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栽培条件对果实品质影响研究

2025-10-14

在日常生活中，我们常常会发现，同样品种的水果，口感、香气、色泽和营养价值却可能差异显著。那么，如何科学、系统地衡量这些差异呢？这通常需要从外观、内在成分和感官特性这三个维度对果实品质进行综合评价。外观包括果实的大小、形状、色泽和表面光洁度；内在成分主要指糖、酸、维生素、香气物质等决定风味和营养的物质含量；感官特性则由人对甜度、酸度、香气和口感平衡度的整体感知决定。

影响果实品质的因素

果实品质是衡量果实商品价值、营养价值与感官体验的综合指标。果实品质评价体系一般涵盖果实外观、内在生化成分及感官特性三大维度。果实外观通常包括：果形、大小、单果重或穗重，整齐度、果梗长短、色泽、果粉或蜡质、表面光洁度与光泽、果点大小等。果实内在生化成分决定果实营养价值、风味特征与功能特性，包括可溶性固性物含量、抗氧化能力、维生素含量、糖类、有机酸、色素类、黄酮类及挥发性有机化合物（VOCs）等^[1]。感官特性直接反映消费者对果实的接受度，采用专业感官评价小组进行盲评，以5分制对颜色强度、甜度、酸度、口感平衡度、香气强度5个维度打分，也可以采用电子舌和电子鼻进行分析。

影响果实品质的因素

果实品质受多重因素综合影响，首先是遗传因素——不同品种和砧木决定了果实的大小、形状、颜色、风味和营养成分^[2]；其次是环境因素，包括光照、温度、湿度、降雨以及土壤肥力、pH和养分含量，这些条件直接决定光合作用强度、糖分积累和酸度平衡，进而影响甜度、色泽和口感；海拔和地形的差异也会导致果实重量、形状和色泽的显著变化^[3]。采后处理（温度、湿度、保鲜剂等）能够延缓品质下降，保持甜度和硬度^[4]。

栽培管理是关键环节，合理的水肥供给、适度的灌溉和均衡的氮、磷、钾、微量元素施用能够提升果实硬度和可溶性固形物；修剪、树形训练、种植密度以及疏枝、疏果等负载管理调节光截获量和养分分配，促进单果增大、着色均匀并提高糖度。田间技术如套袋、病虫害防治和地表覆膜则有助于改善外观、降低病害并提升糖酸比。生理层面，乙烯、赤霉素等内源激素调控成熟过程，影响糖分转化、色素沉积和软化速度；果实在树冠不同部位的光照和养分供应差异也会导致品质差异^[5]。

只有在遗传、环境、管理、生理和采后各环节之间实现合理平衡，才能生产出外观美观、口感佳、营养丰富的高质量水果。但果树品种和果实采后的处理及储藏条件可以选择，栽培条件中的环境因素和管理因素错综复杂，人们只能认识它，掌握它，适应它，并通过改进栽培条件，实现果实高产优产的目标。

栽培条件如何影响果实品质

▧栽培条件中的环境因素

环境因素是影响果实品质的关键外部驱动。光照强度直接决定光合作用效率，充足的光照有助于糖分合成和色素沉积；而光照过强或不足均会导致甜度下降或着色不良^[6]。温度调控果实的生理代谢，适宜的昼夜温差促进糖分累积并抑制病害；极端高温则易引起裂果或提前成熟。水分供应影响细胞膨大和糖酸平衡，适度灌溉保证果实汁液充盈，过量或缺水都会导致糖度降低或果实裂开^[7]。土壤肥力、pH与微量元素含量决定养分的可利用性，肥沃、酸碱适中的土壤有助于提升可溶性固形物和营养成分含量。海拔、地形等宏观气候条件亦会通过改变日照时长和温度梯度影响果实的风味和糖度，例如在不同海拔的橙子种植区观察到糖酸比的显著差异^[8]。

