河西走廊武威产区美乐和马瑟兰葡萄果实最佳采收期的确定

Determination of the optimal harvest time of Merlot and Marselan in Wuwei Region of Hexi Corridor

摘要

目的 明确河西走廊武威产区美乐和马瑟兰葡萄的最适采收期，为葡萄适时采收提供理论依据。 方法 以美乐和马瑟兰葡萄为试验材料，分别在T₁（9月19日）、T₂（9月23日）、T₃（9月27日）、T₄（10月1日）、T₅（10月5日）5个时期进行采收，并测定各时期果实可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、总酚、葡萄糖、果糖、蔗糖、草酸、酒石酸、奎宁酸、苹果酸等15项品质指标和果实香气成分，结合主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）进行综合评价。 结果 从T₁到T₅时期，两种葡萄果实的可溶性糖、可溶性蛋白、总酚以及单宁含量总体呈先增大后减小的趋势，可溶性糖含量和糖酸比均表现为逐渐增大，果糖与葡萄糖含量比值渐趋于1，酒石酸、苹果酸、奎宁酸、草酸和抗坏血酸含量逐渐减小。对果实香气成分的测定发现：2个葡萄品种分别检测出38和45种香气成分，主要以醛类物质为主，在T₄时期香气成分总含量均最高。果实15项品质指标主成分分析均提取出3个主成分，T₄时期综合得分最高。5个时期中，两种葡萄香气成分所含种类、相对含量均有差异，主成分分析表明美乐葡萄T₄时期综合得分最高，马瑟兰葡萄T₅时期综合得分最高。 结论 河西走廊武威产区美乐葡萄的最佳采收期为10月1日，马瑟兰葡萄的最佳采收期为10月5日。

Abstract

Objective The study aimed to clarify the optimal harvesting period of Merlot and Marselan grapes in Wuwei of Hexi Corridor, providing theoretical basis for timely harvest of the grapes. Method Merlot and Marselan were employed as the materials, and the grapes were harvested in T₁ (September 19),T₂(September 23),T₃(September 27),T₄(October 1st) ) and T₅(October 5th),respectively,followed by determining 15 quality indicators of the fruits,i.e.,fruit soluble sugar, dripping acid,sugar acid ratio,total phenol,glucose,fructose,sucrose,oxalic acid,quinine acid,and ingotic acid,and by comprehensive evaluation through the principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA). Result From T₁ to T₅,the contents of soluble sugar,soluble protein,total phenols and tannins of the two grape fruits generally increased first and then decreased.The ratio of glucose content gradually became 1,and the content of tartaric acid, malic acid, quinic acid, oxalic acid and ascorbic acid gradually decreased.The determination of fruit aroma components showed that 38 and 45 aroma components were detected in the two grape varieties, mainly aldehydes,and the total content of aroma components was the highest in T₄ period. Principal component analysis of 15 fruit quality indicators extracted 3 principal components, and the T₄ period had the highest comprehensive score.In the five periods, the types and relative contents of aroma components of the two grapes were different.The principal component analysis showed that the T₄ period of the Merlot grape had the highest comprehensive score; the T₅ period of the Marselan grape had the highest comprehensive score. Conclusion The optimal harvest time is October 1st for Merlot grapes, and is October 5th for Marselan grapes in Wuwei production area of Hexi Corridor.

Graphical abstract

关键词

酿酒葡萄 / 采收期 / 果实品质 / 香气物质 / 主成分分析 / 聚类分析

Key words

wine grape / harvest time / fruit quality / aroma components / principal component analysis / cluster analysis

采收是葡萄田间生产中的最后一个环节，适时采收直接关系到葡萄的果实品质和经济效益。甘肃河西走廊地处N 36°~40°^［1］，属于世界上最适于酿酒葡萄生产的纬度之一。武威市位于河西走廊东端，具有生产酿酒葡萄的最佳水、土、光、热资源组合^［2］，因此研究该地区葡萄品质对促进该产区酿酒葡萄产业的发展以及生产高品质葡萄酒具有一定意义。

