不同光質(zhì)補光對設(shè)施內(nèi)桃果實品質(zhì)及葉片質(zhì)量的影響

鄭曉翠,劉鳳之,王海波,王孝娣*

(1 中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所,遼寧興城 125100;2 農(nóng)業(yè)部園藝作物種質(zhì)資源利用重點實驗室,遼寧興城 125100)

目前,設(shè)施栽培桃發(fā)展迅猛,但受到光照、通氣等多方面因素的影響,導(dǎo)致其果實風味變淡、可溶性固形物含量降低,綜合品質(zhì)低于露天栽培桃[1]。設(shè)施桃生產(chǎn)中最突出的問題就是光照強度低、生長時間短[2],嚴重影響桃產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展。研究表明設(shè)施栽培中由于光照強度與光照時間不足,采用人工補光的方法可以改善栽培環(huán)境[3-4],促進作物的生長,而目前生產(chǎn)中也采用補光來解決弱光問題。補光可以提高作物的光合速率、增加葉面積、提高產(chǎn)量和改善果實品質(zhì)。而補光的效果則取決于補光強度和補光的光質(zhì)[5]。紅光能夠促進幼苗生長、增大葉面積、提高壯苗指數(shù)以及增加葉片可溶性糖和淀粉含量[6-8]。藍光調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育,促進花色素苷的積累和子葉擴張、調(diào)節(jié)開花時間和氣孔開放[9]。目前,已有一些研究報道了不同光質(zhì)補光對設(shè)施番茄、黃瓜、油菜等蔬菜的影響,研究的方向主要集中在光質(zhì)、光強、補光時間及補光燈的位置等對植株樹體生長及產(chǎn)量的影響等方面。桃設(shè)施栽培中由于光照強度、光質(zhì)質(zhì)量及光照時間等導(dǎo)致其果實品質(zhì)變差[1,10],而不同光質(zhì)補光對設(shè)施桃果實品質(zhì)及葉片質(zhì)量影響的研究較少,提高設(shè)施內(nèi)光照質(zhì)量是設(shè)施桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

酚類物質(zhì)是桃果實重要的內(nèi)在品質(zhì)性狀,以往栽培措施調(diào)控果實中酚類物質(zhì)含量的研究主要集中在套袋、鋪設(shè)反光膜、不同留果量、水分管理和砧穗組合等幾個方面[11],而對于不同光質(zhì)補光對桃果實中酚類物質(zhì)含量的影響研究較少。

由于桃在果樹栽培中的地位十分重要,并且桃果實富含對人類健康有益的化學物質(zhì)和色素[12],在有限的設(shè)施栽培環(huán)境中如何提高設(shè)施桃果實品質(zhì)尤為重要。

因此,本研究選用適宜設(shè)施栽培的早熟毛桃品種‘春雪’和油桃品種‘中油4號’為試驗材料,考察不同光質(zhì)補光對桃果實外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)以及葉片質(zhì)量的影響,以期為完善改進設(shè)施桃果實品質(zhì)調(diào)控技術(shù)措施奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試材為3年生‘春雪’(砧木為青州冬雪蜜桃)和‘中油4號’(砧木為青州冬雪蜜桃),行株距2.0 m×1.0 m,架式栽培主干形,每667 m2留果量2 500～3 000 kg,行內(nèi)覆蓋黑地膜,膜下滴灌,施肥管理采取水肥一體化,其他管理按常規(guī)進行,管理水平中等。試驗光源為S-30型植物生長燈(上海合鳴照明電器有限公司),補光燈技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 植物生長燈光譜信息技術(shù)參數(shù)Table 1 Technique parameters of plant growth light spectral information

