椰糠复合基质对口感番茄果实品质的影响及评价

崔 盼, 陈一卓, 范幸超, 霍瑞肖, 汪亚娟, 宫彬彬, 王万寿, 高洪波, 吴晓蕾

(1.河北农业大学园艺学院/河北省蔬菜种质创新与利用重点实验室/农业农村部华北节水农业重点实验室,河北保定 071000;2.河北绿露农业科技发展有限公司,河北衡水 053900)

番茄(SolanumlycopersicumL.)是世界上最受欢迎的蔬菜之一[1]。随着人们生活水平提高,对番茄的口感、风味等品质要求越来越高。口感番茄是近年来流行的品种,因其酸甜可口,适于鲜食,越来越受到市场的青睐。口感番茄对品质要求严格,但受多年的高产思维影响,生产中仍存在粗放管理和水肥滥用造成的品质不稳定问题,严重制约其产业发展。基质栽培由于集约化程度高、产品质量好,非常适于口感番茄生产。其中,栽培基质为番茄生长提供了优良的根际环境,其选配是保证番茄生长的重要技术环节。

目前生产中常用的栽培基质多选用草炭为主要原料,但草炭属不可再生资源,随着市场需求的广泛扩大,草炭价格持续走高,造成栽培成本逐年上升,严重制约番茄生产效益提升。因此,通过选择农业废弃物或其他可再生资源代替草炭来减少草炭用量,对提质增效和农业资源有效利用具有重要意义[2-4]。椰糠,作为经过处理的农业副产品的废弃物,保水性和透气性良好、pH值适中[5-6],被认为具有可部分代替草炭的潜力,近年来在生产中应用越来越广泛[7-9]。研究表明,在草炭 ∶ 珍珠岩 ∶ 蛭石的3 ∶ 1 ∶ 1(体积比)混合物中加入25%(体积比)的椰糠,可以增加基质的渗透性和保水性,促进幼苗的生长和发育[10];单独使用细椰糠作为栽培基质可显著提高番茄果实质量,而将其与珍珠岩进行混配,产量则有较大提升[11];椰糠 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠岩配比为3 ∶ 2.5 ∶ 2.5(体积比)的椰糠复合基质能有效提高番茄幼苗中的可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素b及叶绿素总含量[12],但总体来看,前期研究主要集中于椰糠基质在常规番茄品种中的应用,尚缺乏针对口感番茄生产的椰糠复合基质配方筛选和果实品质评价的研究。

因此,本研究以果实品质提升为目标,以口感型番茄品种青太郎2号为试材,研究以农业废弃物——椰糠为主要原料的复合基质对果实品质的影响,通过对番茄果实品质指标的测定,拟筛选出促进番茄果实品质提升的椰糠复合基质配方,初步确定番茄果实品质评价主要指标,旨在为口感番茄基质栽培应用推广提供理论和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为青太郎2号口感番茄,购于上海惠和种业有限公司。

1.2 试验设计

本试验于2022年2—5月在河北省保定市河北农业大学创新试验园8号日光温室内进行。试验供试基质草炭、蛭石、珍珠岩购自保定农资市场,椰糠购自浩丽园艺用品有限公司,具体基质配方见表1。

表1 不同椰糠复合基质配方(体积比)

番茄种子于2021年12月在河北绿露农业科技发展有限公司进行播种,于2022年2月14日在河北农业大学创新试验园内进行定植,试验植株定植于容量为20 L的塑料花盆中。在栽培过程中,利用膜下滴灌进行水肥一体化管理,植株第1穗花开花前,EC值保持在1.5～2.0 mS/cm,第1穗花开花后EC值控制在2.8～3.1 mS/cm,pH值统一控制在5.8～6.5。在番茄结果后对番茄果实的横径、纵径、单果质量以及果实品质进行测定。

1.3 测定项目方法

1.3.1 番茄果实生长指标 在果实成熟后,选取第二穗成熟的果实使用数显游标卡尺测量番茄果实横、纵径;使用分析天平称量番茄果实的单果质量。

1.3.2 番茄果实品质指标 在果实成熟后,对番茄果实品质进行测定。采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[13],单位表示为mg/g;采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定维生素 C含量[13];采用考马斯亮蓝 G-250 法测定可溶性蛋白含量[14];采用分光光度计法测定番茄红素含量[15];采用手持式糖度计测定可溶性固形物含量,单位表示为%;氨基酸和有机酸组分的测定则采用安捷伦1260高效液相色谱仪进行测定;糖酸比是指可溶性糖含量与有机酸含量之比[16]。

1.4 数据处理与分析

试验结果采用Excel进行数据统计和SPSS软件进行单因素ANOVA检验及主成分分析,并利用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 不同配方基质的理化性质

