人工光植物工廠不同草莓品種比較試驗

趙艷俠，劉炳福，張晶瑩，王絳輝，崔 剛，徐 波，孫家波*

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院休閑農(nóng)業(yè)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東都市農(nóng)業(yè)重點實驗室/生態(tài)園藝植物育種山東省工程研究中心,山東 濟南 250100；2.山東普朗特農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，山東 濟南 250100）

草莓（Fragaria × ananassa）是多年生草本植物，營養(yǎng)豐富、香味濃郁、生長周期短，素有“水果皇后”的美譽。草莓既可鮮食，又可用于深加工，市場前景廣闊[1]。草莓果實包含果實色澤、大小、果形、風味等感官品質(zhì)和維生素、可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物含量等內(nèi)在品質(zhì)[2]。

現(xiàn)在我國栽培草莓大部分為一季型草莓品種，對光周期敏感，主要用于冬春草莓生產(chǎn)，遠不能滿足人們對草莓的需求[3]。美國的四季草莓‘阿爾比’‘蒙特瑞’‘波特拉’‘圣安德瑞斯’，屬于日中性草莓品種，結(jié)果特性對日照長度不敏感，在合適溫度條件下一年可以多次開花、結(jié)果，且具有產(chǎn)量高、果實硬度大、抗病性好等優(yōu)點，可以全年供應市場，尤其是夏秋季的市場空缺期，解決春季草莓市場過分集中和夏季無草莓可食的問題，具有廣闊的發(fā)展前景[4-6]。草莓喜冷涼氣候，較耐低溫，忌高溫，但我國夏季大部分地區(qū)氣溫通常高于30 ℃，7～8 月常常超過35 ℃，甚至40 ℃，持續(xù)的高溫天氣導致四季草莓品質(zhì)差、匍匐莖繁殖能力差和花芽分化困難，限制四季草莓新品種選育及其大面積推廣。

植物工廠有人工光植物工廠和太陽光植物工廠，通常所說的植物工廠專指人工光植物工廠，它是一類利用人工光源的封閉植物生產(chǎn)系統(tǒng)，是近年來發(fā)展較快的不受自然條件制約的省力型生產(chǎn)方式，也是土地利用和農(nóng)作方式顛覆性技術(shù)，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前沿與趨勢[7]。草莓植株較矮小、需光量不大、果實價值高，適于在人工光型植物工廠中生產(chǎn)，日本千葉大學率先在日本開展草莓的人工光栽培研究，后由日清紡股份有限公司開展草莓人工光生產(chǎn)的商業(yè)化[8]。利用人工光型植物工廠的草莓穴盤苗周年生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)大田種苗繁育的110～140 倍[9]。經(jīng)光照強度試驗發(fā)現(xiàn)，280 μmol/(m2·s) 熒光燈的人工光照條件下‘梅香’草莓產(chǎn)生的匍匐莖數(shù)量更多，子苗生長更快[10]。經(jīng)光周期研究發(fā)現(xiàn)，16 h/d 的光照條件能夠促進四季草莓‘Natsuakari’產(chǎn)生更多匍匐莖[11]。

利用植物工廠進行草莓周年化生產(chǎn)，對草莓的周年供應具有重要意義。目前在植物工廠種植草莓已經(jīng)開展部分種苗繁育研究，但是對于植物工廠中種植的不同草莓品種的表現(xiàn)還未見報道。在植物工廠條件合適的情況下，草莓可以四季結(jié)果，針對草莓的周年需求，引入四個草莓品種開展比較試驗，以期為植物工廠種植草莓品種的選擇提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地位于山東省農(nóng)業(yè)科學院人工光植物工廠實驗室，以LED紅藍復合光4∶1 為光源，光強200 μmol/(m2·s)，光照時間16 h/d，植物工廠內(nèi)通過空調(diào)來交換空氣，濕度60%，溫度25 ℃[12]。盆（高×上口×底=17.5 cm×16 cm×13 cm）栽種植。栽培基質(zhì)為營養(yǎng)土∶蛭石= 2∶1。

