外源γ-氨基丁酸對葡萄光合色素、內源激素和品質的影響

韓愛民，楊江山，張立梅，王宇航，馮麗丹，王春恒，金鑫，李斗

（1. 甘肅農業大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅省葡萄與葡萄酒產業技術研發中心，甘肅 蘭州 730070；3. 甘肅省葡萄酒產業技術研發中心，甘肅 蘭州 730070）

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

GABA 是一種自由態四碳非蛋白質氨基酸，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，可以以營養物質或代謝調節物質發揮功能對不同環境下植物根、莖、葉、花、果實、種子等各個器官的生長發育起到調節作用［6］。GABA 作為信號分子能夠減緩光合色素分解，促進葉綠素合成［7］，而類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，參與果實成熟過程中的代謝調節，從而在一定程度上提升了果實的品質。陳秀［11］等的研究結果表明，GABA 處理能夠維持果實可溶性固形物和可溶性糖含量在較高水平，促進總酚和類黃酮含量積累，對植物的品質、色澤和風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的冷害指數、呼吸強度和乙烯釋放速率，維持較高的果實硬度、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的貯藏水平，更好地維持其營養與感官品質。Yu等［13］在2014年首次提出外源 GABA 可通過提高防御相關酶活力及其基因表達來誘導梨果實對青霉病的抗性，且有效抑制了梨果實中由擴展假單胞菌引起的藍霉病，對梨果實的食用品質沒有不良影響。有研究者提出，在植物體內GABA是一種信號物質，但是信號通路的運作方式、大田應用方式、施用時間和成本效益需要進一步的實踐探索［14］。目前，GABA的研究多存在于黃秋葵［15］和蘋果［16］等作物上面，針對光合色素、內源激素含量變化和果實品質在釀酒葡萄方面的應用研究未見相關報道。

為探索GABA 對葡萄生理作用和品質的影響。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品質的影響，探索出最佳處理措施，以期為外源GABA 在葡萄生產中的應用提供技術支撐和理論依據。

1 材料與方法

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的GABA（純度＞99%）。

1.2 試驗處理

試驗設4 個不同濃度GABA 處理：5（T1）、10（T2）、15（T3）、20 mmol/L（T4），以噴施清水為對照（CK），共5 個處理。處理選在晴朗、無風的上午進行，分別于開花期、坐果期、果實膨大期、果實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霧狀水滴為度。

于開花期、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）和類胡蘿卜素（Car）含量的測定參照葉子飄等［17］的方法，略有改動。準確稱取新鮮葉片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，流動相為甲醇-0.1%磷酸水溶液，色譜柱溫度為30 ℃，進樣量為10 μL，檢測波長為254 nm，流速為1.0 mL/min。

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

用電子天平稱量單粒質量；用游標卡尺測量果實的縱徑和橫徑；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；總類黃酮含量按照氯化鋁比色法［23］；另外，稱取葡萄果皮0.2 g，加入1%（w）鹽酸-無水甲醇提取液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 進行數據的統計與作圖。應用Duncan 新復極差法進行顯著性分析，顯著性差異檢驗P＜0.05，并用SPSS 26.0進行主成分分析。

2 結果與分析

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?，GABA 處理顯著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態變化的影響

葉片中KT含量從開花期到成熟期，整體呈下降趨勢（圖2）。從開花期到成熟期，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%，說明T2處理效果最好（圖2-A）。開花期到坐果期，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??；此后的時期中，GABA 處理下葉片GA3含量均高于CK，說明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%，隨著葉片發育，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，說明GABA 處理有利于葉片中IAA 的積累。如圖3-B 所示，從開花期到成熟期，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，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，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品質的影響

GABA處理蛇龍珠葡萄外觀品質和果實風味均有顯著影響（表1）。隨著GABA 濃度的增加，蛇龍珠葡萄果實單粒質量、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，單粒質量較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處理有顯著差異，較 CK 提高了11.14%；GABA 噴施濃度與總酚含量顯著相關，并隨著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，果實中總花色苷差異不顯著；總類黃酮含量T3處理最高，與CK 相比提高了10.98%，T2與T1處理差異不顯著，但T2與T3處理差異顯著。

