《Scientia Horticulturae》：Fruit quality, sugar-acid fractions, volatile aroma components, phenolic compounds of early fruit stage ‘Harlikar’ trees onto different dwarfing rootstocks
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本研究针对中国东北寒地苹果产业中早果期果实品质提升的难题，系统评价了五种矮化砧木对‘Harlikar’苹果果实外观、糖酸组分、挥发性香气物质及酚类化合物的影响。通过UPLC-PDA-MS/MS、HS-SPME-GC–MS等先进技术，揭示了砧木通过调控糖代谢、苯丙烷代谢及脂肪酸衍生酯类合成等关键通路影响果实品质的机制，并基于隶属函数法综合评价，推荐Z3和62–396为寒地‘Harlikar’苹果的适宜砧木，为高附加值寒地苹果生产提供了理论依据和实践指导。
在中国东北的严寒地区，冬季气温可低至零下30摄氏度，春季干旱也时有发生，这对苹果树的生存和稳定产量构成了严峻挑战。矮化砧木是现代高密度苹果园的基石，它们能抑制营养生长、提早结果并提升果实品质，同时降低劳动力与管理成本。然而，并非所有砧木都能适应如此严酷的环境。对于‘Harlikar’这一优质寒地苹果品种，砧木如何通过调控内在生理代谢来影响其早期果实品质，特别是糖酸平衡、香气形成和健康相关的次生代谢物积累，此前尚未有系统性的研究。为了解决这一问题，研究人员开展了一项深入的研究，旨在揭示不同矮化砧木对‘Harlikar’苹果果实综合品质的调控作用及其潜在机制，相关成果发表在《Scientia Horticulturae》上。
为了回答上述问题，研究人员在2024年生长季，于中国农业科学院果树研究所苹果栽培试验示范基地，以嫁接在五种自根矮化砧木（62–396, 60–160, Z3, JM7, M9-T337）上的3年生‘Harlikar’苹果树为材料，采用随机区组设计进行试验。果实采收后，利用电子天平和游标卡尺测量单果重和果形指数，使用果实硬度计和折光仪测定果实硬度和可溶性固形物含量，采用滴定法测定可滴定酸和维生素C含量。采用超高效液相色谱-光电二极管阵列-串联质谱(UPLC-PDA-MS/MS)技术定量分析蔗糖、山梨醇、葡萄糖、果糖以及柠檬酸、莽草酸、苹果酸、奎宁酸等糖酸组分。通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME/GC–MS)技术鉴定和定量挥发性香气成分。利用UPLC-DAD-MS/MS分析酚类化合物（包括酚酸、黄烷醇、黄酮醇、二氢查耳酮等）。最后，结合变异系数法和隶属函数法计算各项指标的权重和隶属函数值，得出综合评价指数(CEI)对砧穗组合进行排序，并辅以主成分分析(PCA)进行可视化验证。
3.1. 砧木对‘Harlikar’苹果果实品质的影响
研究结果显示，砧木类型对所有测定的七个果实品质性状均有显著影响（表2）。62–396 (R1)砧木的果实最大（单果重212.31克），但硬度和可溶性固形物含量最低。60–160 (R2)砧木则赋予果实最高的硬度（8.24 kg/cm2）、可溶性固形物含量（19.57%）和可滴定酸含量（0.53%）。Z3 (R3)砧木的果实维生素C含量最高（2.28 mg/100克）。M9-T337 (R5)砧木的果实计算甜度值最高（133.4）。
3.2. 砧木对‘Harlikar’苹果糖含量的影响
砧木类型显著影响了果实中的糖含量和组成（图1，图2）。果糖是主要的糖组分，占总糖含量的45.6%至50.7%。M9-T337 (R5)砧木的总糖、果糖和葡萄糖含量均最高。60–160 (R2)砧木的蔗糖和山梨醇含量显著高于其他砧木。不同砧木上的糖分组成序列存在差异，R1-R4为果糖 > 蔗糖 > 葡萄糖 > 山梨醇，而R5则为果糖 > 葡萄糖 > 蔗糖 > 山梨醇。
