不同留果穗數(shù)對(duì)戈壁設(shè)施番茄光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

宋 羽 ,蔣程瑤,李玉姍

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，成都 611130)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國(guó)面積最大的加工番茄種植基地[1]，隨著近年來(lái)疆內(nèi)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，設(shè)施番茄占全疆番茄產(chǎn)量的分額逐年上升[1,2]。新疆南疆地區(qū)可耕地稀缺，戈壁設(shè)施產(chǎn)業(yè)，特別是戈壁設(shè)施番茄產(chǎn)業(yè)，是支撐當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施[3]。果實(shí)留果穗數(shù)是決定設(shè)施番茄的茬口產(chǎn)量的重要因素，一定程度上也決定了番茄品質(zhì)。制定適宜的留果模式，將對(duì)增加設(shè)施番茄的產(chǎn)量、改善品質(zhì)，提升設(shè)施生產(chǎn)收益等都有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】現(xiàn)有針對(duì)番茄的留果穗數(shù)研究報(bào)道主要集中在果實(shí)產(chǎn)量方面。不同國(guó)家番茄的留果策略也各不相同，如高緯度地區(qū)的荷蘭主要采用低密度、多果穗、長(zhǎng)產(chǎn)季的模式，而處于中緯度地區(qū)的日本則采用高密度、少果穗、多茬口的生產(chǎn)模式[4,5]。而我國(guó)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，河北日光溫室番茄春茬栽培適合中留4果穗[6]，寧夏日光溫室早熟番茄適合采用3穗果打頂?shù)哪Ｊ絒7]，北京秋茬大棚番茄在單株留果14個(gè)時(shí)產(chǎn)量最高[8]，而陜西楊凌地區(qū)早春設(shè)施番茄栽培果實(shí)可以留到7穗，仍然能保證果實(shí)的口感[4]。這些研究結(jié)果也表明,設(shè)施番茄的留果穗數(shù)呈現(xiàn)顯著的地區(qū)分布，有必要針對(duì)當(dāng)?shù)卦O(shè)施特點(diǎn)，制定適合的留果模式。【本研究切入點(diǎn)】國(guó)內(nèi)外關(guān)于番茄留果穗數(shù)對(duì)每穗果實(shí)的果實(shí)品質(zhì)影響的研究還十分匱乏，同時(shí)，針對(duì)新疆南疆戈壁設(shè)施番茄留果穗數(shù)對(duì)果實(shí)形成的研究?jī)?nèi)容更是報(bào)道甚少。研究不同留果穗數(shù)對(duì)戈壁設(shè)施番茄光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以戈壁溫室生產(chǎn)番茄為供試材料，分析不同留果穗數(shù)處理下的植株功能葉片光合特性，以及果實(shí)形成速度、產(chǎn)量與品質(zhì)差異，評(píng)價(jià)對(duì)不同處理的果實(shí)的商品性和設(shè)施經(jīng)濟(jì)性，研究適合戈壁設(shè)施番茄生產(chǎn)的果穗模式，為設(shè)施番茄的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

采用NS3389番茄作為試驗(yàn)供試材料，整體采用基質(zhì)栽培方式，其中育苗期基質(zhì)為培蕾2號(hào)(培蕾有機(jī)肥料有限公司)，3葉1心時(shí)定植于日光溫室中，定植后采用按草炭：珍珠巖：蛭石=3∶1∶1(體積比)的配比混合而成并拌有羊糞的栽培基質(zhì)進(jìn)行基質(zhì)栽培。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以番茄春提早茬口進(jìn)行，即于2019年1月12日～7月20日在阿圖什市上阿圖什鎮(zhèn)日光溫室產(chǎn)業(yè)園中進(jìn)行。種植參考[9]進(jìn)行，即栽培基質(zhì)采用種植基質(zhì)袋，擺放行距為0.8 m，株距為0.2 m，定植后植株密度為6.25株/m2。設(shè)置4種留果穗數(shù)處理，所有處理最末果穗穗頂留3片葉，并打頂。為確保果實(shí)質(zhì)量，每棵植株進(jìn)行疏果處理，留5穗果，其余的栽培管理措施參考[10,11]進(jìn)行，并保持一致。表1

表1 不同留果穗數(shù)處理設(shè)置Table 1 Arrangement of different remaining fruit spikes treatments

各處理包含60棵植株，設(shè)置邊界行以防組間干擾，共設(shè)3次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，溫度變化范圍為25～30℃(晝)/10～15℃(夜)，濕度變化范圍為70%～90%，CO2變化基本與外界一致。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.2.1 葉片光合指標(biāo)