1.2 試驗處理

研究于2014年11月至2015年5月在中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所高效節(jié)能型日光溫室 (遼寧興城,40.45°N,120.51°E) 內(nèi)開展。溫室為東西走向,長60 m、跨度7.5 m、脊高3.5 m、后坡投影長度1.5 m,骨架形狀為兩弧一切線曲直形結(jié)構(gòu),塑料薄膜為PO棚膜,外保溫材料為保溫被。待設(shè)施桃萌芽期時開始補光處理,至果實成熟采收后停止,處理光源分別為紫外光、藍光、紅藍光,對照為設(shè)施內(nèi)暗期光照處理,每個處理24株樹,包含3個重復(fù)。在各處理行上方每行安置1盞植物生長燈,安裝位置在溫室中部離北墻4.5 m處,安裝高度距離葉幕最頂部40 cm,各處理間隔4行作為保護行。日落后至次日日出前各補光4 h,每天連續(xù)補光時長為8 h, 設(shè)施內(nèi)暗期的光照是完全黑暗。

1.3 測試指標與方法

1.3.1 果實品質(zhì)‘春雪’和‘中油4號’果實在5月28日采收,每個處理采集樹冠外圍中部30個果實用于測定單果重、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、維生素C含量和酚類含量。

單果重采用電子天平(精度為0.01)測定,可溶性固形物含量采用日本產(chǎn)PAL-1型折光儀測定,可溶性糖含量按照國家標準GB/T12293-90測定,可滴定酸含量采用0.1 mol/L NaOH進行滴定,以酒石酸的量表示[13],維生素C含量按照國家標準GB/T6194-86測定。

酚類含量測定時,從果實四面分別取果皮混勻,冷凍研磨機研磨,-80 ℃冰箱保存,稱取冷凍研磨樣品5 g于50 mL棕色帶塞離心管中,用20 mL 1%鹽酸-甲醇溶液于4 ℃冰箱黑暗狀態(tài)下浸提果皮樣品至無色后定容到50 mL,10 000 r/min低溫(4 ℃) 離心15 min,取上清液經(jīng)微孔濾膜(0.22 μm) 過濾,濾液采用美國Waters公司生產(chǎn)高效液相色譜儀(ACQUITY UPLC H-CLASS)進行酚類物質(zhì)定性定量分析。色譜柱選用 Wonda Sil C18柱(250 mm×4.6 mm),流動相 A為1.6%甲酸水溶液,B為1.6%甲酸甲醇溶液,柱溫為 40 ℃,酚類物質(zhì)含量用外標法計算,結(jié)果以 mg/kg 鮮樣表示。

1.3.2 葉片質(zhì)量‘春雪’和‘中油4號’在5月28日采收果實的同時,每個處理采集樹冠外圍中部新梢第6節(jié)葉片30片用于葉片質(zhì)量指標的測定。其中,采用徒手切片法[10],在葉片統(tǒng)一位置用雙刃刀片切取邊長約2 cm的正方形,放入存有FAA固定液[配方為70%酒精90 mL+冰醋酸5 mL+福爾馬林(37%～40%甲醛)5 mL]的小瓶中,浸泡7 d左右,然后進行切片,把切下的材料放入培養(yǎng)皿中,充分展開,選擇薄而透明的切片,對其封片,再利用稀釋50倍的紅色墨水(主要成分包括墨水紅、一品紅和酸性大紅G) 對樣品染色,染色時間為1 min,用濾紙吸干多余液體,最后通過帶有測微尺的顯微鏡觀察并測定葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉片總厚度。葉綠素采用丙酮法提取,采用分光光度計測定提取液吸光度值[14],利用Arnon公式計算葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素a /b 值、總?cè)~綠素含量。葉面積采用Li-3000A型便攜式葉面積儀測量,比葉重是在70 ℃條件下烘干葉片至恒重,用電子天平 (精度為 0.000 1)稱重,然后計算干比葉重(葉片干重/葉面積)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理與繪圖,利用SAS 9.2軟件做雙因素方差分析,采用Duncan方法進行多重比較,不同字母表示各處理間差異顯著(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 補光處理對設(shè)施栽培桃果實品質(zhì)的影響

