葉噴褪黑素對草莓生長、光合及果實品質的影響

李恭峰 高亞新 馬萬成 張振興 劉益克 李 寧 李青云

（河北農業大學園藝學院，河北省蔬菜產業協同創新中心，河北保定 071000）

草莓是我國主要的設施栽培作物之一，果實柔軟多汁，富含維生素、礦物質、花青素等多種有益成分，被譽為“水果皇后”，可鮮食亦可加工食用（Velde et al.，2016）。因其口感豐富、果實肉質鮮美可口、營養豐富，深受廣大消費者喜愛。設施草莓生產周期長，從元旦上市可持續到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，草莓產量也在不斷增長，但受到環境變化、設施條件和栽培管理技術等影響，我國草莓生產在單位產量和果實品質等方面與發達國家還存在一定差距，因此迫切需要開發有效的草莓提質增產技術。

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（劉德帥 等，2022）。外源褪黑素處理應用于作物生產已有相關報道，向警等（2021）發現外源褪黑素處理可以提高鹽脅迫下水稻種子的發芽率。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量。向妙蓮等（2022a，2022b）研究發現0.1 mmol·L-1褪黑素處理誘導了梨果實對采后黑斑病的抗性，激發了果實防御酶和病程相關蛋白基因的表達，顯著提高梨果實貯藏品質。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，減少腐爛發生率。而關于褪黑素對草莓植株生長和果實發育方面的研究卻鮮見報道。本試驗以香野草莓為試材，通過設置不同濃度的褪黑素處理，測定設施栽培草莓的生長、光合和果實品質等指標，探究葉噴外源褪黑素對草莓生長發育和果實品質的影響，以期為設施草莓生產提質生產提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種：香野草莓（內蒙古烏蘭農業技術研究所提供，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有限公司提供）。

1.2 試驗方法

試驗在河北省保定市河北農業大學東校區日光溫室內進行，2021 年9 月11 日定植，用草炭蛭石（V∶V=3∶1）基質盆栽，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管理。

試驗設置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 序果開花期進行處理，傍晚（17：30—18：00）葉面噴施褪黑素，至葉片出現液滴微落為止；每3 d 噴1 次，共噴施8 次（最后1 次噴施后草莓第1 序果達到紅熟期）。

1.3 測定項目

1.3.1 生長指標和葉綠素含量指標 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SPAD-502葉綠素測定儀測定。

1.3.2 葉綠素熒光參數及光合指標 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 葉綠素熒光儀測定植株中心葉向外完全展開的第3 片葉的最大光化學效率（Fv/Fm）、潛在光化學效率（Fv/Fo）、單位反應中心吸收光能（ABS/RC）和單位反應中心耗散能量（DIo/RC）等葉綠素熒光參數；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濃度和氣孔導度。測定時設定光量子通量密度為1 000 μmol·m-2·s-1，3 次重復。

1.3.3 果實品質指標 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指標。可溶性固形物含量用日本愛拓PAL-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。

1.4 試驗數據處理

運用SPSS R26.0 數據處理系統進行差異顯著性分析，利用office 2016 軟件記錄數據并作圖。

2 結果與分析

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熒光參數的影響

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熒光參數的影響

2.3 不同濃度褪黑素對草莓光合作用的影響

光合參數是影響草莓產量和品質的重要指標，由表3 可知，除T2 處理的胞間CO2濃度和T1 處理的氣孔導度以外，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，但單果質量與CK 無顯著差異；T4 處理的各指標與CK 差異不大。綜上，葉噴褪黑素300 μmol·L-1的T2 處理草莓品質較好，單果質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的影響

2.5 不同濃度褪黑素對草莓果實抗氧化物質含量的影響

果實的抗氧化物質的含量是衡量果實保鮮期的重要指標。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含量的影響

3 結論與討論

褪黑素是廣泛存在于生物體內的一種吲哚類物質（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。Hernandez-Ruiz 等（2004）研究表明褪黑素能促進細胞膨大，一定濃度的褪黑素可促進離體的白化羽扇豆下胚軸膨大生長，作用機理與生長素類似。耿書德等（2022）發現25 μmol·L-1褪黑素浸種處理的西瓜種子發芽率大幅度提高，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途徑，共同調控了植物的生長發育。陳忠誠等（2021）發現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、氣孔導度、胞間CO2濃度、最大光化學效率和潛在光化學活性。本試驗發現在草莓開花期噴施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、氣孔導度，分別比對照提高了55.67%、44.14%和56.63%，最大光化學效率和潛在光化學效率比對照提高了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）在褪黑素應用在蘿卜上的研究結論一致。

郝青南等（2022）發現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、單株粒數和單株籽粒產量，從而提高整體產量。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量有促進作用。Zhao 等（2015）發現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，上調光合相關基因及己糖激酶相關基因表達，促進植株生長、蔗糖代謝、光合作用和蔗糖韌皮部裝載。本試驗發現噴施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）對褪黑素應用在番茄上的研究結果一致。Arnao 等（2019）研究指出褪黑素不僅能作為信號分子調節植物生長，還能作為抗氧化劑在植物逆境調控中起重要作用。VC、多酚和類黃酮屬于抗氧化物質，萬璇等（2022）發現采用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的下降，這一發現也在芒果（劉帥民，2020）、梨（向妙蓮，2022）和枸杞（鄧淑芳，2022）等作物上被證實。本試驗結果也表明，當噴施褪黑素濃度在150 μmol·L-1時，果實中的抗氧化物質VC、多酚和類黃酮含量顯著提高。

綜上所述，葉噴褪黑素能促進草莓生長、提高果實品質，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），二者分子結構相似，在植株生長調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，促進植株營養物質合成與轉運，從而提高果實品質。三是噴施褪黑素提高了草莓植株最大光化學效率、植物潛在光化學效率和單位反應中心吸收光能等葉綠素熒光參數，代表著植株對逆境脅迫的適應能力增強，同時提高果實中抗氧化物VC、多酚和類黃酮的含量。

冬季設施草莓第1 序果上市正值元旦前后，價格較高，人們對其品質的要求也相對較高，此時也是一年中氣溫最低時段，設施生產草莓容易遭受低溫、弱光等逆境脅迫，果實品質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草莓植株和果實生長，提高果實品質，且成本投入較低，對草莓冬季生產具有一定指導意義。