(1)光合色素測(cè)定，各處理打頂后，每周典型晴天，隨機(jī)取植株從頂端往下第3片功能葉[4]采用乙醇提取法，利用紫外線(xiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行比色測(cè)定包括葉綠素a、葉綠素b及類(lèi)胡蘿卜素的含量[12]。每種處理測(cè)定6棵植株，3次重復(fù)。

(2)氣體交換參數(shù)測(cè)定，2019年6月22日(典型晴天)，上午09:00～12:00，對(duì)光合色素指標(biāo)測(cè)定相同位置葉片進(jìn)行凈光合速率(PN)、氣孔導(dǎo)度(GS)、胞間CO2濃度(Ci)、以及蒸騰速率(Tr)測(cè)定。光合系統(tǒng)(LI-6400XT，Li-Cor Inc., USA)環(huán)境參數(shù)測(cè)定，依據(jù)[13]中所言，每種處理測(cè)定3棵植株，3次重復(fù)。

1.2.2.2 果實(shí)變化及產(chǎn)量

記錄不同處理下每穗果成熟時(shí)間(坐果期、膨大期、轉(zhuǎn)色期)[5]。各穗果收獲時(shí)隨機(jī)取10個(gè)相同成熟度果實(shí)，測(cè)定果實(shí)直徑(橫徑、縱徑)、鮮重(鮮質(zhì)量)和干重(干質(zhì)量)，以果實(shí)鮮重計(jì)算各處理植株單株產(chǎn)量(公式1)，記錄定植后各處理生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，按照周年生產(chǎn)(公式2)，計(jì)算年產(chǎn)量，3次重復(fù)。

(1)

年產(chǎn)量=單株產(chǎn)量×365/定植后生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)。

(2)

1.2.2.3 果實(shí)品質(zhì)

對(duì)1.3.2中各穗果果實(shí)計(jì)算果形指數(shù)(縱徑/橫徑)，并另隨機(jī)取10個(gè)大小和成熟度一致的果實(shí)測(cè)定可溶性固形物、酸度及糖酸比(PAL-BXIACID3，ATAGO Inc., Japan)，測(cè)定果實(shí)可溶性糖含量(蒽酮比色法)、可溶性蛋白含量(考馬斯亮藍(lán)G-250染色法)、抗壞血酸含量(鉬藍(lán)比色法)、番茄紅素含量(有機(jī)溶劑抽取甲苯比色法)[12]，3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 11.0軟件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄葉片光合色素響應(yīng)

研究表明,5月5日為T(mén)3處理打頂后第7 d，第1次測(cè)定。T4和T5處理下的番茄葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量以及葉綠素a/b的比值均存在隨葉齡增加，緩慢上升的趨勢(shì)，且數(shù)值較高，兩組間數(shù)據(jù)差異不顯著。T3處理下的番茄葉片葉綠素b含量在果實(shí)成熟的中后期出現(xiàn)明顯下降，而其他色素指標(biāo)在出現(xiàn)下降之后但仍能緩慢回升。T6處理下的番茄葉片除類(lèi)胡蘿卜素含量外，其他光合色素指標(biāo)數(shù)值均隨葉齡增加緩慢上升，但數(shù)值并不高。圖1

注：誤差棒表示標(biāo)準(zhǔn)誤。(A，葉綠素a；B，葉綠素b；C，葉綠素a/b；D，類(lèi)胡蘿卜素)Note: Error bars represent standard error.(A, Chlorophyll a; B, Chlorophyll b; C, Chlorophyll a/b; D, Carotenoid)圖1 不同留果穗數(shù)處理下番茄葉片光合色素變化Fig. 1 Effects of different remaining fruit spikes treatments on photosynthetic pigment contents of tomato leaves

研究表明,T3處理下的凈光合速率(PN)、氣孔導(dǎo)度(GS)、胞間CO2濃度(Ci)、以及蒸騰速率(Tr)各指標(biāo)數(shù)值均為各處理下最低值，這與葉片處于末穗果近收獲期相關(guān)。而T5和T6處理下，除PN外，兩組間各指標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)顯著差異，均高于其他處理。但T4和T5處理的PN值，卻顯著高于其他處理下的數(shù)值。表2

表2 不同留果穗數(shù)處理下番茄葉片光合參數(shù)變化Table 2 Effects of different remaining fruit spikes treatments on photosynthetic parameters of tomato leaves

