威寧糖心蘋果礦質元素與果實品質的相關性及其通徑系數

馮建文， 韓秀梅， 宋 莎， 楊 華， 李順雨， 吳亞維*

(1.貴州省農業科學院 果樹科學研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.威寧縣現代高效農業產業示范園區管理委員會， 貴州 威寧 553100； 3.威寧縣果業中心， 貴州 威寧 553100)

0 引言

【研究意義】果實品質是經濟效益的保證，隨著人們生活水平的提高，對于果實品質愈加關注，果實品質已經成為提升果品競爭力的重要因素。礦質營養是蘋果(Malusdomestica)生長發育、產量和品質形成的物質基礎，各種礦質營養的絕對含量與其之間的相互作用影響果實品質[1]。同時果實中礦質營養的水平在一定程度上也是樹體營養狀況的反映，研究果實品質有利于制定與品質提升相應的技術措施[2]。【前人研究進展】前人在蘋果果實礦質元素與果實品質的相關性方面進行了大量研究，為生產中通過施肥技術提升果實品質提供了很好的指導[3-4]。但多數研究為簡單相關分析，只能反映各礦質元素與果實品質指標或各礦質元素間的相關性，而不能明確各礦質元素影響果實品質指標作用大小的問題[5-6]。【研究切入點】通徑分析是衡量原因變量對結果變量相對重要性的一種多元統計分析方法，將簡單相關系數分解為直接通徑系數和間接通徑系數，使人們能夠透過相關的表面現象深入研究原因變量與結果變量間的因果關系，從而為統計決策提供可靠的依據[7]，彌補了簡單相關分析存在的缺陷。西南冷涼高地是我國唯一的一個南方蘋果適生區，該區域生產的蘋果出現糖心現象的比例較高[8]，糖心蘋果具有酸甜適口、果肉化渣、風味甜爽濃郁的特點，受到很多消費者的認可和歡迎，已成為該區域蘋果產品的特異品質。糖酸是果實重要的果實品質指標，果實的礦質元素種類和含量與果實品質及其營養價值均有很大的關系，礦質元素缺失或過量都將影響果樹的生理代謝、品質的改善與產量的提高[9]。有報道認為，蘋果果實中Ca元素與蘋果糖心現象的形成相關。通徑分析能夠更加全面揭示果實品質和礦質元素含量間的關系。然而，關于糖心蘋果通徑分析方面的研究十分有限，有關西南冷涼高地這一南方區域的相關研究更是鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】試驗以西南冷涼高地糖心蘋果果實為試材，利用典型相關和通徑分析，分析比較糖心蘋果果實礦質元素間的相關性及其與糖酸品質指標的關系，篩選影響糖心果實品質指標的主要礦質元素，以期為實現蘋果的合理營養施肥和優質高效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗園位于貴州省畢節市威寧縣黑石頭鎮河壩村(26°45'21" N，103°59'47" E)，海拔2 120 m。果園土壤pH 5.58，有機質含量48.88 g/kg，全氮0.96 g/kg，堿解氮119.86 mg/kg，有效磷15.10 mg/kg，速效鉀309.24 mg/kg(畢節市土肥站測定)。

1.2 試驗材料

品種為6年生‘黔選3號’(‘長富2號’單株變異，2011年由貴州省果樹科學研究所審定)，砧木為麗江山荊子，株行距2 m×4 m，不套袋常規管理。

試劑：乙醇，天津市富宇精細化工有限公司，分析純；乙腈，德國艾普力，色譜純；果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖、蘋果酸、奎寧酸和酒石酸，Sigma，色譜純；偏磷酸，天津市光復精細化工有限公司，分析純；草酸，天津市永大化學試劑有限公司，分析純；VC，廣東省化學試劑工程技術研究開發中心，分析純。

