叶喷褪黑素对草莓生长、光合及果实品质的影响

李恭峰 高亚新 马万成 张振兴 刘益克 李 宁 李青云

（河北农业大学园艺学院，河北省蔬菜产业协同创新中心，河北保定 071000）

草莓是我国主要的设施栽培作物之一，果实柔软多汁，富含维生素、矿物质、花青素等多种有益成分，被誉为“水果皇后”，可鲜食亦可加工食用（Velde et al.，2016）。因其口感丰富、果实肉质鲜美可口、营养丰富，深受广大消费者喜爱。设施草莓生产周期长，从元旦上市可持续到5—6月，成为消费者冬季水果的理想选择（宗静 等，2012）。目前我国草莓栽培面积居世界第一位（舒锐 等，2019），至2018 年我国草莓播种面积11.11万hm2，产量296.43 万t（王鸣谦 等，2021）。随着草莓种植面积的不断增加，草莓产量也在不断增长，但受到环境变化、设施条件和栽培管理技术等影响，我国草莓生产在单位产量和果实品质等方面与发达国家还存在一定差距，因此迫切需要开发有效的草莓提质增产技术。

褪黑素（melatonin，MT）又称褪黑激素、松果体素等，是一种小分子吲哚胺类物质（刘德帅 等，2022）。外源褪黑素处理应用于作物生产已有相关报道，向警等（2021）发现外源褪黑素处理可以提高盐胁迫下水稻种子的发芽率。曹亮等（2022）指出干旱胁迫下外源褪黑素可在一定程度上提高大豆产量。向妙莲等（2022a，2022b）研究发现0.1 mmol·L-1褪黑素处理诱导了梨果实对采后黑斑病的抗性，激发了果实防御酶和病程相关蛋白基因的表达，显著提高梨果实贮藏品质。此外，李春平（2021）和黄鸿晖等（2021）研究指出褪黑素处理草莓果实可以显著提高超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性，减少腐烂发生率。而关于褪黑素对草莓植株生长和果实发育方面的研究却鲜见报道。本试验以香野草莓为试材，通过设置不同浓度的褪黑素处理，测定设施栽培草莓的生长、光合和果实品质等指标，探究叶喷外源褪黑素对草莓生长发育和果实品质的影响，以期为设施草莓生产提质生产提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种：香野草莓（内蒙古乌兰农业技术研究所提供，苗龄65 d）。供试试剂：褪黑素（源叶生物有限公司提供生物技术有限公司提供）。

1.2 试验方法

试验在河北省保定市河北农业大学东校区日光温室内进行，2021 年9 月11 日定植，用草炭蛭石（V∶V=3∶1）基质盆栽，每盆1 株，盆直径25 cm，高18 cm，盆间距离10 cm；定植后5 d 开始随水追施霍格兰德营养液（用量为0.5 L·盆-1），之后追肥间隔10 d，病虫害防治等田间管理同常规管理。

试验设置T1（150 μmol·L-1）、T2（300 μmol·L-1）、T3（450 μmol·L-1）、T4（600 μmol·L-1）4 个褪黑素浓度处理和对照（CK，清水），每个处理30 盆。在草莓第1 序果开花期进行处理，傍晚（17：30—18：00）叶面喷施褪黑素，至叶片出现液滴微落为止；每3 d 喷1 次，共喷施8 次（最后1 次喷施后草莓第1 序果达到红熟期）。

1.3 测定项目

1.3.1 生长指标和叶绿素含量指标 在最后1 次喷施处理2 d 后，每处理选取长势相同的草莓5 株，测量中心叶向外展开的第3 片叶的叶柄长度，按叶面积=长×宽× 0.73 计算叶面积（张馨宇 等，2022）；叶片SPAD 值使用柯尼卡美能达SPAD-502叶绿素测定仪测定。

1.3.2 叶绿素荧光参数及光合指标 在最后1 次叶喷褪黑素处理2 d 后，每处理选取长势相同的草莓植株3 株，用Hansatech 叶绿素荧光仪测定植株中心叶向外完全展开的第3 片叶的最大光化学效率（Fv/Fm）、潜在光化学效率（Fv/Fo）、单位反应中心吸收光能（ABS/RC）和单位反应中心耗散能量（DIo/RC）等叶绿素荧光参数；用YZQ-100A 便携式光合仪〔翼鬃麒科技（北京）有限公司〕测定该叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度。测定时设定光量子通量密度为1 000 μmol·m-2·s-1，3 次重复。

