摘要
提高我们对氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）对葡萄干质量和产量影响的理解，对于开发葡萄种植领域的创新方法至关重要。然而，关于N-GQDs在葡萄生长和成熟阶段的应用如何影响葡萄干特性的知识仍然有限。我们研究了三种不同处理方式（0（对照组）、0.10和0.25 g L⁻¹ N-GQDs）对两种葡萄品种（cv. Ekşi Kara（传统晾晒）和cv. Gök Üzüm（热水浸泡后阴干）制成的葡萄干的整体和果实特性的影响。葡萄品种基因型和N-GQDs浓度显著影响了所有测量参数（p ≤ 0.05）。通过分析果串和果实大小、果实体积、果皮厚度、糖度（°Brix）、pH值、可滴定酸度（TA）、总酚含量（TPC）、抗氧化活性（AA）、颜色、果梗分离力、果皮变形力以及葡萄干产量来评估这些处理效果。主成分分析（PCA）显示，前两个主成分分别解释了总方差的62.4%和23.9%，表明不同处理之间存在明显差异。N-GQDs处理在所有检测参数上均带来了显著改善，且葡萄品种的差异对处理效果有显著影响。值得注意的是，在cv. Ekşi Kara中使用0.25 g L⁻¹ N-GQDs，在cv. Gök Üzüm中使用0.10 g L⁻¹ N-GQDs时，葡萄干产量分别增加了7.94%和6.30%，同时抗氧化活性和总酚含量也得到了提升。我们得出结论，在葡萄生长季节重复使用N-GQDs处理是一种有前景的策略，既有助于提高生产者产量，也能为消费者提供营养价值更高的葡萄干。本研究确定的0.10和0.25 g L⁻¹ N-GQDs浓度可以作为不同生态条件下种植葡萄干的初始应用浓度，进一步优化可能会取得更优异的效果。
引言
葡萄干是一种通过葡萄加工获得的高价值产品，富含生物可利用的多酚和抗氧化剂，对全球温带、热带和亚热带地区的生产者具有重要的经济意义（Schuster等人2017；Sharma等人2018；Yao等人2022；Chalak等人2025；Gharate等人2024）。葡萄干燥可以去除多余的水分，防止微生物生长和酶促降解，优化干燥和预处理操作已被广泛证明可以加速这一过程并提高最终产品的质量（Araya-Farias和Ratti 2008；Thakur等人2010；Adiletta等人2016；Khiari等人2019；Ates等人2022）。葡萄果皮上的蜡质角质层起到疏水屏障的作用，控制水分移动，而K₂CO₃浸泡或热水浸泡等预处理方法可以增加果皮通透性，加快干燥速度并提高葡萄干质量（Rustioni等人2012；Carranza-Concha等人2012；Doymaz和Altıner 2012；Gabas等人1999；Clary等人2007；Bingol等人2012；Xiao等人2017）。尽管自然晾晒成本较低，但受干燥时间较长、天气影响及污染风险的限制仍被广泛采用（Pangavhane和Sawhney 2002；Prakash和Kumar 2013；Keskin等人2022；Karakus等人2023a, b；Kaya等人2024；Zemni等人2017）。尽管全球葡萄干生产具有商业重要性，但专门针对提高葡萄干质量的采前管理策略仍然有限，大多数干预措施仍依赖于采后加工。这是一个关键的差距，因为同时改善果实成分、干燥效率和营养价值的采前方法能为生产者带来显著优势。因此，我们假设在葡萄生长期间反复进行氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）的叶面处理，会对适应不同干燥环境的本地葡萄品种的果实形态、生化组成和葡萄干产量产生积极影响。
近年来，全球对高质量食品的需求推动了人们对基于纳米技术的方法来提高作物生产和产量的兴趣。尺寸小于10纳米且表面积与体积比高的碳量子点（carbon quantum dots）是一类新型荧光碳纳米材料，在这一领域具有特别大的潜力（Sun等人2006；Cao等人2011；Lai等人2020）。碳量子点具有制备过程简单（Li等人2023）、高光致发光和荧光强度（Qi等人2023；Dong等人2024）、易于改性、稳定性好（Lou等人2021）、生物相容性好（Liu等人2009；Lai等人2020；Guo等人2022）、化学惰性高（Wang等人2015）、毒性低（Li等人2015；Lai等人2020）、光学性能优异（Dong等人2013）、易溶于水（dos Santos Butruille等人2025a, b）以及表面易于功能化（Fan等人2022）等优点。此外，碳量子点可以调节乙烯释放（Liu等人2025）并作为自由基清除剂（Innocenzi和Stagi 2023）。碳量子点表面通常含有O/N官能团，如氨基（–NH₂）、羧基（–COOH）和羟基（–OH），这使其具有水溶性，可能源于氢键的形成（Singh等人2023）。