在黑莓种植中，生长条件、生物刺激素应用以及基因型对果实营养品质特性有何影响？

《Food Chemistry》：What are the effects of growing conditions, biostimulant applications, and genotype on nutritional fruit quality characteristics in blackberry cultivation?

　　

摘要
了解影响黑莓果实营养品质的因素对于为消费者生产高品质果实至关重要。本研究的目的是确定生物刺激素（BSt）施用、生长条件和基因型对黑莓果实营养品质特性的影响。在两种生长条件（温室和露天）下种植了四个基因型，并施用了三种生物刺激素：壳聚糖、甜菜碱和肌醇。生长条件、生物刺激素施用和基因型对所评估的特性均有显著影响。就所检查的特性而言，总方差的 32.4% 归因于生长条件，28.4% 归因于基因型，而施用占方差的 6.3%，而基因型 × 生长条件交互作用对观察到的果实品质特性方差的贡献为 20.8%。这些发现表明，生长条件和基因型是黑莓果实营养品质特性的主要决定因素。

引言
黑莓属于蔷薇科悬钩子属，具体属于以前被称为 Eubatus 的子属。黑莓（Rubus fruticosus L.）在全世界都有种植，但最适合其栽培的气候是冬季温和、夏季漫长温和的气候。黑莓的主要产区是北美、欧洲、亚洲、南美和中美洲以及非洲 (Lykins 等，2021)。黑莓的商业栽培品种代表多个物种的复合体，通常没有赋予它们特定的物种加词。栽培黑莓的主要祖先物种都是多年生植物，其特征是二年生茎。在这些物种中，第一年产生被称为 primocanes（当年生茎）的 vegetative canes（营养茎）。经过休眠期后，这些茎在第二年转变为 floricanes（结果茎）。结果茎负责开花和结果，然后死亡，而在此过程中新的营养当年生茎继续生长。黑莓在全球许多温带地区茁壮成长 (Finn & Clark, 2012)。在具有市场前景的果树物种选择中，黑莓（Rubus spp）是最有希望的物种之一。黑莓（Rubus spp.）原产于欧洲和美洲，广泛种植在世界的温暖地区，主要在北美、欧洲、亚洲和南美。黑莓果实富含糖分、维生素 C、超氧化物歧化酶、花青素、鞣花酸、类黄酮、类胡萝卜素、氨基酸和其他矿物质营养素 (Thole 等，2019)。近年来，由于红色果实富含抗氧化酚类和花青素等抗氧化膳食来源，确定其抗氧化特性的兴趣日益增加 (Moyer 等，2002)。经常食用水果和蔬菜与因次级代谢产物衍生的化合物（尤其是类黄酮）的存在，降低了癌症和心脏病的发病率和死亡率风险，这些化合物具有与引起氧化应激的自由基反应的高能力，因此有助于预防这些疾病 (Duan 等，2023)。流行病学和临床研究显示，黑莓具有抗炎、杀菌和抗衰老特性，长期食用黑莓可能有助于增强免疫力、预防肥胖，并降低神经退行性疾病和各种癌症的风险 (Esselen 等，2011)。黑莓在市场上可购得供新鲜消费；然而，更常见的是，它们被加工成果汁、果酱、泥、浓缩物和糖果。果实质量对消费者和食品工业都极其重要，包括果实的外观和内部质量，这与初级和次级代谢产物的含量直接相关。也要记住，高品质果实的市场价值更高 (Moser 等，2011)。糖和有机酸是浆果中的主要水溶性物质，对黑莓果实的口感和成熟度有很大影响，甚至代表消费者接受度的指标。有机酸、糖及其比例，以及各种次级和芳香化合物，在果串的的口感和感官特性中起重要作用。有机酸还能减少果汁中微生物的生长，因此对更好地保持产品质量有影响 (Mikulic-Petkovsek 等，2012)。黑莓叶片中的酚类物质也具有显著的抗氧化和抗炎特性 (Paczkowska-Walendowska 等，2021)。黑莓的摄入与白血病、II 型糖尿病、阿尔茨海默病和其他疾病密切相关。黑莓提取物已被用于补充营养、预防和治疗疾病，并作为膳食抗氧化剂提供健康益处 (Spinola 等，2019)。目前，全球对黑莓生物活性成分的研究主要集中在果实上 (Huang 等，2022)。