适时采收是得到优质葡萄的一个重要环节，只有成熟度良好且成分均一的葡萄果实才能酿制出优质的葡萄酒^［3］。在日常生活中，人们会从葡萄酒的外观、香气、口感等方面来评价葡萄酒品质的好坏，而这些特质很大程度上是葡萄本身的各项品质指标的体现。研究发现，葡萄酒和酿酒葡萄的品质指标之间有很强的相关性，因此酿酒葡萄的品质指标在一定程度上可以反映葡萄酒的质量^［4-5］。丁琦^［6］、彭媛媛等^［7］测定不同采收期果实品质指标，发现pH、糖酸比、固酸比、可溶性糖、可溶性固形物等是影响酿酒葡萄采收期的主要因子。

葡萄的成熟度在一定程度上影响着果实中的香气成分，进而影响葡萄酒的香气。在葡萄酒中根据香气物质的来源，可将其香气分为果香、发酵香和陈酿香3类，而葡萄酒的香气主要取决于葡萄品种的香气^［8］。与发酵和陈酿香气成分相比，葡萄果实中的香气成分对葡萄酒的质量起着决定性作用，果实中的香气成分是随着果实的成熟产生的^［9］。在成熟过程中，香气成分变化较大，通过了解香气的组成，可以了解果实成熟度及品质变化，方便果实的质量控制^［10］。目前有关成熟度与香气成分和果实品质的关系，在蓝莓^［11］、苹果^［12］、芒果^［13］、菠萝^［14］、欧李果^［15］等水果上已有诸多报道。前人通常以果实还原糖含量、总酸含量以及糖酸比等常规品质指标确定采收期，很少将采收期与香气成分结合起来进行研究，本试验以河西走廊武威产区酿酒葡萄美乐（Vitis vinifera L.cv.Merlot）和马瑟兰（Vitis vinifera cv.Marselan）葡萄为试验材料，通过测定不同采收期果实基本品质指标和香气成分，结合主成分分析和聚类分析进行综合评价，为河西走廊武威产区美乐和马瑟兰葡萄最佳采收期的确定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以甘肃依诺酒庄有限责任公司种植的美乐和马瑟兰葡萄为试验材料。该基地葡萄采用单臂立架栽植，种植密度1.0 m×4.0 m，南北行向种植，整形方式为‘厂’字行，灌溉方式为滴灌。

从9月19日开始采样，每隔3 d采样一次，至10月5日采样结束，采样时间依次为T₁（9月19日）、T₂（9月23日）、T₃（9月27日）、T₄（10月1日）、T₅（10月5日）。采样时选择‘Z’字型采样法，分别在每颗葡萄树阳面与阴面的上、中、下部随机选取葡萄果穗，在每穗葡萄的上、中、下部随机选取葡萄果粒，将每个品种选取的葡萄果粒混匀，带回试验室于-80 ℃冰箱中保存备用。每项指标测定3次生物学重复。

1.2 试验方法

1.2.1 基本理化指标的测定

可溶性糖采用蒽酮比色法测定；可滴定酸采用NaOH中和滴定法测定；可溶性固形物使用手持折光仪测定^［16］；总酚采用福林-肖卡法测定^［17］；单宁采用Folin-Denis（福林丹尼斯）试剂显色法测定^［18］；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。

1.2.2 果实可溶性糖含量的测定

果实的糖组分及含量使用美国Waters Acquity Arc高效液相色谱仪进行测定，测定方法参照徐理洲等^［19］和李佳秀等^［20］的方法并略作修改。色谱条件为XBridge BEH Amide色谱柱（4.6 mm×150 mm、2.5 μm），以75%乙腈+0.2%三乙胺+24.8%超纯水作为流动相，流速设置为0.8 mL/min，进样量为10 μL，以2414RI示差检测器在254 nm的波长下检测，柱温为40 ℃。流动相使用前用0.22 μm有机滤膜过滤，超声脱气。