儀器：離心機(Thermo scientific Sorvall ST 16)，超純水制水機(艾柯超純水機)，水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)，消化爐(上海昕瑞儀器有限公司)，高效液相色譜儀(美國Agilent 1100LC，RID示差檢測器和VWD紫外檢測器)，色譜柱(Agilent ZORBAX Carbohydrate150 mm×4.6 mm)，YMC色譜柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，原子吸收分光光度計(WFX-120A)。

1.3 方法

2019年，隨機選取9棵樹勢相近的樣株作為試驗植株，每3株樹為1個重復，分別在可采成熟期(9月29日，T1，F1)、食用成熟期(10月16日，T2，F2)和生理成熟期(11月5日，T3，F3)采集果實樣品，采樣時每株樹從樹冠中部沿東、南、西、北4個方向隨機摘取4個果實，共采集36個果實，于當天運回實驗室處理。處理時將樣品果實沿果實中間部位橫切厚度為5 mm的薄片，用小刀分別取出糖心組織(記為字母T)和非糖心組織(記為字母F)(圖1)，每份樣品分為2份，一份立即放入液氮速凍，搗碎混勻后于-80℃冰箱保存，用于測定糖酸含量，另一份烘干用于礦質元素含量測定。

圖 1 果實組織及取樣位置

相關系數的大小雖能代表各品質性狀與礦質元素含量之間的相關程度，但并不能完全反映出各種礦質元素對品質性狀的相對重要性。通徑分析則能較好地反映各相關指標間的相互影響和礦質元素對品質性狀的相對重要性，通徑系數的絕對值大小反映了各礦質元素對果實品質的影響大小[10]。研究篩選了果實糖心組織和非糖心組織中顯著差異的內在品質指標果糖、山梨醇、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸與礦質元素含量作通經分析。

1.3.1 果實糖含量的測定 糖組分測定方法參照文獻[11-12]進行。準確稱取各時期糖心(T)和非糖心(F)組織2 g，加入5 mL 90%的乙醇勻漿，9 600 r/min離心15 min，殘渣加入5 mL 90%乙醇再提取1次，合并上清液于90℃水浴鍋蒸干，用水定容至10 mL，取1 mL經0.45 μm濾膜過濾后測定，3次重復。

測定條件：使用Agilent 1100LC高效液相色譜儀，配有RID示差檢測器，色譜柱為Agilent ZORBAX Carbohydrate柱(150 mm×4.6 mm)，流動相為乙腈∶水=75∶25，流速1 mL/min，柱溫35 ℃，進樣量10 μL。標樣為Sigma色譜純級果糖、山梨醇、葡萄糖和蔗糖。

1.3.2 有機酸組分的測定 參照文獻[13]進行測定。準確稱取各時期糖心(T)和非糖心(F)1 g，用5 mL 0.2%的偏磷酸冰浴研磨，9 600 r/min離心15 min，殘渣加入4 mL 0.2%偏磷酸再提取，合并上清液，定容至10 mL，經0.45 μm濾膜過濾后測定，3次重復。

測定條件：Agilent 1100LC高效液相色譜儀，配有VWD紫外檢測器，色譜柱為YMC柱(YMC-Park 150 mm×4.6 mm)，流動相為0.2%偏磷酸，流速1 mL/min，柱溫35℃，進樣量10 μL。標樣為Sigma色譜純蘋果酸、奎寧酸、酒石酸，草酸和VC為分析純。

1.3.3 礦質元素含量的測定 參照GB 5009.268-2016，采用WFX-120A原子吸收分光光度計對 糖心組織和非糖心組織Ca、K、Fe、Mg、Zn、Cu礦質元素含量進行測定。

1.4 數據分析

采用Excel 2010對試驗數據進行統計，SPSS 19.0進行數據顯著性分析和相關性分析，所有數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 威寧蘋果果實的內在品質指標

由表1看出，相同時期采摘的果實，糖心組織中果糖、葡萄糖、蔗糖含量均比非糖心組織低，但山梨醇含量是非糖心組織的1.10～1.92倍，平均糖含量依次為蔗糖>果糖>葡萄糖>山梨醇，可見，果實中山梨醇含量大量積累與糖心發生關系密切。