與對照相比,3種光質(zhì)補光對‘春雪’和‘中油4號’桃果實的單果重、可溶性固形物、可溶性糖、維生素C含量均有顯著促進效果,但促進程度也多存在顯著差異;對其可滴定酸含量均有不同程度降低效果,且‘春雪’各處理的降幅均達到顯著水平,而‘中油4號’各處理均無顯著變化(表2)。

表2 補光處理下桃果實品質(zhì)指標的變化Table 2 Changes of fruit quality of peach under supplementary light wavelengths

其中,‘春雪’和‘中油4號’果實的單果重、可溶性糖和維生素C含量均以藍光最高,紫外光次之,紅藍光最低,且各補光處理間均差異顯著;兩品種各處理桃果實可溶性固形物含量的表現(xiàn)與以上3個指標相似,均為藍光>紫外光>紅藍光,且‘春雪’果實各處理間也均差異顯著,只是‘中油4號’果實僅在藍光與紅藍光間差異顯著。同時,‘春雪’果實可滴定酸含量表現(xiàn)為藍光<紫外光<紅藍光,但僅藍光與紅藍光處理之間差異顯著,‘中油4號’果實可滴定酸含量在各處理之間差異均不顯著。

另外,在相同光處理條件下,‘春雪’果實的單果重、可溶性固溶物、可滴定酸和維生素C含量均不同程度高于相應(yīng)‘中油4號’桃,尤其是維生素C含量約是‘中油4號’的2倍左右,而其可溶性糖含量在對照條件下稍高于‘中油4號’,在各補光處理下均低于‘中油4號’。以上結(jié)果說明不同光質(zhì)補光對設(shè)施桃果實品質(zhì)的促進效果不同。

2.2 補光處理對設(shè)施栽培桃果實酚類物質(zhì)含量的影響

不同光質(zhì)補光條件下,‘春雪’和‘中油4號’桃果實中酚類物質(zhì)種類及含量有所不同,通過高效液相色譜分析,檢測出酚酸類、黃烷醇類、黃酮醇類、花色苷類4類共計13種酚類物質(zhì),其中‘中油4號’不含異鼠李類糖苷。

2.2.1 酚酸類物質(zhì)含量‘春雪’和‘中油4號’桃果實均檢測出2種酚酸類物質(zhì)(矢車菊-3-葡萄糖苷和矢車菊-3-蕓香糖苷),且‘春雪’桃中酚酸類物質(zhì)含量遠高于‘中油4號’桃;在補光處理后,‘春雪’和‘中油4號’桃果實酚酸類物質(zhì)含量均不同程度高于對照,且增幅大多達到顯著水平;補光處理間均以紫外光處理最高,并與其他處理差異顯著,藍光次之,紅藍光最低,而藍光與紅藍光之間也多差異顯著(圖1),其中,在紫外光補光處理后,‘春雪’桃的矢車菊-3-葡萄糖苷含量(525.51 mg/kg)和矢車菊-3-蕓香糖苷含量(30.92 mg/kg)分別是相應(yīng)對照的2.32倍和1.92倍,‘中油4號’的矢車菊-3-葡萄糖苷含量(319.95 mg/kg)和矢車菊-3-蕓香糖苷含量(24.27 mg/kg)則分別是相應(yīng)對照的2.68倍和3.18倍?？梢?補光處理均能提高桃果實中酚酸類物質(zhì)含量,并以紫外光處理效果最佳,藍光處理次之。

圖中品種內(nèi)不同字母表示處理間差異達0.05顯著水平。下同。圖1 補光處理下‘春雪’(A)和‘中油4號’(B)桃果實酚酸類物質(zhì)含量的變化Different letters in the figure indicate significant difference between treatments at 5% level in the same cultivar. The same as below.Fig.1 The phenolic acid contents in fruit of ‘Chunxue’ (A) and ‘Zhongyou 4’ (B) peach under supplementary light wavelengths

