基因型×年份互作主导八种 Vitis labrusca 品种浆果四组分矿质元素变异

《Food Science & Nutrition》：Genotype × Year Interaction Dominates Mineral Variation in Berry Fractions of Eight Vitis labrusca Cultivars

　　

研究人员在单一地点、统一非灌溉和不施肥管理下，于连续两个生长季（2024和2025）测定了八种 Vitis labrusca 品种（Concord、Niagara、Steuben、Rizessi、Rizpem、Rizellim、ülkemiz 和 ?eliksu）四个浆果组分（种子、果皮、果肉和果汁）中的13种大量和微量矿质元素（N、P、K、Ca、Mg、S、Mn、Fe、Zn、B、Cu、Na和Cl）。数据在每个组分内采用包含区组（block）、年份（year）、品种（cultivar）及年份×品种（year × cultivar）交互的因子模型分析，并应用错误发现率（false-discovery-rate, FDR）校正。年份×品种交互在52个组分×元素组合中的49个显著，并占总方差最大份额（平均39%），超过品种（32%）和年份（14%）的贡献；该交互在果肉（43%）和果汁（44%）中最强，在果肉锰中达74%。品种效应在104项检验中有93项显著。若干元素的年际变化方向一致：铁的全部16个显著变化和锌的全部20个显著变化在2025年均升高，而锰的19个显著变化中有17个、磷的14个中有13个降低。品种间组成稳定性差异明显，Niagara变化最小（跨元素和组分的中位变化为1.75倍），Concord最大（2.87倍）；Niagara和Rizpem在果肉和果汁中尤其稳定。以可溶性固形物浓度（soluble solids concentration, SSC）表示的收获成熟度与任何组分中的矿质浓度均无关联。去除品种、年份和区组效应后，312个元素对中有186个仍显著相关，表明这些关联并非仅反映品种或季节差异。这些发现确定基因型×环境互作（genotype × environment interaction），而非单独基因型，是 Vitis labrusca 浆果矿质变异的主要决定因素，并提示组成稳定性本身是品种间差异性状。此处报告的绝对浓度应视为暂定，因为当前数据集的分析验证数据不可用。

葡萄浆果矿质组成受基因型和生长季共同影响，但二者及年份×品种互作的相对贡献很少在同一实验框架中量化。既往研究多将品种和年份作为独立主效应报告，缺少统一管理下、多组分、多年份的 Vitis labrusca 数据。若年份×品种互作较小，单季调查可较稳定描述品种矿质谱；若互作较大，品种排序将呈季节特异性，组成稳定性本身即成为性状。研究人员因此开展两季、四组分、13元素的研究，以分解方差来源并评价品种稳定性。

关键技术方法（≤250字）：样本来源为土耳其Samsun的Ondokuz May?s University农业学院研究葡萄园（41.364295° N, 36.191687° E），2024和2025生长季。八种 Vitis labrusca：Concord、Niagara、Steuben、Rizessi、Rizpem、Rizellim、ülkemiz、?eliksu。10年生自根，高干双臂水平龙干，3.0×1.5 m，非灌溉不施肥；随机完全区组设计（randomized complete block design, RCBD）三区组，每区组每品种6株，5串混合为复合样本，n=3。收获SSC约18–22°Brix。手工分为种子、果皮、果肉、果汁。P、K、Ca、Mg、S、Mn、Fe、Zn、B、Cu、Na用ICP-OES，N用Kjeldahl法，Cl用离子色谱。统计用log(y)~Block+Year×Cultivar、Type II平方和、FDR校正、Tukey HSD、Welch t检验、偏相关和主成分分析（principal component analysis, PCA）。绝对浓度暂定，果汁干基转换不可验证，铜不解释。

研究结果如下。3.1 大量元素在浆果组分中的浓度：通过各组分×季节内品种效应检验，44/48显著。种子N排序反转，Concord在2024最高（1.08%）、2025最低（0.37%），Rizessi在2025最高（1.47%）；K在2024以ülkemiz最高（0.890%）、Steuben最低（0.143%），2025以?eliksu最高（0.293%）、Steuben最低（0.086%）。果皮中Concord由2024 N最高（1.77%）降至2025最低（0.59%），Steuben在2025最高（2.84%）；K、Ca、S在2025不再显著。果肉六种大量元素两季均品种显著，N由Rizellim（2024，3.70%）转为Rizessi（2025，4.68%），Concord在2025最低（0.99%）。果汁亦多反转，S为唯一同品种Rizellim两季最高。结论是品种效应广泛，但排序随季节反转。

3.2 微量元素在浆果组分中的浓度：通过各组分×季节品种效应检验，49/56显著。种子Fe在2024以?eliksu最高（18.29 mg kg^?1）、2025以Rizellim最高（20.71 mg kg^?1）；Zn在?eliksu两季最高（2.72升至8.10 mg kg^?1）。果皮Steuben在2024的Fe（77.55 mg kg^?1）、Zn（13.81 mg kg^?1）、B（3.32 mg kg^?1）最高，2025 Zn仍最高（71.40 mg kg^?1）。果肉Steuben两季Fe最高（103.97和148.94 mg kg^?1），Zn两季最高（19.70升至157.33 mg kg^?1）。果汁Zn亦以Steuben两季最高（19.80和142.12 mg kg^?1），比其他品种至少高四倍。Cu虽报告但不解释，因最高153.44 mg kg^?1且差异超过四个数量级，与未施铜管理不符，视为分析未验证。结论是Steuben的Zn/Fe高值较稳定。