由于碳量子点表面含有丰富的官能团，官能配体可以结合离子、有机分子、聚合物、DNA和蛋白质，并相应地改变它们的性质；通过诱导特定的表面性质和相互作用，碳量子点可以被功能化以适应不同领域的需求（Shen等人2012）。近年来，碳量子点对植物生长的促进作用已在多种植物中得到验证（Wang等人2018；Li等人2019；Maholiya等人2023），现在碳量子点被广泛用于农业中，作为种子处理剂、光合作用增强剂、植物抗逆剂和传感器（Li等人2019；Maholiya等人2023）。碳量子点可以通过多种方式应用于植物，如种子预处理、叶面喷洒和水培溶液处理，其效果取决于物种、剂量和处理方法（Chen等人2016；Li等人2023；Tan等人2023）。在这种情况下，利用纳米技术工具（如纳米粒子NPs）提高农业生产力对于养活不断增长的人口至关重要，因为NPs已被证明可以改善植物生长参数和产品质量（Khan等人2021；dos Santos Butruille等人2025a, b）。然而，尽管关于碳量子点在农业中应用的文献越来越多，但它们对葡萄生长和成熟阶段葡萄藤生理和葡萄干质量的影响仍大部分未得到探索。
本研究调查了不同剂量（0、0.10和0.25 g L⁻¹）的N-GQDs（通过柠檬酸热处理制备，柠檬酸作为碳源和前体，尿素作为氮源和还原剂）对cv. Ekşi Kara（自然晾晒）和cv. Gök Üzüm（热水浸泡K₂CO₃溶液后干燥）葡萄干质量的影响。选择这两个浓度是基于我们之前的剂量-响应研究（Kara等人2026）的结果，在该研究中评估了更广泛的N-GQDs浓度范围（0、0.10、0.25、0.50和1 g L⁻¹）对产量和品质特性的影响；结果表明，较低浓度（0.10和0.25 g L⁻¹）产生了最有利于生理反应的结果，而较高浓度则没有额外的好处。具体研究目标如下：（I）评估N-GQDs处理对果串和果实特性的影响，包括果串和果实大小、果实体积、果皮厚度、糖度（°Brix）、pH值和可滴定酸度；（II）评估N-GQDs对葡萄干营养品质参数的影响，包括总酚含量、抗氧化活性和颜色；（III）研究N-GQDs处理对机械性能的影响，如果梗分离力和果皮变形力；（IV）确定在不同干燥环境下种植的两种葡萄品种的理想N-GQDs浓度，以最大化葡萄干产量和营养价值。通过实现这些目标，本研究旨在为开发基于纳米技术的葡萄干生产策略提供关键知识，从而帮助生产者提高产量，并为消费者提供营养价值更高的产品。基于这些目标，本研究的假设是：在适当浓度下进行N-GQDs的叶面处理将显著改善果串和果实特性，提升葡萄干的营养品质参数（总酚含量、抗氧化活性和颜色），并积极影响果实的机械性能，这些效果取决于剂量和葡萄品种，因为cv. Ekşi Kara（自然晾晒）和cv. Gök Üzüm（热水浸泡K₂CO₃溶液后干燥）的干燥环境不同。
材料与方法
**植物资源与研究地点**
本研究在2023–2024年期间使用两个葡萄品种（Vitis vinifera L. cv. Ekşi Kara，品种编号VIVC；3852和cv. Gök Üzüm，品种编号VIVC；4847）进行。实验在科尼亚塞尔丘克大学的研究葡萄园进行，地理位置为北纬38°2’6’，东经32°30’8’，海拔1200米。实验葡萄园的葡萄种植密度约为每公顷1600株，株距2.0米，行距3.0米。这些嫁接在110 R根茎上的葡萄树已有8年树龄。实验中使用的两种葡萄品种都经历了常规的葡萄栽培措施，如施肥、修剪、病虫害控制和灌溉。根据土壤分析结果，在葡萄园进行了施肥，并对土壤进行了四次耕作。通过耕作也防止了杂草生长。所选两种葡萄品种的一个共同特点是它们能很好地适应海拔1000–1700米的葡萄园环境，在这些地区经常经历极端气候条件。
**N-GQDs的合成**
将0.21克（1毫摩尔）柠檬酸和0.18克（3毫摩尔）尿素溶解在5毫升水中；将溶液转移到一个20毫升的特氟龙涂层不锈钢高压釜中，并在封闭状态下于160℃下加热4小时。最终产品通过向溶液中加入乙醇并以5000转/分钟的速度离心5分钟获得（Qu等人2014）。Qu等人（2014）对通过该协议合成的N-GQDs的物理化学性质进行了全面表征。透射电子显微镜（TEM）分析显示，N-GQDs大小均匀，平均直径为2.58±0.34纳米，并表现出高度结晶的石墨结构，高分辨率TEM（HR-TEM）图像显示清晰的晶格条纹，层间距为0.24纳米，对应于石墨的（1120）晶面。X射线光电子能谱（XPS）证实了氮成功掺入石墨烯骨架中，N1s谱线显示了吡咯-N（约399.8 eV）和石墨-N（约401.5 eV）的配位。在这些条件下（160°C，4小时）制备的N-GQDs的光致发光量子产率（QY）报告为78%，其荧光寿命呈单指数衰减，约为8纳秒（Qu等人，2014年）。傅里叶变换红外（FTIR）光谱进一步确认了含有氧和氮的功能团的存在，包括在1712厘米^-1处的C=O伸缩振动以及1700和1642厘米^-1处的酰胺相关谱带（Qu等人，2014年）。此外，通过水热法从柠檬酸和尿素合成的类似N-GQDs也被报道具有负的ζ电位，表明在水分散体中具有良好的胶体稳定性（Qu等人，2013年；Han等人，2023年）。该固体物质易于分散在水中，用乙醇收集后的产物被用于实验中以不同浓度重复处理葡萄叶片。
