外源γ-氨基丁酸對葡萄光合色素、內源激素和品質(zhì)的影響

韓愛(ài)民，楊江山，張立梅，王宇航，馮麗丹，王春恒，金鑫，李斗

（1. 甘肅農業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；
2. 甘肅農業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅省葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，甘肅 蘭州 730070；
3. 甘肅省葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，甘肅 蘭州 730070）

噴施外源調控物質(zhì)能夠調節植物內源激素的變化并促進(jìn)植物生長(cháng)發(fā)育和提升果實(shí)品質(zhì)，在農業(yè)生產(chǎn)上已被廣泛應用［1-2］。在果樹(shù)栽培管理中，葉面噴施γ-氨基丁酸（GABA）是改善水果品質(zhì)的有效途徑之一［3］。

GABA 是一種自由態(tài)四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，也是植物細胞游離氨基酸中重要組分之一［4-5］，在植物的各組織中普遍存在，可以以營(yíng)養物質(zhì)或代謝調節物質(zhì)發(fā)揮功能對不同環(huán)境下植物根、莖、葉、花、果實(shí)、種子等各個(gè)器官的生長(cháng)發(fā)育起到調節作用［6］。GABA 作為信號分子能夠減緩光合色素分解，促進(jìn)葉綠素合成［7］，而類(lèi)胡蘿卜素不僅作為輔助色素參與葉綠體的光合作用，避免葉綠素受到強光的破壞，也是植物激素ABA的生物合成前體。研究發(fā)現，外源噴施GABA 能夠誘導內源GABA 的積累［8-9］和植物激素（KT 和IAA）［10］含量的增加，而GABA 可以作為氨基酸代謝的中間物質(zhì)，參與果實(shí)成熟過(guò)程中的代謝調節，從而在一定程度上提升了果實(shí)的品質(zhì)。陳秀［11］等的研究結果表明，GABA 處理能夠維持果實(shí)可溶性固形物和可溶性糖含量在較高水平，促進(jìn)總酚和類(lèi)黃酮含量積累，對植物的品質(zhì)、色澤和風(fēng)味都有一定程度的影響，而且具有天然的抗氧化活性。另外，陳洪彬等［12］研究表明，GABA處理能夠有效降低采后番石榴果實(shí)的冷害指數、呼吸強度和乙烯釋放速率，維持較高的果實(shí)硬度、可溶性固形物、可滴定酸、維生素C和總糖的含量，從而提升了對番石榴果實(shí)的貯藏水平，更好地維持其營(yíng)養與感官品質(zhì)。Yu等［13］在2014年首次提出外源 GABA 可通過(guò)提高防御相關(guān)酶活力及其基因表達來(lái)誘導梨果實(shí)對青霉病的抗性，且有效抑制了梨果實(shí)中由擴展假單胞菌引起的藍霉病，對梨果實(shí)的食用品質(zhì)沒(méi)有不良影響。有研究者提出，在植物體內GABA是一種信號物質(zhì)，但是信號通路的運作方式、大田應用方式、施用時(shí)間和成本效益需要進(jìn)一步的實(shí)踐探索［14］。目前，GABA的研究多存在于黃秋葵［15］和蘋(píng)果［16］等作物上面，針對光合色素、內源激素含量變化和果實(shí)品質(zhì)在釀酒葡萄方面的應用研究未見(jiàn)相關(guān)報道。

為探索GABA 對葡萄生理作用和品質(zhì)的影響。本試驗以蛇龍珠釀酒葡萄為試驗材料，噴施不同濃度GABA處理，研究外源GABA對葡萄不同物候期光合色素和內源激素及果實(shí)品質(zhì)的影響，探索出最佳處理措施，以期為外源GABA 在葡萄生產(chǎn)中的應用提供技術(shù)支撐和理論依據。

1.1 試驗材料

以露地栽培的10 年生歐亞種釀酒蛇龍珠葡萄（Cabernet Gernischt） 為試驗材料，株行距為0.75 m×1.5 m，單干雙臂Y 型整形修剪。試驗藥劑為上海源葉生物科技有限公司生產(chǎn)的GABA（純度＞99%）。

1.2 試驗處理

試驗設4 個(gè)不同濃度GABA 處理：5（T1）、10（T2）、15（T3）、20 mmol/L（T4），以噴施清水為對照（CK），共5 個(gè)處理。處理選在晴朗、無(wú)風(fēng)的上午進(jìn)行，分別于開(kāi)花期、坐果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)轉色期和成熟期各噴施一次，每處理每次噴施體積為2 L，每處理5 株，3 次重復，噴施程度以葉正反面均勻布滿(mǎn)霧狀水滴為度。

