外源褪黑素對葡萄產(chǎn)量、品質及根區(qū)微生態(tài)的影響

徐寧 曹娜 郭步慶 李國良 徐玉英 王闖

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.021

摘要：以陽光玫瑰鮮食葡萄為試材，根施不同濃度外源褪黑素，研究葡萄產(chǎn)量及果品品質，根區(qū)土壤理化性狀、微生物數(shù)量和酶活性變化，以期為探索設施葡萄可持續(xù)化高品質栽培技術提供參考依據(jù)。結果表明，相比對照處理（根施等量去離子水），不同濃度外源褪黑素處理下陽光玫瑰產(chǎn)量均較高，150、50 μmol/L褪黑素處理下百粒質量、單穗質量、產(chǎn)量分別提高8.28%、8.20%、8.54%和4.41%、4.09%、3.09%。外源褪黑素處理葡萄果品可溶性固形物含量較高、可滴定酸含量較低，固酸比和維生素C含量顯著提升。外源褪黑素的配施，降低了陽光玫瑰根區(qū)土壤容重和EC值，提升了根區(qū)土壤pH值。外源褪黑素的配施增加了葡萄根區(qū)土壤的細菌、真菌和放線菌數(shù)量，提高了根區(qū)土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，且在50～200 μmol/L濃度范圍內，隨處理濃度的增加呈先上升后降低的趨勢。在本試驗條件下，150 μmol/L外源褪黑素處理陽光玫瑰產(chǎn)量較高，果品品質及根區(qū)微生態(tài)環(huán)境較好，緩控土質惡化效果較顯著。

關鍵詞：外源褪黑素；葡萄；產(chǎn)量；品質；根區(qū)微生態(tài)；酶活性

中圖分類號：S663.104? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0160-05

收稿日期：2023-11-10

基金項目：山東省聊城市重點研發(fā)項目（編號：2022YDNY09）；山東省重點科技攻關類研發(fā)計劃（編號：2019GNC21400）；聊城職業(yè)技術學院科技計劃（編號：2020LZYK03）；山東省高等學校青創(chuàng)人才引育計劃。

作者簡介：徐? 寧（1983—），男，山東聊城人，博士，副教授，主要從事設施園藝生理生態(tài)等研究工作。E-mail：xuning0635@163.com。

通信作者：王? 闖，碩士，副教授，主要從事園藝植物生理學等研究工作。E-mail：chuangwang2004@163.com。

我國是世界葡萄（Vitis vinifera L.）生產(chǎn)大國，鮮食葡萄種植面積與產(chǎn)量居世界第一［1］。近些年，我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)由“數(shù)量化”向“質量化”發(fā)展，種植模式由“露天化”向“設施化”轉變，在日光溫室栽培模式下，口感好、品質高的鮮食葡萄成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向［2］。陽光玫瑰鮮食葡萄是日本果樹科學研究所于20世紀90年代研究出的重要葡萄品種，口感佳、果品優(yōu)，近些年在全球銷量逐步提升。2021年，我國陽光玫瑰種植面積約2.08萬hm2，5年（較2016年）增幅超200%［3］。但日光溫室是缺少自然降水淋溶的半封閉環(huán)境，鮮食葡萄的常年單一化種植模式，造成土質環(huán)境逐漸降低、病蟲害發(fā)生加重，造成陽光玫瑰產(chǎn)量下降，果品品質參差不齊，葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入困境［4］。改良日光溫室土壤環(huán)境，提高陽光玫瑰高品質的研究備受筆者所在課題組及其他學者關注。

褪黑素（melatonin，簡稱MT），化學名為N-乙酰基-5-甲氧基色胺，是近幾年備受關注的一種新型植物生長調節(jié)物，為色氨酸吲哚類衍生代表物［5-6］。劉建龍等的研究表明，外源褪黑素處理可降低梨、草莓等的病害發(fā)生率，促進其生長發(fā)育且提高果品品質［7-8］；李娟起研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可緩解自毒物質脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長受到的影響，提高連作土壤下黃瓜的抗逆能力［9］。外源褪黑素配施可提高葡萄抗氧化能力［10-11］，緩解干旱脅迫對葡萄內源褪黑素及生理特性的影響［12-13］，同時可提高葡萄在重金屬脅迫和缺鐵脅迫下的生理響應［14-15］，促進其生長發(fā)育并提高果實品質［16］。可見，外源褪黑素可緩控葡萄逆境脅迫，改善葡萄果品貯藏品質，延長貨架期［17-18］，但目前關于葡萄根區(qū)土壤微生態(tài)環(huán)境動態(tài)的研究較少。本試驗采用日光溫室栽培的陽光玫瑰為試材，研究根施外源褪黑素技術對其產(chǎn)量、品質及根區(qū)微生態(tài)的影響，以期為設施葡萄可持續(xù)化高品質栽培技術研究提供參考依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗區(qū)域及材料

