‘次郎’甜柿果实矿质元素与果实品质关系研究

徐 阳，龚榜初＊，刘同祥，吴开云，丁 俞，邱有尚，范金根

(1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江省林木育种技术研究重点实验室，浙江 杭州 311400；2. 云南省保山市隆阳区果树蔬菜技术推广站，云南 保山 678000；3. 浙江省兰溪市苗圃，浙江 兰溪 321100)

矿质营养是甜柿（Diospyros kakiThunb.）生长发育、生理代谢与果实品质形成的物质基础和重要调控因子，与柿果实外观、内在品质均密切相关[1-2]。果实中适宜的养分含量与比例可明显提高果实的产量与品质。近年来报道了‘富士’苹果（Malus domesticaBorkh.‘Fuji’）、‘阳丰’甜柿（D.kakiThunb. ‘Youhou’）等果实矿质元素与果实品质关系的研究[1-5]。但果树各品种品质不同，所需矿质元素的代谢效率不同，果实品质形成中转录因子、激素、甲基化等表观调控也易受光照、土壤矿质元素供应等环境因素影响[6-7]，因此果实矿质元素与果实品质的关系，生产中往往因品种与栽培区的不同而有别[3-4]。如在胶东地区发现红富士苹果磷含量对单果质量、可溶性固形物和果肉硬度具有较大促进作用[4]，但在全国11个省市的调查中，未发现相似结论[3]；而辽宁地区种植的22个苹果品种的研究表明，铜和锌元素与果实可溶性固形物显著正相关[8]。

甜柿可自然脱涩，风味佳，经济价值高，市场前景广阔，目前在全国20多个省市已有栽培，面积超过1万hm2，且栽培面积和规模不断扩大[9-10]。云南保山地区气候非常适于甜柿生长，当地‘次郎’甜柿（D. kakiThunb. ‘Jiro’）品质风味均显著高于国内同品种柿果[11]，年产甜柿3万余t，是全国最大的甜柿产区之一，甜柿也已成为当地精准扶贫中的重要树种。刘同祥等对该地区19个‘次郎’甜柿果园土壤养分、叶片养分与果实品质关系进行了分析，探讨了优质‘次郎’甜柿土壤养分、叶片养分优化方案，为该地区‘次郎’甜柿的优质高效栽培提供了技术支持[10]。本研究在上述研究的基础上，以19个保山柿园‘次郎’甜柿为材料，探析甜柿果实矿质元素与果实品质指标的关系，筛选影响果实品质指标的主要矿质元素，以期为南方甜柿园精准施肥等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2015、2016年10月果实成熟季节，在云南省保山市隆阳区连续2 a选择19个稳产甜柿园[10]进行调查。果园栽培品种‘次郎’，砧木‘君迁子’（D.lotusL.），树龄8～10 a，株行距3 m×4 m。在每个果园中用“S”形法选取长势基本一致、树龄一致、无病虫害的健壮柿树20株，作为取样树。

1.2 试验方法

2015、2016年10月，于每株树树冠外围中上部东、南、西、北4个方向各随机选取1个柿果，每个果园共取80个柿果，带回实验室测定果实品质及矿质元素含量。果实单果质量用百分之一天平测量，果实纵径、横径用游标卡尺测量，果实硬度用GY-4型数显式水果硬度计测定，可溶性固形物含量用爱宕PAL-1型糖度仪测定[12]，取平均值。将每个果园各采样树的4个果实，均于赤道处各取20 g果肉，充分均匀混合后，为1个生物学重复，进行维生素C、类胡萝卜素及矿质元素含量测定，每个果园取20个采样树的平均值。其中用荧光法和2，4-二硝基苯肼法测定维生素C含量[12]，用石油醚∶丙酮（1∶1，v/v）浸提法测定类胡萝卜素含量[13]。矿质元素测定：经H2SO4-H2O2消煮后，全氮用凯氏定氮法测定；钒钼黄比色法测定磷；火焰光度计法测定钾；采用原子吸收分光光度法测定钙、镁、铁、锰、锌、铜[14]。

1.3 数据处理

运用Excel 2010和SPSS 18.0软件对果实矿质元素和果实品质2 a的均值数据进行相关性及通径分析。

表1 ‘次郎’甜柿果实品质特征Table 1 Attibutes of fruit quality in ‘Jiro’ persimmon

2 结果与分析

2.1 ‘次郎’甜柿果实品质与果实矿质元素

19 个‘次郎’甜柿果园2 a的果实品质指标均值表明（表1），甜柿果实品质指标在柿园间存在差异，果形指数、可溶性固形物含量、果实硬度的变异程度较小，其中果形指数变异程度最小，变异系数为2.60%，而单果质量、果实维生素C、类胡萝卜素含量的变异程度较大，均在20.00%以上，其中单果质量变异系数最大，为23.82%。