Soto 等 (2019) 比较了九种在哥斯达黎加种植的黑莓基因型的物理和化学成分以及主要多酚化合物含量，从而为在不同环境和农业条件下获得高品质黑莓果实提供了参考。Toshima 等 (2021) 调查了 12 种悬钩子物种和栽培品种成熟果实中的花青素和多酚含量及组成。推断遗传、气候、水分可用性、作物管理等生物和非生物因素在黑莓生物活性化合物水平和抗氧化能力方面起着重要作用 (Reyes-Carmona 等，2005)。黑莓果实是酚类化合物（总多酚、类黄酮和花青素）的丰富来源，有潜力在工业上用作此类化合物的天然来源。黑莓果实的生物活性化合物水平和抗氧化活性取决于栽培品种和种植地点的气候条件。此外，发现温带生态系统的植物化学物质含量较高 (Croge 等，2019)。Wu 等 (2023) 报道，黑莓的类黄酮含量在不同组织和果实发育阶段有所不同，叶片和根部的类黄酮含量高于果实。目前农业生产面临的轨迹由于新兴的传染性植物疾病和气候变化的影响而受到重大限制。虽然增加农业产量的需求对于支持不断增长的世界人口至关重要，但它往往伴随着威胁食品安全的环境成本。这导致了对可持续农业实践的浓厚兴趣，强调需要合成肥料和农药的替代品。植物微生物组工程和天然生物刺激素正作为旨在提高作物产量和改善对抗逆境的韧性的环保策略而日益受到重视 (Lau 等，2022)。植物生物刺激素是微生物和非微生物制剂或其混合物，通过促进对植物农艺性能产生积极影响的生理修饰，改善作物对环境信号的响应 (Bhupenchandra 等，2022)。甜菜碱（GB；N, N, N-三甲基甘氨酸），一种源自甜菜糖蜜的天然渗透调节剂，在防止果实冷害、氧化应激和病原体生长方面起着关键作用 (Ragab 等，2015；Razavi 等，2018)。肌醇（MI），最普遍的肌醇异构体，作为几乎所有生物系统的基本代谢物发挥作用。在植物生物化学背景下，MI 作为各种生物活性分子的主要前体，包括磷脂酰肌醇、棉子糖家族低聚糖（RFOs）、肌醇六磷酸（植酸，PA）和抗坏血酸（AsA）。除了作为代谢中间体的作用外，MI 还复杂地参与信号转导途径、细胞壁结构完整性、磷酸盐隔离、渗透调节和抗氧化防御机制 (Das-Chatterjee 等，2006)。壳聚糖（CHI）是一种源自壳聚糖碱解乙酰化的天然多糖 (Shahidi & Abuzaytoun, 2005)。作为可持续的生物聚合物，由这类材料配制的可食用薄膜和涂层越来越多地用于最大限度地减少质量恶化并延长食品的保质期。在这项研究中，旨在评估 CHI（壳聚糖）、GB（甜菜碱）和 MI（肌醇）对四种黑莓品种（Bursa, Chester, Jumbo, Navaho）的植物和果实品质特性的影响。重点在于这些生物刺激素如何帮助抵消在温室条件下以及露天环境中种植黑莓相关的负面影响。最近的研究集中在果实的营养和植物化学物质含量以及影响该果实组成的因素上。关于影响黑莓果实品质的因素的研究有限。通过育种增加果树物种中的抗氧化水平，使得较少消费的水果和蔬菜得以消费。如果注意到果实物种抗氧化特性的多样性和表型变异，就可以应用这种方法论。新品种的果实品质和抗氧化特性与保护消费者健康直接相关。然而，食用健康水果将导致管理人类健康的新方法 (Scalzo 等，2005)。果实的营养价值很大程度上受到其结构、类型和物种间多样性的影响。此外，生长条件，即环境和文化处理，影响营养价值。遗传差异、成熟时间、果实生命和持续时间都是影响抗氧化能力的因素 (Connor 等，2002)。据报道，化学肥料、收获时间、储存时间、基因型和黑莓中的成熟条件影响果实营养成分 (Li 等，2019)。存在显著的基因型 × 生长条件（G × GC）交互作用，表明不同的黑莓基因型将根据它们是在受控温室还是露天环境中生长而表现出特定的生理和营养响应。关于种植区域对黑莓抗氧化特性影响的研究不足。本研究的目标是调查生物刺激素施用（CHI, GB 和 MI）如何影响不同栽培系统下各种黑莓基因型的品质特性。研究特别关注在基因型（G）、生长条件（GC）和生物刺激素处理（T）及其交互作用（G × GC, G × T 和 GC × T）中分配观察到的方差。这种分析方法旨在确定驱动果实品质的主导因素，从而指导有针对性的育种计划和精确的农业管理。

