葉噴褪黑素對草莓生長、光合及果實品質(zhì)的影響

李恭峰 高亞新 馬萬成 張振興 劉益克 李 寧 李青云

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河北保定 071000）

草莓是我國主要的設(shè)施栽培作物之一，果實柔軟多汁，富含維生素、礦物質(zhì)、花青素等多種有益成分，被譽(yù)為“水果皇后”，可鮮食亦可加工食用（Velde et al.，2016）。因其口感豐富、果實肉質(zhì)鮮美可口、營養(yǎng)豐富，深受廣大消費者喜愛。設(shè)施草莓生產(chǎn)周期長，從元旦上市可持續(xù)到5—6月，成為消費者冬季水果的理想選擇（宗靜 等，2012）。目前我國草莓栽培面積居世界第一位（舒銳 等，2019），至2018 年我國草莓播種面積11.11萬hm2，產(chǎn)量296.43 萬t（王鳴謙 等，2021）。隨著草莓種植面積的不斷增加，草莓產(chǎn)量也在不斷增長，但受到環(huán)境變化、設(shè)施條件和栽培管理技術(shù)等影響，我國草莓生產(chǎn)在單位產(chǎn)量和果實品質(zhì)等方面與發(fā)達(dá)國家還存在一定差距，因此迫切需要開發(fā)有效的草莓提質(zhì)增產(chǎn)技術(shù)。

褪黑素（melatonin，MT）又稱褪黑激素、松果體素等，是一種小分子吲哚胺類物質(zhì)（劉德帥 等，2022）。外源褪黑素處理應(yīng)用于作物生產(chǎn)已有相關(guān)報道，向警等（2021）發(fā)現(xiàn)外源褪黑素處理可以提高鹽脅迫下水稻種子的發(fā)芽率。曹亮等（2022）指出干旱脅迫下外源褪黑素可在一定程度上提高大豆產(chǎn)量。向妙蓮等（2022a，2022b）研究發(fā)現(xiàn)0.1 mmol·L-1褪黑素處理誘導(dǎo)了梨果實對采后黑斑病的抗性，激發(fā)了果實防御酶和病程相關(guān)蛋白基因的表達(dá)，顯著提高梨果實貯藏品質(zhì)。此外，李春平（2021）和黃鴻暉等（2021）研究指出褪黑素處理草莓果實可以顯著提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶活性，減少腐爛發(fā)生率。而關(guān)于褪黑素對草莓植株生長和果實發(fā)育方面的研究卻鮮見報道。本試驗以香野草莓為試材，通過設(shè)置不同濃度的褪黑素處理，測定設(shè)施栽培草莓的生長、光合和果實品質(zhì)等指標(biāo)，探究葉噴外源褪黑素對草莓生長發(fā)育和果實品質(zhì)的影響，以期為設(shè)施草莓生產(chǎn)提質(zhì)生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種：香野草莓（內(nèi)蒙古烏蘭農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所提供，苗齡65 d）。供試試劑：褪黑素（源葉生物有限公司提供生物技術(shù)有限公司提供）。

1.2 試驗方法

試驗在河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)日光溫室內(nèi)進(jìn)行，2021 年9 月11 日定植，用草炭蛭石（V∶V=3∶1）基質(zhì)盆栽，每盆1 株，盆直徑25 cm，高18 cm，盆間距離10 cm；定植后5 d 開始隨水追施霍格蘭德營養(yǎng)液（用量為0.5 L·盆-1），之后追肥間隔10 d，病蟲害防治等田間管理同常規(guī)管理。

試驗設(shè)置T1（150 μmol·L-1）、T2（300 μmol·L-1）、T3（450 μmol·L-1）、T4（600 μmol·L-1）4 個褪黑素濃度處理和對照（CK，清水），每個處理30 盆。在草莓第1 序果開花期進(jìn)行處理，傍晚（17：30—18：00）葉面噴施褪黑素，至葉片出現(xiàn)液滴微落為止；每3 d 噴1 次，共噴施8 次（最后1 次噴施后草莓第1 序果達(dá)到紅熟期）。

1.3 測定項目

1.3.1 生長指標(biāo)和葉綠素含量指標(biāo) 在最后1 次噴施處理2 d 后，每處理選取長勢相同的草莓5 株，測量中心葉向外展開的第3 片葉的葉柄長度，按葉面積=長×寬× 0.73 計算葉面積（張馨宇 等，2022）；葉片SPAD 值使用柯尼卡美能達(dá)SPAD-502葉綠素測定儀測定。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)及光合指標(biāo) 在最后1 次葉噴褪黑素處理2 d 后，每處理選取長勢相同的草莓植株3 株，用Hansatech 葉綠素?zé)晒鈨x測定植株中心葉向外完全展開的第3 片葉的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）、單位反應(yīng)中心吸收光能（ABS/RC）和單位反應(yīng)中心耗散能量（DIo/RC）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)；用YZQ-100A 便攜式光合儀〔翼鬃麒科技（北京）有限公司〕測定該葉片凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度。測定時設(shè)定光量子通量密度為1 000 μmol·m-2·s-1，3 次重復(fù)。