**分析技术评估N-GQD处理对葡萄品种葡萄干特性的影响**
本研究采用随机区组设计，进行了三次重复实验。测试了三种不同的N-GQD浓度[0（对照）、0.10和0.25克/升]以确定剂量效应。使用了两种葡萄品种（Vitis vinifera L. 品种Ekşi Kara和Gök Üzüm）来确定葡萄植株基因型对N-GQD处理的响应差异。每种浓度处理了3次重复实验，6株葡萄植株被视为一个处理组。在处理组之间保留了一株葡萄植株以避免边缘效应。叶面喷雾分为四次进行：（1）开花前约1周，（2）果实形成期（当果实直径达到约2-3毫米时），（3）果实增大期（当果实直径达到5-7毫米时），以及（4）转色期。
**干燥过程**
根据Ekşi Kara品种的当地传统，每种处理和对照组的葡萄串在糖度约为22°Brix时分别收获。这些葡萄串被摊开在带有底部通风的网格上，并自然风干至水分含量约为16%，无需任何预处理。同样，每种处理和对照组的葡萄串也在糖度约为20°Brix时分别收获。然后将葡萄串整体浸泡在含有热水（70±5°C）碱性油水乳液中的5升容器中，该乳液由每10升水中的0.5公斤K2CO3和50毫升橄榄油组成（5% K2CO3 + 0.5%体积比橄榄油），浸泡2-3秒。葡萄在避光室内风干，铺在架子上，直至其水分含量达到约16%。两种品种的果实均是手工从干燥的葡萄串中分离出来的。干燥后的葡萄样本被放入500克聚乙烯袋中，并储存在-20°C下，直到用于物理和生化分析。需要注意的是，这两个品种根据它们各自的传统生产方法接受了不同的干燥工艺：Ekşi Kara品种通过自然晒干方式干燥，而不需任何预处理；而Gök Üzüm品种则是在浸入热K2CO3溶液后干燥，这是其生长地区的常规做法。这些不同的干燥方法是有意保留的，以反映每种品种的实际商业葡萄干生产条件，而不是施加一个统一的方案，因为这不能代表现实世界的做法。因此，N-GQD处理对葡萄干质量的影响是分别在每个品种中评估的，两种品种之间的直接比较应谨慎解释，因为观察到的差异可能不仅归因于N-GQD的应用，还可能归因于品种本身的特性和采用的不同的干燥方法。
**测量和分析以确定处理效果**
如OIV（2023年）先前描述的那样，测定了果串重量（克）、果串长度（厘米）、果串宽度（厘米）、果实重量（克）、果实长度（毫米）、果实宽度（毫米）以及果梗分离力（牛顿）。果实果皮抗变形力（牛顿）（Pouget 2009年）以及果实和葡萄干的体积（Biondi 2007年）也按照上述方法进行了测量。果皮厚度使用微米计（Mitutoyo，型号MDC 25 M，MFG，川崎，日本）测量，从每个处理组的赤道区域两侧各取10个样本进行测量。通过将每种处理的葡萄汁滴在手 refractometer（Atago PAL-1，东京，日本）的镜面上，计算了葡萄汁中的总可溶性固体含量（TSS；单位以°Brix表示）。pH值按照Zenoni等人（2016年）的先前描述方法进行测定。滴定酸度以每100毫升果汁中的酒石酸克数表示，按照AOAC（2000年）的标准进行测定。使用Konica Minolta CR-400（8毫米光圈，D65光源）手持式色度计（Konica Minolta，Ramsey，新泽西）测量了果实和葡萄干的颜色（在果实的赤道处）。色度计使用白色标准校准板进行校准，并以CIE 1976 L*、a*、b*色彩空间表示葡萄品种的色坐标。每个果实记录了一次测量值，每种处理重复测量10个果实。L*值表示颜色的深浅程度，其中L=0表示黑色，L=100表示白色。在分析之前，使用以下公式将a*和b*坐标转换为色度（C*）和色调角（h°）：C* = (a*^2 + b*^2)^(1/2) 和 h° = tan^-1(b*/a*)（McGuire 1992）。颜色丰富度由C*表示，h°表示主导颜色波长，其中0°=红色-紫色，90°=黄色，180°=蓝绿色，270°=蓝色（McGuire 1992；Hamie等人，2022）。
总酚含量（TPC）使用先前报道的Folin-Ciocalteu方法（Murshed等人，2024年）进行测定，该方法是将0.5毫升去脂提取物与2.5毫升稀释的Folin-Ciocalteu试剂和7毫升Na2CO3（7.5%水溶液）混合，然后在25°C下避光条件下放置2小时；使用Agilent Cary 8454 UV–Vis分光光度计（Santa Clara，加利福尼亚，美国）在765纳米处测量吸收值。结果以每克干重样本中的没食子酸当量（mg GAE/100mL^-1）表示。