1.2.3 果实有机酸含量的测定

果实酸组分及含量的测定使用美国Waters Acquity Arc高效液相色谱仪进行，参照段敏杰等^［21］和张军等^［22］的方法并加以改动。色谱条件为XBridge BEH Amide色谱柱（4.6 mm×150 mm、3 μm），流动相为20 mmol/L NaH₂PO₄溶液（用H₃PO₄将pH调至2.7），流速为0.5 mL/min，进样量为20 μL，以2498UV紫外检测器检测，检测波长为210 nm、柱温为30 ℃。流动相使用前用0.22 μm有机滤膜过滤，超声脱气。

1.2.4 香气物质的测定

香气提取借鉴王春梅等^［23］和Wang等^［24］的方法并作以修改。气相色谱分离条件：以DB-WAX弹性石英毛细管柱（长20 m，内径0.18 mm，液膜厚度0.18 μm）作为色谱柱，以纯度≥99.999%的高纯氦气作为载气，流速设置为1.0 mL/min，以不分流进样为进样方式，进样口温度设置为250 ℃，解析5 min。升温程序的初始温度设置为40 ℃，持续2 min，以3 ℃/min速度升至210 ℃，再以5 ℃/min速度升至250 ℃，并保持5 min。

质谱检测条件：以电子电离（electro nionzation，EI）作为MS条件，传输线温度设置为190 ℃，EI离子源温度为230 ℃，70 eV的电子能量，350 V的光电倍增管电压，扫描方式为全扫描，扫描质量范围为35~500 u。

香气各组分的含量（μg/g）=（各组分的峰面积/内标物峰面积×内标物浓度（mg/L）×50 μL）/样品量（g）

1.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2010进行数据统计和整理，运用SPSS 22.0对试验数据进行主成分分析（PCA），采用Duncan新复极差法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同采收期对美乐和马瑟兰葡萄基本品质指标的影响

2.1.1 对美乐葡萄基本品质指标的影响

由表1可知，美乐葡萄果实的各类基本品质指标在不同采样期间存在显著性差异（P<0.05）。从T₁到T₅时期，可溶性糖总体呈现不断增加的趋势，前期可溶性糖含量增速较快，后期增速放慢，含量逐渐趋于稳定；可滴定酸含量总体呈下降的趋势；果实可溶性固形物含量和糖酸比逐渐升高，在T₅时期达到最大值，分别为26.55%和38.13，且5个时期中糖酸比均大于25；总酚和单宁含量缓慢升高，在T₄时期开始下降，最大值为21.24 mg/g和6.74 mg/g；可溶性蛋白的含量变化较为稳定，保持在0.20%~0.35%之间。

从T₁到T₅时期，美乐葡萄果实中的糖组分有果糖、葡萄糖和蔗糖，果糖含量最高，其次是葡萄糖，蔗糖含量最小。在5个时期中，糖组分的含量呈先增加后减小的趋势，在T₄时期含量均达到最大值，此时果糖、葡萄糖和蔗糖含量分别为110.33、96.31、6.16 mg/g。果实中酒石酸和苹果酸含量较多，而草酸、柠檬酸和抗坏血酸含量较少，在5个采收期中有机酸含量总体呈下降的趋势，草酸和酒石酸含量在T₄时期最小，分别为0.07 mg/g和3.05 mg/g，奎宁酸、苹果酸和抗坏血酸含量在T₅时期最小，分别为0.79、1.85、0.12 mg/g。

2.1.2 对马瑟兰葡萄的基本品质指标的影响

由表2可知，马瑟兰葡萄果实的各类品质指标在不同采样期间存在显著性差异（P<0.05）。从T₁到T₅时期，可溶性糖和可溶性固形物含量呈现出先逐渐增加后保持稳定的趋势，在T₄时期达到最大值（24.96%和25.30%），糖酸比逐渐增大，在T₅时期达到最大值（38.35），总酚和单宁含量呈现先增加后降低的趋势，最大值为21.58 mg/g和6.41 mg/g，可溶性蛋白的含量变化不大，均保持在0.21%~0.29%之间。