1.3.3 果实品质指标 在第1 序果红熟期，每处理取商品果3 个，洗净后擦干用电子天平测定单果质量。

每处理取商品果10 个，洗净擦干后切碎并混合均匀测定品质指标。可溶性固形物含量用日本爱拓PAL-1 糖度计测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（李合生，2000），可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 法测定（李合生，2000），游离氨基酸含量采用茚三酮比色法测定（李合生，2000），VC 含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法测定（李合生，2000），可滴定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定（李合生，2000），多酚含量采用福林酚法测定（吴晓青 等，2021），类黄酮含量采用曲克芦丁法测定（曹建康 等，2007）。3 次重复。

1.4 试验数据处理

运用SPSS R26.0 数据处理系统进行差异显著性分析，利用office 2016 软件记录数据并作图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度褪黑素对草莓生长和叶绿素含量的影响

由表1 可知，叶喷不同浓度褪黑素对草莓生长发育有一定的影响，随着褪黑素浓度增加，草莓叶柄长、叶面积和叶片SPAD 值均呈先增加后降低趋势，其中叶喷褪黑素450 μmol·L-1的T3 处理表现最为显著，叶柄长、叶面积和叶片SPAD 值比喷施清水的CK 分别提高了47.98%、62.22% 和16.82%；叶喷褪黑素300 μmol·L-1的T2 处理的叶面积与CK 差异不显著，但叶柄长和叶片SPAD 值显著高于CK。

表1 不同浓度褪黑素对草莓生长和叶绿素含量的影响

2.2 不同浓度褪黑素对草莓叶绿素荧光参数的影响

由表2 可知，叶喷不同浓度褪黑素草莓植株Fv/Fm、Fv/Fo 和ABS/RC 呈先升高再降低的趋势。其中以叶喷褪黑素300 μmol·L-1的T2 处理显著高于CK，分别比CK 提高了3.75%、17.60% 和15.05%；而CK 的DIo/RC 显著高于其他处理，T2处理最低，比CK 低32.56%。

表2 不同浓度褪黑素对草莓叶绿素荧光参数的影响

2.3 不同浓度褪黑素对草莓光合作用的影响

光合参数是影响草莓产量和品质的重要指标，由表3 可知，除T2 处理的胞间CO2浓度和T1 处理的气孔导度以外，T1～T4 处理均显著提高了草莓的叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，显著降低了胞间CO2浓度。其中T2 和T3 处理的叶片净光合速率分别比CK 高55.67%和62.01%；T2、T3 和T4（褪黑素600 μmol·L-1）处理的蒸腾速率分别比CK 高44.14%、42.79%和50.90%，3 个处理之间无显著差异；T1 和T2 处理的胞间CO2浓度显著高于T3、T4 处理；T2 处理的气孔导度显著高于其他处理，比CK 高56.63%。

表3 不同浓度褪黑素对草莓光合作用的影响

2.4 不同浓度褪黑素对草莓果实品质的影响

由表4 可知，与CK 相比，T2 和T3 处理显著提高了草莓单果质量和可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量，且T2 处理游离氨基酸含量明显提高，而可滴定酸含量显著降低；T1 处理的游离氨基酸含量最高，比CK 高16.34%，可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量均显著高于CK，可滴定酸含量显著低于CK，但单果质量与CK 无显著差异；T4 处理的各指标与CK 差异不大。综上，叶喷褪黑素300 μmol·L-1的T2 处理草莓品质较好，单果质量和游离氨基酸含量分别比CK 高23.12%和2.88%，可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖、可滴定酸含量分别比CK 高3.93、0.24、2.69、-0.12 百分点。

表4 不同浓度褪黑素对草莓果实品质的影响

2.5 不同浓度褪黑素对草莓果实抗氧化物质含量的影响

果实的抗氧化物质的含量是衡量果实保鲜期的重要指标。由表5 可知，叶喷不同浓度褪黑素显著提高了草莓果实VC 含量，以T2 处理最高，比CK 提高了50.65%，其次为T3 处理；T1 处理的类黄酮和多酚含量显著高于其他处理，分别比CK 高61.19%和57.01%。叶喷褪黑素可提高草莓果实抗氧化能力。