2.2.2 黃烷醇類物質(zhì)含量‘春雪’桃和‘中油4號’桃果實檢測出的黃烷醇類物質(zhì)為新綠原酸和綠原酸。由圖2可知,‘春雪’桃和‘中油4號’桃果實新綠原酸和綠原酸含量在各補光處理下均顯著高于對照,并均以紫外光處理最高且顯著高于其他處理,藍光處理次之,紅藍光處理的影響最小。

圖2 補光處理下‘春雪’(A)和‘中油4號’(B)桃果實黃烷醇類物質(zhì)含量的變化Fig.2 The flavanol contents in fruit of ‘Chunxue’ (A) and ‘Zhongyou 4’ (B) peach under supplementary light wavelengths

其中,在紫外光補光處理后,‘春雪’桃新綠原酸含量(6.04 mg/kg)和綠原酸含量(124.81 mg/kg)分別是對照的1.39倍和1.38倍,而‘中油4號’桃新綠原酸含量(21.24 mg/kg)和綠原酸含量(65.53 mg/kg)分別是對照的1.67倍和2.47倍。另外,在相同光照處理下,‘中油4號’桃新綠原酸含量顯著高于‘春雪’桃,而其綠原酸含量則顯著低于‘春雪’桃。

2.2.3 黃酮醇類物質(zhì)含量‘春雪’桃和‘中油4號’桃中所含有的黃酮醇類物質(zhì)包括原花色苷B1和表兒茶素。

在各補光處理后,‘春雪’和‘中油4號’果實的原花色苷B1和表兒茶素含量大多比對照顯著增加,僅紅藍光處理的‘春雪’原花色苷B1含量稍低于對照,并均以紫外光處理的增幅最大含量最高,且與其余補光處理差異顯著;藍光處理的原花色苷B1顯著高于相應(yīng)紅藍光處理,而其表兒茶素含量稍高于紅藍光處理。

其中,在紫外光補光處理后,‘春雪’桃原花色苷B1含量(28.34 mg/kg)和表兒茶素含量(8.24 mg/kg)分別是對照的1.79倍和1.65倍,‘中油4號’桃原花色苷B1含量(62.93 mg/kg)和表兒茶素含量(5.33 mg/kg)分別是對照的2.6倍和2.1倍(圖3)。另外,在相同光環(huán)境下,‘中油4號’桃原花色苷B1含量明顯高于‘春雪’桃,而其表兒茶素含量則低于‘春雪’桃。

圖3 補光處理下‘春雪’(A)和‘中油4號’(B)桃果實黃酮醇類物質(zhì)含量的變化Fig.3 Xanthone alcohol content in fruit of ‘Chunxue’ (A) and ‘Zhongyou 4’ (B) peach under supplementary light wavelengths

2.2.4 花色苷類物質(zhì)含量圖4顯示,‘春雪’桃果實中檢測出的花色苷類物質(zhì)包括蘆丁、槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-葡萄糖苷、山萘黃酮醇-蕓香糖苷、異鼠李-蕓香糖苷、異鼠李-半乳糖苷和異鼠李-葡萄糖苷等7種,這幾種物質(zhì)含量均以紫外光處理最高,并與其余補光處理和對照差異顯著,藍光處理次之,紅藍光處理最低,但是除山萘黃酮醇-蕓香糖苷外大都顯著高于對照。同時,‘中油4號’桃果實中檢測出的花色苷類物質(zhì)僅有以上7種中的4種,包括蘆丁、槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-葡萄糖苷和山萘黃酮醇-蕓香糖苷,這幾種物質(zhì)含量在各補光處理后大多顯著高于對照,并均以紫外光處理最高且除山萘黃酮醇-蕓香糖苷外顯著高于其他補光處理,藍光處理次之,紅藍光處理最低(圖4)。另外,‘春雪’和‘中油4號’桃果實中槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-葡萄糖苷含量均明顯高于其余成分含量;‘中油4號’桃果實中花色苷類物質(zhì)含量明顯高于相應(yīng)的‘春雪’桃。