供試草莓包括‘阿爾比’‘蒙特瑞’‘圣安德瑞斯’和‘波特拉’4 個品種冷凍苗（莖粗1 cm 以上，根系發(fā)達）。4月16 日定植，種苗由拉森峽谷農(nóng)業(yè)發(fā)展（北京）有限責任公司提供。每個品種定植10 株，用于植株形態(tài)指標、產(chǎn)量和果實品質(zhì)的測定。

1.2 試劑和儀器

植物可溶性糖含量檢測試劑盒，BC0030，北京索萊寶科技有限公司；可滴定酸（TA）檢測試劑盒，R30300，上海源葉生物科技有限公司；紫外分光光度計，T2600，上海佑科儀器儀表有限公司；手持式固形物含量測試儀，SW-32D，廣州市速為電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 農(nóng)藝指標測定

于2022 年5 月16 日、6 月16 日測定草莓的農(nóng)藝指標，用游標卡尺測量株高、冠徑、莖粗、葉片長、葉片寬，計算葉面積（葉片長×葉片寬），調(diào)查葉片數(shù)、花枝數(shù)、花蕾數(shù)[13]。

1.3.2 表型特征測定

2022 年7 月20 日隨機采集每個品種的10 個成熟果實用于測定果實性狀，用游標卡尺測定果實橫徑、縱徑，計算果形指數(shù)，用電子天平測定單果質(zhì)量[14]。

1.3.3 內(nèi)在品質(zhì)測定

測定每個果實的可溶性固形物、可溶性糖、有機酸含量，用可溶性固形物含量/可滴定酸含量計算固酸比。

1.3.4 品種性狀綜合評價

選取6 月16 日測定的株高、冠徑、莖粗、葉柄長、花枝數(shù)、花蕾數(shù)作為農(nóng)藝性狀指標，選擇7 月20 日測定的果實橫徑、縱徑、單果質(zhì)量和最大單果質(zhì)量作為果實外觀比較指標，測定的可滴定酸、可溶性固形物和可溶性糖含量作為化學比較指標。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論[15-16]，四個品種作為4 個處理，12 項指標作為灰色系統(tǒng)。分別計為xij（品種數(shù)i=1,2,3,4,性狀j=1,2,3,…, 12）。各項評價指標取供試品種中的最大值做為參考品種的值maxij，然后按照公式（1）對所有數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，得到各品種各項評價指標的無量綱標準值xi(j)。

根據(jù)公式（2）計算供試品種與參考品種無量綱標準值的離差絕對值。

式中，xo(j)為參考品種無量綱標準值，xi(j)為供試品種無量綱標準值。

根據(jù)公式（3）計算供試品種與參考品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中，miniminjΔi(j)為離差絕對值中最小值，maximaxjΔi(j)為離差絕對值最大值。

計算供試品種與參考品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(j)（分辨系數(shù)ρ 取0.5），最后由關(guān)聯(lián)系數(shù)和各指標的權(quán)重wj（由變異系數(shù)賦權(quán)法來確定）[16]，根據(jù)公式（4）計算得到供試品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri，根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度綜合比較各供試品種的優(yōu)劣。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016 和SPSS 25.0 處理，并進行差異性（P＜0.05）和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期調(diào)查

由表1 可知，4 月定植后，‘波特拉’于5 月6 日最早現(xiàn)蕾，比‘圣安德瑞斯’早11 d，花期‘波特拉’最早，比‘阿爾比’提前7 d，‘圣安德瑞斯’最晚。定植53 d 后‘波特拉’進入盛果期。

表1 草莓生長的物候期調(diào)查Table 1 Phenological period investigation of strawberry growth