表5 不同浓度褪黑素对草莓果实抗氧化物质含量的影响

3 结论与讨论

褪黑素是广泛存在于生物体内的一种吲哚类物质（Hattori et al.，1995）。Wei 等（2018）研究表明褪黑素可能是一种新型的植物激素类物质。Hernandez-Ruiz 等（2004）研究表明褪黑素能促进细胞膨大，一定浓度的褪黑素可促进离体的白化羽扇豆下胚轴膨大生长，作用机理与生长素类似。耿书德等（2022）发现25 μmol·L-1褪黑素浸种处理的西瓜种子发芽率大幅度提高，同时能有效提高盐胁迫下西瓜幼苗的根系活力和净光合速率，Tomann 等（2016）指出褪黑素参与了生长素、赤霉素、乙烯和脱落酸等激素的信号传导途径，共同调控了植物的生长发育。陈忠诚等（2021）发现苗期喷施褪黑素溶液可以显著提高红小豆净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、最大光化学效率和潜在光化学活性。本试验发现在草莓开花期喷施300 μmol·L-1的褪黑素可显著提高草莓的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，分别比对照提高了55.67%、44.14%和56.63%，最大光化学效率和潜在光化学效率比对照提高了3.75%和17.60%；喷施450 μmol·L-1的褪黑素后草莓叶柄长、叶面积显著高于对照处理，比对照提了47.98%、62.22%。这与夏铭等（2022）在褪黑素应用在萝卜上的研究结论一致。

郝青南等（2022）发现在大豆初花期和鼓粒期叶喷外源褪黑素，可显著增加大豆植株的单株荚数、单株粒数和单株籽粒产量，从而提高整体产量。本试验中叶喷300～450 μmol·L-1的褪黑素显著提高草莓单果质量，且浓度为450 μmol·L-1时比对照高38.68%，表明褪黑素对提高草莓产量有促进作用。Zhao 等（2015）发现外源添加低浓度褪黑素（10 μmol·L-1）可提高玉米光合速率和己糖激酶活力，上调光合相关基因及己糖激酶相关基因表达，促进植株生长、蔗糖代谢、光合作用和蔗糖韧皮部装载。本试验发现喷施300 μmol·L-1的褪黑素溶液可显著提高草莓果实可溶性蛋白、可溶性糖含量，同时降低可滴定酸含量。这与黄陈珏等（2022）对褪黑素应用在番茄上的研究结果一致。Arnao 等（2019）研究指出褪黑素不仅能作为信号分子调节植物生长，还能作为抗氧化剂在植物逆境调控中起重要作用。VC、多酚和类黄酮属于抗氧化物质，万璇等（2022）发现采用0.10 mmol·L-1褪黑素溶液浸泡处理贵长猕猴桃果实10 min，可以显著降低VC 和类黄酮等的分解速度，延缓常温贮藏果实品质的下降，这一发现也在芒果（刘帅民，2020）、梨（向妙莲，2022）和枸杞（邓淑芳，2022）等作物上被证实。本试验结果也表明，当喷施褪黑素浓度在150 μmol·L-1时，果实中的抗氧化物质VC、多酚和类黄酮含量显著提高。

综上所述，叶喷褪黑素能促进草莓生长、提高果实品质，主要有以下3 个原因：一是褪黑素和吲哚乙酸（IAA）生物合成的前体同为色氨酸（Murch et al.，2000），二者分子结构相似，在植株生长调控方面的作用也有部分相似之处，喷施适宜浓度的褪黑素可以促进植株生长。二是喷施褪黑素可通过提高叶绿素含量提高草莓光合能力，促进植株营养物质合成与转运，从而提高果实品质。三是喷施褪黑素提高了草莓植株最大光化学效率、植物潜在光化学效率和单位反应中心吸收光能等叶绿素荧光参数，代表着植株对逆境胁迫的适应能力增强，同时提高果实中抗氧化物VC、多酚和类黄酮的含量。

冬季设施草莓第1 序果上市正值元旦前后，价格较高，人们对其品质的要求也相对较高，此时也是一年中气温最低时段，设施生产草莓容易遭受低温、弱光等逆境胁迫，果实品质受不良天气影响难以保证。褪黑素价格一般为每克5 元，以叶喷300 μmol·L-1的褪黑素溶液为例，温室低温弱光期（12月到翌年2 月）施用褪黑素，3 个月的试剂成本为156.6 元·（667 m2）-1。因此，叶喷300 μmol·L-1的褪黑素溶液可有效促进草莓植株和果实生长，提高果实品质，且成本投入较低，对草莓冬季生产具有一定指导意义。