2.3 番茄果實(shí)變化與產(chǎn)量

研究表明,定植后，隨著留果穗數(shù)的增加，各穗果的成熟時(shí)間逐漸增加。T3處理的各穗果坐果期、膨大期、轉(zhuǎn)色期所需時(shí)間均最短，T5和T6處理的各穗果3個(gè)時(shí)期均最長(zhǎng)。不同留果方式亦顯著影響植株的產(chǎn)量，其中單株果實(shí)產(chǎn)量T6處理組數(shù)據(jù)顯著高于其他處理，較單株產(chǎn)量最低的T3處理組高109.19%。而考慮定植后生產(chǎn)周期后，T5和T6處理組的設(shè)施番茄實(shí)際年產(chǎn)量值最高。表3

表3 不同留果穗數(shù)處理下番茄果實(shí)形成Table 3 Effects of different remaining fruit spikes treatments on fruit development of tomato

注：柱形圖上的字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；誤差棒表示標(biāo)準(zhǔn)誤(A，果形指數(shù)；B，可溶性固形物；C，總酸；D，糖酸比；E，可溶性糖；F，可溶性蛋白；G，抗壞血酸；H，番茄紅素)Note: Different small letters in the bar meant significant difference among treatments at 0.05 level; error bars represent standard error(A, Fruit shape index; B, Soluble solids; C, Total acid; D, Ratio of sugar to acid; E, Soluble sugar; F, Soluble protein; G, Ascorbic acid; H, Lycopene)圖 2 不同留果穗數(shù)處理下番茄果實(shí)品質(zhì)變化Fig. 2 Effects of different remaining fruit spikes treatments on fruit quality of tomatoes

2.4 番茄果實(shí)品質(zhì)

研究表明,果形指數(shù)體現(xiàn)了果實(shí)球形度，所有處理的果形指數(shù)都在0.8之上，果實(shí)外觀(guān)較接近橢球狀，且T5處理組的數(shù)值顯著高于其他處理。果實(shí)內(nèi)可溶性固形物和總酸含量，以及糖酸比是指針果實(shí)口感的風(fēng)味指標(biāo)，T4和T5處理下果實(shí)的可溶性固形物含量和糖酸比值顯著高于T3和T6處理，總酸含量顯著低于另兩組處理，隨著留果穗數(shù)的增加，果實(shí)的“甜度”呈先上升后下降的趨勢(shì)。果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)通常選擇可溶性糖、可溶性蛋白、抗壞血酸及番茄紅素含量來(lái)監(jiān)測(cè)。T3處理下的果實(shí)可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著低于其他處理，而T4、T5和T6處理間2種指標(biāo)數(shù)值變化趨勢(shì)雖然不同，但組間卻無(wú)顯著差異。T4和T5處理組的果實(shí)抗壞血酸含量值最高，T6處理組次之，T3處理組最低，較最高值低23.8%。T5處理組的果實(shí)番茄紅素含量顯著高于其他組，同時(shí)T3、T4和T6組的果實(shí)該指標(biāo)呈現(xiàn)隨留果穗數(shù)增加，數(shù)值上略微降低的趨勢(shì)。

3 討 論

植物通過(guò)葉片光合作用獲取生長(zhǎng)發(fā)育所需的能量基礎(chǔ)，功能葉片的光合作用將不僅供給植株維持必要生命活動(dòng)的能量，更是能對(duì)果實(shí)形成其關(guān)鍵作用[9,13]，也是影響最終設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。而光合色素是高等植物捕獲光能、傳遞光能，并引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，是直接決定光合反應(yīng)的物質(zhì)。對(duì)于番茄而言，葉綠素a、葉綠素b以及類(lèi)胡蘿卜素是最重要的光合色素，其含量往往與葉片光合能力呈正相關(guān)的關(guān)系[14]。試驗(yàn)中，T4和T5處理下的番茄葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量以及葉綠素a/b的比值較T3和T6處理組的數(shù)值均較高，葉片PN值也高于其他處理，與前人研究結(jié)果一致。葉綠素a/b的比值可以表征植物光合器官光適應(yīng)能力，在面對(duì)非最適光環(huán)境時(shí)的光合器官的保護(hù)能力[15]。葉綠素a/b的比值的波動(dòng)大，光適應(yīng)能力的穩(wěn)定性較差，光合能力的穩(wěn)定性也會(huì)降低。T3處理下的葉綠素a/b的比值隨著葉齡增加波動(dòng)幅度大，PN值也明顯較其他處理組低。同時(shí)，T3、T4處理的葉綠素含量隨葉齡增加，不同程度地呈現(xiàn)出降低、持平或緩慢上升的趨勢(shì)，而T5和T6處理組數(shù)據(jù)卻一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，適當(dāng)增加留果穗數(shù)應(yīng)該有利于葉綠素的穩(wěn)定積累，一定程度上延長(zhǎng)葉片光合壽命，與前人研究一致[4]。

