非耕地日光温室4种樱桃番茄初果期生长和叶绿素荧光参数及品质的比较

2017-01-04黄灵丹杨常新曲继松杨子强

西北农业学报 2016年12期

关键词：绿宝石樱桃叶绿素

黄灵丹，卢斐，马丽，杨常新，曲继松，杨子强

(1.宁夏吴忠国家农业科技园区管理委员会，宁夏吴忠 751100; 2.宁夏农林科学院种质资源研究所，银川 750002)

非耕地日光温室4种樱桃番茄初果期生长和叶绿素荧光参数及品质的比较

黄灵丹1，卢斐1，马丽1，杨常新1，曲继松2，杨子强1

(1.宁夏吴忠国家农业科技园区管理委员会，宁夏吴忠 751100; 2.宁夏农林科学院种质资源研究所，银川 750002)

试验以4种樱桃番茄‘碧娇’‘爱莉特诺’‘绿宝石’和‘金妃’为材料，在开始开花时进行定量灌水处理。探索在非耕地日光温室基质桶栽水肥一体化条件下，4种樱桃番茄初果期生长和叶绿素荧光参数及品质，为非耕地高效节水农业发展及种植品种提供参考依据。结果表明：株高为‘爱莉特诺’>‘绿宝石’>‘金妃’>‘碧娇’，茎粗为‘绿宝石’>‘爱莉特诺’>‘碧娇’>‘金妃’；4种樱桃番茄光系统Ⅱ的反应中心用于电子传递的能量均高于用于热耗散的能量，其中‘绿宝石’PSⅡ反应中心用于电子传递的能量和用于热耗散的能量均为最高；相比其他3个品种，‘碧娇’相应启动御防机制能力更强，叶片中的过剩激发能更好地及时耗散；‘金妃’的维生素C和可溶性糖达最高，‘碧娇’最低；‘碧娇’‘爱莉特诺’‘绿宝石’和‘金妃’的可溶性糖质量分数影响不大。研究表明，4种樱桃番茄在定量灌水后，叶绿素荧光参数受到不同程度影响，进而影响番茄植株的生长和果实品质。

非耕地；日光温室；樱桃番茄；叶绿素荧光参数；品质

非耕地是指除耕地以外未被开垦的土地，地力条件差，不适宜耕种，或耕作效益低。其主要类型有荒漠、戈壁、山地、盐碱地等。近年来，西北地区的甘肃、宁夏、新疆各地在不适于粮食作物生产的荒坡地上发展设施园艺(主要有果蔬、食用菌等)，发展非耕地高效节水农业，发挥非耕地设施生产“多用光、少用水、不占地、高效益”的优势[1]。

水分是植物生长代谢必不可少的物质，干旱是抑制植物生长、降低产量的重要原因[2]，前人在干旱胁迫对植物的生理[3-5]、光合特性[6]及叶绿素荧光参数[7]等方面的影响已做诸多研究。其中，测定叶绿素荧光具有快速、方便、无损活体测定等特点[8]，越来越多地被用到干旱[9-10]、衰老[11]、逆境胁迫[12-14]等相关研究领域中。叶绿素荧光诱导动力学曲线已成为研究光合作用特别是原初光化学反应最有力工具之一[15],是研究植物光合生理与逆境胁迫关系的理想探针[16]。干旱胁迫会导致植株叶片水分降低，叶绿素降解，可能抑制光合原初反应阶段，从而使光合电子传递链受阻，PSⅡ反应中心耗散过剩光能的能力增强，光化学量子产额和光合效率下降[17]。林世青等[18]通过不同水稻品种苗期叶片的荧光参数测定，表明Fv/Fm可以作为快速、简便地预测作物增产潜力的一种相对生理指标。

本研究以4种樱桃番茄为材料，测定非耕地日光温室定量灌水条件下， 4种樱桃番茄初果期的生长、叶绿素荧光动力参数和品质变化，为进一步了解樱桃番茄的生理生化机制，完善非耕地节水灌溉体系和加强设施樱桃番茄栽培管理奠定一定的实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏吴忠(孙家滩)国家农业科技园区日光温室内(106°6′26″E，37°57′10″N，海拔为1 130 m)进行。吴忠(孙家滩)国家农业科技园区为山坡荒地，位于宁夏中部，属于大陆性干旱、半干旱气候，全年光照时间达3 000 h、全年太阳辐射高达700 kJ/m2，年平均气温8.8 ℃，极端最高气温36.9 ℃，极端最低气温-24 ℃。7月最热，平均气温24 ℃，无霜期170 d左右，冬季寒冷多风、年平均降水量193 mm，年蒸发量在2 013 mm，气候干燥。试验温室宽15 m，长80 m，净栽培面积1 050 m2，温室后墙底宽8 m，温室脊高7.5 m，保温采光效果良好。试验期间温室白天温度25～30 ℃，相对湿度50%左右，晴天光照度高达60 000 lx。