19个柿园2 a的果实矿质元素含量均值表明（表2），甜柿果实矿质元素含量存在一定差异。大量元素中，果实钾元素含量最高，平均值达75.22 mg·kg-1，其次为果实氮、磷、钙、镁元素；微量元素中，果实锌元素含量最高，铜元素含量最低。大量元素变异程度相当，变异系数在12.44%～23.48%之间，整体上低于微量元素，钾元素变异系数最小，为12.44%。微量元素中，锰元素变异系数最高，达92.50%，铁、铜元素变异系数在50.00%左右，锌元素变异系数为21.60%，与大量元素中钙、镁元素相当。

表2 ‘次郎’甜柿果实矿质元素含量Table 2 Mineral nutrition of fruit in ‘Jiro’ persimmon

2.2 ‘次郎’甜柿果实矿质元素与果实品质的相关性

‘次郎’甜柿果实矿质元素间相关性分析表明（图1），氮、磷、钾元素三者之间极显著正相关（p＜0.01）。果实氮元素含量与果实磷、钾、钙、铜、锌元素含量显著或极显著正相关，与果实铁元素含量极显著负相关。果实氮、磷、钾、钙、镁5种大量元素含量均与果实铜元素含量显著或极显著正相关。果实钙元素含量与氮、镁、铜、锌元素含量极显著正相关。果实铜元素含量与果实所有大量元素含量以及果实锌元素含量的相关性均达到显著或极显著水平。

由图2可知，果实矿质元素对单果质量、果实硬度、可溶性固形物含量的综合影响较大，单果质量与果实氮（-0.554）、钙（-0.652）、镁（-0.431）元素含量均极显著负相关，与锌元素含量（-0.398）显著负相关。果实硬度与果实钙元素含量显著正相关，相关系数为0.372，与其它元素相关性较弱。可溶性固形物与果实氮、钙、镁、铜、锌元素含量相关性均达到显著或极显著水平，且均为负相关关系。而果实矿质元素对果形指数、维生素C、类胡萝卜素含量的综合影响较小，果形指数、维生素C及类胡萝卜素与各果实矿质元素间的相关性均未达到显著水平。

2.3 ‘次郎’甜柿果实矿质元素与果实品质指标的通径分析

简单相关分析表示各矿质元素对果实品质指标的综合作用大小，而不能直接显示某一元素对果实品质的直接作用和间接作用。为了揭示每种甜柿果实矿质元素对各果实品质的直接作用和间接作用大小，以果实矿质元素氮（X1）、磷（X2）、钾（X3）、钙（X4）、镁（X5）、铁（X6）、锰（X7）、铜（X8）、锌（X9）为一个正态总体，以果实品质指标为另一正态总体进行通径分析。对各果实品质指标进行正态性检验（表3），对所有果实品质指标进行夏皮罗-威尔克检验（Shapiro-Wilk），显著水平均大于0.05，表明所有果实品质指标均服从正态分布，可以进行通径分析。

图1 果实矿质元素间的相关系数矩阵Fig. 1 Matrix diagram for correlation coefficients among fruit nutrients

通径系数的绝对值大小与某一矿质元素对果实品质的影响成正比，其中直接通径系数反映了该矿质元素的直接作用大小。表4显示，果实矿质元素对果实单果质量均有不同程度影响，其直接通径系数的顺序为：氮（-0.420 0）＞钙（-0.386 0）＞铜（0.332 0）＞锌（-0.216 0）＞镁（-0.213 0）＞锰（-0.190 0）＞钾（0.125 0）＞磷（-0.111 0）＞铁（0.001 0），铜、钾、铁元素的直接作用与单果质量正相关外，其它矿质元素对单果质量的直接作用均为负相关。其中氮、钙元素对单果质量的直接负作用影响达到显著水平（p＜0.05）。果实矿质元素除通过自身直接作用影响果实品质外，还通过其它矿质元素间接影响果实品质，这一影响可通过间接通径系数来衡量。

图2 果实矿质元素与果实品质指标间的相关性Fig. 2 Correlation coefficients between fruit nutrients and fruit quality

表3 各果实品质指标正态性检验Table 3 Normality test of the fruit quality indicators

表4 果实矿质元素与单果质量的通径分析Table 4 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit weight