表1 成熟期不同GABA處理蛇龍珠葡萄果實品質指標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’葡萄葉片和果實指標的相關性分析

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

表2 蛇龍珠葡萄葉片和果實16種指標的相關性分析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品質相關指標主成分分析

主成分分析是一種將原來個數較多且彼此相關的果實品質指標轉化為新的個數較少且彼此獨立或不相關的綜合指標的分析方法［25］。蛇龍珠葡萄樣品16 項品質指標的主成分分析結果（表3）顯示，從16項品質指標中共提取出3個主成分，它們特征值分別為8.629、4.695 和2.057。3 個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%，與其有較高正相關性的指標有GA3、果形指數和總花色苷，而有較高負相關的品質指標僅有可滴定酸；第2 主成分的方差貢獻率達到了29.344%，與其有較高正相關性的指標有KT、可溶性糖和總類黃酮，而有較高負相關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，葡萄果實中KT、可溶性糖和總類黃酮的含量均會增加，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%，與其有較高正相關性的指標有可溶性固形物和單寧，而有較高負相關性的品質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，說明GABA影響效果越好，即GABA對蛇龍珠葡萄果實性狀和品質的作用效果依次為T2＞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

3 討論

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狀況的重要指示因子［26］。光合作用在果樹生長、發育、開花和結果等生理過程中起著重要的作用，決定著果樹的生長發育和果實品質的好壞［27］。本試驗表明，T2處理可有效的提高葉綠素和類胡蘿卜素含量，這可能是較低濃度的外源GABA 促進葡萄葉片的光合色素形成過程，既積累了光合物質，又促進光合作用，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、促進多胺的合成和轉化等生理過程，緩解各種脅迫影響對植物的傷害，有利于植物生長發育，促進葡萄果實品質的提高。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絡的外部和內部信號進行整合，從而使植物在不同的環境條件下進行各種生理生化活動來調控葉片衰老［29］。一旦葉片開始衰老，大分子即開始降解并重新分配到生長部位，進而提高果樹生產能力以及改善果實品質。植物內源激素生理方面還主要集中在調節植物生長發育的研究上，能夠根據外界環境因素的變化快速調節植物的生長和發育，也是影響細胞分裂和膨大的關鍵性因素，已經被廣泛應用到農業生產尤其是果樹的栽培中。IAA、GA3、KT 和ABA 等內源激素以及激素之間的協同調控［30］，IAA、KT 和GA3均可促進果實生長發育及同化產物積累，增大葡萄縱橫徑，提高單粒重，ABA 能夠促進果實成熟，從而改善果實品質。本試驗中，葡萄葉片中KT 含量從開花期到成熟期，整體呈下降趨勢，而葉片GA3含量在開花期到坐果期，總體呈下降趨勢，于膨大期有所升高，之后繼續呈下降趨勢。這可能與果實發育后期KT、GA3等激素調節果實內部相關、激素的含量有關，較高含量的KT和GA3對果實快速生長具有促進作用。坐果期，T2處理的葡萄葉片IAA 含量最高，隨著葉片發育，IAA含量逐漸下降，開花期，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，這與何娟等［31］的研究結果類似。

適宜的植物生長調節劑能夠有效提高葡萄的品質。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果酸轉運體（ALMT）發揮作用，調節包括激素相關的代謝途徑，從而減輕對植物的脅迫影響。研究結果表明，酚類物質在植物的生長發育中發揮著重要作用，類黃酮、總酚和單寧是葡萄果實中重要的酚類化合物，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，與本試驗結果一致。本試驗結果表明，對外源GABA 處理的果實測定發現，降低了其可滴定酸含量，可能是延緩了果實中可滴定酸和蘋果酸鹽的流失，減少了乙烯的產生，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酶基因PpSUS5的表達，減緩了果實中蔗糖的含量降低，從而提高果實抵抗脅迫的能力，改善了果實品質。同時，果皮色素含量是釀酒葡萄果實重要的品質指標之一，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有利于葡萄果實著色，對果實成熟有一定的促進作用。

4 結論

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，改善了果實品質。相關性分析以及主成分分析綜合評價排序結果表明，10 mmol/L GABA可有效促進葡萄生長和改善葡萄品質，處理效果最佳，可為優質高效葡萄栽培提供技術支撐與理論依據。