2.2 農(nóng)藝性狀

表2 顯示了5 月16 日不同品種草莓的植株性狀。由表知，四個品種間莖粗、葉柄粗和葉片長差異均不顯著；株高為‘阿爾比’最矮，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相對較高；與其他三個品種相比，‘波特拉’冠徑最大，差異顯著；與‘阿爾比’相比，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’葉柄長，差異顯著；‘波特拉’葉片最寬，‘蒙特瑞’葉片最窄；葉片數(shù)量‘波特拉’最多，‘蒙特瑞’最少?？傮w來說‘波特拉’葉片多、冠徑大、葉片寬，生長勢較強；‘阿爾比’株高矮、冠徑小葉柄短，‘蒙特瑞’冠徑小、葉片數(shù)少，‘阿爾比’和‘蒙特瑞’長勢比較弱。

表2 不同品種草莓植株性狀（5 月16 日）Table 2 Traits of different strawberry varieties

表3 顯示了6 月16 日四個品種草莓的植株性狀。由表知，不同品種草莓的莖粗、葉柄粗和葉片數(shù)差異不顯著；‘波特拉’和‘阿爾比’株型矮，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相對較高，差異顯著；‘圣安德瑞斯’冠徑最大，‘阿爾比’冠徑最小，差異顯著；與‘波特拉’和‘阿爾比’相比，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’葉柄長，差異顯著；可見，生長1 個月后葉片數(shù)差異不明顯?！ㄌ乩ㄖ?shù)和花蕾數(shù)最多，‘波特拉’最早進入結(jié)果期?？傮w來說，‘波特拉’葉片多、冠徑大，進入結(jié)果期；‘阿爾比’株型矮、冠徑小、葉柄短，主要進行營養(yǎng)生長，整體處于開花期。

表3 不同品種草莓植株性狀（6 月16 日）Table 3 Traits of different strawberry varieties

5 月下旬至6 月下旬生長旺盛，‘阿爾比’和‘蒙特瑞’株高增幅較大；‘阿爾比’‘蒙特瑞’‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’冠徑增加率分別是51.51%、73.42%、30.73 和75.79%，莖粗變化不大。

2.3 草莓果實品質(zhì)性狀

2.3.1 不同品種草莓果實表型特征分析

由表4 可知，不同品種草莓果實表型特征存在差異。在果色上，‘阿爾比’為鮮紅色，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’為大紅色，‘波特拉’為橙紅色，‘阿爾比’的顏色更為誘人。‘阿爾比’和‘圣安德瑞斯’表現(xiàn)為酸甜口感，‘波特拉’和‘蒙特瑞’口感以酸為主。‘蒙特瑞’的果實橫徑和橫徑明顯小于其他三個品種，果實相對較小，‘阿爾比’和‘圣安德瑞斯’果實橫徑差異不顯著。

表4 草莓果實外在品質(zhì)指標測定Table 4 Determination of external quality indexes of strawberry

4 個品種的果形指數(shù)大小順序為‘蒙特瑞’‘阿爾比’‘圣安德瑞斯’‘波特拉’。‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’的單果質(zhì)量分別達到12.79 g 和12.95 g，明顯高于‘蒙特瑞’，在植物工廠中‘波特拉’最大單果質(zhì)量最大，‘蒙特瑞’單果質(zhì)量最小。

2.3.2 不同品種草莓果實內(nèi)在品質(zhì)特征

表5 顯示，4 個草莓品種的內(nèi)在品質(zhì)存在顯著差異。‘阿爾比’可滴定酸含量顯著高于其他3 個品種，‘波特拉’可滴定酸含量最少，但是與‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相比，差異不顯著?！柋取扇苄怨绦挝锖孔罡?，顯著高于‘蒙特瑞’，與‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’相比，差異不顯著。固酸比大小依次為‘波特拉’‘圣安德瑞斯’‘蒙特瑞’‘阿爾比’。

表5 草莓果實內(nèi)在品質(zhì)指標測定Table 5 Determination of intrinsic quality indexes of strawberry