本試驗于2023年在聊城職業(yè)技術學院葡萄產(chǎn)業(yè)技術服務園（36°40′25.79″N，115°94′24.89″E）進行。土壤為沙質壤土，基本理化性狀為pH值6.05（土水比為1 ∶5），電導率（electrical conductivity，簡稱EC）235 μS/cm（土水比為1 ∶5），有機質含量7.36 g/kg，堿解氮含量159.6 mg/kg，有效磷含量203.7 mg/kg，速效鉀含量190.5 mg/kg。

供試鮮食葡萄品種為5年生陽光玫瑰，貝達砧木嫁接苗，樹勢健壯，長勢一致。日光溫室種植，株行距為200 cm×120 cm，“Y”形立架式栽培。

1.2? 試驗設計及處理

試驗設計5個處理：50 μmol/L褪黑素（T1）；100 μmol/L褪黑素（T2）；150 μmol/L褪黑素（T3）；200 μmol/L 褪黑素（T4）；以等量去離子水為對照（CK）。供試褪黑素采購于Sigma-Aldrich公司。試驗根施處理，在植株基部30 cm左右處開深度為30 cm的澆灌溝，各處理分別于6月10日、7月10日和8月10日各根施1次，每次澆灌10 L處理溶液，其余植株栽培管理方式保持一致。每個處理10株葡萄，重復3次，完全隨機區(qū)組設計。

1.3? 測定項目及方法

1.3.1? 葡萄產(chǎn)量及品質指標測定

葡萄收獲時，每處理采收6株陽光玫瑰的全部果實，稱量每穗果品重，計算平均單穗重及產(chǎn)量。從果穗上部、中部和下部分別隨機選取10個果粒，稱量計算百粒重（g）。葡萄成熟采收后，應用手持糖度計量器測定陽光玫瑰果品可溶性固形物含量，采用NaOH滴定法測定果品可滴定酸含量，采用2，4-二硝基苯肼比色法測定果品維生素C含量，固酸比為可溶性固形物與可滴定酸含量之比［19-20］。

1.3.2? 土壤根區(qū)微生態(tài)指標測定

葡萄采收后，用土鉆取0～20 cm土層的土壤樣品，每個處理按“S”形隨機取5個土樣，充分混勻后將植物根系、石塊等雜物去除，分成2份帶回實驗室，其中一份土樣立即用于土壤微生物數(shù)量檢測分析，另一份土樣風干研磨，過1 mm篩后保存，用于土壤理化和酶活性檢測分析。采用系列稀釋計數(shù)法計算微生物數(shù)量［21］，細菌、真菌、放線菌培養(yǎng)基參考徐寧等的方法［22］配制；采用酸度計和電導率儀測定pH值、EC值（土水比1 ∶5）；采用環(huán)刀法［23］測土壤容重；土壤酶活性參考關松蔭的方法［24］進行檢測分析。

1.4? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)運用Microsoft Office Excel 2010軟件進行整理，利用DPS V18.10軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncans新復極差法進行方差分析。

2? 結果與分析

2.1? 外源褪黑素對陽光玫瑰產(chǎn)量和品質的影響

由表1可以看出，外源褪黑素處理的陽光玫瑰百粒重、單穗重、產(chǎn)量均高于對照處理（CK），在 50～200 μmol/L外源褪黑素處理中，隨處理濃度的遞增，陽光玫瑰百粒重、單穗重、產(chǎn)量呈先上升后降低的趨勢。與CK相比，T3處理的百粒重、單穗重、產(chǎn)量分別提高8.28%、8.20%、8.54%，T1處理分別提高4.41%、4.09%、3.09%。說明外源褪黑素配施可顯著提高陽光玫瑰果品產(chǎn)量，其中配施濃度為150 μmol/L時產(chǎn)量指標上升最顯著。