▧栽培条件中的管理因素

在田间管理层面，光照、温度、湿度等自然因素可以通过人工手段进行调节。整形修枝和训练系统能够优化树冠结构，提升光照渗透和通风，从而改善果实的均匀着色和糖分积累^[6]。灌溉与营养管理通过精准供水和平衡施肥（氮、钾、钙、微量元素）保证树体健康，提升干物质含量和糖酸比。负载管理（疏花、疏果）调节果实与叶片的比例，减少养分竞争，显著提高单果大小、糖度和可溶性固形物^[9]。套袋、覆膜等技术可改善果皮微环境，防止日晒过强或雨水侵袭，进而提升果皮色泽和内部风味。病虫害防治通过及时使用合适的防治措施，避免病斑、腐烂对品质的直接破坏^[10]。

案例分享

光质对“妮娜皇后”葡萄果实生理生化特征的影响

期刊名称：Food Innovation and Advances

DOI：https://doi.org/10.48130/fia-0025-0006

1.研究内容

设施栽培是高端葡萄生产的有效措施。然而，长期使用塑料薄膜会对光照环境产生负面影响，导致果实品质出现一定程度的下降。本研究采用六种不同光处理，包括白光（W）、红光（R）、蓝光（B）以及三种不同比例的红蓝光组合（分别为1：1、4：1、1：4），监测“妮娜皇后”葡萄的品质及感官特性。与对照组（无补光）相比，所有光处理均显著增加了果实的大小和重量，提高了果实中糖、花青素、类黄酮和挥发性有机化合物（VOCs）的含量，同时降低了叶绿素和有机酸的水平。此外，红蓝光1：4组合（R1B4）处理提高了矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（Cy）和芍药素3O葡萄糖苷（Pn）的含量，这两种物质是红葡萄果实中的主要花青素成分。另外，酯类化合物占VOCs总量的42%以上，是“妮娜皇后”葡萄的主要挥发性成分，且R1B4处理对VOCs的积累促进效果最佳。红蓝光1：4组合（R1B4）处理下，葡萄果实的综合评分和感官评分最高，对果实着色、糖、花青素、类黄酮及VOCs积累的积极影响最为显著，其次是蓝光处理。综上，本研究结果表明，R1B4光处理是提高“妮娜皇后”葡萄果实品质的有效策略。

2.研究结果

（1）不同光处理对葡萄果实着色的影响

以自然光照为对照，探究不同光处理对“妮娜皇后”葡萄品质和感官特性的影响。所有处理的葡萄表皮颜色均从绿色逐渐转为红色，但不同光处理对颜色外观的影响显著（图1a）。处理45天时，R1B4处理的葡萄表皮呈现均匀且完全的红色，白光处理的葡萄表皮呈浅红色，而对照组主要保持浅黄色（图1a）。此外，R1B4处理还显著增加了单果重和横径（图1b、d），但对纵径无显著影响（图1c）。

采用a*、b*、c*等色差参数评价果实颜色变化：a*值为正表示红色，为负表示绿色；b*值为正表示黄色，为负表示蓝色；c*值表示颜色饱和度，数值越高，颜色饱和度越高。对照组的a*、b*、c*值均呈上升趋势，表明其表皮颜色从绿色逐渐向红色过渡（图1e-g）；所有光处理组也呈现类似趋势，符合葡萄果实自然成熟过程中的表型变化规律。处理45天时，R1B4、R4B1、R1B1和B处理组的a*、b*、c*值显著高于其他处理组（图1e-g），表明与R处理、W处理和对照组相比，这四种处理能更有效地促进“妮娜皇后”葡萄表皮着色，提升红色程度。

图1.不同光质处理下葡萄的表型及生理特性。（a）不同光质处理15天、30天、45天后“妮娜皇后”葡萄的颜色表型。缩写说明：W，白光处理；R，红光处理；B，蓝光处理；R1B1，红蓝光1：1组合处理；R4B1，红蓝光4：1组合处理；R1B4，红蓝光1：4组合处理。（b）-（d）各项生理指标测定，包括单果重、纵径和横径。（e）色差a*值；（f）色差b*值；（g）颜色饱和度c*值。数据以平均值±标准差表示（n=10）。不同字母表示基于单因素方差分析（P<0.05）的统计显著差异。