抗氧化活性（AA）通过2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）自由基清除活性评估（Murshed等人，2024年）进行体外测定，即在0.5毫升样品中加入4.5毫升0.1 mM的DPPH乙醇溶液。反应混合物在暗条件下培养30分钟后，在517纳米处使用Agilent Cary 8454 UV–Vis分光光度计（Santa Clara，加利福尼亚，美国）进行测量。自由基DPPH的抑制作用以每克干重的Trolox当量（TE）表示。
葡萄干产量根据Gharate等人（2024年）的公式计算：$$\rm 葡萄干产量 = 葡萄干重量 / 新鲜葡萄重量 \times 100$$
**统计分析**
所有统计分析均使用R Studio（版本1.1.463）（Team 2010）进行。由于两种品种生长在不同的生态区域，并根据各自的当地传统接受了不同的干燥工艺，因此不适合使用单一的混合因子模型，因为品种和干燥方法的混杂效应可能导致结果失真。因此，分别为每种品种构建了两个独立的一元方差分析（ANOVA）模型，以独立评估N-GQD处理（0、0.10和0.25克/升）对测量响应变量的主要影响。每种品种的统计模型定义如下：$$\rm Y_{ij} = \mu + \tau_i + \varepsilon_{ij}.$$ 其中Y_ij表示第i种N-GQD处理的第j次重复实验的观测值，µ是总体平均值，τ_i是第i种N-GQD浓度（i=0、0.10、0.25克/升）的固定效应，ε_ij是与第i种处理中的第j次观测值相关的随机误差项，假设其独立且正态分布，均值为零且方差恒定，即ε_ij ~ N(0, σ²)。在进行ANOVA之前，验证了模型的基本假设。使用Shapiro-Wilk检验评估残差的正态性，使用Levene检验评估方差的同质性。在这些假设得到满足的情况下（p > 0.05），继续进行参数ANOVA。分析的因变量包括果串重量、果实重量、果实体积、果皮厚度、°Brix、pH值、滴定酸度、总酚含量、抗氧化活性、颜色参数（L*、a*、b*、C*、h°）、果梗分离力和果皮变形力。当ANOVA显示处理之间存在统计学显著差异时（p ≤ 0.05），使用Tukey的诚实显著差异（HSD）检验作为事后多重比较程序，以控制α=0.05的家族错误率，识别处理均值之间的具体差异。主成分分析（PCA）用于更好地理解和展示不同变量之间的相关性，并减少多变量数据集的维度，从而揭示每种品种内N-GQD处理的总体变化模式。这种分析及其可视化是使用R Studio中的ggplot2包完成的。pheatmap包生成的熱圖用于直观展示响应变量之间的相关性和处理组的分组（Team 2010）。
**N-GQD处理对Gök Üzüm和Ekşi Kara品种的果串和果实大小的影响**
在每种品种内，N-GQD处理显著影响了果串和果实的大小（表1）。Gök Üzüm品种的果串和果实大小大于Ekşi Kara品种。N-GQD处理增加了两种品种的果串和果实大小。在额外的对照实验中，干燥后的果串重量为30.73克，而使用0.10克/升N-GQD处理的果串重量为48.11克，使用0.25克/升N-GQD处理的果串重量为47.06克。同样，Gök Üzüm品种的干燥果串重量在对照组中为55.50克，在0.10克/升N-GQD处理中为95.16克，在0.25克/升N-GQD处理中为85.20克。当同时评估两种葡萄品种时，新鲜果实的平均重量为2.53克，而干燥果实的平均重量为0.89克。使用N-GQD处理后，两种葡萄品种的葡萄干重量差异不显著；但在Ekşi Kara品种中，使用0.25克/升N-GQD处理后重量显著增加。
**N-GQD处理对葡萄品种干燥果实成分的影响**
N-GQD应用对葡萄果实体积、°Brix、pH值、总酚含量（TA）和总酚含量（TPC）的影响在葡萄品种之间有显著差异（表2）。值得注意的是，Ekşi Kara品种是果皮较黑的（黑色）葡萄品种，而Gök Üzüm品种是果皮较浅的（绿色/黄色）品种；因此，两种品种之间存在的基础颜色相关参数和酚类成分的差异主要是由于它们的遗传和色素沉着特性，而非处理效应。因此，以下讨论侧重于品种内部的比较（处理组与对照组），以将N-GQD应用的效果与基因型变异的混杂影响区分开来。在Ekşi Kara品种中，所有检查的特性都显著受到N-GQD处理剂量的影响；而在Gök Üzüm品种中，应用剂量对果实体积、°Brix和pH值的影响不显著。在Ekşi Kara品种中，对照组的果实平均体积为0.40立方厘米，而在0.10克/升N-GQD处理组中为0.58立方厘米，在0.25克/升N-GQD处理组中为0.57立方厘米。在Gök Üzüm品种中，果实体积分别在对照组、0.10克/升N-GQD处理组和0.25克/升N-GQD处理组中为1.13立方厘米、1.16立方厘米和1.16立方厘米。这些品种内部的比较表明，N-GQD处理减少了Ekşi Kara品种的果实收缩率，但在Gök Üzüm品种中没有显著效果。