由表2可以看出，隨外源褪黑素處理濃度的增加，陽光玫瑰可溶性固形物含量呈先增加后減少趨勢，其中在T3處理下，陽光玫瑰果品可溶性固形物含量增加最多，較對照處理顯著提升8.86%。陽光玫瑰果品可滴定酸含量，隨外源褪黑素處理濃度的增加呈逐漸降低趨勢，其中T3、T4處理下降均較顯著。陽光玫瑰果品固酸比指標也隨著外源褪黑素處理濃度的增加呈先升后降的趨勢，其中T3處理最大，較對照顯著增加30.23%。

外源褪黑素處理下陽光玫瑰果品維生素C含量均高于CK，隨著外源褪黑素處理濃度的遞增，陽光玫瑰維生素C含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其中T3處理與對照處理差異最大，較對照處理顯著增加20.18%；T1處理較對照處理增加7.02%，與對照處理果品指標較接近。

2.2? 外源褪黑素對陽光玫瑰根區(qū)土壤理化性狀的影響

由圖1可以看出，外源褪黑素的配施，顯著降低了陽光玫瑰根區(qū)的土壤容重和EC值，顯著提升了根區(qū)土壤pH值。外源褪黑素處理的陽光玫瑰土壤容重較低，與CK相比，T1、T2、T3、T4處理分別降低4.36%、8.26%、12.39%、9.63%。外源褪黑素處理陽光玫瑰根區(qū)土壤pH值均顯著高于對照處理，T1、T2、T3、T4處理分別較對照提高1.56%、3.45%、4.90%、4.34%。T1、T2、T3、T4處理的陽光玫瑰根區(qū)土壤EC值比CK分別顯著降低7.91%、18.66%、26.72%、21.94%。可見，150 μmol/L 褪黑素處理下陽光玫瑰根區(qū)土壤理化性狀指標與CK處理差異最大。

2.3? 外源褪黑素對陽光玫瑰根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響

由2可以看出，外源褪黑素處理的陽光玫瑰根區(qū)土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量均顯著高于CK處理，隨外源褪黑素處理濃度的增加，細菌、真菌、放線菌數(shù)量呈先上升后降低的趨勢。50 μmol/L褪黑素處理的根區(qū)土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量分別比CK處理高12.31%、2.51%、4.84%，與CK處理相比提升較小。150 μmol/L褪黑素處理的根區(qū)土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量分別比CK處理高24.32%、5.03%、11.70%，與CK差異最大。外源褪黑素濃度為100、150、200 μmol/L 時，細菌、真菌、放線菌數(shù)量處理間差異不顯著（P＜0.05）。

2.4? 外源褪黑素對陽光玫瑰根區(qū)土壤酶活性的影響

由圖3可以看出，外源褪黑素處理提升了陽光玫瑰根區(qū)土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，且隨著外源褪黑素處理濃度的提升，上述根區(qū)土壤酶活性均呈先升后降的趨勢。T2、T3處理陽光玫瑰根區(qū)土壤脲酶和過氧化氫酶活性分別比CK處理高12.12%、13.74%和33.17%、35.12%；T3、T4處理陽光玫瑰根區(qū)土壤磷酸酶和蔗糖酶活性分別比對照高13.44%、12.46%和8.12%、6.67%。

3? 討論

國內外研究表明，我國鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)“質量化”發(fā)展迅速，“設施化”栽培模式逐年提升。日光溫室半封閉的環(huán)境特點以及單一化的栽培模式，導致陽光玫瑰鮮食葡萄種植土壤理化性狀逐年惡化、根區(qū)土壤養(yǎng)分失衡、土傳病蟲害加重，葡萄產(chǎn)量和品質得不到有效保障。本試驗結果表明，外源褪黑素處理的陽光玫瑰鮮食葡萄產(chǎn)量與果品品質顯著優(yōu)于不添加褪黑素處理。這與徐變變等對夏黑葡萄產(chǎn)量與品質的研究［10］，呂馨寧等對陽光玫瑰鮮食葡萄果品品質的研究結果［17］一致。外源褪黑素根施處理可顯著提高陽光玫瑰鮮食葡萄產(chǎn)量，改善其果品品質，但高濃度褪黑素處理具有抑制效果［25-27］，因此多指標呈現(xiàn)出隨褪黑素處理濃度的增加先升后降的趨勢。本試驗結果與褪黑素緩解桃樹、辣椒土壤連作障礙的研究結果［28-29］趨勢一致。