（2）光处理促进葡萄果实糖分积累并降低有机酸含量

总可溶性固形物（TSS）和可滴定酸度（TA）与果实口感及消费者接受度密切相关。所有光处理均显著促进了TSS的积累，降低了TA含量（图2a、b），导致葡萄成熟过程中TSS/TA比值逐渐升高（图2c）。处理45天时，R1B4处理组的TSS/TA比值最高，其次是B处理组，对照组最低（图2c）。

对葡萄糖、果糖和蔗糖三种可溶性糖的含量测定结果显示：无论对照组还是光处理组，葡萄糖含量最高，其次是果糖，蔗糖含量最低（图2d-f）。与对照组相比，处理45天时，R1B4、B和R4B1处理组的葡萄糖含量分别显著增加了50.54%、43.51%和17.20%（图2d）；R1B4、B和R1B1处理组的果糖含量分别显著增加了78.22%、45.41%和22.36%（图2e）；R1B4、B、R1B1和R4B1处理组的蔗糖含量分别显著增加了134.68%、89.64%、43.24%和46.85%（图2f）。综上，R1B4和B处理能显著提高果实的可溶性糖含量，而W和R处理对可溶性糖含量的影响无统计学意义。

对三种有机酸（酒石酸、苹果酸、柠檬酸）的含量测定结果显示：所有处理组的有机酸含量均逐渐下降，但光处理组的有机酸含量始终低于对照组，其中R1B4和B处理组的降低效果最为显著（图2g-i）。处理45天时，与对照组相比，R1B4处理组的酒石酸、苹果酸和柠檬酸含量分别降低了79.08%、72.05%和65.27%（图2g-i）。综上，葡萄成熟过程中，不同光质处理均能在不同程度上提高可溶性糖含量、降低有机酸含量，其中R1B4和B处理的效果优于R和W处理，更有利于提升葡萄的甜度、降低酸度。

图2.不同光质处理15天、30天、45天后葡萄果实的糖酸变化。（a）总可溶性固形物含量（TSS）；（b）可滴定酸度（TA）；（c）糖酸比（TSS/TA）；（d）葡萄糖含量；（e）果糖含量；（f）蔗糖含量；（g）酒石酸含量；（h）L-苹果酸含量；（i）柠檬酸含量。数据以平均值±标准差表示（n=3）。不同字母表示基于单因素方差分析（p<0.05）的统计显著差异。

（3）不同光处理促进花青素积累并加速叶绿素降解

葡萄表皮颜色主要由花青素积累和叶绿素降解共同决定。为明确不同光质处理对“妮娜皇后”葡萄花青素组成的影响，本研究测定了总花青素含量（TAC）及五种主要单体花青素（芍药素-3-O-葡萄糖苷（Pn）、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（Cy）、矮牵牛素-3-O-葡萄糖苷（Pt）、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷（Dp）、锦葵素-3-O-葡萄糖苷（Mv））的含量。与对照组相比，所有光处理在三个实验阶段均显著提高了TAC，其中R1B4和B处理组的提升效果最为显著（图3a），表明光照对花青素积累具有关键作用。

不同光质处理均显著提高了葡萄果实中五种单体花青素（Cy、Pn、Dp、Pt、Mv）的含量（图3b-f）。在所有花青素衍生物中，Pn和Cy的含量显著高于Dp、Pt和Mv：处理45天时，Pn和Cy的总占比在R4B1处理组中为50.6%，在B处理组中高达67.5%。此外，R1B4和B处理提高了Cy的占比，而R4B1处理提高了Mv的占比和含量（图3b-f）。进一步分析发现，大多数花青素组分在R1B4处理组中含量最高，在W处理组中含量最低（图3b-f），表明R1B4光是促进葡萄花青素积累的最佳光质。