表1 威寧蘋果果實不同組織的內在品質指標

研究發現，糖心組織和非糖心組織中，蘋果酸依然是主要的有機酸；可采成熟期至生理成熟期的果實樣品中，非糖心組織中的酒石酸、蘋果酸含量顯著高于糖心組織，非糖心組織中的草酸含量也高于糖心組織，而奎寧酸含量則糖心組織高于非糖心組織，VC含量在不同采摘時期不同組織中差異不顯著，平均有機酸含量依次為蘋果酸>奎寧酸>酒石酸>草酸>VC。果實不同組織的內在品質變異系數不同，酒石酸的變異程度最大，變異系數為83.41%；果糖含量的變異程度最小，變異系數為7.92%。

2.2 威寧蘋果果實的礦質元素含量

由表2看出，可采成熟期到生理成熟期采摘樣品糖心組織中的Ca含量均顯著高于非糖心組織含量，分別是非糖心組織的1.80倍、2.79倍和2.43倍；K含量除生理成熟期外，均為糖心組織高于非糖心組織；Fe、Zn除生理成熟期外，糖心組織含量均比非糖心組織低；Mg含量除食用成熟期外，糖心組織含量均高于非糖心組織；Cu含量在糖心組織和非糖心組織中均隨采收時期變化(可采成熟期至生理成熟期)呈下降趨勢，其中糖心組織含量比非糖心組織含量低。

表2 威寧蘋果果實不同組織礦質元素含量

果實不同組織礦質元素含量的變異程度不同，Ca元素含量的變異程度最大，變異系數為18.45%，其次為Cu元素含量，變異系數為16.90%，Mg元素含量的變異程度最小，變異系數為4.36%。

2.3 果實礦質元素與品質指標的典型相關性

從表3看出，糖心組織中，Ca含量與山梨醇和奎寧酸含量顯著負相關，與蘋果酸含量極顯著正相關；K含量與蔗糖含量極顯著負相關，與蘋果酸含量極顯著正相關，與VC含量顯著正相關；Fe含量與奎寧酸含量顯著正相關，與蘋果酸含量顯著負相關，與VC含量極顯著負相關；Mg含量與山梨醇和奎寧酸含量極顯著正相關，與蘋果酸和VC含量極顯著負相關。

非糖心組織中，Ca含量與果糖含量顯著負相關，與蘋果酸含量極顯著正相關，與VC含量顯著正相關；Mg含量與蘋果酸和VC含量顯著正相關；Cu含量與果糖含量極顯著負相關，與山梨醇和酒石酸含量顯著負相關，與VC含量顯著正相關；說明不同礦質元素對果實品質的影響不同，且同一種礦質元素在不同果實組織和品質指標中所起的作用也不相同。

2.4 威寧蘋果果實礦質元素與品質指標的通徑系數

2.4.1 果糖 從表4看出，糖心組織中，各元素對果糖含量的影響依次為Mg(1.548)>Fe(-1.206)>K(-0.580)>Cu(0.553)>Zn(0.145)>Ca(-0.047)，Mg為最大影響因子。果實礦質元素含量除通過直接作用引起果實品質的變化外，還通過其他指標的間接作用引起果實品質的變化。通過其他因子對果糖含量影響最大的因子是Fe(1.448)，Mg對果糖含量的間接影響也較大，由此看出，糖心組織中對果糖含量影響較大的因子為Fe和Mg。

表4 威寧蘋果果實礦質元素含量與果糖的通徑系數

非糖心組織中，各元素對果糖含量影響依次為Ca(-1.784)>Mg(1.252)>K(0.817)>Cu(-0.472)>Fe(0.247)>Zn(-0.008)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對果糖含量影響的最大因子為Mg(-1.894)，Ca的間接影響也較大，表明，非糖心組織中對果糖含量影響較大的因子為Ca和Mg。