Ekşi Kara品种的°Brix值分别为对照组的51.83、0.10克/升N-GQD处理组的57.43和0.25克/升N-GQD处理组的54.36；而在Gök Üzüm品种中，分别为43.22、44.82和44.61。相对于各自的对照组，N-GQD处理显著增加了Ekşi Kara品种干燥果实的°Brix值，而在Gök Üzüm品种中增加幅度有限。在每种品种内部独立评估时，N-GQD处理对pH值的变化有限。N-GQD处理减少了两种葡萄品种的总酚含量（TA）。相比之下，TPC含量随N-GQD处理而增加（表2）。关于TPC，在Ekşi Kara品种中观察到的基线值（对照组：285.84 GAE克^-1）显著高于Gök Üzüm品种。戈克乌兹姆（Gök Üzüm）（对照值：116.93 GAE g⁻¹）具有天然较高的花青素和酚类化合物积累特性，这是深色表皮葡萄品种的典型特征。尽管如此，N-量子点（N-GQDs）处理在两种品种中都显著提高了总酚含量（TPC）：在埃克西卡拉（Ekşi Kara）品种中，处理剂量为0.25 g L⁻¹时TPC增加了26.0%；在戈克乌兹姆（Gök Üzüm）品种中，处理剂量为0.25 g L⁻¹时TPC增加了60.9%。这一现象可能表明酚类化合物的生物合成与基线色素水平之间的影响存在一定独立性，但由于基因型差异以及缺乏进一步的机制验证，因此需要谨慎解读。表2展示了N-量子点处理对戈克乌兹姆和埃克西卡拉葡萄果实体积、果皮厚度、糖度（°Brix）、pH值、总酸度（TA）和总酚含量（TPC）的影响。
N-量子点处理对戈克乌兹姆和埃克西卡拉葡萄的果实颜色变化、果实分离力、果皮变形力、果实体积以及葡萄干产量的影响在不同品种间存在显著差异（表3）。然而，如前所述，这两种品种在颜色参数（亮度、色度和色调°）上的显著差异主要是由于它们不同的果皮色素组成造成的——埃克西卡拉品种属于深色表皮品种，而戈克乌兹姆品种属于浅色表皮品种，因此这些差异不应被解释为处理效应的结果。因此，关于颜色参数的处理效应仅在各自的品种内部进行评估。两种葡萄品种中，N-量子点的处理剂量都提高了抗氧化活性（AA）值。在埃克西卡拉品种中，亮度变化不显著；而在戈克乌兹姆品种中，随着处理剂量的增加，色度有所上升。在埃克西卡拉品种中，色调°随着N-量子点处理量的增加而提高；而在戈克乌兹姆品种中，色调°的变化则因处理剂量不同而有所差异。N-量子点处理对葡萄干产量的影响在两种品种中都很明显：在埃克西卡拉品种中，处理剂量为0.10 g L⁻¹时葡萄干产量增加了5.73%，处理剂量为0.25 g L⁻¹时产量增加了7.94%；在戈克乌兹姆品种中，处理剂量为0.10 g L⁻¹时产量增加了6.30%，处理剂量为0.25 g L⁻¹时产量增加了4.94%。
尽管全因子模型（品种×处理交互作用）是区分基因型和处理效应的理想统计框架，但由于两种品种采用的干燥方法不同（埃克西卡拉品种采用自然晾晒，戈克乌兹姆品种采用热K₂CO₃浸泡），无法进行联合因子分析。因此，处理效应仅在各自品种内部进行评估。品种间的颜色参数和总酚含量的绝对值差异主要归因于品种本身的特性，而非处理效应的差异。
图1展示了不同N-量子点处理下埃克西卡拉和戈克乌兹姆葡萄的果串、果实及葡萄干质量参数的主成分分析（PCA）结果。图1a中，果实分离力、果实长度、果实重量、果实宽度和果串重量归为一组；而色调°、总酚含量（TPC）、果皮厚度和抗氧化活性（AA）则构成另一组；pH值则明显与这两组分开。图1b中，蓝色和红色圆圈分别表示正相关和负相关。例如，果实体积与果串重量呈正相关，而抗氧化活性与果串重量呈负相关。图1c中，戈克乌兹姆和埃克西卡拉品种明显区分开。图1d中，0.10 g L⁻¹和0.25 g L⁻¹ N-量子点处理组之间相关性紧密，而对照组则与其他处理组明显分离。图1e进一步显示了它们之间的相关性差异。
使用标准化（z-score转换）的平均值构建了层次聚类热图（图2），用于分析所有测量质量参数。欧盟几里得距离（euclidean distance）和Ward最小方差法（ward.D2）被用于对行和列进行聚类。每行代表一个独特的组合：品种（埃克西卡拉，Ekşi Kara；戈克乌兹姆，Gök Üzüm）、干燥阶段（收获期，干燥后）和N-量子点处理（对照，0.1 g L⁻¹，0.25 g L⁻¹），共得到十二个不同的样本组。每个变量仅被包含一次以避免重复。行层序图主要按品种分组，戈克乌兹姆和埃克西卡拉形成了两个主要分支。在同一品种内，样本进一步按干燥阶段分组；在每种干燥阶段内，N-量子点处理组相互聚集。列层序图将与果实大小相关的特征（果实重量、果实体积、果实宽度、果串重量、果串长度、果串宽度）聚集在一起，而可溶性固体含量和果皮厚度则形成另一个独立组。在埃克西卡拉品种中，N-量子点处理组在干燥后的果皮厚度、总酚含量（TPC）和糖度（°Brix）方面表现出更高的数值；而在戈克乌兹姆品种中，处理组与对照组之间的差异相对较小。