于開(kāi)花期、坐果期、膨大期、轉色期和成熟期各噴施3 d 后，采集葉片，用蒸餾水沖洗表面污物并去除葉脈部分，采后立即放入冰盒帶回實(shí)驗室，供生理指標的測定。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 光合色素含量的測定 葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl t）和類(lèi)胡蘿卜素（Car）含量的測定參照葉子飄等［17］的方法，略有改動(dòng)。準確稱(chēng)取新鮮葉片0.1 g，用10 mL 95%乙醇避光浸泡26 h，直至葉片完全褪色，使用紫外分光光度計測定溶液在665、649、470 nm 處的吸光值。計算 Chl a、Chl b 和Car 的含量，Chl a 和Chl b 含量的二者之和為葉綠素總量（Chlt）。

1.3.2 內源激素的測定 內源激素赤霉素（GA3）、吲哚乙酸 （IAA） 、激動(dòng)素 （KT） 和脫落酸 （ABA）含量用高效液相色譜法測定［18］。

高效液相色譜儀為美國Waters ACQUITY Arc，色譜柱為Hypersil BDS C18 色譜柱，流動(dòng)相為甲醇-0.1%磷酸水溶液，色譜柱溫度為30 ℃，進(jìn)樣量為10 μL，檢測波長(cháng)為254 nm，流速為1.0 mL/min。

1.3.3 果實(shí)品質(zhì)指標測定 于成熟期采集果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)指標測定。各處理隨機選取3株，每株上、中、下隨機選取30 粒，將樣品經(jīng)液氮速凍后在-80 ℃的條件下貯存備用。

用電子天平稱(chēng)量單粒質(zhì)量；
用游標卡尺測量果實(shí)的縱徑和橫徑；
采用手持糖量計測定可溶性固形物的含量；
蒽酮試劑法［19］測定可溶性糖的含量；
NaOH 滴定法［20］測定可滴定酸（以酒石酸計）含量；
采用Folin 丹尼斯法［21］測定單寧含量；
采用Folin 酚法［22］測定總酚含量；
總類(lèi)黃酮含量按照氯化鋁比色法［23］；
另外，稱(chēng)取葡萄果皮0.2 g，加入1%（w）鹽酸-無(wú)水甲醇提取液20 mL，于室溫下暗處浸提12 h，定容至50 mL棕色容量瓶，采用pH示差法測定果皮總花色苷含量［24］。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 和Origin 2018 進(jìn)行數據的統計與作圖。應用Duncan 新復極差法進(jìn)行顯著(zhù)性分析，顯著(zhù)性差異檢驗P＜0.05，并用SPSS 26.0進(jìn)行主成分分析。

2.1 外源GABA 處理對蛇龍珠葡萄葉片光合色素含量的影響

圖1 結果顯示，與對照（CK）相比，在開(kāi)花期、坐果期和轉色期，T2處理下Chl a、Chl b、Chl t和Car含量最高，各處理均呈現先升高后降低的趨勢。膨大期，Chl b和Chl t在各處理均呈現先升高后降低的趨勢，T2處理下含量最高，且較CK 分別提高22.51%和14.20%；
其中，在成熟期，各處理葡萄葉片Chl a、Chl b和Chl t 均呈現先升高后降低的趨勢，較CK升高14.90%、53.65%和22.31%?？梢?jiàn)，GABA 處理顯著(zhù)增加了葡萄葉片光和色素含量，葉面噴施不同濃度的GABA 能顯著(zhù)緩解光和色素含量降低的趨勢，并以T2處理效果最佳。

圖1 GABA對蛇龍珠葡萄葉片光合色素含量的影響Figure 1 Effect of GABA on photosynthetic pigment content in leaves of Cabernet Gernischt grape