果实硬度与矿质元素通径分析发现（表5），对果实硬度直接作用较大的矿质元素为钙（0.363 0）、铜（-0.315 0）、锌（0.266 0），其次为磷（-0.137 0）和钾（0.130 0），而其它矿质元素对果实硬度的影响较小。而果实钙、锌元素与果实硬度的间接通径系数较小，表明钙、锌元素与果实硬度间的作用主要体现为直接作用。而铜元素对果实硬度的间接影响最大，间接通径系数为0.421 8，铜元素与钙、锌元素的通径系数分别为0.197 5与0.188 1，表明铜元素主要是通过正向作用钙元素与锌元素，而对果实硬度起到间接正作用。

各矿质元素对果实可溶性固形物含量直接作用的大小顺序为：钙（-0.667 0）＞氮（-0.367 0）＞锰（0.194 0）＞铁（-0.178 0）＞镁（0.156 0）＞钾（0.153 0）＞铜（-0.145 0）＞锌（0.074 0）＞磷（-0.001 0）（表6）。钙和氮元素对可溶性固形物含量的直接通径系数较大，均为负向作用，且显著性检验均达到显著水平（p＜0.05）；而磷和锌元素的直接通径系数甚小。

表7表明，各矿质元素中，钙元素与果形指数的直接通径系数最大（-0.405 0），其次为锌元素（0.256 0），且锌元素与果形指数的间接通径系数在矿质元素间最大，为-0.252 4，表明锌元素主要是通过负作用于钙元素（-0.232 9），而对果形指数起到间接负作用。其余矿质元素的直接通径系数与间接通径系数均较小，说明果形指数的大小对果实内矿质元素含量变化不敏感。

表5 果实矿质元素与果实硬度的通径分析Table 5 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit firmness

表6 果实矿质元素与果实可溶性固形物含量的通径分析Table 6 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit soluble solids

与简单相关分析相比，通径分析可更灵敏地检测到矿质元素与果实维生素C及类胡萝卜素含量间的关系。表8表明，对果实维生素C含量起密切作用的矿质元素主要是磷、钙和钾。其中，磷元素与维生素C含量存在显著的直接作用，直接通径系数为-0.495 0，钙、钾元素与果实维生素C含量间均表现为直接正作用，直接通径系数分别为0.428 0、0.394 0。

表7 果实矿质元素与果形指数的通径分析Table 7 Path analysis between fruit mineral nutrients and fruit shade index

表8 果实矿质元素与维生素C含量的通径分析Table 8 Path analysis between fruit mineral nutrients and vitamin C content

表9 果实矿质元素与类胡萝卜素含量的通径分析Table 9 Path analysis between fruit mineral nutrients and carotenoidcontent

表9表明，果实类胡萝卜素含量与多种矿质元素密切相关，各矿质元素直接通径系数排序为：钾（-0.777 0）＞氮（0.452 0）＞磷（0.421 0）＞锰（0.392 0）＞钙（-0.384 0）＞镁（0.193 0）＞锌（0.166 0）＞铜（0.072 0）＞铁（-0.020 0），钾、氮、磷、锰、钙元素直接通径系数较大，其中钾和钙元素的直接通径系数为负值，氮、磷、锰元素的直接通径系数为正值，其余元素对类胡萝卜素的直接通径系数较小。

3 讨论

揭示柿果品质与柿果矿质元素间关系，具有重要的现实意义，但果实矿质元素与果实品质的具体关系，生产中往往依品种与栽培区的不同而有别[3-4,8]。本研究数据清晰表明，因品种特性及生境不同，云南保山‘次郎’甜柿果实单果质量、果形指数、果实硬度均与陕西眉县‘阳丰’甜柿存在显著差异[1]，果实氮、磷元素含量及变异程度也均异于‘阳丰’甜柿。其它地区其它品种以往的矿质元素与果实品质间关系的结论[1]，对保山等西南地区‘次郎’甜柿生产仅能提供部分参考。本研究对保山‘次郎’甜柿果实矿质元素与果实品质间关系进行分析，进一步验证和丰富甜柿果实矿质元素和果实品质间关系研究，为保山等西南及南方主产区甜柿园精准施肥提供参考。

本研究数据显示，云南保山地区‘次郎’甜柿单果质量、可溶性固形物含量与氮和钙元素均直接负相关。氮元素在柿树生长发育及有机物积累中以硝酸氮的形式被大量消耗，但氮供应过多时，果树营养生长旺盛，加剧果树营养生长与果实生长养分竞争，不利于果实可溶性固形物等干物质积累与果实增大[15]。与本研究19个柿园树体与土壤氮元素均处于较高浓度水平[1]相似，我国多数土壤氮含量均较高，甜柿[1]与苹果[3-5]研究也均发现果实氮元素含量与果实单果质量、可溶性固形物含量呈负相关关系。另外，保山地区光照充足、气候温暖，甜柿成熟期早[11]，柿果生长后期，柿叶片等营养生长仍很旺盛，其营养生长与生殖生长在高氮环境下养分竞争现象相对其它地区更突出。