1.2 试验材料

供试樱桃番茄品种为‘金妃’(黄色) ‘爱莉特诺’(红色)‘碧娇’(粉色)‘绿宝石’(绿色)。

1.3 试验设计

采用桶栽无土限根东西横向轻简栽培模式，供试桶采用上海孙桥第三代园艺栽培桶，桶高40 cm，直径38 cm，桶内放置一个打孔芯座，芯座上下各覆一层无纺布隔离膜，具有保水透气等优点。供试土壤为V(蛭石)∶V(珍珠岩)∶V(草炭灰)=1∶1∶1的无土基质。1年种2茬，分别于2016-04-02和2016-09-08定植，每桶定植4株，每个品种定植200个桶。采用水肥一体化滴头和滴箭装置灌水，采用1桶2滴箭，滴箭流量(6 mL/min)，每天9:30开始控制统一灌水。定植后15 d，充足供水，保证基质相对含水量(SWC)在70%～80%，空2 d的水，定植18 d后每天定量灌水，使基质相对含水量维持在25%～30%。采收第1穗果后20～21 d后开始取样测量。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 生长指标于樱桃番茄第1穗果成熟统一采收后的第20天进行测定。从基质平面量起至生长点，用直尺测定植株株高，用游标卡尺测量茎粗、果长和果宽，其中茎粗均于子叶下1 cm处测量。每个品种随机取3桶，取其平均值。

1.4.2 叶绿素荧光参数选择晴朗天，在10:00-12:00用连续激发式荧光仪Handy PEA(英国Hansatech公司)测定最高一片完全展开的功能叶的叶绿素荧光参数，测定前，需要先暗适应30 min。每个品种测量3片叶片，样品随机选取。叶绿素荧光基本参数包括起始荧光值(F0)、最大荧光值(Fm)、可变荧光值(Fv)、最大荧光的化学反应效率(Fv/Fm)。根据叶绿素荧光的基本参数进行计算得如下参数[17]：

比活性参数：反应中心吸收的能量(ABS/RC)，ABS/RC=M0·(1/Vj)·(1/ψP0)；反应中心所捕获的能量(TRo/RC)，TRo/RC=M0·(1/Vj)；电子传递的能量(ETo/RC)，ETo/RC=M0·(1/Vj)·ψ0；热散耗的能量(DIo/RC)，DIo/RC=(ABS/RC)-(TRo/RC)

能量分配比率参数：捕获的激子能导致电子传递的效率(ψ0)，ψ0=ETo/TRo；最大光化学效率(ψP0)，ψP0=TRo/ABS；电子传递的量子产额(ψE0)，ψE0=ETo/ABS；热耗散的量子比率(ψD0)，ψD0=1-ψP0。

上式中M0和Vj可以直接从仪器中导出，RC指有活性的反应中心。

1.4.3 樱桃番茄品质可溶性固形物质量分数采用折光仪法；还原糖质量分数采用菲林试剂滴定法；可溶性糖质量分数用苯酚法测定；有机酸采用NaOH滴定法[19]。

1.5 数据分析

采用Excel 2007与SPSS 22.0对试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 4种樱桃番茄初果期生长的比较

由表1可知， ‘爱莉特诺’株高最高，但与‘绿宝石’差异不显著，‘碧娇’最低，其株高仅是‘爱莉特诺’的62.96%，但 ‘碧娇’的果穗数最多，比最低的‘金妃’高43.48%。金妃的茎粗和果穗数都最小，分别是最高的61.1%和69.7%，‘金妃’的株高比‘碧娇’高44.83%，但茎粗却比‘碧娇’低29.9%。可见‘爱莉特诺’长势最高，‘绿宝石’次之，‘金妃’茎杆最细，长势最弱。

表1 4种樱桃番茄的生长指标

注：表中数据为平均值±标准误，不同字母表示差异为0.05显著水平，下同。

Note: The values in table are average±SE, different letters mean significant difference at 0.05 level, the same as below.

