《Horticulturae》：Effects of Different Application Rates of a β-Carotene-Based New Bio-Protector (NBP) on Flavonol Accumulation in cv. ‘Sangiovese’ Grapevines
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在高太阳辐射条件下，葡萄浆果果皮中黄酮醇的过度积累可能增加红葡萄酒中槲皮素相关不稳定性的风险。2024年，研究人员在意大利中部一个非灌溉葡萄园中对‘桑娇维塞’（Sangiovese）葡萄植株开展田间试验，评估一种新型β-胡萝卜素基生物保护剂（NBP）的效果。该
在高太阳辐射条件下，葡萄浆果果皮中黄酮醇的过度积累可能增加红葡萄酒中槲皮素相关不稳定性的风险。2024年，研究人员在意大利中部一个非灌溉葡萄园中对‘桑娇维塞’（Sangiovese）葡萄植株开展田间试验，评估一种新型β-胡萝卜素基生物保护剂（NBP）的效果。该产品在转色期以1%或2%（v/v）的浓度施用一次。采收时，评估了产量构成要素和工艺成熟度参数；采用高效液相色谱（HPLC）定量分析果皮酚类物质和类胡萝卜素，并采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）定量分析查尔酮合酶（CHS）、查尔酮异构酶（CHI）、黄酮醇合酶（FLS）及一个MYB调控因子的表达。NBP施用未显著影响产量构成要素或葡萄汁成分。相反，两种NBP浓度均降低了槲皮素-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷以及山柰酚衍生物的含量，而黄烷-3-醇未受影响。处理浆果中叶黄素含量增加，在2% NBP处理的葡萄植株中达到最高水平，而β-胡萝卜素保持不变。与这些发现一致，基因表达分析显示黄酮醇生物合成转录本下调，其中FLS表现出最强的抑制。总体而言，在转色期单次施用NBP可在温暖、高辐射条件下有效限制黄酮醇积累，且不损害产量或成熟过程。两种NBP浓度之间的差异在叶黄素积累方面比在黄酮醇减少方面更为明显，表明这些代谢途径对处理的响应具有差异性。
论文解读
一、研究背景与目的
全球葡萄栽培正面临气候变化带来的日益严峻的挑战，生长季气温持续升高、热浪频发以及太阳辐射增强已成为许多葡萄酒产区的普遍趋势。在地中海环境中，这些趋势往往伴随夏季降雨减少、蒸散需求增加和暖夜频发，导致浆果成熟期持续处于胁迫状态。在影响葡萄酚类物质组成的主要环境因子中，光照和UV-B辐射扮演核心角色。高光照促进果皮中黄酮醇的积累，这些化合物作为光保护物质，通过充当UV屏障和抗氧化剂来限制过量光照下的氧化损伤。然而，近年研究发现，过量槲皮素生物合成已成为影响葡萄酒稳定性的关键问题：在高UV-B条件下，葡萄浆果可能积累大量槲皮素糖苷，进入葡萄酒后随时间逐渐水解，当苷元浓度超过其溶解度阈值时，即使在装瓶后也可能发生沉淀，产生不良沉积物，损害葡萄酒澄清度和消费者感知。这一现象在温暖、高暴露环境中日益突出，对‘桑娇维塞’这一对光照响应强烈、其葡萄酒易受槲皮素不稳定性影响的意大利主栽红葡萄品种尤为重要。因此，亟需开发葡萄园层面的策略，在保持植株生产力和工艺成熟度的前提下减轻过量槲皮素积累。
从生化角度看，槲皮素合成经由苯丙烷-类黄酮途径，由查尔酮合酶（CHS）、查尔酮异构酶（CHI）和黄酮醇合酶（FLS）等结构基因催化，其转录受UV相关信号强烈诱导。转录因子VvMYBF1被鉴定为黄酮醇生物合成的关键调控因子。与此同时，葡萄组织还通过类胡萝卜素（特别是叶黄素和叶黄素循环中间产物）激活额外的光保护机制。基于此，含β-胡萝卜素和α-蒎烯的天然生物保护剂（NBP）被提出作为一种可持续策略，通过增强冠层和果穗水平的光保护，降低果皮中黄酮醇生物合成的代谢需求。已有研究证明单次施用NBP可显著降低不同品种和环境下黄酮醇积累，且不影响产量和工艺成熟度，但不同施用浓度的效果差异尚未得到充分探索。本研究旨在比较1%和2%两种NBP浓度对意大利中部非灌溉商业葡萄园中‘桑娇维塞’葡萄的影响，通过整合农艺、代谢和分子证据，确定最有效的NBP剂量。
二、主要技术方法
