.64 mg/kg，呈現顯著差異，煙富6號在10月15日出現增長，高于長富2號Fe含量3.62 mg/kg；2品種的Mg含量在10月15～25日期間出現煙富6號由之前的低于長富2號4.14～9.23 mg/kg轉變為高于長富2號6.90 mg/kg；長富2號和煙富6號果實中的Zn含量處于持續降低的狀態，分別由4.31、6.84 mg/kg降到1.09和1.05 mg/kg。圖3

圖3 長富2號及煙富6號果實成熟過程中礦質元素的變化Fig.3 Changes of mineral elements during fruit ripening of Changfu 2 and Yanfu 6

2.4 不同成熟期果實中的礦質元素與可溶性糖組分含量的相關性

研究表明，長富2號果實中的Ca含量與Fe含量、Cu含量與Fe含量呈極顯著正相關，N含量與Ca、Cu和Fe呈顯著正相關，Ca含量與Fe和Zn含量呈顯著正相關，Cu含量與Fe、Zn含量呈顯著正相關。果實中的蔗糖含量與 Ca、Cu和Fe含量呈現負顯著相關，與 Zn含量呈極顯著負相關。表1

表1 長富2號果實成熟過程中礦質元素與可溶性糖組分含量的相關系數Table 1 Correlation analysis between the contents of mineral elements and soluble sugar in Changfu 2

煙富6號的Ca含量與Zn含量呈顯著正相關，Fe含量與Mg含量呈極顯著正相關，蔗糖含量與Fe、Mg含量呈極顯著正相關，果糖含量與B含量呈極顯著負相關，山梨醇與Ca含量呈顯著負相關。表2

表2 煙富6號果實成熟過程中礦質元素與可溶性糖組分含量的相關系數Table 2 Correlation analysis between the contents of mineral elements and soluble sugar in 煙富6號

3 討 論

糖分的積累是果實風味形成的關鍵，糖的組成成分和含量多少，導致對果實的甜度的貢獻是不同的。在以蘋果、梨為代表的木本薔薇科果樹，葉片中產生的主要光合代謝產物是山梨醇(占整個光合產物的60%～70%)，其通過韌皮部運輸到果實中[13]，在果實中被快速分解為果糖、蔗糖等主要糖分類型，進而使蘋果成熟后具有香甜可口的風味[14]。不同品種的蘋果可溶性糖組分的含量存在較大的差異，每種糖所代表的風味也不相同，果糖最甜，蔗糖次之，山梨醇最低，葡萄糖的風味最好[15]。研究中，長富2號和煙富6號的果糖含量占總糖比例最高，分別是58.11%和57.87%，其次是蔗糖和葡萄糖，最低的是山梨醇，除了9月16日長富2號的葡萄糖含量高于蔗糖含量，后3次都是蔗糖高于葡萄糖，基本屬于以果糖和葡萄糖為主的蘋果類型[16]，這與Liu等[17]的研究結果一致。甜度被作為水果育種中最重要的感官品質性狀之一[18]。不能單一的使用可溶性固形物含量來表示蘋果的甜度[19]，山梨醇和可溶性固形物與甜度呈極顯著正相關，山梨醇對糖度的貢獻達到44%，總糖是17%，并且山梨醇在蘋果果實中所占比例不超過10%，其甜度也低于蔗糖、果糖、葡萄糖，必須考慮代謝物之間的相互作用，而不是單一成分的含量來解釋蘋果的甜度或一般的感官感受[20]。研究中，長富2號和煙富6號的山梨醇含量從9月16日～10月25日一直處于低于10%所占比例，與上述結論較為一致。據報道，蘋果的水心與果實成熟過程中的山梨醇含量和礦物質含量有關[21]，并且山梨醇與果實甜度具有較高的相關性，煙富6號從9月16日到10月25日，山梨醇含量一直在上升，這一現象是否與水心現象的出現是否相關，并且阿克蘇蘋果口感爽脆，風味濃郁是否也與之相關都需要進一步的研究。

王磊彬等[22]研究表明，礦物質對可溶性糖的影響順序是Mg >P > Cu> Ca> Zn > Fe > Mn > K > N，對可溶性固形物的影響順序為 Mg > K > Cu > Ca > Mn > P > N > Zn > Fe；徐慧等[23]的研究表明，主要礦質元素對可溶性固形物的貢獻大小順序為 P > K > Ca > B；已有研究表明， Ca 元素通過影響山梨醇代謝，從而導致蘋果果實中水心病的發生[4]，同時B元素對Ca的吸收具有抑制作用，果實中的B元素過高，水心病的發病率越高[7]。研究中，長富2號果實中的N、Ca、Cu、Fe和Zn含量在9月16日～10月25日期間一直處于下降趨勢，N含量與Ca、Cu、Fe含量呈顯著正相關，蔗糖與Ca、Cu、Fe呈顯著負相關，與Zn含量呈極顯著負相關，N含量也與果實中的糖含量有一定的影響，與Denise[24]認為的果實成熟期N含量過高導致可溶性固形物的含量降低的說法較為一致；在煙富6號中Ca 元素與山梨醇呈顯著負相關，Mg和Fe元素對蔗糖呈極顯著正相關，B元素與果糖呈極顯著負相關，在長富2號中出現的Fe元素呈顯著負相關，B元素對蔗糖，Ca元素對山梨醇無顯著相關性，礦質元素對果實中可溶性糖含量的影響在品種間有一定的差異。

4 結 論

長富2號和煙富6號的果糖含量占總糖比例最高。果實中的礦物質元素對果實中的可溶性糖的影響較高，因品種不同，不同礦質元素對果實中的可溶性糖影響不同。10月15日，長富2號的葡萄糖和山梨醇含量達到最大值，分別是34.68和15.47 mg/g，煙富6號在此時的葡萄糖含量也是最高的，達到27.34 mg/g。10月25日，2品種的蔗糖含量分別是37.38和43 mg/g，達到最高值。長富2號的果糖含量也達到最大值94.48 mg/g，煙富6號在10月5日達到最大值，90.43 mg/g。在長富2號中，全磷和B含量在10月5日達到最大值分別為270.74和6.58 mg/kg，全鉀含量在10月15～25日上升，Mg含量在此期間處于下降趨勢，9月16日～10月25日，全氮、Fe、Ca、Cu和Zn含量一直處于下降趨勢。在煙富6號中全氮含量從9月16日～10月25日期間，呈‘S’型增長，Ca、Cu和Zn含量在此期間處于下降狀態，10月15～25日期間全磷、Fe、Mg含量不斷上升，全鉀含量在此前間下降。