为探究光处理对叶绿素降解的影响，本研究测定了葡萄表皮叶绿素浓度的动态变化：葡萄成熟过程中，表皮叶绿素浓度呈逐渐下降趋势。处理45天时，R1B4和B处理组的总叶绿素浓度显著低于其他处理组（图3g）；叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）的变化趋势与总叶绿素一致（图3h，i）。上述结果表明，叶绿素降解对光处理敏感；外源补光（尤其是R1B4处理）可通过促进花青素合成和加速叶绿素降解，推动葡萄果实着色。

图3.不同光质处理15天、30天、45天后葡萄果实的花青素组分及色差变化。（a）总花青素含量（TAC）；（b）芍药素-3-O-葡萄糖苷含量（Pn）；（c）矢车菊素-3-O-葡萄糖苷含量（Cy）；（d）矮牵牛素-3-O-葡萄糖苷含量（Pt）；（e）飞燕草素-3-O-葡萄糖苷含量（Dp）；（f）锦葵素-3-O-葡萄糖苷含量（Mv）；（g）-（i）总叶绿素含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量。数据以平均值±标准差表示（n=3）。不同字母表示基于单因素方差分析（P<0.05）的各时间点含量统计显著差异。

（4）不同光处理对类黄酮含量及组成的影响

在“妮娜皇后”葡萄成熟阶段，共鉴定出12种类黄酮，分属4个亚类：黄烷醇类：原花青素B1（PB1）、原花青素B2（PB2）、儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）；黄酮醇类：槲皮素-半乳糖苷（quercetin-gal）、槲皮素-葡萄糖苷（quercetin-glu）、杨梅素-半乳糖苷（myricetin-gal）、杨梅素-葡萄糖苷（myricetin-glu）、山奈酚-半乳糖苷（kaempferol-gal）；异黄酮类：大豆苷元；黄酮类：芹菜素-7-O-葡萄糖苷（Api-7-O-glu）（图4）。

与对照组相比，R1B4处理组的总类黄酮含量最高，其次是R4B1处理组，而R1B1和B处理组的总类黄酮含量增幅最低；此外，W/R处理组与对照组的总类黄酮含量无统计学差异（图4a）。黄烷醇和黄酮醇的变化趋势与总类黄酮一致（图4b，c）。有趣的是，所有光处理组的异黄酮（大豆苷元）含量均呈上升趋势（图4d），而黄酮（芹菜素-7-O-葡萄糖苷）含量则显著下降（图4e）。进一步分析类黄酮各亚类的占比发现：所有处理组中，黄烷醇占总类黄酮的比例均超过50%，其次是黄酮醇（占比超过25%），黄酮占比不足9.0%。综上，R1B4处理组总类黄酮含量较高，主要归因于其黄烷醇和黄酮醇含量显著升高。

图4.不同光质处理45天后葡萄果实的类黄酮组分变化。（a）总类黄酮含量；（b）黄烷醇含量；其中PB1为原花青素B1，PB2为原花青素B2，EGCG为表没食子儿茶素没食子酸酯；（c）黄酮醇含量；其中Quercetin-gal为槲皮素-半乳糖苷，Quercetin-glu为槲皮素-葡萄糖苷，Myricetin-gal为杨梅素-半乳糖苷，Myricetin-glu为杨梅素-葡萄糖苷，Kaempferol-gal为山奈酚-半乳糖苷。（d）异黄酮含量；（e）黄酮含量。数据以平均值±标准差表示（n=3）。不同字母表示基于单因素方差分析（p<0.05）的统计显著差异。

（5）不同光处理对挥发性有机化合物（VOCs）的影响

VOCs是决定葡萄果实香气特性的主要物质。为探究不同光处理对“妮娜皇后”葡萄香气特性的影响，本研究在处理45天时采用GC-MS对VOCs进行定性和定量分析。变异系数（CV）分析显示，质控（QC）样品中CV<0.3的VOCs占比超过85%，表明实验结果可靠。主成分分析（PCA）显示，所有样品基于3次生物学重复可良好聚类；前五个主成分的累积方差贡献率达81.70%，分别为31.14%、19.88%、13.54%、10.60%和6.54%；此外，基于离子峰的QC样品PC1值均在±3个标准差范围内，进一步验证了分析结果的可重复性。