钙是果实发育过程中许多关键酶的活化剂，如钙可促进山梨醇脱氢酶活性，果实中较高浓度钙的存在，强吸水性的大分子山梨糖醇被山梨醇脱氢酶高效转化为果糖等小分子糖[16]，从而表现出可溶性内含物指标降低。此外，Marschner提出“钙过剩假说”，高浓度钙阻碍同化物进入生长迅速的贮藏器官，从而阻碍了果实的发育[17]，或许也可在一定程度上解释保山地区‘次郎’甜柿钙含量与单果质量及果实可溶性固形物负相关的现象。

与甜柿[1]、苹果[3-4]等研究相似，钙元素同样对‘次郎’甜柿果实硬度、果形指数呈显著正向直接作用，这一结论也与钙元素的生物活性十分吻合。一般认为，果实硬度与果肉细胞壁结构关系密切，而钙与果胶酸形成果胶酸钙，保护细胞壁中胶层结构，在维持植物细胞壁稳定性起重要作用[18-21]，柿果中充足的钙元素对保持果肉细胞壁稳定，提高果实硬度具有显著的积极作用。此外，钙元素还参与细胞壁合成、降解有关酶活性的调节，在果实细胞增长中起到重要作用[22]。前期研究表明‘次郎’甜柿后期纵向生长高于横向生长[23]，而果实中充足的钙正可保障果实后期的纵向生长，进而提高了‘次郎’甜柿果形指数。

磷是维生素C合成过程中GDP-甘露糖焦磷酸化酶、GDP-甘露糖-3,5-表异构酶等关键酶的重要组分，与维生素C合成关系密切[24-25]。生产中也常发现增施磷肥可显著提高柑橘（Citrus reticulataBlanco.）果实维生素C含量[26]，但在福建高磷地区，减少磷肥用量却可极显著提高柑橘维生素C含量[27]，本研究显示柿果维生素C含量和果实磷含量负相关，与福建高磷地区柑橘一致，这或许也与保山地区土壤磷元素充足[10]有关。钾是果实品质形成的关键元素，可促进光合产物D-葡萄糖转化为维生素C的前体D-葡萄糖醛酸，从而提高维生素C含量[28]。钙元素可提高植物维生素C生物合成途径关键酶L-半乳糖-1，4-内酯脱氢酶（GalLDH）活性[29]，生产中，补充外源钙与钾常有利于成熟果实中维生素C积累[28-29]，本研究数据也显示，柿果维生素C含量与钾、钙含量正相关。

类胡萝卜素含量与柿果颜色关系密切，是柿果品质的重要指标。本研究结果表明，‘次郎’甜柿果实胡萝卜素含量与钾、氮、磷等多种元素密切相关，其中钾元素对类胡萝卜含量影响较大，存在极显著直接负作用，这说明钾可推迟柿果着色，有利于柿果脆食采收期的延长。番茄（Solanum lycopersicumMill.）等蔬果生产中，也常发现类胡萝卜素与钾元素含量存在密切相关，但因温度、光照环境和栽培介质肥力等条件的不同，其相关性呈开口向上的抛物线型变化[30]，正相关[31]、负相关[32]的结论在生产中均有报道。氮与磷元素对果实类胡萝卜素含量的影响研究较少[33]，本研究数据表明‘次郎’甜柿果实氮、磷含量与果实类胡萝卜素含量存在显著的正向直接作用，可为保山当地柿园施肥管理提供参考依据。

4 结论

本研究以云南保山19 个柿园‘次郎’甜柿为材料，展开甜柿果实9种矿质营养元素与6种果实品质指标间相关关系研究，结果表明：甜柿果实氮、磷、钾、钙元素与果实品质关系密切，其中磷、钾元素与果实维生素C、类胡萝卜素含量关系密切，而氮元素对单果质量及可溶性固形物存在直接负作用。钙元素在柿果发育中起重要作用，钙元素与果实形状（单果质量、果形指数）、果实口味（可溶性固形物、维生素C）及果实质地（果实硬度）均密切相关。云南保山柿园甜柿生产中，需降低氮肥施用，科学协调磷、钾、钙肥施用，以实现甜柿的优质高效生产。