不同留果穗數對戈壁設施番茄光合特性、產量及品質的影響

宋 羽 ,蔣程瑤,李玉姍

(1.新疆農業科學院農作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091；2.四川農業大學園藝學院，成都 611130)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國面積最大的加工番茄種植基地[1]，隨著近年來疆內設施園藝產業的蓬勃發展，設施番茄占全疆番茄產量的分額逐年上升[1,2]。新疆南疆地區可耕地稀缺，戈壁設施產業，特別是戈壁設施番茄產業，是支撐當地農業發展的重要措施[3]。果實留果穗數是決定設施番茄的茬口產量的重要因素，一定程度上也決定了番茄品質。制定適宜的留果模式，將對增加設施番茄的產量、改善品質，提升設施生產收益等都有實際意義。【前人研究進展】現有針對番茄的留果穗數研究報道主要集中在果實產量方面。不同國家番茄的留果策略也各不相同，如高緯度地區的荷蘭主要采用低密度、多果穗、長產季的模式，而處于中緯度地區的日本則采用高密度、少果穗、多茬口的生產模式[4,5]。而我國學者研究發現，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穗果打頂的模式[7]，北京秋茬大棚番茄在單株留果14個時產量最高[8]，而陜西楊凌地區早春設施番茄栽培果實可以留到7穗，仍然能保證果實的口感[4]。這些研究結果也表明,設施番茄的留果穗數呈現顯著的地區分布，有必要針對當地設施特點，制定適合的留果模式。【本研究切入點】國內外關于番茄留果穗數對每穗果實的果實品質影響的研究還十分匱乏，同時，針對新疆南疆戈壁設施番茄留果穗數對果實形成的研究內容更是報道甚少。研究不同留果穗數對戈壁設施番茄光合特性、產量及品質的影響。【擬解決的關鍵問題】以戈壁溫室生產番茄為供試材料，分析不同留果穗數處理下的植株功能葉片光合特性，以及果實形成速度、產量與品質差異，評價對不同處理的果實的商品性和設施經濟性，研究適合戈壁設施番茄生產的果穗模式，為設施番茄的高產優質提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

采用NS3389番茄作為試驗供試材料，整體采用基質栽培方式，其中育苗期基質為培蕾2號(培蕾有機肥料有限公司)，3葉1心時定植于日光溫室中，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進行基質栽培。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

以番茄春提早茬口進行，即于2019年1月12日～7月20日在阿圖什市上阿圖什鎮日光溫室產業園中進行。種植參考[9]進行，即栽培基質采用種植基質袋，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。設置4種留果穗數處理，所有處理最末果穗穗頂留3片葉，并打頂。為確保果實質量，每棵植株進行疏果處理，留5穗果，其余的栽培管理措施參考[10,11]進行，并保持一致。表1

表1 不同留果穗數處理設置Table 1 Arrangement of different remaining fruit spikes treatments

各處理包含60棵植株，設置邊界行以防組間干擾，共設3次重復試驗。試驗期間，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 指標測定

1.2.2.1 葉片光合指標

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

(2)氣體交換參數測定，2019年6月22日(典型晴天)，上午09:00～12:00，對光合色素指標測定相同位置葉片進行凈光合速率(PN)、氣孔導度(GS)、胞間CO2濃度(Ci)、以及蒸騰速率(Tr)測定。光合系統(LI-6400XT，Li-Cor Inc., USA)環境參數測定，依據[13]中所言，每種處理測定3棵植株，3次重復。

1.2.2.2 果實變化及產量

記錄不同處理下每穗果成熟時間(坐果期、膨大期、轉色期)[5]。各穗果收獲時隨機取10個相同成熟度果實，測定果實直徑(橫徑、縱徑)、鮮重(鮮質量)和干重(干質量)，以果實鮮重計算各處理植株單株產量(公式1)，記錄定植后各處理生產時長，按照周年生產(公式2)，計算年產量，3次重復。

(1)

年產量=單株產量×365/定植后生產時長。

(2)

1.2.2.3 果實品質

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

1.3 數據處理

所有數據采用SPSS 11.0軟件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 番茄葉片光合色素響應

研究表明,5月5日為T3處理打頂后第7 d，第1次測定。T4和T5處理下的番茄葉綠素a、葉綠素b和類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，且數值較高，兩組間數據差異不顯著。T3處理下的番茄葉片葉綠素b含量在果實成熟的中后期出現明顯下降，而其他色素指標在出現下降之后但仍能緩慢回升。T6處理下的番茄葉片除類胡蘿卜素含量外，其他光合色素指標數值均隨葉齡增加緩慢上升，但數值并不高。圖1

注：誤差棒表示標準誤。(A，葉綠素a；B，葉綠素b；C，葉綠素a/b；D，類胡蘿卜素)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)、氣孔導度(GS)、胞間CO2濃度(Ci)、以及蒸騰速率(Tr)各指標數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。而T5和T6處理下，除PN外，兩組間各指標數據無顯著差異，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值。表2

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

2.3 番茄果實變化與產量

研究表明,定植后，隨著留果穗數的增加，各穗果的成熟時間逐漸增加。T3處理的各穗果坐果期、膨大期、轉色期所需時間均最短，T5和T6處理的各穗果3個時期均最長。不同留果方式亦顯著影響植株的產量，其中單株果實產量T6處理組數據顯著高于其他處理，較單株產量最低的T3處理組高109.19%。而考慮定植后生產周期后，T5和T6處理組的設施番茄實際年產量值最高。表3