本研究共鉴定出107种VOCs，分为11类，包括32种酯类、24种萜类、10种芳香族化合物、9种杂环化合物、8种酮类、8种酸类、7种醛类、4种醇类、2种酚类、2种烃类和1种胺类（图5a，b）。其中，酯类、杂环化合物、萜类和酸类的相对含量在所有样品中位居前四（图5a）；酯类不仅种类最多，且含量最高，占总VOCs的42%以上（图5a），表明酯类是“妮娜皇后”葡萄的主要挥发性成分。

与对照组相比，R1B4、B、R4B1、R、R1B1和W处理组分别有89种、80种、72种、40种、25种和2种差异代谢物上调（图5d）。不同光质补光均显著增加了VOCs的总释放量，其中R1B4处理组的增加效果最为显著（图5a），表明光照参与调控VOCs的积累。此外，除W处理外，其他光处理组均共上调10种差异代谢物，包括4种酯类（香叶基异丁酸酯、丁酸、己酸、癸酸）、1种萜类（顺式-β-法尼烯）、1种杂环化合物（1-戊酮-1-（1H-咪唑-4-基））、1种醇类（正十三醇）、1种醛类（2，6-十二碳二烯-1-醛）、1种酮类（（E）-2-丁烯-1-酮-1-（2，6，6-三甲基-2-环己烯-1-基））和1种酸类（2，3-二羟基苯甲酸）（图5c），表明这些VOCs可能是“妮娜皇后”葡萄的关键香气物质。

进一步计算各差异代谢物占总VOCs的比例发现，几乎所有光处理组中均有20种差异代谢物的占比>1%，包括6种酯类、5种杂环化合物、2种酸类、2种萜类、2种醇类、2种芳香族化合物和1种醛类。其中，2，4-癸二烯酸（酯类）的占比在各处理组中均超过24%，其次是吡咯并[3，2-d]嘧啶-2，4(1H，3H)-二酮（杂环化合物，占比超过14%）和（2E）-2-（乙酰肼基）丙酸（酸类，占比超过5%），表明这些代谢物可能是构成“妮娜皇后”葡萄香气感官特性的主要成分。综上，R1B4处理最有利于“妮娜皇后”葡萄VOCs的积累。

图5.不同光质处理45天后葡萄果实的香气组分变化。（a）总香气含量；（b）韦恩图展示六种光处理与对照组相比的特有及共有香气代谢物；（c）六种光处理与对照组相比上调和下调的香气组分；（d）所有处理中107种挥发性有机化合物（VOCs）组分的热图。

（6）葡萄果实品质指标的相关性分析

对“妮娜皇后”葡萄19项品质指标的相关性分析表明，各项指标对葡萄品质的反映程度不同，且指标间存在一定的相关性。采用Pearson相关系数分析19项指标的相关性（图6a），结果显示：可滴定酸度（TA）、酒石酸（TTA）、苹果酸（LMA）和柠檬酸（CA）与其他指标呈显著负相关，而四种有机酸之间呈显著正相关；总可溶性固形物（TSS）、葡萄糖、果糖和蔗糖与花青素及挥发性物质相关指标呈显著正相关；此外，锦葵素-3-O-葡萄糖苷（Mv）与其他指标的相关性较低（图6a）。

对糖组分、有机酸、花青素及主要挥发性物质等19项指标进行主成分分析（PCA）（图6b），结果显示：前两个主成分的累积方差贡献率达92.67%，基本可反映所有数据信息，因此将19项品质指标简化为两个主成分，用于综合品质评价。其中，第一主成分（PC1）的特征值为15.86，方差贡献率为83.5%，在分析中起关键作用；总花青素含量（TAC）、酯类、萜类和杂环化合物（HC）的载荷值较高，且均对PC1呈正向贡献，反映了“妮娜皇后”葡萄的花青素水平和香气水平；B、R4B1和R1B1处理组在PC1轴上呈正向分布，表明这些光处理可提升葡萄的花青素和香气水平。第二主成分（PC2）的特征值为1.75，方差贡献率为9.2%；飞燕草素-3-O-葡萄糖苷（Dp）和锦葵素-3-O-葡萄糖苷（Mv）的载荷值较高，表明PC2主要反映特定花青素的水平；W、R和R4B1处理组在PC2轴上呈正向分布，表明这些处理比其他处理更能提高Dp和Mv的含量。