从T₁到T₅时期，马瑟兰葡萄果实中的糖组分有果糖、葡萄糖和蔗糖，果糖含量最高，其次是葡萄糖，蔗糖含量最小。在5个时期中，糖组分含量呈先增加后减小的趋势，在T₄时期含量均达到最大值，此时果糖、葡萄糖和蔗糖的含量分别为117.28、99.48、5.57 mg/g。马瑟兰果实中酒石酸和苹果酸含量较多，而草酸、柠檬酸和抗坏血酸含量较少，在5个采收期中有机酸含量均呈下降的趋势，草酸、酒石酸、奎宁酸和抗坏血酸含量在T₄时期最小，分别为0.11、3.53、0.85、0.09 mg/g，而苹果酸含量在T₅时期最小，为1.38 mg/g。

2.2 不同采收期美乐和马瑟兰葡萄基本品质指标的主成分方差分析

由表3可看出，美乐和马瑟兰葡萄均提取出3个主成分，各个主成分的特征值均大于1。美乐葡萄的主成分1、主成分2、主成分3对方差的贡献率分别为72.10%、17.53%和7.00%，马瑟兰葡萄的主成分1、主成分2、主成分3对方差的贡献率分别为75.70%、13.77%和6.75%。主成分对方差的贡献率越大，综合信息的能力越强，可以看出3个主成分中主成分1综合的信息较强，主要代表可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、总酚、单宁、果糖、葡萄糖和苹果酸的信息。两种酿酒葡萄的前3个主成分的累计方差贡献率分别为96.62%和96.22%，说明酿酒葡萄美乐和马瑟兰葡萄的3个主成分总体上可以反映果实基本品质指标的所有信息。

对美乐和马瑟兰葡萄果实品质进行综合评价，得出果实品质综合评价方程，结果见表4。由表4可知，美乐和马瑟兰葡萄在T₄时期综合得分均最高，可看出在T₄时期的葡萄果实品质较好。

综合得分=方差贡献率1×FAC₁+方差贡献率2×FAC₂+方差贡献率3×FAC₃

2.3 不同采收期对美乐和马瑟兰葡萄的香气成分的影响

2.3.1 不同采收期美乐葡萄的香气成分分析

由表5可知，5个采收期中美乐共检测出38种香气物质，大致可以分为为醛类、醇类、酯类、酸类、酮类、酚类和其他类等7类。在T₁、T₂、T₃、T₄和T₅时期分别检测到30、31、29、30和29种香气物质。5个时期中，酯类、醛类和醇类含量所占的比例较大，T₁时期中含量最高的酯类物质是乙酸乙酯（28.67 μg/g），含量最高的醛类物质是（E）-2-己烯醛（18.43 μg/g），含量最高的醇类物质是（E）-2-己烯-1-醇（15.29 μg/g）；T₂时期中含量最高的酯类物质是乙酸乙酯（36.61 μg/g），含量最高的醛类物质是（E）-2-己烯醛（29.89 μg/g），含量最高的醇类物质是3-甲基-3-庚醇（6.98 μg/g）；T₃时期中含量最高的酯类物质是乙酸乙酯（57.69 μg/g），含量最高的醛类物质是（E）-2-己烯醛（39.05 μg/g），含量最高的醇类物质是橙花醇（10.84 μg/g）；T₄时期中含量最高的酯类物质是乙酸乙酯（48.74 μg/g），含量最高的醛类物质是（E）-2-己烯醛（53.96 μg/g），含量最高的醇类物质是（E）-2-己烯-1-醇（32.05 μg/g）；T₅时期中含量最高的酯类物质是乙酸乙酯（52.99 μg/g），含量最高的醛类物质是（E）-2-己烯醛（50.98 μg/g），含量最高的醇类物质是橙花醇（14.38 μg/g）。

2.3.2 不同采收期马瑟兰葡萄的香气成分分析

由表6可知，5个采收期中马瑟兰葡萄共检测出45种香气物质，大致可以分为为醛类、醇类、酯类、酸类、酮类、酚类和其他类等7类。在T₁、T₂、T₃、T₄和T₅时期分别检测到31、35、39、43、39种香气物质。5个时期中，醛类和醇类含量所占的比例较大，含量最高的醛类物质是正己醛，含量最高的醇类物质是橙花醇，在T₄时期含量最高，分别为50.56 μg/g和29.65 μg/g。对比5个时期香气物质种类和含量可以得出，随着采收期的推迟，香气物质总含量总体呈现先增加后减少的趋势，香气成分中乙酰水杨酸甲酯和丙酮这两种物质赋予马瑟兰果实具有独一无二的薄荷味。