3.3. 砧木对‘Harlikar’苹果有机酸含量的影响
砧木类型同样显著影响了果实的总有机酸含量及组分（图3，图4）。苹果酸是主要的有机酸，占总有机酸的94.2%至95.6%。60–160 (R2)砧木的苹果酸含量最高，而62–396 (R1)砧木最低。奎宁酸、柠檬酸和莽草酸含量极低。
3.4. 砧木对‘Harlikar’苹果挥发性香气成分的影响
研究共鉴定出67种挥发性香气化合物，包括11种醇、36种酯、8种醛、4种酮、4种萜烯类和其他4种化合物（图5）。酯类是主要的香气成分，占总挥发性物质的71.2%至81.6%。60–160 (R2)砧木的果实酯类总含量最高，且含有最丰富的酯类物质（图6）。62–396 (R1)砧木检测到的酯类种类最多（33种），其中包括4种独有酯。乙酸丁酯、乙酸己酯和2-甲基丁酸乙酸酯是优势酯类。
3.5. 砧木对‘Harlikar’苹果酚类化合物的影响
共检测到32种酚类化合物，总含量在325.9至518.6 mg/kg之间（图7）。60–160 (R2)砧木的果实总酚含量最高，62–396 (R1)砧木最低。黄烷醇、酚酸和二氢查耳酮是主要的酚类。绿原酸 alone 占总酚含量的32.4%至40.8%。五种主要化合物（绿原酸、根皮素木糖葡萄糖苷、原花青素B2、表儿茶素和原花青素C1）占总酚库的80.7%以上。R2砧木在二氢查耳酮、黄烷醇和黄酮醇含量上均显著高于其他砧木。
3.6. 嫁接组合的综合效应评价与排序
基于十项品质性状的隶属函数综合评价指数排序为：Z3 (R3) > 62–396 (R1) > 60–160 (R2) > M9-T337 (R5) > JM7 (R4)（表3）。Z3 (R3)的综合指数最高（0.54），表现出在果实大小、可滴定酸和代谢物含量之间的良好平衡。主成分分析（图8）结果支持了这一排序，并可视化了果实大小（与R1相关）和代谢物丰富度（与R2相关）之间的权衡关系。
研究的讨论部分深入分析了砧木调控果实品质的潜在生理机制。认为砧木通过影响细胞分裂素和脱落酸(ABA)等内源激素的供应、水分和矿质营养（如氮、钾、镁）的吸收与运输，进而调控果实细胞的膨大与细胞壁加厚、糖分的卸载与代谢、有机酸（主要是苹果酸）的合成与积累等过程。对于挥发性酯类，其合成可能受到砧木调控的氮素供应水平的影响，氮素通过影响脂氧合酶(LOX)通路和醇酰基转移酶(AAT)活性来调控酯类前体物的生成。酚类化合物，特别是绿原酸的积累，则可能与砧木依赖的ABA信号和硝酸盐吸收速率有关，这些信号会上调苯丙氨酸解氨酶(PAL)和肉桂酸-4-羟化酶(C4H)的活性，从而引导更多碳流向苯丙烷代谢途径。研究人员推测了三条关键代谢通路（图9）：蔗糖向己糖的转化、苯丙烷流向绿原酸的代谢通量以及脂肪酸衍生酯类香气的生物合成，其中砧木特异的ABA信号或氮素流可能调控着关键酶步骤。
综上所述，本研究得出结论：砧木基因型显著影响‘Harlikar’苹果的早期果实品质。62–396 (R1)砧木利于产生大果，但硬度和糖酸含量较低；60–160 (R2)砧木则在果实硬度、糖酸含量、酯类和酚类物质积累方面表现最佳；M9-T337 (R5)砧木有助于提高总糖和果糖驱动的甜度。综合来看，Z3 (R3)和62–396 (R1)砧木在寒地条件下为‘Harlikar’苹果提供了果实大小、感官品质和功能成分积累方面的较佳平衡，是适用于中国东北寒冷地区的推荐砧木。该研究不仅为寒地苹果优质生产提供了具体的砧木选择依据，也从代谢层面深化了对砧木调控果实品质机理的认识。同时，研究也指出了当前研究的局限性，如仅为单一年份、单一地点的结果，并建议未来开展多年多点试验、验证商业产量下的表现以及进行砧木生理（如根系水力导度、越冬碳水化合物储备）的深入测定，以增强结论的普适性和可靠性。