2.3 補光處理對設(shè)施栽培桃葉片質(zhì)量的影響

2.3.1 葉綠素含量及比值由表3可知,在各補光處理后,‘春雪’和‘中油4號’桃葉片的葉綠素a、葉綠素b含量、葉綠素a/b值和總?cè)~綠素量均顯著高于對照。‘春雪’桃葉片葉綠素a含量和葉綠素a/b值均為藍光處理最高,紅藍光次之,紫外光最低,且各處理之間均存在顯著差異;而其葉綠素b含量表現(xiàn)出相反趨勢,即紅藍光和紫外光處理較高并顯著高于藍光處理,但前兩者間差異不顯著;其總?cè)~綠素含量在各補光處理之間均差異不顯著。同時,‘中油4號’桃葉片葉綠素a含量和葉綠素a/b值在各補光處理下的表現(xiàn)與‘春雪’桃葉片相同,即藍光>紅藍光>紫外光;而其葉綠素b含量以紫外光處理最高,并顯著高于其他處理,藍光和紅藍光次之;其總?cè)~綠素含量在藍光處理下最高,紅藍光和紫外光處理次之。

表3 補光處理下桃葉片葉綠素含量及葉綠素a/b 的變化Table 3 The chlorophyll contents and chlorophyll a/b ratio in leaves of peach under supplementary light wavelengths

2.3.2 葉面積、葉片厚度和干比葉重表4顯示,在各補光處理后,‘春雪’桃和‘中油4號’桃葉片柵欄組織厚度、海綿組織、葉面積和葉片厚度都顯著高于對照,‘春雪’桃葉片的干比葉重值也顯著高于對照,而‘中油4號’桃葉片干比葉重值與對照無顯著差異。2個桃品種葉片的柵欄組織厚度、葉面積和葉片厚度均以藍光處理最高,紅藍光處理次之,紫外光處理最低,且各處理之間均差異顯著;葉片海綿組織厚度在‘春雪’桃中以仍以藍光最高,紅藍光次之,紫外光最低,且處理間差異顯著,而在‘中油4號’桃中各補光處理之間無顯著差異;‘春雪’和‘中油4號’桃干比葉重值在各補充處理間均差異不顯著。

表4 補光處理下桃葉面積、葉片厚度及干比葉重的變化Table 4 The leaf area, leaf thickness and specific leaf weight of peach under supplementary light wavelengths

3 討 論

光質(zhì)對果樹形態(tài)建成及果實品質(zhì)的發(fā)育具有重要的調(diào)控作用[15]。由于設(shè)施栽培桃樹是典型的弱光環(huán)境,使桃的發(fā)育受到光質(zhì)和光強的限制。采用人工補光的方法對提高桃果實品質(zhì)與葉片質(zhì)量有顯著的效果,而不同光質(zhì)補光對果實品質(zhì)有較大的調(diào)控作用。有研究發(fā)現(xiàn),紅光能提高番茄的糖酸含量,低劑量UV-B與紅光復(fù)合處理可提高果實糖、酸、番茄紅素含量[16];藍光處理能顯著提高番茄果實維生素 C 和可溶性蛋白含量[17];藍光補光處理果實發(fā)育最快,成熟最早,果實單粒質(zhì)量較高,糖含量最高[18]。本研究發(fā)現(xiàn),在藍光補光條件下,設(shè)施內(nèi)‘春雪’和‘中油4號’桃的單果重較大,可溶性固形物含量和可溶性糖含量均較高。通過光質(zhì)來調(diào)節(jié)果實的糖、酸代謝中,有關(guān)光質(zhì)對可溶性糖的調(diào)控作用機理,可能是由于不同光質(zhì)影響對碳水化合物的吸收從而改變了可溶性糖含量[19],也可能是光質(zhì)的改變誘導(dǎo)了光敏色素對蔗糖代謝酶的調(diào)控,促進提高了蔗糖代謝相關(guān)酶活性,從而積累更多的光合作用產(chǎn)物[20-21]。