本研究于2024年生长季在意大利中部翁布里亚大区马焦内（佩鲁贾，44°42′N，12°57′E，海拔272 m）的非灌溉商业葡萄园开展。试验对象为27年生‘桑娇维塞’（Vitis vinifera L. cv. ‘Sangiovese’）嫁接于3309 C砧木，株行距2.5 m×0.8 m，采用垂直新梢整形、短梢修剪的居由式架式。试验采用随机完全区组设计，三个均匀行作为区组，每区组内随机分配10株葡萄分别接受NBP 1%（v/v）、NBP 2%（v/v）和水对照处理，处理间设隔离行。NBP在转色期前（BBCH 81生长阶段）单次施用。采收时（2024年9月11日）逐株记录产量构成要素，测定浆果重量、可溶性固形物（°Brix）、可滴定酸度和pH。果皮总花青素和总酚分别采用Ough和Amerine法及Slinkard和Singleton法测定。黄酮醇采用高效液相色谱（HPLC）定量分析，类胡萝卜素提取在冰上和暗黄光下进行，以β-阿朴-8-胡萝卜素醛为内标，采用HPLC分析。基因表达分析采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR），以EF-1α和UBI为内参基因，使用2?ΔΔCt法计算相对表达量。
三、研究结果
3.1 气象数据。 2024年生长季从4月至9月温度呈明显季节性变化，成熟期持续高温，最高日温多次超过30°C，其中14天达到35°C。夜间温度显著偏高，整个夏季出现70个热带夜（Tmin > 20°C）。热积累显著，6月、7月和8月GDD分别为382、548和552，占4-9月总GDD（2230）的17%、25%和26%。4-9月总降雨量349.6 mm但分布不均，夏季尤其干旱（6月41.8 mm、7月12.6 mm、8月45.3 mm）。高温、频繁热带夜和低降雨的组合在转色期至采收期之间增加了热胁迫和水胁迫风险。
3.2 采收时植株表现和浆果成分。 NBP施用未显著影响产量构成要素，每株果穗数、每株产量、平均果穗重和浆果重在处理间均无显著差异。可溶性固形物、可滴定酸度、pH和总花青素也无显著差异，总酚在处理植株中呈数值增加但未达统计显著水平。所有处理均未观察到日灼、褐变或浆果皱缩损伤症状。
3.3 果皮酚类物质谱。 NBP处理降低了果皮中主要黄酮醇的积累。槲皮素-3-O-葡萄糖苷在NBP 1和NBP 2中分别降低12.3%和17.4%，槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷分别降低19.1%和22.1%，山柰酚-3-O-葡萄糖苷分别降低26.3%和21.4%，杨梅酮仅在NBP 2中显著降低16.2%。两种浓度处理间上述化合物无显著差异。黄烷-3-醇（儿茶素和表儿茶素）在处理间无显著差异。芪类成分中，云杉苷（白藜芦醇糖苷形式）仅在NBP 1中显著增加24%。
3.4 果皮类胡萝卜素谱。 NBP 2处理果皮中叶黄素浓度显著高于对照，NBP 1呈中间水平。尽管配方含β-胡萝卜素，但果皮中β-胡萝卜素浓度无差异，可能因其主要发挥光保护作用后被氧化为分解产物。
3.5 黄酮醇生物合成基因表达模式。 NBP处理显著影响黄酮醇生物合成结构基因（CHS、CHI、FLS）及MYB转录因子的表达，总体导致途径下调，其中FLS抑制最强。FLS相对表达从对照的约1.24降至NBP 1的0.07和NBP 2的0.35。CHS从约1.25降至0.77（NBP 1）和0.66（NBP 2）。CHI从约1.00降至0.58和0.60。MYB在NBP 1下显著降低，NBP 2下显著高于NBP 1但仍低于对照。
四、讨论与结论
讨论部分指出，2024年意大利中部季节以高热可用性和成熟期降雨有限为特征，这些条件在地中海葡萄栽培区日益常见，加剧浆果暴露胁迫。NBP施用不影响产量和主要成熟参数，与先前报道一致。核心发现是NBP显著降低果皮主要黄酮醇积累，两种浓度效果相当，这对易受槲皮素不稳定性和陈酿期沉淀影响的‘桑娇维塞’品种尤为重要。叶黄素在2%浓度下显著增加而β-胡萝卜素不变，表明较高剂量下黄酮醇减少可能部分与类胡萝卜素光保护增强相关。转录分析支持代谢数据：FLS作为将二氢黄酮醇转化为黄酮醇的末端酶，其强抑制构成限制槲皮素积累的有效瓶颈。NBP可能通过减弱UV响应转录程序（涉及HY5和MYB调控级联）的激活来发挥作用。2%浓度下MYB和FLS的部分转录恢复未转化为代谢差异，表明转录恢复不足以恢复末端黄酮醇生物合成步骤的酶通量，可能存在翻译后调控、酶活性限制、底物竞争或黄酮醇周转加速等机制。
结论：在转色期单次施用NBP可降低‘桑娇维塞’果皮中主要黄酮醇（特别是槲皮素衍生物）的积累，且不影响产量构成要素或工艺成熟度参数。1%和2%施用浓度在降低槲皮素-3-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷和山柰酚-3-O-葡萄糖苷方面效果相当，表明提高至2%并未在限制黄酮醇积累方面带来额外收益。总花青素和黄烷-3-醇未受显著影响，表明NBP选择性影响果皮酚类代谢的特定分支而非全面减少酚类化合物。叶黄素在2%浓度下显著增加而β-胡萝卜素不变，其功能意义需直接生理生化测量确认。分子层面，黄酮醇生物合成基因（特别是FLS）下调和MYBF1表达变化与转录调控一致。总体而言，NBP可作为一种实用的葡萄园策略，在不损害植株生产力或葡萄成熟的情况下限制过量槲皮素糖苷积累，1%浓度可能足以达到效果，从而减少产品用量和相关处理成本。