2.2 外源GABA 處理對‘蛇龍珠’葡萄葉片內源激素動(dòng)態(tài)變化的影響

葉片中KT含量從開(kāi)花期到成熟期，整體呈下降趨勢（圖2）。從開(kāi)花期到成熟期，KT含量均T2處理最高，較CK 分別增加了67.91%、47.50%、31.68%、57.44%和35.07%，說(shuō)明T2處理效果最好（圖2-A）。開(kāi)花期到坐果期，葉片GA3含量總體呈下降趨勢，于膨大期有所升高，之后繼續呈下降趨勢；
GABA處理可顯著(zhù)改變葉片GA3的含量，在膨大期，T2較CK 增加了45.56%（圖2-B），而其他處理間差異較??；
此后的時(shí)期中，GABA 處理下葉片GA3含量均高于CK，說(shuō)明GABA處理有利于葉片GA3的積累。

圖2 GABA對蛇龍珠葡萄葉片KT和GA3含量的影響Figure 2 Effects of GABA on KT and GA3 contents in leaves of Cabernet Gernischt grape

葉片IAA的含量變化如圖3-A所示，坐果期T2處理IAA 含量最高，較CK 高49.18%，隨著(zhù)葉片發(fā)育，IAA 含量逐漸下降；
各物候期，GABA 處理下葉片IAA 含量始終高于CK，說(shuō)明GABA 處理有利于葉片中IAA 的積累。如圖3-B 所示，從開(kāi)花期到成熟期，葡萄葉片ABA 含量呈逐漸升高的趨勢；
膨大期，T2處理顯著(zhù)地提高了葉片ABA的含量，較CK提高了48.90%；
轉色期，T1和T2處理與CK 差異顯著(zhù)，分別較CK 提高了27.50%和41.05%；
成熟期，各處理均高于CK，T2含量最高，且差異顯著(zhù)，較CK提高了27.95%。GABA 處理增加了葉片ABA 含量，而T2處理對ABA 含量變化影響最大，處理效果最好。

圖3 GABA對蛇龍珠葡萄葉片IAA和ABA含量的影響Figure 3 Effects of GABA on IAA and ABA contents in leaves of Cabernet Gernischt grape

2.3 外源GABA 處理下對蛇龍珠葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響

GABA處理蛇龍珠葡萄外觀(guān)品質(zhì)和果實(shí)風(fēng)味均有顯著(zhù)影響（表1）。隨著(zhù)GABA 濃度的增加，蛇龍珠葡萄果實(shí)單粒質(zhì)量、縱徑、橫徑和果形指數都有一定程度的提高，T2和T3處理最為顯著(zhù)，單粒質(zhì)量較CK分別提高了11.32%和44.05%；
各處理中可溶性固形物的含量均有不同程度的升高，其中，T2處理有顯著(zhù)差異，較 CK 提高了11.14%；
GABA 噴施濃度與總酚含量顯著(zhù)相關(guān)，并隨著(zhù)GABA 濃度的增大總酚的含量先升高后降低，T3處理的含量最高，為24.45 mg/g，較 CK 提高了36.94%，T2和T3與其他處理具有顯著(zhù)差異；
T1和T3單寧含量最高，分別較CK高48.16%、48.80%；
處理T2總花色苷含量較CK提高了5.03%，但T1和T4處理與 CK 相比，果實(shí)中總花色苷差異不顯著(zhù)；
總類(lèi)黃酮含量T3處理最高，與CK 相比提高了10.98%，T2與T1處理差異不顯著(zhù)，但T2與T3處理差異顯著(zhù)。

表1 成熟期不同GABA處理蛇龍珠葡萄果實(shí)品質(zhì)指標Table 1 Fruit quality indexes of Cabernet Gernischt grape treated with different GABA at mature stage

2.4 外源GABA 處理對‘蛇龍珠’葡萄葉片和果實(shí)指標的相關(guān)性分析

蛇龍珠葡萄葉片和果實(shí)16 種指標相關(guān)性分析結果（表2）顯示，總葉綠素、KT、GA3、IAA、ABA、單粒質(zhì)量、縱徑、橫徑、果形指數、可滴定酸、可溶性糖、總酚和總花色苷共13項之間的相關(guān)關(guān)系系數值呈現出顯著(zhù)性，葡萄葉片總葉綠素與赤霉素（GA3）含量呈顯著(zhù)正相關(guān)，與生長(cháng)素（IAA）含量呈極顯著(zhù)正相關(guān)，與脫落酸（ABA）含量呈顯著(zhù)正相關(guān)；
激動(dòng)素（KT）與可溶性糖呈極顯著(zhù)正相關(guān)；
赤霉素（GA3）與生長(cháng)素（IAA）含量呈極顯著(zhù)正相關(guān)，與果形指數呈顯著(zhù)正相關(guān)；
單粒重與縱徑呈極顯著(zhù)正相關(guān)，與橫徑呈顯著(zhù)正相關(guān)；
縱徑與橫徑呈極顯著(zhù)正相關(guān)；
果形指數與總酚含量呈顯著(zhù)正相關(guān)，與總花色苷含量呈顯著(zhù)正相關(guān)；
可滴定酸與總酚呈顯著(zhù)負相關(guān)，與總花色苷含量呈極顯著(zhù)負相關(guān)；
總酚含量與總花色苷含量呈極顯著(zhù)正相關(guān)。