2.2 4种樱桃番茄初果期叶片叶绿素荧光参数的比较

2.2.1 基本参数由表2可知，‘绿宝石’的F0(365.00)、Fm(2 193.00)和Fv(1 844.67)值都最大。对于F0来说，‘绿宝石’>‘金妃’>‘爱莉特诺’>‘碧娇’，Fm和Fv均呈现为‘绿宝石’>‘爱莉特诺’>‘碧娇’>‘金妃’，‘绿宝石’的Fm和Fv较‘金妃’高12.08%和14.86%。Fv/Fm是光化学反应状况的一个重要指标，反映电子传递能力的大小，从表2可以看出，‘绿宝石’Fv/Fm最大，但与‘碧娇’和 ‘爱丽特诺’差异不显著，比‘金妃’仅高出2.44%。

表2 4种樱桃番茄叶片叶绿素荧光参数

2.2.2 光系统Ⅱ反应中心活性参数从表3可以看出，‘碧娇’吸收的能量(ABS/RC)、反应中心所捕获的能量(TRo/RC)和电子传递的能量(ETo/RC)都为最小，分别是最高值的93.1%、83.5%、91.8%，但‘碧娇’用于热消耗的能量(DIo/RC)却是最大。‘金妃’吸收的能量(ABS/RC)、反应中心所捕获的能量(TRo/RC)最大，但电子传递的能量(ETo/RC)和电子传递的能量(ETo/RC)却是最小，可见‘碧娇’的光系统Ⅱ反应中心活性最强，‘金妃’的活性最弱。同时，从表3中可知，不同品种樱桃番茄叶片都呈现出ABS/RC>TRo/RC>ETo/RC>DIo/RC的趋势。

建立三个机制，首先是领导协调机制，纵向上加强领导，横向加强联系。其次是网络运行机制，建立党建工作目标责任制，明确党支部领导核心、统筹协调、管理服务作用。明确网格党支部“示范引领、组织协调、关爱党员、联系群众”四项主要职能，每周召开一次党支部例会保持信息互通。再次是党员管理机制。通过网格，将在职党员、离退休党员教育管理全覆盖。

表3 4种樱桃番茄叶片反应中心活性参数

2.2.3 光系统Ⅱ能量分配比率ψ0反映有活性的反应中心的开放程度，从表4可见，‘碧娇’‘爱莉特诺’和‘绿宝石’的开放程度无显著差异，但显著高于‘金妃’。对于用来热消耗的量子比率(ψD0)，‘碧娇’‘爱莉特诺’和‘绿宝石’也无显著差异，却显著低于‘金妃’。‘金妃’的最大光合效率(ψP0)较其他3个品种最高，但是其电子传递的量子产额却是最低的。‘爱莉特诺’的电子传递的量子产额(ψE0)最高，比最低‘金妃’高11.45%。

表4 4种樱桃番茄叶片PSⅡ能量分配比率

2.3 4种樱桃番茄初果期果实品质的比较

由表5可知，‘碧娇’‘爱莉特诺’‘绿宝石’和‘金妃’之间的维生素C达显著差异，其中‘金妃’的维生素C质量分数最高(0.177 8 mg/kg)，分别较‘碧娇’‘爱莉特诺’和‘绿宝石’高125.1%、94.7%、32.1%。各品种的可溶性糖差异不显著，可见定量灌水对这4个品种樱桃番茄的可溶性糖质量分数影响不大。‘碧娇’的可溶性固形物质量分数最高，‘爱莉特诺’次之，‘绿宝石’最低。‘碧娇’ ‘绿宝石’和‘金妃’的有机酸质量分数差异不显著，但显著低于‘爱莉特诺’，分别是‘爱莉特诺’的70.01%、65.5%、68.4%。

表5 4种樱桃番茄果实品质

3 讨论

3.1 4种樱桃番茄初果期的生长指标

水分是植物生长代谢必不可少的物质，灌水不当会抑制植物生长，从而造成产量下降[1]。通过定量灌水，对4种樱桃番茄进行比较，‘爱莉特诺’株高最高，‘绿宝石’的茎粗最大，‘爱莉特诺’果穗数及结果数较高，产量高于其他3个品种，‘金妃’受水分的影响最大，茎杆最细，果实少。这说明品种不同，对水分的抗性程度不同。

3.2 4种樱桃番茄初果期的荧光参数

在植物生长过程中，高温[20]、低温[21]、干旱[8-9]等因素都会影响PSⅡ反应。当植物生长环境受到胁迫后，植株体内叶绿素荧光会相应发生变化[20]。F0是光系统Ⅱ反应中心在完全打开时的荧光，但其并没有参与到PSⅡ反应中心的光化学反应中，Fm是反应中心在完全闭合时的荧光，其数值的大小体现了通过PSⅡ的电子传递的强弱，Fv/Fm是光化学反应的一个重要指标。本试验中‘绿宝石’的F0、Fm、Fv和Fv/Fm都达到最大，说明定量灌水后‘绿宝石’的PSⅡ潜在活性中心受损、抑制光合作用的原初反应、光合电子传递过程的能力高于其他3个品种。本试验通过对不同品种樱桃番茄叶绿素荧光参数的测定，分析光合机构的比活性参数，4个品种都存在ABS/RC>TRo/RC>ETo/RC>DIo/RC，说明热耗散以电子传递链的延伸而增加，光能利用率降低。这与曲继松等[22]研究相一致。