2.4 不同采收期美乐和马瑟兰葡萄香气成分的聚类分析

由图可1-A以看出，不同采收期美乐葡萄的香气成分主要可以聚为5类。其中，第1类香气成分（十八烷基乙烯基醚、硬脂酸乙酯和2，4-二叔丁基苯酚）在T₂时期表现突出，说明这一类香气成分呈先增加后减小的趋势，D-甘露（型）庚酮糖在T₁时期表现突出，说明这类香气成分呈逐渐减小的趋势；第2类香气成分中（乙酸、L-苯丙氨酸和1，3-二硬脂酸甘油酯）在T₅时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量逐渐增加；第3类香气成分，麦芽糖、橙花醇和正己醇等成分在T₄时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量呈先增加后减小的趋势；第4类香气成分中一乙酸甘油酯，辛酸乙酯和苯甲醛等成分在T₅时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量逐渐增加；第5类香气成分中，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚在T₃时期表现突出，芳樟醇在T₄时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量呈先增加后减小的趋势。从5个时期来看，T₃、T₄和T₅ 3个时期的香气种类丰富，含量表达量较高，和T₁、T₂时期差异较大。

由图1-B可以看出，不同采收期马瑟兰葡萄的香气可以聚为6类。其中，第1类香气成分N-2-硝基苯亚磺酰基-L-亮氨酸在T₁时期表现突出，说明这一类香气成分呈逐渐减小的趋势；第2类香气成分中丙酮、4-氯苯甲醚、3，5-二叔丁基邻苯二酚等，在T₅时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量逐渐增加；第3类香气成分中3-氯-4-氟硝基苯、棕榈酸乙酯等在T₅时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量逐渐增加；第4类香气成分中，6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛、乙酰水杨酸甲酯等在T₅时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量逐渐增加；第5类香气成分中，D-甘露（型）庚酮糖、柠檬醛、棕榈酸乙酯、正己醛等在T₄时期表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量呈先增加后减小的趋势；第6类香气成分中橙花醇、二甲醚、（E）-2-己烯醛等在T₄时期含量表现突出，说明这类香气成分从T₁到T₅时期含量呈先增加后减小的趋势。从5个时期来看，T₄和T₅两个时期的香气成分种类丰富，含量表达量较高，和T₁、T₂时期差异较大。

2.5 不同采收期美乐马瑟兰葡萄香气成分的主成分方差分析

由表8可看出，美乐和马瑟兰葡萄的香气物质均提取出2个主成分，各主成分的特征值均大于1，累计方差贡献率为87.99%和88.66%，说明两种酿酒葡萄的2个主成分总体上可以反映7类香气物质的所有信息。

由表9可知，美乐葡萄香气成分在T₄时期综合得分最高，不同时期香气物质的综合得分依次为T₄>T₅>T₃>T₂>T₁，马瑟兰葡萄香气成分在T₅时期综合得分最高，不同时期香气物质的综合得分依次为T₅>T₄>T₃>T₂>T₁。

3 讨论

3.1 不同采收期对葡萄果实品质的影响

本研究通过主成分分析得出可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、总酚、单宁、果糖、葡萄糖和苹果酸等均为衡量果实品质的主要指标，这与于婷等^［25］提出糖、酸、单宁均为酿酒葡萄果实品质评价的关键指标相似，说明影响酿酒葡萄果实品质的指标基本相同。糖组分是影响葡萄果实品质的重要指标之一，果实中糖组分绝大部分是果糖、葡萄糖和蔗糖^［26］。不同品种间糖组分的含量存在较大差异，一些水果的可溶性糖以蔗糖含量最高，果糖含量最低，例如桃^［27］、杏^［28］、菠萝^［29］等；一些水果中可溶性糖以果糖含量最高，蔗糖含量最低，例如苹果^［30］、黑穗醋栗^［31］等。本试验结果中，美乐和马瑟兰2种葡萄糖组分有果糖、葡萄糖和蔗糖，主要以果糖和葡萄糖为主，在T₄时期果糖和葡萄糖的含量达到最大值，在T₅时期葡萄糖和果糖含量均有下降的趋势，含量差距逐渐缩至果糖和葡萄糖的比值为1，这一结果与张强等^［32］提出大多数成熟葡萄果实中葡萄糖和果糖含量约为1∶1相符合。有研究发现有葡萄糖含量较高的的品种，其葡萄糖与果糖的比例可达1.55∶1.00^［33］，这可能是品种与栽培环境不同引起的。