3.3 年际矿质组成变化：通过log₂(2025/2024)均值及FDR检验，404个可评估比较中208显著，110升高、98降低。Fe全部16个显著变化均升高，Zn全部20个显著变化均升高；Mn 17/19显著降低，P 13/14降低；Cl 16/22升高，Na 13/19升高；S仅4个显著且均降低；N方向最均，11升高、10降低。Concord和Rizellim显著变化最多，Niagara和Rizpem最少。结论是元素方向较一致，品种季节变化范围不同。

3.4 变异来源和品种稳定性：通过方差分解，年份×品种互作49/52显著，平均占总方差39.4%，高于品种31.5%和年份13.6%；交互在种子38%、果皮31%、果肉43%、果汁44%，最高为果肉Mn 74%、果肉N 72%、果汁K 72%。品种组分超半数仅见于种子Zn、果肉Zn、果肉Cl、果肉Fe、果皮Zn；年份组分超40%仅见于果汁Fe和种子Mn。稳定性中位绝对log₂倍数依次为Niagara 1.75、Rizpem 1.94、Steuben 2.03、?eliksu 2.14、Rizessi 2.21、ülkemiz 2.39、Rizellim 2.77、Concord 2.87。SSC协变量0/52显著。结论是互作主导，品种排序季节依赖，稳定性为品种性状。

3.5 矿质元素间关联：通过去除品种、年份和区组效应后的残差偏相关，312对中186显著。最强正相关包括果肉P-K（r=+0.91）、N-Ca（+0.90），果汁K-Mn（+0.89）、P-K（+0.87），种子Cu-Na（+0.81），果皮Cu-Na（+0.78）。所有组分中Cu、Na、Fe相互正关联，并与N、P、K、Ca、Mg、Mn组负关联。结论是关联不能仅归因于品种或季节，但讨论提示Cu/Na/Fe可能分析异常。

3.6 矿质组成多元结构：通过每组分重复水平n=44–45的PCA，前两主成分解释种子63.9%、果皮63.3%、果肉69.6%、果汁67.6%。PC1由大量元素组主导，Cu、Na、Fe载荷与其相反，与偏相关一致。两季观测在各组分明显分开，果肉和果汁PC1最明显；品种跨季节不一致。结论是多元结构再现互作主导，单季不能表征品种矿质谱。

讨论部分总结：4.1指出大量和微量元素品种差异明显且组分、元素依赖；K在种子最变异，ülkemiz 2024最高，符合K为浆果最丰富阳离子并经韧皮部进入果实、积累于果皮果肉；P在果皮、果肉、果汁区分品种，文献未强调 V. labrusca。微量元素中Steuben位置最一致，果皮、果肉、果汁Zn两季最高，果肉Fe两季最高。4.2强调年份×品种互作主导，平均39%高于品种32%和年份14%，49/52显著；实际后果是单季品种排序不延续，如果肉Mn由Concord最高转为Steuben最高。互作在果肉和果汁最强，即可食部分单季数据最不可靠；品种方差集中于Zn、Fe、Cl，可作基因型选择靶标。稳定性是品种性状，Niagara 1.75至Concord 2.87，与地理起源无明显关系；Niagara和Rizpem稳定主要来自果肉和果汁，但两季单点仅为初步。年际方向一致，Fe、Zn显著均增，Mn、P多数降；环境驱动未测，不能提出机制。2025收获晚7.1天且SSC不变，与真实季节信号一致；SSC不解释任何矿质变异。4.3指出偏相关去除品种、年份、区组后186/312仍显著，说明既往关联持续，但仅为同一组织浓度统计关联，不能读作共享运输或协调调控。Cu、Na、Fe组与大量元素组对立并在PCA再现，生物解释不明显；Cu浓度与不施铜管理不符，故Cu及较少程度Na、Fe视为分析未验证。限制包括方法性能未记录、绝对值暂定、果汁干基转换不可文档化、单点两季且土壤和气候未记录，故不能分离地点效应，稳定性排名需多环境确认。

结论翻译：本研究量化了八种 Vitis labrusca 品种四个浆果组分在两个生长季的矿质组成变异来源。主要发现是，年份×品种互作而非品种或年份单独是主要变异来源，平均占总方差39%，品种和年份分别占32%和14%，且交互在52个组分×元素组合中的49个显著。交互在果肉和果汁中最强，这些组分构成浆果可食部分。实际后果是矿质浓度品种排序为季节特异而非固定，反复出现某品种一季居最高而下一季居最低。因此，单季葡萄种质矿质谱可能误导，多年度评估应视为必需而非改进。第二个后果是季节间矿质组成稳定性是品种间不同且可测量的性质。在本试验品种组中其差异超过1.6倍，从Niagara的1.75倍到Concord的2.87倍，且与品种地理起源无关。在需要组成一致时（如加工），稳定性可与浓度一并考虑。锌、铁和氯是品种身份不受季节主导影响的元素，因此是本试验品种组中基因型选择最有希望的候选。若干元素年际变化方向一致，铁和锌在每次显著比较中增加，锰和磷多数降低，但其环境驱动未测且不能识别。由于缺乏分析验证数据且果汁表达基础不可验证，此处绝对浓度暂定，不比较组分间。上述结论基于组分内比较，不受这些限制影响。确认需多地点、多季节试验，并伴随土壤和气候监测及完整分析验证。