2.4.2 山梨醇 由表5看出，在糖心組織中，各元素對山梨醇含量的影響依次為Mg(1.504)>Fe(-0.755)>Cu(0.360)>Zn(-0.206)>Ca(-0.180)>K(-0.148)，Mg為最大的影響因子。通過其他因子對山梨醇含量影響最大的因子是Fe(1.308)，Ca、K、Mg和Cu對山梨醇含量影響較大，Zn的間接通徑系數較小。表明，在糖心組織中對山梨醇含量影響較大的影響因子是Fe和Mg。

表5 威寧蘋果果實礦質元素含量與山梨醇的通徑系數

非糖心組織中，各元素對山梨醇含量的影響依次為Ca(5.103)>Mg(-3.364)>Zn(-2.284)>Cu(-1.621)>K(-1.481)>Fe(0.314)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對果實山梨醇含量影響最大的為Ca(-5.526)，Mg對山梨醇含量的影響也較大，Fe對山梨醇含量的影響較小。說明，在非糖心組織中對山梨醇含量影響較大的影響因子為Ca和Mg。

2.4.3 酒石酸 由表6看出，在糖心組織中，各元素對酒石酸含量的影響依次為Mg(1.600)>Fe(-0.982)>Ca(0.476)>K(-0.430)>Zn(0.970)>Cu(-0.019)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對酒石酸影響最大的因子是Fe(1.361)，Ca、Mg和Cu對酒石酸含量的影響也較大，K和Zn的間接通徑系數較小。表明，在糖心組織中對果實酒石酸含量影響較大的影響因子為Mg和Fe。

表6 威寧蘋果果實礦質元素含量與酒石酸的通徑系數

非糖心組織中，對酒石酸含量的主要影響因子有Ca、Mg、Zn和Cu。各元素對酒石酸含量的影響依次為Ca(1.874)>Zn(-1.576)>Cu(-1.032)>Mg(-0.957)>K(-0.374)>Fe(0.290)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對酒石酸影響最大的因子為Ca(-2.467)，Cu的間接通徑系數較小。表明，在非糖心組織中對果實酒石酸影響較大的影響因子為Ca、Zn和Cu。

2.4.4 奎寧酸 由表7看出，糖心組織中，各元素對奎寧酸含量的影響依次為Mg(1.087)>Fe(-0.154)>Zn(-0.144)>Cu(0.063)>Ca(-0.033)>K(-0.021)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對奎寧酸含量影響的最大因子為Fe(0.933)，Ca、K和Cu對奎寧酸含量的影響也較大，Mg和Zn的間接通徑系數較小，表明，在糖心組織中對果實奎寧酸影響較大的影響因子為Fe和Mg。

表7 威寧蘋果果實礦質元素含量與奎寧酸的通徑系數

非糖心組織中，各元素對奎寧酸含量的影響依次為Ca(6.715)>Mg(-3.995)>Zn(-3.205)>K(-1.796)>Cu(-1.531)>Fe(0.458)，Ca為最大影響因子。通過其他因子對含水率影響最大的因子為Ca(-6.743)，Mg和Zn對奎寧酸含量的影響也較大，Fe和Cu的間接通徑系數較小，表明，在非糖心組織中對奎寧酸含量影響較大的影響因子為Ca、Mg和Zn。

2.4.5 蘋果酸 由表8看出，各元素對果實蘋果酸含量的影響依次為Mg(-0.904)>Fe(0.400)>K(0.394)>Ca(0.150)>Zn(-0.084)>Cu(-0.043)，Mg為最大影響因子。通過其他因子對蘋果酸影響的最大因子為Fe(-1.102)，Ca、K和Cu對果實蘋果酸含量的影響也較大，Mg和Zn的間接通徑系數較小，表明，在糖心組織中果實蘋果酸含量影響較大的影響因子為Fe和Mg。