葉片光合表現(xiàn)，也將直接影響植株的生殖發(fā)育，對(duì)果實(shí)的形成、產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)起到重要決定作用。T3處理下的光合色素含量和光合參數(shù)的數(shù)值都明顯較其他處理低，理論上，其各穗果果實(shí)成熟時(shí)間應(yīng)該相對(duì)最長(zhǎng)，但試驗(yàn)結(jié)果與之相反。這應(yīng)該是由于隨著留果穗數(shù)的增加，低處冠層果實(shí)的曝光量明顯會(huì)不足，導(dǎo)致果實(shí)的物質(zhì)積累減緩，甚至影響果實(shí)品質(zhì)，這在前人研究中已有報(bào)道[5,14]。實(shí)際上隨著留果穗數(shù)的增加，各穗果坐果期、膨大期、轉(zhuǎn)色期所需時(shí)間均明顯增加，以致T5和T6處理的各穗果3個(gè)時(shí)期均最長(zhǎng)。同時(shí)由于果穗數(shù)的增加，植株的單株產(chǎn)量必然上升，但計(jì)算設(shè)施實(shí)際產(chǎn)量往往需要以年為時(shí)間單位，且考慮到，現(xiàn)代溫室園區(qū)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)分工明確，均設(shè)有專(zhuān)門(mén)的育苗溫室，因此在計(jì)算種植溫室內(nèi)作物生產(chǎn)周期應(yīng)從定植后算起，故T5和T6處理組的設(shè)施番茄實(shí)際年產(chǎn)量值最高。

果實(shí)的外觀(guān)(形狀、大小、色澤等)、風(fēng)味(口感、酸甜程度等)，及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值將直接影響產(chǎn)品的市場(chǎng)需求和價(jià)值定位。果形指數(shù)能夠表征果實(shí)的球形度，是直接影響消費(fèi)者感官的指標(biāo)。通常果形指數(shù)在0.8～1，果實(shí)外觀(guān)較接近橢球狀，是較為理想的大果番茄外形，而如果果形指數(shù)大于1，果實(shí)近似圓柱形，適合用于水果番茄生產(chǎn)[4]。而果實(shí)內(nèi)可溶性固形物和總酸含量，以及糖酸比等口感的風(fēng)味指標(biāo)，一定范圍內(nèi)增加留果穗數(shù)，延遲打頂，可以增加果實(shí)的“甜度”，而若留果過(guò)多則會(huì)使果實(shí)出現(xiàn)“酸口”的特征。這也與PN的變化情況較為一致，即功能葉片的光合積累也是果實(shí)糖分累積的基礎(chǔ)[16]，再次說(shuō)明適度留果可以促進(jìn)果實(shí)口感品質(zhì)的提升。高VC含量、高番茄紅素含量番茄的商品價(jià)值正逐年上升[17]。T4和T5處理組的果實(shí)抗壞血酸含量顯著高于其他處理，T5處理組的果實(shí)番茄紅素含量是個(gè)處理中最大值，這2種處理的番茄果實(shí)市場(chǎng)價(jià)值將高于其他處理。

4 結(jié) 論

番茄光合作用的強(qiáng)弱主要是通過(guò)葉片葉綠素含量和光合速率來(lái)反映，本試驗(yàn)研究表明，留4穗果和留5穗果的番茄葉片葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素a/b的比值、凈光合速率和胞間CO2濃度較留3穗果和留6穗果處理組的數(shù)值均較高，說(shuō)明適宜的留果穗數(shù)有利于光合色素的合成和積累，番茄留4穗果和留5穗果的番茄葉片光合作用較其他處理強(qiáng)；而番茄產(chǎn)量大部分都是來(lái)自于葉片光合作用的積累的產(chǎn)物，在試驗(yàn)研究中留5穗果和留6穗果單株產(chǎn)量和設(shè)施年產(chǎn)量顯著高于留4穗果和留3穗果處理的番茄，留5穗果和留6穗果的番茄設(shè)施年產(chǎn)量分別為96.76和96.46 kg/(m2·y)，說(shuō)明留5穗果和留6穗果的番茄產(chǎn)量較其他處理要高；番茄果實(shí)品質(zhì)分析中，留4穗果和留5穗果的可溶性固形物、抗壞血酸(VC)以及番茄紅素的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)也顯著高于其他處理，糖酸比和可溶性糖含量也均較高于其他處理，留4穗果和留5穗果的番茄果營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和口感較其他處理要好。新疆南疆地區(qū)春提早茬口設(shè)施番茄生產(chǎn)較適合采用4穗和5穗的留果模式。