表2 蛇龍珠葡萄葉片和果實(shí)16種指標的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of 16 indexes of leaves and fruits of Cabernet Gernischt grape

2.5 外源GABA 處理對蛇龍珠葡萄葉片和果實(shí)品質(zhì)相關(guān)指標主成分分析

主成分分析是一種將原來(lái)個(gè)數較多且彼此相關(guān)的果實(shí)品質(zhì)指標轉化為新的個(gè)數較少且彼此獨立或不相關(guān)的綜合指標的分析方法［25］。蛇龍珠葡萄樣品16 項品質(zhì)指標的主成分分析結果（表3）顯示，從16項品質(zhì)指標中共提取出3個(gè)主成分，它們特征值分別為8.629、4.695 和2.057。3 個(gè)主成分的累計方差貢獻率達到了96.133%，可以有效地反映出原始數據的大部分信息。第1 主成分的方差貢獻率為53.934%，與其有較高正相關(guān)性的指標有GA3、果形指數和總花色苷，而有較高負相關(guān)的品質(zhì)指標僅有可滴定酸；
第2 主成分的方差貢獻率達到了29.344%，與其有較高正相關(guān)性的指標有KT、可溶性糖和總類(lèi)黃酮，而有較高負相關(guān)性的指標為果形指數和總酚，即主成分2的方差貢獻率大時(shí)，葡萄果實(shí)中KT、可溶性糖和總類(lèi)黃酮的含量均會(huì )增加，而其果形指數和總酚含量卻減少；
第3主成分的方差貢獻率達到了12.855%，與其有較高正相關(guān)性的指標有可溶性固形物和單寧，而有較高負相關(guān)性的品質(zhì)指標為總葉綠素和可滴定酸。

2.6 外源GABA處理對蛇龍珠葡萄效果綜合分析

綜合得分（F）是每個(gè)主成分得分與對應貢獻率乘積之和，即F＝F1×53.934%+F2×29.344%+F3×12.855%。由表4 可知，CK、T1、T2、T3、T4的綜合得分分別為-92.574 5、36.937 92、67.958 93、17.417 75、-29.740 1，綜合指數的得分越高，說(shuō)明GABA影響效果越好，即GABA對蛇龍珠葡萄果實(shí)性狀和品質(zhì)的作用效果依次為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK。

表4 不同GABA處理蛇龍珠葡萄效果綜合分析表Table 4 Comprehensive analysis table of effects of different GABA treatments on Cabernet Gernischt grape