酚類物質(zhì)與果實色澤、風味(澀、苦、香、甜)和保健功效密切相關(guān),也是果實采后褐變的物質(zhì)基礎(chǔ)以及果汁和果酒顏色、風味、沉淀等理化特性的決定因素[22]。酚類物質(zhì)與果蔬品質(zhì)的許多方面都有密切關(guān)系,其中花色素類和黃酮類是果蔬色澤的重要決定因子之一。光照可影響桃果實酚類物質(zhì)的積累[11],張克坤等[18]研究表明紫外光照射能夠刺激葡萄葉片或果皮產(chǎn)生脫落酸(ABA),ABA 經(jīng)運輸提高了細胞壁轉(zhuǎn)化酶(CWI)、可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶(SAI) 活性,增加了漿果中光合產(chǎn)物的卸載量。有研究報道,光質(zhì)對花色素苷的合成有重要作用。紫外線增強可促進黃酮類物質(zhì)的合成[23]。這與本研究中,‘春雪’和‘中油4號’桃補紫外光后,果實中酚類物質(zhì)的含量顯著增加的研究結(jié)論一致。植物酚類物質(zhì)的生物合成對光質(zhì)比較敏感,特別是波長較短的紫外光能夠上調(diào)黃酮生物合成基因的表達,并促進黃酮類化合物在植物體內(nèi)的積累[24]。

葉片是植物進行光合作用的重要器官,而葉綠素是植物吸收與利用光能的主要色素。葉綠素作為高等植物的光合色素,對植物的光合作用起著非常重要的作用[25]。王欣欣等[26]研究發(fā)現(xiàn),藍色、紅藍色補光條件下葡萄葉片的葉綠素含量、光合速率均有升高,而藍光條件下葉綠素含量及光合速率最高,藍光有利于葉綠素和干物質(zhì)的積累與分配。藍色補光條件下桃葉片的葉綠素含量、葉片數(shù)量及氣孔數(shù)量高[27],光合作用旺盛,光合產(chǎn)物積累迅速、積累量大。這與本研究中設(shè)施內(nèi)‘春雪’桃和‘中油4號’桃在補充藍光處理后葉片葉綠素含量顯著高于其他處理的研究結(jié)論一致。劉慶等[28]研究則認為補充藍光處理降低了草莓葉片葉綠素的含量,這與本研究結(jié)論相反,其原因可能是不同物種或品種葉綠素含量對補充光質(zhì)處理的反應(yīng)存在較大差異,也可能與光質(zhì)的實現(xiàn)條件不同有關(guān)。

另外,本研究采用人工補光的方法對于提高設(shè)施內(nèi)‘春雪’桃和‘中油4號’桃葉片質(zhì)量有顯著的效果,并且能夠增加葉片干物質(zhì)的積累。有研究表明[29],補充藍光提高了溫室黃瓜葉片的葉面積(有助于葉片對光的吸收),并且補充藍光使干物質(zhì)產(chǎn)量升高,這一結(jié)論與本研究的結(jié)果一致。Andrew 等[30]認為藍光能夠增加葉片厚度,這恰好與本研究中補充藍光處理的‘春雪’桃和‘中油4號’桃葉片厚度顯著高于其他處理的結(jié)論一致。

綜上所述,不同光質(zhì)補光處理可以有效改善設(shè)施內(nèi)桃果實的外在和內(nèi)在品質(zhì)、果實的酚類物質(zhì)含量以及桃葉片的品質(zhì),且不同補光處理的效果存在明顯差異。與對照相比,藍光補光處理設(shè)施桃果實的單果重、可溶性糖含量和維生素C含量均最高,紫外光補光處理也明顯提高了桃果實中酚酸類物質(zhì)含量。從提升桃果實品質(zhì)角度考慮,建議采用藍光植物生長燈進行人工補光;從增加果實酚類物質(zhì)含量的角度來看,建議采用紫外植物生長燈進行人工補光。