图2展示了在埃克西卡拉对照组、0.10 g L⁻¹ N-量子点和0.25 g L⁻¹ N-量子点处理下，包括果串重量、果串长度、果串宽度、Brix值、pH值、总酸度（TA）、总酚含量（TPC）、抗氧化活性（AA）、色调°、果实长度、果皮厚度、果实重量、果实分离力、pH值、色度和果皮变形力在内的多个参数的并行分析结果。
讨论
**N-量子点处理对葡萄藤果串和果实大小的品种依赖性响应**
在我们的研究中，N-量子点处理对戈克乌兹姆和埃克西卡拉两种品种的果串和果实大小的影响为我们理解基于碳的纳米材料如何影响葡萄藤的生产力和葡萄干质量提供了重要线索。特别是，N-量子点处理在两种品种中均导致了果串和果实特征的显著变化，其中基因差异在处理效果中起着关键作用。根据现有文献，这些结果的潜在生理机制可能与碳量子点增强光合作用运输和果实充实的多种相互关联途径有关。维管束发育、激素水平、碳代谢、酶活性、蔗糖转运蛋白SWEET基因表达以及蛋白质水平都是影响光合作用运输和果实充实的重要因素（Yang et al. 2001; Braun et al. 2014）。N-量子点处理可能同时调节这些途径中的多个环节。研究表明，碳量子点能增强玉米中蔗糖转运蛋白的表达，从而提高韧皮部的蔗糖运输能力，增加光合产物的运输至果实中，进而改善果实充实度和产量（Li et al. 2018; Wang et al. 2021）。Gohari等人（2021a）证明，腐胺修饰的碳量子点显著改善了葡萄藤（Vitis vinifera cv. ‘Sultana’的光合色素和叶绿素荧光参数；Gohari等人（2021b）进一步证实，脯氨酸修饰的碳量子点提高了葡萄藤的生理表现，这表明基于碳的量子点可以对葡萄属植物的光合作用机制产生积极影响。两种品种之间的差异反应揭示了基因型依赖性的适应机制——埃克西卡拉和戈克乌兹姆对相同浓度N-量子点的响应不同，表明基因背景显著影响了纳米材料的应用效果。
N-量子点处理改善果实大小和果串特征的机制可能归因于光合作用效率的提升和碳同化的增强；另一方面，我们也推测这可能与N-量子点调节激素途径以及在细胞水平上提高养分吸收能力有关。Wang等人（2021）的研究表明，将N-碳量子点以5 mg L⁻¹的剂量施用于玉米叶片后，净光合作用增加了21.51%，主成分分析和密度功能理论计算显示氮修饰改变了光系统的结构，增强了电子传递效率，使N-碳量子点成为高效的光转换材料和电子供体。Hu等人（2022）发现，碳量子点提高了叶绿体中的光吸收、光利用和能量转换效率，这一效应通过吸收光谱强度和荧光发射光谱的增加得到证实。虽未在本研究直接测量这些光合作用机制，但文献证据表明这些改进有助于提高果实的碳水化合物含量和充实度。此外，Li等人（2018）报道碳量子点可被植物分解为植物激素类似物和CO₂，从而促进植物生长；CO₂随后通过卡尔文循环转化为碳水化合物，这一机制使水稻产量提高了14.8%，同时增强了抗病性。Budak等人（2021）证明，碳量子点通过将能量从碳量子点传递给光合色素，增强了叶绿素的荧光能力，进一步支持了碳量子点在增强光合作用中的作用。这些发现与我们在葡萄藤中的结果相似，提示类似的光合作用和激素途径可能共同促进了果实大小的改善。
**N-量子点叶片处理对干燥葡萄干物理化学和营养成分的影响**
在我们的研究中，N-量子点处理对干燥葡萄干成分的影响显示了糖度（°Brix）、pH值、总酸度（TA）、总酚含量（TPC）和抗氧化活性（AA）的显著变化，这些变化对葡萄干的营养价值具有明显意义。N-量子点处理提高的可溶性固体含量和酚类化合物积累与现有研究结果一致，即基于碳的纳米材料能够增强水果作物的碳代谢和次级代谢产物的生物合成。将N-碳量子点喷涂在受旱处理的玉米叶片上，通过增加光合作用和促进碳水化合物合成，减少了30%的产量损失，并提高了淀粉、可溶性糖、蛋白质、亚油酸和α-亚麻酸的含量（Yang 2022）。在苹果果园中，N-碳量子点的处理提高了24.29%的光合作用效率，从而改善了果实质量，使可溶性糖含量增加了11.43%；研究表明N-碳量子点的作用部位位于PSII和PSI之间，体外实验确认了质体醌-9（PQ-9）通过从光刺激的N-碳量子点接受电子，增强了光合电子传递链（Jing et al. 2024）。这些机制表明，我们研究中观察到的糖度提升可能同样是由于N-量子点促进了光合作用电子传递和碳固定。此外，几种机制可能共同解释了N-量子点叶片处理的响应。由于N-量子点独特的光学特性，它们可以作为光捕获剂，通过拓宽叶绿体的吸收光谱来提高光合作用效率（Cheng et al. 2026）。GQD表面的氮基团也可以作为缓释氮源，支持氨基酸代谢，并通过莽草酸途径间接促进酚类化合物的生物合成（Wang等人，2021年）。此外，据报道N-GQDs具有清除活性氧（ROS）的能力，这可能减少浆果发育过程中的氧化应激，并提高最终产品的抗氧化能力（Li等人，2025年）。然而，需要注意的是，这些机制在当前研究中并未直接进行测试，这里提出的是基于文献的假设，以指导未来的机制研究。