为区分不同光处理对“妮娜皇后”葡萄口感的影响，本研究进行了盲测实验：由经过训练的感官评定小组对不同光处理的葡萄进行评分，结果以雷达图表示（图6c）。R1B4处理组的葡萄在甜度、香气强度和颜色深度方面的评分高于其他处理组；B处理组的葡萄在口感平衡度方面的评分显著高于其他光处理组；对照组的葡萄酸度评分高于所有光处理组（图6c）。综上，所有光处理组的感官评分均高于对照组，其中R1B4处理组的感官评分最高，其次是B处理组。

图6.“妮娜皇后”葡萄19项品质指标的相关性分析。（a）颜色深度和圆圈大小与各相关系数值成正比，红色表示正相关，蓝色表示负相关。其中TTA为酒石酸，LMA为L-苹果酸，CA为柠檬酸，Ant为总花青素，HC为杂环化合物。（b）不同处理下“妮娜皇后”葡萄成熟阶段生理指标的主成分分析（PCA）得分图。（c）不同处理葡萄采收期的感官评定雷达图。

3.结论

本研究探究了不同光质对设施栽培“妮娜皇后”葡萄果实品质的影响，结果表明：所有光处理均对葡萄品质具有积极作用；在六种光处理中，红蓝光1：4组合（R1B4）效果最佳，显著提高了葡萄果实中糖、花青素、类黄酮的含量及香气成分中酯类和萜类的比例，同时降低了叶绿素和有机酸的水平；主成分分析（PCA）和感官分析显示，R1B4处理组葡萄的综合评分和感官评分最高。综上，在设施栽培条件下，采用红蓝光1：4组合补光可最有效地提升“妮娜皇后”葡萄的品质。

1.检测指标

参考文献：

[1] 张晶晶.基于GC-MS的144份梨品种资源果实香气评价研究[D].南京农业大学,2021.DOI:10.27244/d.cnki.gnjnu.2021.001093.

[2] Danao J. Genetic Basis of Control in Fruit Mass Via Pedicel Characteristics in Apple Populations[D]. Purdue University, 2024.

[3] Cancelo P F. Deciphering the developmental and environmental cues influencing ripening and colour development in apples[D]. Universitat de Lleida, 2023.

[4] Bekele B. Review on factors affecting postharvest quality of fruits[J]. J. Plant Sci. Res, 2018, 5(2): 180.

[5] Musacchi S, Serra S. Apple fruit quality: Overview on pre-harvest factors[J]. Scientia Horticulturae, 2018, 234: 409-430.

[6] Wang Y, Ren S, Li X, et al. Shading inhibits sugar accumulation in leaf and fruit of jujube (Ziziphus jujuba Mill.)[J]. Horticulturae, 2022, 8(7): 592.

[7] Wu X, Han W, Yang Z. The difference in temperature between day and night affects the strawberry soluble sugar content by influencing the photosynthesis, respiration and sucrose phosphatase synthase[J]. 2021.

[8] Tinyiro S E, Matovu M, Akaba N, et al. Seasonal fruit quality profile of three orange varieties in Teso subregion—eastern Uganda[J]. Agricultural Sciences, 2025, 16(1): 146-160.

[9]Ucgun K. Effects of nitrogen and potassium fertilization on nutrient content and quality attributes of sweet cherry fruits[J]. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 2019, 47(1): 114-118.

[10]Nadeem A, Ahmed Z F R, Hussain S B, et al. On-tree fruit bagging and cold storage maintain the postharvest quality of mango fruit[J]. Horticulturae, 2022, 8(9): 814.