“半封閉溫室小氣候改變對番茄發育及果實產量和保健化合物含量的交互影響”論文評述

（西北農林科技大學園藝學院，陜西楊凌 712100）

2012年Scientia Horticulturae，138：235-243 發表了德國柏林洪堡大學農業與園藝學院Dannehl D, Huber C, Rocksch T, Schmidt U 和德國城市植物生態生理部采后品質動態生理分部Huyskens-Keil S 的研究論文“半封閉溫室小氣候改變對番茄發育及果實產量和保健化合物含量的交互影響”（Interactions between changing climate conditions in a semi-closed greenhouse and plant development, fruit yield, and health-promoting plant compounds of tomatoes）（Dannehl et al.，2012）。該研究認為，全球氣候變暖趨勢引起了冬季和夏季極端氣候頻繁出現，尤其是夏季平均溫度過高使溫室管理中頻繁開啟通風設備，溫室內相對濕度降低，CO2施肥效果難以保持，這些氣候條件變化可能對番茄生長發育及果實品質帶來不利影響。為此，他們在柏林洪堡大學建立了一種遞減霧系統（DescFog）半封閉溫室，并提出了溫室氣候控制新策略，這個新系統將溫室通風與高壓霧系統和CO2施肥管理相結合。該文報道了這種環境控制策略和遞減霧系統對不同生長季節番茄的營養生長、果實產量、類胡蘿卜素和酚類化合物含量及番茄水溶性和非水溶性組分抗氧化活性的交互影響。

1 試驗方法

試驗于2008 和2009年在德國柏林洪堡大學芬洛式試驗溫室中進行，每年分春季（3～6月）和秋季（8～11月）兩個試驗時期。將供試溫室分成兩個115 m2光照條件相同的小溫室，一個采用常規氣候控制策略調控（對照），按生產常規參數（保持晝溫不低于18℃、夜溫不低于16℃，溫度超過25℃時開啟通風設備）管理；另一個采用DescFog 系統管理（保持晝溫不低于18℃、夜溫不低于16℃）。兩個小溫室CO2施肥均設置為5：00～11：00 900 μL·L-1，11：00～18：00 700 μL·L-1。另外，在DescFog 小溫室配備了高壓霧系統（150 bar），由固定在墻上4 m 高處的6個霧氣噴嘴構成，可以在植株上方產生去離子水小液滴（10 μm），確保蒸發冷卻均衡。當這些小液滴蒸發時，冷空氣可以沉降到植株冠層內，而攜帶熱量的水蒸氣則上升到溫室頂部。為了維持液滴蒸發，用一個微控制器控制霧氣和通風，當植株上方相對濕度（RH）達80%時，通風裝置就以短脈沖方式以最小量（最大僅為通風口的10%）開啟，以排出溫室頂部的水蒸氣。霧系統在植株群體相對濕度達80%時則關閉，以免引發病害。當植株群體內溫度在25～27℃范圍時，DescFog 開啟以維持高的CO2水平。DescFog 系統半封閉操作模式的上限溫度設為27℃，以免植株傷害。每個小溫室中栽植番茄（Solanum lycopersicumL.cv.Pannovy） 128株，采用巖棉塊栽培，滴灌。

試驗期間每30 s 記錄一次溫室小氣候數據。生長期間定期測量植株生長發育及果實產量和品質。按單果質量對果實進行分級：70 g以上為A級，50～70 g 為B級，50 g 以下為C級。

從每個供試小溫室的番茄植株第5 穗果上隨機采收A級（>70 g）、成熟階段9（依據經濟合作與發展組織顏色標準）的果實45個，分成3次重復。將每個果實四等分縱切，其中1份立即用于測定果實干物質含量，其余3份在-20℃冷凍貯存用于測定果實保健化合物的含量。

苯酚的提取與總酚含量測定：取凍貯番茄果實樣品1份，凍干后用乙酸丙酮（體積分數50%蒸餾水，49.5%丙酮，0.5%冰醋酸）提取，福林酚法測定。分析方法見Dannehl 等（2011）的文獻。

類胡蘿卜素提取與分析：取凍貯番茄果實樣品1份，按Fish 等（2002）的方法提取番茄紅素及β-胡蘿卜素，用分光光度計測定，按Nagata 和Yamashita（1992）的方法計算總番茄紅素和β-胡蘿卜素的含量。

抗氧化活性分析：取凍貯番茄果實樣品1份，參照Wang 等（1996）優化的方法提取酚類化合物和類胡蘿卜素，按Rohn 等（2004）的方法，用水溶性VE 的等效抗氧化能力分析提取的酚類化合物和類胡蘿卜素中的抗氧化物。

在收獲番茄時，剪取植株頂部第一片發育完全的葉，105℃干燥24 h，依葉片的干鮮質量比計算葉片樣品干物質量。

不同環境控制策略對番茄的影響的方差分析（ANOVA）用SPSS19.0 程序包進行，用XLSTAT 2010 對總產量、每周各級果實產量，以及CO2濃度、RH 和溫度的周平均值等不同觀測參數的多個數據集進行主成分分析（PCA）。

2 試驗結果

試驗結果表明，在溫室較高環境溫度和伴隨的高平均溫度情況下，應用高壓霧系統結合CO2施肥的方法可降低溫室內溫度，提高相對濕度和CO2濃度。與常規氣候條件下的番茄相比，溫室小氣候調控新策略能有效促進植株生長，增加葉片干物質量，優化每個花序的產量構成，使總產量提高20%，番茄臍腐病發生程度減輕，在春季試驗中番茄果實顯著增大；溫室小氣候調控新策略能顯著促進番茄次生代謝物的形成，其果實番茄紅素、β-胡蘿卜素、酚類化合物含量分別提高49%、35%和16%，非水溶性和水溶性組分抗氧化活性分別提高18.5%和35.4%。

3 評述

DescFog 系統是積極應對未來環境氣候變化帶來溫室蔬菜栽培管理問題的一種有力手段。這種溫室環境調控新策略，是將高壓霧系統與CO2施肥相結合的一種新方法，可以在高溫環境下降低溫室內溫度，并提高相對濕度和CO2濃度，同時保持溫室內平均溫度比常規環境管理稍高。DescFog 系統的小氣候環境可能有利于植物的光合作用和其他代謝活動，包括碳水化合物供應的增加，從而加速了植物生長，增加了葉片干物質量。因此，溫室小氣候調控新策略可提高番茄總產量及品質，有利于番茄果實中對人類健康有益的類胡蘿卜素和酚類化合物的形成。當然，在DescFog 系統中，究竟哪個氣候因子對番茄次生代謝物形成的影響更大，尚需進一步研究。

Dannehl D，Huyskens-Keil S，Eichholz I，Ulrichs C，Schmidt U.2011.Effects of direct-electric-current on secondary plant compounds and antioxidant activity in harvested tomato fruits （Solanum lycopersiconL.）.Food Chem，126：157-165.

Dannehl D，Huber C，Rocksch T，Huyskens-Keil S，Schmidt U.2012.Interactions between changing climate conditions in a semi-closed greenhouse and plant development，fruit yield，and health-promoting plant compounds of tomatoes.Scientia Horticulturae，138：235-243.

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