在两种品种中观察到总多酚（TPC）和氨基酸（AA）的提高与其它果树的研究结果一致，支持了我们结果的普遍适用性。Abu Salha等人（2023年）报告称，将N-碳量子点应用于草莓植株后，可以提高叶绿素含量、酚类化合物含量和整体生长；而Ni等人（2024年）则表明，浓度为0.06克/升的碳量子点可以减少葡萄收获后的酚类、黄酮类和还原糖的损失。这些发现证实了基于碳的纳米材料能够增强酚类化合物的生物合成和保留能力。然而，也必须承认存在浓度依赖性限制，因为Milenković等人（2021年）报告在高浓度N-碳量子点（1-5毫克/升）下，TPC和AA有所下降，这表明我们研究中观察到的有利效果可能归因于所使用的最佳浓度范围。我们的葡萄干样品的抗氧化特性还受到品种特异性酚类成分和干燥方法的影响。Fabani等人（2017年）发现葡萄干中的酚类成分与AA之间存在强相关性，而Moreno等人（2007年）报告干燥处理可以增加抗氧化活性，Bakir（2025年）证实干燥技术显著影响果实的抗氧化能力，这些都与我们观察到的品种和处理依赖性变化一致。关于pH值，两种品种的稳定性结果与Jamali等人（2025年）的研究一致，他们报告ZnONP处理的葡萄干pH值基本不变，表明中等浓度的纳米材料处理不会显著干扰果实的酸碱化学性质。最后，鉴于Kaya等人（2022年）报告含种子的葡萄干比无种子的葡萄干含有更高的糖分和氨基酸水平，我们承认Gök Üzüm和Ekşi Kara品种的不同种子特性可能影响了我们研究中的组成差异。
N-碳量子点处理对葡萄干的颜色特性、机械特性和产量的影响显示出显著的品种依赖性反应，这对葡萄干生产具有重要的实际意义。在N-碳量子点处理下，Ekşi Kara品种的产量提高了7.94%，Gök Üzüm品种提高了6.30%，这与在多种农作物中记录的碳纳米材料增产效果一致。锌-碳量子点（Nano-Z-碳量子点，10毫克/升）通过增强光合作用和ZIP基因的表达，提高了生菜的产量和质量，从而促进了营养吸收，并显著增加了光合色素（叶绿素a 59.1%，叶绿素b 32.2%，类胡萝卜素85.9%），使光合效率达到106.7%（Ren等人，2025年）。同样，Cen等人（2023年）开发了一种基于生物质的CD材料，应用于生菜后，提高了电子传输率、光合效率和叶绿素a和b的含量，从而增强了整体光合能力。Wang等人（2022年）进一步报告，将碳量子点施用于土壤后，大豆在干旱胁迫下的根瘤固氮作用增强，根际过程得到调节，氮和水分吸收增加，氮酶活性提高了8.6%，茎和根部的氮含量也得到改善，同时提高了大豆籽粒中的蛋白质、脂肪酸和氨基酸含量。这些证据表明，我们研究中观察到的产量提高是由N-碳量子点介导的光合和代谢增强效应共同作用的结果。葡萄干对N-碳量子点处理的颜色反应特别值得注意，因为颜色在葡萄干市场接受度中起着关键作用。葡萄干缩小是指由于脱水导致体积或大小减少而引起的结构崩塌（Omolola等人，2017年），这使得可以同时测量变形、颜色和质地等质量特性（Khazaei等人，2013年）。在意大利，用乙醇油酸（EO）+碳酸钙（CaCO₃）溶液对葡萄串进行化学预处理后，在40-80°C干燥过程中，随着温度的升高，葡萄干收缩加剧，因为EO溶解了葡萄皮中的蜡质，从而减少了收缩并改善了干燥效果（Gabas等人，1999年）。Adiletta等人（2016年）测量发现，预处理并干燥在50°C下的葡萄干颜色比新鲜葡萄更深，而预处理并磨破果皮的样本颜色变化和收缩程度较小。我们研究中的颜色结果反映了品种特异性的果皮特性、干燥技术以及N-碳量子点处理对细胞壁完整性和酚类氧化的影响。实际上，dos Santos Butruille等人（2025a, b）通过向温室种植的草莓施用20毫克/升的碳量子点，提高了果实的亮度，并降低了颜色饱和度和色调角度，pH值受到的影响很小；而较高浓度（80-320毫克/升）则对膜造成了生理损伤，导致脂质含量减少了62%。这些浓度依赖性的膜完整性和果实颜色变化对于解释Gök Üzüm和Ekşi Kara品种的颜色反应具有相关性，因为Gök Üzüm使用的浸泡预处理本质上改变了干燥过程中的果皮渗透性和颜色发展。葡萄干的机械特性，包括果梗分离力和果皮变形力，受到N-碳量子点处理的显著影响，品种基因型调节了这些反应的程度。我们研究中观察到的果皮变形力的变化可能部分反映了与氧化应激相关的细胞壁降解减少，这一机制得到了Xu等人（2024年）的支持，他们报告说由柠檬酸和抗坏血酸合成的蓝光发射碳量子点减少了活性氧积累，改善了电子转移，提高了豌豆（Pisum sativum L.）的光合效率和生长。尽管在葡萄藤中的直接证据仍然有限，但我们推测N-碳量子点可能同样可以减轻结构细胞壁成分的氧化损伤，从而解释了我们记录的机械性质变化。Zahid等人（2025年）进一步证明，将3%的量子点应用于新鲜芒果果实后，提高了果实的吸引力，保持了品质，并减少了贮藏期间的炭疽病发生率。尽管水果系统不同，但这些发现与我们观察到的N-碳量子点处理对两种品种的果实表面和结构特性的积极影响一致。总体而言，我们将在研究中观察到的机械性质和果实体积的改善解释为细胞壁组成的增强、渗透压维持的改善以及结构成分氧化降解的减少，这些效应受到N-碳量子点浓度和品种基因型的调节。