1.3.3 果實品質(zhì)指標(biāo) 在第1 序果紅熟期，每處理取商品果3 個，洗凈后擦干用電子天平測定單果質(zhì)量。

每處理取商品果10 個，洗凈擦干后切碎并混合均勻測定品質(zhì)指標(biāo)?？扇苄怨绦挝锖坑萌毡緪弁豍AL-1 糖度計測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定（李合生，2000），可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法測定（李合生，2000），游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定（李合生，2000），VC 含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法測定（李合生，2000），可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定（李合生，2000），多酚含量采用福林酚法測定（吳曉青 等，2021），類黃酮含量采用曲克蘆丁法測定（曹建康 等，2007）。3 次重復(fù)。

1.4 試驗數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS R26.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行差異顯著性分析，利用office 2016 軟件記錄數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度褪黑素對草莓生長和葉綠素含量的影響

由表1 可知，葉噴不同濃度褪黑素對草莓生長發(fā)育有一定的影響，隨著褪黑素濃度增加，草莓葉柄長、葉面積和葉片SPAD 值均呈先增加后降低趨勢，其中葉噴褪黑素450 μmol·L-1的T3 處理表現(xiàn)最為顯著，葉柄長、葉面積和葉片SPAD 值比噴施清水的CK 分別提高了47.98%、62.22% 和16.82%；葉噴褪黑素300 μmol·L-1的T2 處理的葉面積與CK 差異不顯著，但葉柄長和葉片SPAD 值顯著高于CK。

表1 不同濃度褪黑素對草莓生長和葉綠素含量的影響

2.2 不同濃度褪黑素對草莓葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表2 可知，葉噴不同濃度褪黑素草莓植株Fv/Fm、Fv/Fo 和ABS/RC 呈先升高再降低的趨勢。其中以葉噴褪黑素300 μmol·L-1的T2 處理顯著高于CK，分別比CK 提高了3.75%、17.60% 和15.05%；而CK 的DIo/RC 顯著高于其他處理，T2處理最低，比CK 低32.56%。

表2 不同濃度褪黑素對草莓葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.3 不同濃度褪黑素對草莓光合作用的影響

光合參數(shù)是影響草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的重要指標(biāo)，由表3 可知，除T2 處理的胞間CO2濃度和T1 處理的氣孔導(dǎo)度以外，T1～T4 處理均顯著提高了草莓的葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，顯著降低了胞間CO2濃度。其中T2 和T3 處理的葉片凈光合速率分別比CK 高55.67%和62.01%；T2、T3 和T4（褪黑素600 μmol·L-1）處理的蒸騰速率分別比CK 高44.14%、42.79%和50.90%，3 個處理之間無顯著差異；T1 和T2 處理的胞間CO2濃度顯著高于T3、T4 處理；T2 處理的氣孔導(dǎo)度顯著高于其他處理，比CK 高56.63%。

表3 不同濃度褪黑素對草莓光合作用的影響

2.4 不同濃度褪黑素對草莓果實品質(zhì)的影響

由表4 可知，與CK 相比，T2 和T3 處理顯著提高了草莓單果質(zhì)量和可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量，且T2 處理游離氨基酸含量明顯提高，而可滴定酸含量顯著降低；T1 處理的游離氨基酸含量最高，比CK 高16.34%，可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量均顯著高于CK，可滴定酸含量顯著低于CK，但單果質(zhì)量與CK 無顯著差異；T4 處理的各指標(biāo)與CK 差異不大。綜上，葉噴褪黑素300 μmol·L-1的T2 處理草莓品質(zhì)較好，單果質(zhì)量和游離氨基酸含量分別比CK 高23.12%和2.88%，可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖、可滴定酸含量分別比CK 高3.93、0.24、2.69、-0.12 百分點。

表4 不同濃度褪黑素對草莓果實品質(zhì)的影響

2.5 不同濃度褪黑素對草莓果實抗氧化物質(zhì)含量的影響

果實的抗氧化物質(zhì)的含量是衡量果實保鮮期的重要指標(biāo)。由表5 可知，葉噴不同濃度褪黑素顯著提高了草莓果實VC 含量，以T2 處理最高，比CK 提高了50.65%，其次為T3 處理；T1 處理的類黃酮和多酚含量顯著高于其他處理，分別比CK 高61.19%和57.01%。葉噴褪黑素可提高草莓果實抗氧化能力。