表8 威寧蘋果果實礦質元素含量與蘋果酸的通徑系數

非糖心組織中，各元素對蘋果酸含量的影響依次為Zn(0.770)>Cu(0.649)>Fe(-0.626)>Ca(0.125)>K(0.079)>Mg(0.038)，Zn為最大影響因子。通過其他因子對蘋果酸含量影響最大的因子為Mg(0.758)，Ca、Fe和Mg對果實蘋果酸含量的影響也較大，K和Cu的間接通徑系數較小，表明，在非糖心組織中果實蘋果酸含量影響較大的影響因子為Ca、Fe、Mg、Zn和Cu。

3 討論

蘋果礦質營養的含量因其生長的環境不同而表現出一定的差異，除與光、溫、水、土、氣等環境生態因子相關外，還與品種、砧木類型[14]、栽培管理技術等因素密切相關[7]。FALLAHI等[15]研究結果表明，葉片礦質營養與果實品質的相關性不強，果實營養分析能擴充果樹營養診斷。韓秀梅等[16]認為，紅富士蘋果5月和8月的葉片礦質元素含量與成熟果實礦質元素含量的相關性較高。李寶江等[6]對蘋果果實內Ca、K、P、Mg、Zn和Mn等元素與蘋果風味品質及耐貯性的關系進行研究表明，Zn與果實可溶性固形物呈極顯著負相關；Ca、K與果實硬度、比重、耐貯級次及風味呈極顯著正相關，而Mn和Cu正好相反。徐慧等[17]研究表明，磷對蘋果果實單果質量、可溶性固形物含量和果肉硬度的正直接作用相對最大；鎂對果實單果質量的負直接作用相對最大；氮對可溶性固形物含量、果肉硬度的負直接作用相對最大；錳對可滴定酸含量具有相對最大的負直接作用。

研究表明，威寧蘋果果糖含量與糖心組織中各元素含量相關性不顯著，與非糖心組織中Ca含量顯著負相關，與Cu含量極顯著負相關；山梨醇含量與Ca含量顯著負相關，與Mg含量極顯著正相關；蔗糖含量與糖心組織中K含量極顯著負相關，與非糖心組織中各元素相關性不顯著；酒石酸與非糖心組織中Cu元素顯著負相關；奎寧酸與糖心組織中Ca元素顯著負相關，與Fe含量顯著正相關，與Mg元素極顯著正相關；蘋果酸與糖心組織中Ca和K含量極顯著正相關，與Fe含量顯著負相關，與Mg含量極顯著負相關，蘋果酸與非糖心組織中Ca含量極顯著正相關，與Mg含量顯著正相關；VC含量與糖心組織中K含量顯著正相關，與Fe和Mg含量極顯著負相關，與非糖心組織中Ca、Mg和Cu含量顯著正相關。說明不同礦質元素對果實品質的影響不同，且同一種礦質元素在不同果實組織和品質指標中所起的作用也不相同。通徑分析結果表明：果實糖心組織和非糖心組織礦質元素對果糖直接影響依次為Mg>Fe>K>Cu>Zn>Ca和Ca>Mg>K>Cu>Fe>Zn，對山梨醇直接影響依次為Mg>Fe>Cu>Zn>Ca>K和Ca>Mg>Zn>Cu>K>Fe，對酒石酸直接影響依次為Mg>Fe>Ca>K>Zn>Cu和Ca>Zn>Cu>Mg>K>Fe，對奎寧酸直接影響依次為Mg>Fe>Zn>Cu>Ca>K和Ca>Mg>Zn>K>Cu>Fe，對蘋果酸直接影響依次為Mg>Fe>K>Ca>Zn>Cu和Zn>Cu>Fe>Ca>K>Mg。

4 結論

糖心組織和非糖心組織中，Mg、Ca和Zn含量對糖酸品質的影響較大，生產實踐中要合理調控各種礦質元素的施肥配比，從而實現糖心蘋果的優質高效栽培。