鮮食葡萄根區(qū)土壤環(huán)境變化與植物生長發(fā)育交互影響，構成植物-根系-土壤動態(tài)變化的微生態(tài)體系［30］，葡萄根區(qū)土壤的理化性狀、微生物（細菌、真菌、放線菌等）群落數(shù)量、酶（脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶等）活性等因素均是考量微生態(tài)體系動態(tài)變化的重要技術指標［31］。在外源褪黑素處理下，陽光玫瑰鮮食葡萄根區(qū)土壤容重和EC值顯著降低，pH值顯著提升，增加了根區(qū)土壤透氣性，緩控日光溫室土壤酸化和次生鹽漬化發(fā)展，為根區(qū)微生物活動和水肥保障奠定了基礎。

鮮食葡萄土壤微生物群落的動態(tài)變化受土壤理化性狀、植物根系分泌物、土壤養(yǎng)分平衡及日光溫室環(huán)境等多因素影響［9，31］。外源褪黑素處理增加了陽光玫瑰根區(qū)土壤的細菌、真菌和放線菌數(shù)量，保障根區(qū)土壤微生物多樣性發(fā)展。外源褪黑素處理改善了土壤理化性狀，為根區(qū)土壤微生物多樣性發(fā)展構建了較好的環(huán)境基礎，保障碳源數(shù)量和種類多樣性持續(xù)動態(tài)發(fā)展，優(yōu)化土壤微生物群落結構及數(shù)量。外源褪黑素處理可引起土傳病原菌寄主環(huán)境發(fā)生變化，有助于減緩土傳病害危害，利于鮮食葡萄生長發(fā)育［7，27，32］。

本試驗中，根施褪黑素可優(yōu)化陽光玫瑰鮮食葡萄根區(qū)土壤微生物數(shù)量和酶活性，改善土壤養(yǎng)分環(huán)境，這與Hussain在獼猴桃幼苗上的研究結果趨勢［33］一致。土壤脲酶和磷酸酶是土壤氮、磷等元素的轉化酶，蔗糖酶是土壤蔗糖的轉化酶，三者的變化影響著土壤中堿解氮、有效磷、有機質等多種養(yǎng)分物質的平衡協(xié)調，抑制土壤酸性發(fā)展，增強植物免疫力，促進植物生長發(fā)育［33］。多酚氧化酶可加速植物土壤中酚類物質到有機質的持續(xù)性轉化，減輕過氧化物對鮮食葡萄生長發(fā)育的危害［33-34］。外源褪黑素處理可在提高陽光玫瑰土壤酶活性，改善土壤微生物群落結構的同時促進養(yǎng)分循環(huán)，增加土壤肥力，促進植物對養(yǎng)分的吸收，優(yōu)化根區(qū)微生態(tài)環(huán)境，緩控土質惡化。在下一步試驗中，筆者所在課題組將針對外源褪黑素、內源褪黑素與植物根系分泌物交互影響進行進一步的分析研究。

4? 結論

綜上，根施外源褪黑素可顯著降低鮮食葡萄陽光玫瑰根區(qū)土壤容重和EC值，提升根區(qū)土壤pH值，緩解土壤理化環(huán)境惡化。外源褪黑素處理可增加陽光玫瑰根區(qū)土壤的細菌、真菌和放線菌數(shù)量，提升根區(qū)土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，保障根區(qū)土壤微生物多樣性發(fā)展，防止土壤肥力失衡且降低過氧化物危害。不同濃度外源褪黑素處理下陽光玫瑰產(chǎn)量均較高，150、50 μmol/L 褪黑素處理下百粒重、單穗重、產(chǎn)量分別提升8.28%、8.20%、8.54%，4.41%、4.09%、3.09%。外源褪黑素處理的葡萄果品可溶性固形物含量較高、可滴定酸含量較低，固酸比和維生素C含量均有所提升。本試驗條件下，150 μmol/L外源褪黑素處理的陽光玫瑰果品產(chǎn)量較高，品質及根區(qū)微生態(tài)環(huán)境較好，緩控土質惡化效果較顯著。

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