通过对N-碳量子点处理下葡萄干质量参数的多元分析，相关矩阵和热图分析揭示了葡萄干质量特性之间的相互关联性，以及这些特性如何受到N-碳量子点和品种基因型影响。产量相关参数与营养质量指标之间的强正相关表明，在N-碳量子点处理下，葡萄干质量改善的生理反应是综合性的。主成分分析（PCA）和使用heatmap包生成的热图表明，第一主成分（Dim1）和第二主成分（Dim2）分别解释了总方差的62.4%和23.9%，表明这两个成分捕获了葡萄干质量参数的大部分变异，反映了处理和品种之间的明显差异。热图显示的聚类模式与Fabani等人（2017年）的发现一致，他们发现了葡萄干中酚类成分与抗氧化活性之间的强相关性，以及葡萄干质量参数并非独立存在，而是品种遗传、干燥技术和采前处理效果的综合结果。处理组在PCA散点图中的不同位置进一步强调了基因型差异在调节N-碳量子点处理效果方面的作用，这与整个研究中记录的浓度依赖性和品种特异性反应一致。
尽管当前研究表明N-碳量子点对葡萄干的质量和产量有积极影响，但将基于碳的纳米材料应用于可食用作物时，其食品安全和环境影响仍需考虑。碳量子点通常被认为是低毒性的纳米材料，因为它们的尺寸小（<10纳米）、生物相容性好、水溶性高且化学性质稳定，这与重金属基量子点（如CdSe、PbS）不同，后者具有显著的毒性风险（Andleeb等人，2025年）。细胞毒性和基因毒性研究表明，在浓度低于100毫克/升的情况下，碳量子点不会导致动物模型中的细胞活力显著下降、DNA损伤或器官异常（Wang等人，2013年；Havrdová等人，2016年；Andleeb等人，2025年）。值得注意的是，本研究中使用的N-碳量子点浓度（0.10和0.25克/升）是在采前阶段作为叶面喷雾施用的，最终的葡萄干产品经历了广泛的脱水和采后加工，这将大大减少任何残留的纳米颗粒。此外，如本研究中使用的由柠檬酸和尿素合成的碳量子点来源于无毒、生物相容性的前体，并且在植物系统中可生物降解，分解为二氧化碳和植物激素类似物（Li等人，2018年）。然而，关于纳米颗粒在植物组织中的积累、在土壤中的持久性以及通过食物链的生态传递等潜在问题仍需进一步研究（Andleeb等人，2025年）。高浓度的碳量子点（>300毫克/升）已被报道会诱导某些植物物种的膜损伤和生理胁迫（dos Santos Butruille等人，2025a, b），这强调了优化施用剂量的重要性。目前，欧盟和其他主要监管机构尚未制定针对碳量子点在农业中使用的具体法规框架；然而，关于纳米材料在食品接触应用中的安全性的通用原则（欧盟委员会法规第2023/2006号）提供了相关的参考。未来的研究应包括葡萄干组织中N-碳量子点的残留分析、土壤渗漏评估和长期生态毒性评估，以建立N-碳量子点在葡萄栽培中的全面安全评估。然而，N-碳量子点在商业规模应用的的经济可行性仍有待确定。由于N-碳量子点目前仍是研究级别的材料，需要在实际应用前评估其合成成本、田间条件下的配方稳定性以及每个季节所需的应用次数与可实现的产量和品质优势之间的关系。因此，未来的研究应包括成本效益分析以及农学评估，以确定这种方法对小农户和商业葡萄干生产商的可行性。
我们的研究表明，反复进行N-碳量子点叶面处理显著影响了Ekşi Kara和Gök Üzüm品种的葡萄串和果实特性、干燥后果实的组成以及葡萄干产量。N-碳量子点处理一致地改善了两种品种的葡萄串和果实大小，而果实体积、糖度（°Brix）、pH值、总酸度（TA）和总多酚（TPC）的变化则因品种和剂量而异，这突显了基因型背景在调节纳米材料效果中的关键作用。两种品种在氨基酸、亮度和色调方面都有积极反应，而颜色变化、果梗分离力、果皮变形力和葡萄干产量的变化则取决于品种。Ekşi Kara品种在0.25克/升的浓度下，Gök Üzüm品种在0.10克/升的浓度下获得了最理想的结果，这表明在生长季节重复施用N-碳量子点是一种有前途的采前策略，可以在不依赖采后干预的情况下提高葡萄干的质量和营养价值。然而，也必须承认一些局限性。本研究是在特定的农业气候条件下进行的一个季节内的实验，且仅使用了两种本地品种；因此，这些发现不应普遍适用于其他基因型、环境或生产系统。在不同生态和农业条件下，最佳浓度可能会有所差异，关于植物毒性阈值、长期残留积累以及消费者安全性的问题仍然没有得到解答。这里测试的浓度应被视为初步参考点，而不是普遍适用的推荐值。需要通过多季节、多环境的田间试验，并结合不同品种进行验证，才能为葡萄干生产中氮源绿色剂的 사용（此处“use”根据语境可能需译为“应用”或“使用”等更合适的词）制定更为广泛适用的指导原则。
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