表3 不同留果穗數處理下番茄果實形成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)；誤差棒表示標準誤(A，果形指數；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 不同留果穗數處理下番茄果實品質變化Fig. 2 Effects of different remaining fruit spikes treatments on fruit quality of tomatoes

2.4 番茄果實品質

研究表明,果形指數體現了果實球形度，所有處理的果形指數都在0.8之上，果實外觀較接近橢球狀，且T5處理組的數值顯著高于其他處理。果實內可溶性固形物和總酸含量，以及糖酸比是指針果實口感的風味指標，T4和T5處理下果實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，隨著留果穗數的增加，果實的“甜度”呈先上升后下降的趨勢。果實的營養品質通常選擇可溶性糖、可溶性蛋白、抗壞血酸及番茄紅素含量來監測。T3處理下的果實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種指標數值變化趨勢雖然不同，但組間卻無顯著差異。T4和T5處理組的果實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處理組的果實番茄紅素含量顯著高于其他組，同時T3、T4和T6組的果實該指標呈現隨留果穗數增加，數值上略微降低的趨勢。

3 討 論

植物通過葉片光合作用獲取生長發育所需的能量基礎，功能葉片的光合作用將不僅供給植株維持必要生命活動的能量，更是能對果實形成其關鍵作用[9,13]，也是影響最終設施經濟效益的重要因素。而光合色素是高等植物捕獲光能、傳遞光能，并引發光化學反應的物質，是直接決定光合反應的物質。對于番茄而言，葉綠素a、葉綠素b以及類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的關系[14]。試驗中，T4和T5處理下的番茄葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量以及葉綠素a/b的比值較T3和T6處理組的數值均較高，葉片PN值也高于其他處理，與前人研究結果一致。葉綠素a/b的比值可以表征植物光合器官光適應能力，在面對非最適光環境時的光合器官的保護能力[15]。葉綠素a/b的比值的波動大，光適應能力的穩定性較差，光合能力的穩定性也會降低。T3處理下的葉綠素a/b的比值隨著葉齡增加波動幅度大，PN值也明顯較其他處理組低。同時，T3、T4處理的葉綠素含量隨葉齡增加，不同程度地呈現出降低、持平或緩慢上升的趨勢，而T5和T6處理組數據卻一直呈現上升趨勢，適當增加留果穗數應該有利于葉綠素的穩定積累，一定程度上延長葉片光合壽命，與前人研究一致[4]。

葉片光合表現，也將直接影響植株的生殖發育，對果實的形成、產品產量和品質起到重要決定作用。T3處理下的光合色素含量和光合參數的數值都明顯較其他處理低，理論上，其各穗果果實成熟時間應該相對最長，但試驗結果與之相反。這應該是由于隨著留果穗數的增加，低處冠層果實的曝光量明顯會不足，導致果實的物質積累減緩，甚至影響果實品質，這在前人研究中已有報道[5,14]。實際上隨著留果穗數的增加，各穗果坐果期、膨大期、轉色期所需時間均明顯增加，以致T5和T6處理的各穗果3個時期均最長。同時由于果穗數的增加，植株的單株產量必然上升，但計算設施實際產量往往需要以年為時間單位，且考慮到，現代溫室園區內的產業分工明確，均設有專門的育苗溫室，因此在計算種植溫室內作物生產周期應從定植后算起，故T5和T6處理組的設施番茄實際年產量值最高。

果實的外觀(形狀、大小、色澤等)、風味(口感、酸甜程度等)，及營養價值將直接影響產品的市場需求和價值定位。果形指數能夠表征果實的球形度，是直接影響消費者感官的指標。通常果形指數在0.8～1，果實外觀較接近橢球狀，是較為理想的大果番茄外形，而如果果形指數大于1，果實近似圓柱形，適合用于水果番茄生產[4]。而果實內可溶性固形物和總酸含量，以及糖酸比等口感的風味指標，一定范圍內增加留果穗數，延遲打頂，可以增加果實的“甜度”，而若留果過多則會使果實出現“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糖分累積的基礎[16]，再次說明適度留果可以促進果實口感品質的提升。高VC含量、高番茄紅素含量番茄的商品價值正逐年上升[17]。T4和T5處理組的果實抗壞血酸含量顯著高于其他處理，T5處理組的果實番茄紅素含量是個處理中最大值，這2種處理的番茄果實市場價值將高于其他處理。

4 結 論

番茄光合作用的強弱主要是通過葉片葉綠素含量和光合速率來反映，本試驗研究表明，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穗果處理組的數值均較高，說明適宜的留果穗數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；而番茄產量大部分都是來自于葉片光合作用的積累的產物，在試驗研究中留5穗果和留6穗果單株產量和設施年產量顯著高于留4穗果和留3穗果處理的番茄，留5穗果和留6穗果的番茄設施年產量分別為96.76和96.46 kg/(m2·y)，說明留5穗果和留6穗果的番茄產量較其他處理要高；番茄果實品質分析中，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品質指標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穗果的番茄果營養物質含量和口感較其他處理要好。新疆南疆地區春提早茬口設施番茄生產較適合采用4穗和5穗的留果模式。