3.3 4种樱桃番茄初果期的果实品质

樱桃番茄作为鲜食性果蔬，其品质的好坏直接影响着该品种的商品果性和市场认可度。水分作为植物一切反应必不可少的物质之一，是阻碍植物的正常生长代谢的因素之一，但是雷廷武等[23]研究表明，适当的水分胁迫，反而会改善果实的品质。本试验对4种樱桃番茄进行相同的灌水后(相对含水量25%～30%)，不同品种的品质也表现不同，其中‘金妃’的维生素C和可溶性糖达到最高，‘碧娇’最低。‘碧娇’‘爱莉特诺’‘绿宝石’和‘金妃’的可溶性糖质量分数影响不大。

4 结论

在定量灌水条件下，4种樱桃番茄初果期植株的株高、茎粗、果穗数和结果数等指标差异较大，PSⅡ光合电子传递都有影响，并且4种樱桃番茄的PSⅡ反应中心用于电子传递的能量均高于用于热耗散的能量，其中‘绿宝石’的PSⅡ反应中心用于电子传递的能量和用于热耗散的能量均为最高，‘碧娇’响应启动御防机制力量更强，叶片中的过剩激发能更好地及时耗散。水分作为植株的生长代谢必不可少的物质之一，其含量的大小必然会影响光合电子传递，从而影响光合效率。4种樱桃番茄品质表现不同，‘金妃’的品质表现较其他3个品种好，但是在水分受限情况下，‘金妃’生长势较弱，光反应系统活性差。通过对4种樱桃番茄初果期的植株生长、叶片叶绿素荧光和果实品质的综合分析得出，为发展节水农业，适合种植生长较旺的‘爱莉特诺’和‘碧娇’，若要选种‘金妃’，需加大灌水量，满足其需水要求，以保证其生长旺盛。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Comparison of Growth at First Fruit Stage and Chlorophyll Fluorescence Parameters and Qualities of Four Varieties of Cherry Tomato in the Greenhouse of Non-cultivated Land

HUANG Lingdan1, LU Fei1, MA Li1, YANG Changxin1, QU Jisong2and YANG Ziqiang1

(1.Management Commitee of Wuzhong National Agricultural Sci-Tech Garden,Wuzhong Ningxia 751100, China; 2.Institute of Germplasm Resources, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science, Yinchuan Ningxia 750002,China)

Taking four varieties of cherry tomato ‘Bijiao’‘Ailitenuo’‘Lubaoshi’ and‘Jinfei’ as materials, we conducted quantitative water treatment at the beginning of flowering and studied growth of four varieties of cherry tomato at first fruit and chlorophyll fluorescence induction kinetics curves under condition of pot tomato in the greenhouse of non-cultivated land, so as to provide the scientific basis for development of high efficiency water-saving agriculture and varieties-selecting in non-cultivated land. The results showed that ‘Ailitenuo’ > ‘Lubaoshi’ > ‘Jinfei’ >‘Bijiao’ in plant height，in stem diameter,‘Lubaoshi’> ‘Ailitenuo’>‘Bijiao’> ‘Jinfei’. In the four varieties of cherry tomato, the electron transport flux per cross-section(ETo/CS) were higher than dissipated energy flux per cross-section(DIo/CS), the electron transport flux per cross-section(ETo/CS) and dissipated energy flux per cross-section(DIo/CS) of ‘Lubaoshi’ were the highest. Compared with the other three varieties, the resisting mechanism ability of ‘Bijiao’ was stronger, and excess heat energy in the leaves could be dissipated in more timely manner.The mass fraction of vitamin C and soluble sugar of ‘Jinfei’ reached the maximum,‘Bijiao’had the lowest mass fraction.The soluble sugar of‘Bijiao’‘Ailitenuo’‘Lubaoshi’ and‘Jinfei’had a little influence on the mass fraction. Therefore, the chlorophyll fluorescence parameters change were directly affected by the quantitative water for the cherry tomato,then it affected the growth of the plant and the qualities of the fruit.

Non-cultivated land； Greenhouse；Cherry tomato；Chlorophyll fluorescence parameters； Quality

HUANG Lingdan,female,master student.Research area:cultivating facilities vegetables. E-mail:huanglingdand3@163.com

YANG Ziqiang,male,research fellow.Research area:facilities environment regulation and R&D.E-mail:wznmj@sina.com