光合色素有吸收光能的作用，且葉綠素是植物光合作用的中心色素分子，是表征其光合作用能力和生長(cháng)狀況的重要指示因子［26］。光合作用在果樹(shù)生長(cháng)、發(fā)育、開(kāi)花和結果等生理過(guò)程中起著(zhù)重要的作用，決定著(zhù)果樹(shù)的生長(cháng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的好壞［27］。本試驗表明，T2處理可有效的提高葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量，這可能是較低濃度的外源GABA 促進(jìn)葡萄葉片的光合色素形成過(guò)程，既積累了光合物質(zhì)，又促進(jìn)光合作用，從而降低黃化現象，與殷菲朧等［15］的研究結果一致，證明較低濃度GABA 處理可以通過(guò)提高番茄葉片葉綠素a/b的比率［28］，從而增強光合特性、促進(jìn)多胺的合成和轉化等生理過(guò)程，緩解各種脅迫影響對植物的傷害，有利于植物生長(cháng)發(fā)育，促進(jìn)葡萄果實(shí)品質(zhì)的提高。此外，外源GABA 內源激素是植物體內存在的小分子信號化合物，它能夠將細胞內復雜的分子機制網(wǎng)絡(luò )的外部和內部信號進(jìn)行整合，從而使植物在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行各種生理生化活動(dòng)來(lái)調控葉片衰老［29］。一旦葉片開(kāi)始衰老，大分子即開(kāi)始降解并重新分配到生長(cháng)部位，進(jìn)而提高果樹(shù)生產(chǎn)能力以及改善果實(shí)品質(zhì)。植物內源激素生理方面還主要集中在調節植物生長(cháng)發(fā)育的研究上，能夠根據外界環(huán)境因素的變化快速調節植物的生長(cháng)和發(fā)育，也是影響細胞分裂和膨大的關(guān)鍵性因素，已經(jīng)被廣泛應用到農業(yè)生產(chǎn)尤其是果樹(shù)的栽培中。IAA、GA3、KT 和ABA 等內源激素以及激素之間的協(xié)同調控［30］，IAA、KT 和GA3均可促進(jìn)果實(shí)生長(cháng)發(fā)育及同化產(chǎn)物積累，增大葡萄縱橫徑，提高單粒重，ABA 能夠促進(jìn)果實(shí)成熟，從而改善果實(shí)品質(zhì)。本試驗中，葡萄葉片中KT 含量從開(kāi)花期到成熟期，整體呈下降趨勢，而葉片GA3含量在開(kāi)花期到坐果期，總體呈下降趨勢，于膨大期有所升高，之后繼續呈下降趨勢。這可能與果實(shí)發(fā)育后期KT、GA3等激素調節果實(shí)內部相關(guān)、激素的含量有關(guān)，較高含量的KT和GA3對果實(shí)快速生長(cháng)具有促進(jìn)作用。坐果期，T2處理的葡萄葉片IAA 含量最高，隨著(zhù)葉片發(fā)育，IAA含量逐漸下降，開(kāi)花期，葉片ABA含量較高，隨后呈逐漸下降趨勢，轉色期又有所上升，其原因可能是GABA參與了植物體內ABA水平的調控，IAA和ABA可能正調控可溶性糖和花色苷積累，與葡萄成熟密切相關(guān)，這與何娟等［31］的研究結果類(lèi)似。

適宜的植物生長(cháng)調節劑能夠有效提高葡萄的品質(zhì)。Shi 等［32］認為，GABA 可能作為一種信號分子，參與調節植物中許多基因的表達，在植物中以鋁激活的蘋(píng)果酸轉運體（ALMT）發(fā)揮作用，調節包括激素相關(guān)的代謝途徑，從而減輕對植物的脅迫影響。研究結果表明，酚類(lèi)物質(zhì)在植物的生長(cháng)發(fā)育中發(fā)揮著(zhù)重要作用，類(lèi)黃酮、總酚和單寧是葡萄果實(shí)中重要的酚類(lèi)化合物，且具有生物活性功能［33］，GABA可以增加抗氧化活性中的作用是由于其能夠增加抗氧化化合物的產(chǎn)生［34］。楊湘［35］等研究結果表明，可滴定酸、可溶性糖和可溶性固形物含量與氣候、葡萄的栽培條件、成熟期和采收期都有關(guān)，與本試驗結果一致。本試驗結果表明，對外源GABA 處理的果實(shí)測定發(fā)現，降低了其可滴定酸含量，可能是延緩了果實(shí)中可滴定酸和蘋(píng)果酸鹽的流失，減少了乙烯的產(chǎn)生，而提高了可溶性固形物和可溶性糖含量，原因可能是外源GABA 處理抑制了蔗糖降解相關(guān)酶基因PpSUS5的表達，減緩了果實(shí)中蔗糖的含量降低，從而提高果實(shí)抵抗脅迫的能力，改善了果實(shí)品質(zhì)。同時(shí)，果皮色素含量是釀酒葡萄果實(shí)重要的品質(zhì)指標之一，它主要取決于總花色苷的組分和含量［36］。本試驗結果表明，適宜濃度GABA 處理提高了總花色苷的含量，所以認為GABA有利于葡萄果實(shí)著(zhù)色，對果實(shí)成熟有一定的促進(jìn)作用。

本試驗結果表明，噴施適宜濃度的GABA 可提高釀酒葡萄葉片光合色素和IAA、KT及GA3等內源激素含量，改善了果實(shí)品質(zhì)。相關(guān)性分析以及主成分分析綜合評價(jià)排序結果表明，10 mmol/L GABA可有效促進(jìn)葡萄生長(cháng)和改善葡萄品質(zhì)，處理效果最佳，可為優(yōu)質(zhì)高效葡萄栽培提供技術(shù)支撐與理論依據。