表5 不同濃度褪黑素對草莓果實抗氧化物質(zhì)含量的影響

3 結(jié)論與討論

褪黑素是廣泛存在于生物體內(nèi)的一種吲哚類物質(zhì)（Hattori et al.，1995）。Wei 等（2018）研究表明褪黑素可能是一種新型的植物激素類物質(zhì)。Hernandez-Ruiz 等（2004）研究表明褪黑素能促進(jìn)細(xì)胞膨大，一定濃度的褪黑素可促進(jìn)離體的白化羽扇豆下胚軸膨大生長，作用機(jī)理與生長素類似。耿書德等（2022）發(fā)現(xiàn)25 μmol·L-1褪黑素浸種處理的西瓜種子發(fā)芽率大幅度提高，同時能有效提高鹽脅迫下西瓜幼苗的根系活力和凈光合速率，Tomann 等（2016）指出褪黑素參與了生長素、赤霉素、乙烯和脫落酸等激素的信號傳導(dǎo)途徑，共同調(diào)控了植物的生長發(fā)育。陳忠誠等（2021）發(fā)現(xiàn)苗期噴施褪黑素溶液可以顯著提高紅小豆凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、最大光化學(xué)效率和潛在光化學(xué)活性。本試驗發(fā)現(xiàn)在草莓開花期噴施300 μmol·L-1的褪黑素可顯著提高草莓的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度，分別比對照提高了55.67%、44.14%和56.63%，最大光化學(xué)效率和潛在光化學(xué)效率比對照提高了3.75%和17.60%；噴施450 μmol·L-1的褪黑素后草莓葉柄長、葉面積顯著高于對照處理，比對照提了47.98%、62.22%。這與夏銘等（2022）在褪黑素應(yīng)用在蘿卜上的研究結(jié)論一致。

郝青南等（2022）發(fā)現(xiàn)在大豆初花期和鼓粒期葉噴外源褪黑素，可顯著增加大豆植株的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株籽粒產(chǎn)量，從而提高整體產(chǎn)量。本試驗中葉噴300～450 μmol·L-1的褪黑素顯著提高草莓單果質(zhì)量，且濃度為450 μmol·L-1時比對照高38.68%，表明褪黑素對提高草莓產(chǎn)量有促進(jìn)作用。Zhao 等（2015）發(fā)現(xiàn)外源添加低濃度褪黑素（10 μmol·L-1）可提高玉米光合速率和己糖激酶活力，上調(diào)光合相關(guān)基因及己糖激酶相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)植株生長、蔗糖代謝、光合作用和蔗糖韌皮部裝載。本試驗發(fā)現(xiàn)噴施300 μmol·L-1的褪黑素溶液可顯著提高草莓果實可溶性蛋白、可溶性糖含量，同時降低可滴定酸含量。這與黃陳玨等（2022）對褪黑素應(yīng)用在番茄上的研究結(jié)果一致。Arnao 等（2019）研究指出褪黑素不僅能作為信號分子調(diào)節(jié)植物生長，還能作為抗氧化劑在植物逆境調(diào)控中起重要作用。VC、多酚和類黃酮屬于抗氧化物質(zhì)，萬璇等（2022）發(fā)現(xiàn)采用0.10 mmol·L-1褪黑素溶液浸泡處理貴長獼猴桃果實10 min，可以顯著降低VC 和類黃酮等的分解速度，延緩常溫貯藏果實品質(zhì)的下降，這一發(fā)現(xiàn)也在芒果（劉帥民，2020）、梨（向妙蓮，2022）和枸杞（鄧淑芳，2022）等作物上被證實。本試驗結(jié)果也表明，當(dāng)噴施褪黑素濃度在150 μmol·L-1時，果實中的抗氧化物質(zhì)VC、多酚和類黃酮含量顯著提高。

綜上所述，葉噴褪黑素能促進(jìn)草莓生長、提高果實品質(zhì)，主要有以下3 個原因：一是褪黑素和吲哚乙酸（IAA）生物合成的前體同為色氨酸（Murch et al.，2000），二者分子結(jié)構(gòu)相似，在植株生長調(diào)控方面的作用也有部分相似之處，噴施適宜濃度的褪黑素可以促進(jìn)植株生長。二是噴施褪黑素可通過提高葉綠素含量提高草莓光合能力，促進(jìn)植株營養(yǎng)物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高果實品質(zhì)。三是噴施褪黑素提高了草莓植株最大光化學(xué)效率、植物潛在光化學(xué)效率和單位反應(yīng)中心吸收光能等葉綠素?zé)晒鈪?shù)，代表著植株對逆境脅迫的適應(yīng)能力增強(qiáng)，同時提高果實中抗氧化物VC、多酚和類黃酮的含量。

冬季設(shè)施草莓第1 序果上市正值元旦前后，價格較高，人們對其品質(zhì)的要求也相對較高，此時也是一年中氣溫最低時段，設(shè)施生產(chǎn)草莓容易遭受低溫、弱光等逆境脅迫，果實品質(zhì)受不良天氣影響難以保證。褪黑素價格一般為每克5 元，以葉噴300 μmol·L-1的褪黑素溶液為例，溫室低溫弱光期（12月到翌年2 月）施用褪黑素，3 個月的試劑成本為156.6 元·（667 m2）-1。因此，葉噴300 μmol·L-1的褪黑素溶液可有效促進(jìn)草莓植株和果實生長，提高果實品質(zhì)，且成本投入較低，對草莓冬季生產(chǎn)具有一定指導(dǎo)意義。