部分摘要
植物材料与田间试验
使用了 4 个不同基因型（Bursa, Chester, Jumbo, Navaho）的黑莓幼苗。这些基因型在两种生长条件下种植：塑料温室（GH）和露天种植（OF）被用作种植区域。GH 宽 10 米，长 25 米，高 4.5 米（中心处），为结构提供约 250 平方米的总面积。为了保持稳定通风，使用可伸缩侧墙，延伸结构 GH 两侧的宽度。GH 覆盖有一层 0.25 毫米的

基因型、生长条件和生物刺激素施用对果实营养品质特性的影响
通过比较在 GH 和 OF 生产系统中种植的四个基因型和六种施用的 SS, TA, SS/TA, TMAC, TPC, TAC (TEAC) 和有机酸含量，测试了基因型、生长条件和六种生物刺激素施用对果实品质参数的影响。所测试特性的 ANOVA 列于表 1 中。生长条件对所有特性均有显著影响，除了 SS/TA、草酸和抗坏血酸。虽然生物刺激素施用对所有果实品质

讨论
果实营养品质的重要性稳步增加。消费者越来越意识到需要食用健康食物以获得健康生活。有必要建立新的生长系统以保护果实品质特性，以及开发具有高品质的新草莓栽培品种 (Gündüz & ?zdemir, 2014)。在本研究中，在两种生长条件下种植了四种黑莓品种，叶面和土壤施用了三种生物刺激素 CHI、GB 和 MI，并且

结论
本研究提供了驱动黑莓果实品质因素的综合定量评估。方差分解分析揭示，生长条件（32.4%）和基因型（28.4%）是营养和物理化学特性的主要决定因素，而它们的交互作用（G × GC）占观察到的方差的 20.8%。相比之下，生物刺激素（CHI, GB, MI）施用的直接影响被发现相对有限，贡献

CRediT 作者贡献声明
Onur G?k?ek: 写作 – 原稿，方法论，数据整理。Kazim Gündüz: 写作 – 原稿，监督。Onur Sara?o?lu: 写作 – 审阅与编辑，形式分析。Nesibe Ebru Kafkas: 写作 – 审阅与编辑，验证，形式分析。

竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能被认为会影响本论文中报道的工作。

致谢
本研究由 TUBITAK 科学研究项目（项目编号：122O153）支持。

本文是 Onur G?k?ek 博士学位论文的一部分。我要感谢 I. Halil Yanardag 博士。Onur G?k?ek|Kazim Gündüz|Onur Sara?o?lu|Nesibe Ebru Kafkas