有机酸的组成与含量在一定程度上影响着葡萄果实的风味和品质。葡萄果实中的酒石酸决定了葡萄酒的酸度值，从而影响着葡萄酒中微生物等一些物质的相对稳定性，并且还影响葡萄酒颜色的深浅和贮藏时间的长短^［34］。苹果酸是浆果中酸的主要成分，其含量影响葡萄的口味和品质^［35］。本试验中，两种酿酒葡萄有机酸主要以苹果酸和酒石酸为主，从T₁到T₅时期，有机酸含量持续减少，T₅时期达到最小值，此时酒石酸含量为3.5 mg/g左右，占有机酸总含量的57%~60%，苹果酸含量为1.5 mg/g左右，占有机酸总含量的25%~32%，有机酸降低的可能原因有果实成熟过程中果实体积增大和水分含量增加所产生的稀释作用、部分酸转变为糖、部分被用于呼吸消耗等，这一结果与马文婷等^［36］的研究结果相似。

3.2 不同采收期对葡萄果实香气成分的影响

果实风味品质同时受香气成分含量影响。香气成分是一种小分子挥发性化合物，主要是一些酶在果实发育后期将果实中蛋白质、碳水化合物等分解后得到的^［37］，主要包括醛类、酯类、醇类、酸类等，这些物质以一定比例存在，共同构成葡萄特有的香气^［38］。本试验检测到的香气成分中，醛类、醇类和酯类化合物的含量较多。从T₁到T₅时期，美乐与马瑟兰葡萄分别检测出了38种和45种香气成分，香气成分的总含量总体呈先增加后减小的趋势。醇类与醛类物质含量呈先增加后减小的趋势，并且在T₄时期具有明显的峰值，而此值可能与最佳采收期密切相关。酯类物质赋予果实果香和花香，是葡萄酒香气浓郁的主要因素^［39］，随采收期推迟酯类含量呈逐渐增加的趋势，在T₅时期达到最大值。翟婉丽等^［40］对杨凌地区媚丽葡萄采收期研究中发现，随采收期推迟，酯类物质种类含量呈先增加后减小趋势，醇类物质种类含量均呈递减趋势。此结果与本研究结果不太一致，其原因可能与品种、采摘时间和采摘地的气候等有关。

通常认为，在果实具有多种香气成分，只有一种或几种关键成分对果实品质和风味的形成起主要作用。本试验中，马瑟兰葡萄香气成分中醛类物质占41.45%~63.00%，美乐葡萄香气成分中醛类物质占26.57%~38.00%。蒋宝等^［41］和魏志峰等^［42］在对赤霞珠和阳光玫瑰葡萄香气成分的研究中发现，果实中醛类物质是含量最高的香气成分。醛类物质在多数酿酒葡萄的果实中均作为主要香气成分存在，可能是酿酒葡萄最关键的特征香气物质之一。从T₁到T₅时期马瑟兰葡萄中均检测出（E）-2-己烯醛，且含量较高。史星雲等^［43］在对马瑟兰香气组分的研究中发现，醛类物质中（E）-2-己烯醛的含量占比较高，本试验的结果与其研究结果一致，说明（E）-2-己烯醛是马瑟兰葡萄香气成分中的主要物质之一。

4 结论

河西走廊武威产区酿酒葡萄美乐的最适采收期在10月1日，马瑟兰的最适采收期在10月5日，在此时采收得到的葡萄果实品质最好。

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基金资助

甘肃省高等学校创新能力提升项目(2019B-079)

甘肃农业大学“伏羲杰出人才培育计划”(Gaufx-03J02)