2.4 品種性狀綜合評價

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，依據(jù)公式（1）得到各品種各項評價指標的無量綱標準值，依據(jù)公式（2）計算供試品種與參考品種無量綱標準值的絕對差值，具體見表6。

表6 供試品種與參考品種無量綱標準值的絕對差值Table 6 Absolute difference of dimensionless standard value between tested varieties and reference varieties

由表6 可知，二級最小差miniminjΔi(j)=0，二級最大差maximaxjΔi(j)=0.235，取ρ=0.5，帶入公式（3）計算供試品種與參考品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(j)，帶入公式（4）計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度（表7）。經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價，4 個供試品種中‘波特拉’表現(xiàn)最優(yōu)，‘阿爾比’次之，‘蒙特瑞’表現(xiàn)最差。

表7 指標權(quán)重及供試品種和參考品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)及權(quán)重Table 7 Index weight and correlation coefficient and weight of tested varieties and reference varieties

3 討論與結(jié)論

通過對不同草莓品種植株農(nóng)藝特征、果實品質(zhì)等性狀的比較來看，各個品種在生長第二月內(nèi)處于旺盛生長期，總體上‘波特拉’表型特征和內(nèi)在品質(zhì)整體上優(yōu)于其他3 個草莓品種，最大單果質(zhì)量最大；‘蒙特瑞’成花性較弱，結(jié)果量少，平均單果質(zhì)量??；而‘阿爾比’口感相對較好，進入結(jié)果期較晚，但是花序抽生能力強；‘圣安德瑞斯’平均單果質(zhì)量大，開花結(jié)果能力好。各個品種不存在生長無果的現(xiàn)象。

可溶性固形物作為目前衡量果實口感的最主要指標之一，包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等。本試驗供試草莓品種果實的可溶性固形物由大到小為‘阿爾比’‘波特拉’‘圣安德瑞斯’‘蒙特瑞’，僅為6.3%～7.9%，而在川西高原夏季露地栽培‘蒙特瑞’‘圣安德瑞斯’‘波特拉’可溶性固形物為9%～11%[17]。草莓的可溶性固形物含量變化受溫度、光強、光質(zhì)等因素影響[18-19]，在植物工廠中應注意對這些因素的進行調(diào)節(jié)，通過控光控溫等措施，來增加草莓的可溶性固形物含量，提高其風味。本研究的4 個四季草莓在植物工廠中經(jīng)過一個多月時間就可以結(jié)果，環(huán)境溫度25 ℃，草莓一直持續(xù)結(jié)果，可以滿足周年化生產(chǎn)的需求。相同栽培環(huán)境下，不同草莓品種在生長特性和果實品質(zhì)存在差異[20-21]，因此應結(jié)合品種的特性，通過調(diào)控環(huán)境條件，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鮮食草莓。

目前生產(chǎn)上主要種植‘紅顏’和‘章姬’等一季型草莓，對溫度和光照周期要求比較嚴格，打破休眠后在植物工廠種植，大于12 h 光照時間很容易由生殖生長轉(zhuǎn)為營養(yǎng)生長，其結(jié)果期短，很快就進入休眠狀態(tài)。四季品種雖然可以在植物工廠持續(xù)結(jié)果，但是總得來說，這四個品種仍然口感偏酸，糖度不夠，一方面還需引入較多品種，篩選可以在植物工廠周年化種植的草莓品種；另一方面通過雜交育種，一季型草莓與四季型草莓進行雜交授粉，充分利用一季性草莓果實優(yōu)良品質(zhì)，選育風味好可以在植物工廠的周年化生產(chǎn)的草莓新品種。從灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價來看，‘波特拉’加權(quán)關(guān)聯(lián)度高，綜合性狀最好，可選為植物工廠種植草莓品種，可用來培育適用于植物工廠中種植四季草莓新品種的親本資源。