由表2可知,5种栽培基质的EC值在1.55～2.99 mS/cm,其中T2处理的EC值最高,显著高于CK,T1处理的EC值最低。5种栽培基质容重在0.10～0.27 g/cm3,总孔隙度在68.36%～78.31%,通气孔隙为16.32%～20.35%,持水孔隙在50.46%～58.24%,各处理的基质理化性质均符合栽培基质的要求。

表2 不同处理基质的理化性质

2.2 不同配方基质对果实横纵径和单果质量的影响

由表3可知,T1和T4处理的番茄横径显著高于CK,分别提高了4.49%和7.41%,而T3处理的果实横径较CK显著降低了5.34%,T2处理的果实横径则与CK无显著性差异;T1、T2和T4处理的单果质量均显著高于CK,分别提高了4.65%、5.16%和12.06%,T3处理的单果质量显著低于CK,降低了10.95%;各处理果实的纵径无显著差异。

表3 不同配方基质对番茄果实生长的影响

2.3 不同配方基质对果实有机酸含量的影响

从表4可以看出,番茄果实中柠檬酸和苹果酸占有机酸总量的85.79%～88.47%;T4处理的苹果酸含量显著高于CK和其他处理,并较CK提高了20.38%;T2、T3处理的柠檬酸含量均显著高于CK,并较CK提高了100.00%和103.64%;草酸、琥珀酸和丙二酸的含量较低,仅占有机酸总量的11.53%～14.21%,除T2处理的草酸和琥珀酸含量显著高于CK外,其他处理与CK均无显著差异,且T2处理的丙二酸含量也显著高于CK,并较CK提高了27.27%。

表4 不同配方基质对番茄果实有机酸含量的影响

2.4 不同配方基质对果实品质的影响

由图1可知,T4处理的可溶性固形物含量显著高于CK及其他处理,其含量较CK提高了20.81%;T4处理的维生素C和可溶性糖含量与CK相比均存在显著性差异,分别较CK提高了10.71%和14.50%,T2处理的维生素C含量虽略高于CK但并未表现出显著性差异,可溶性糖含量显著高于CK,并较CK提高了10.02%;T2、T4处理的番茄红素含量虽与CK无显著性差异,但均略高于CK,分别较CK提高了21.00%和22.19%;T4处理的糖酸比与CK相比虽无显著差异但要略高于CK;各处理的可溶性蛋白含量则无差异。

2.5 不同配方基质对果实氨基酸含量的影响

不同基质配方处理的番茄果实中各类氨基酸含量变化如图2所示,T4处理中与鲜味相关的天冬氨酸和谷氨酸含量均与CK存在显著性差异,较CK分别显著提高了29.46%和42.01%,而T1处理的天冬氨酸含量较CK显著降低了13.28%,其余处理则与CK无显著性差异;T1处理中与甜味相关的丙氨酸、脯氨酸含量显著低于CK处理,T4处理的丝氨酸、甘氨酸和脯氨酸含量均显著高于CK处理,分别较CK提高了26.19%、51.35%和23.95%,T2处理的甘氨酸和T3处理的丝氨酸含量虽显著低于T4处理,但与CK相比显著提高了38.52%和4.93%,甘氨酸和丝氨酸其他处理则与CK无显著差异,T1、T3处理的脯氨酸含量显著低于CK;芳香族氨基酸主要包括苯丙氨酸和酪氨酸,其中各处理的苯丙氨酸含量虽与CK无显著性差异,但各处理的酪氨酸含量差异显著,T2、T4处理的酪氨酸含量显著高于CK及其他处理,且二者之间无显著性差异,较CK相比显著提高了22.69%和17.71%,而T1、T3的酪氨酸含量则显著低于CK,较CK显著降低了47.75%和13.22%。

2.6 主成分分析及综合评价

对5种不同配方基质的番茄果实品质和单果质量指标进行主成分分析,结果(表5)表明,第1成分中维生素C含量、可溶性糖含量、番茄红素含量、甜味氨基酸含量以及芳香类氨基酸含量载荷值较大;第2主成分中糖酸比载荷值较大,2个主成分的累计方差贡献率为85.28%。由表6可知,根据主成分综合得分,T4处理的综合得分最高,达7.14分,而T1处理分数最低,为-1.83分。各配方基质处理按综合得分排序,其优劣顺序表现为T4>T2>CK>T3>T1。

表5 旋转后成分矩阵载荷及成分矩阵系数

表6 不同配方基质主成分得分及排名

2.7 番茄品质评价指标的筛选

为了有效分析10个指标与品质评价的对应关系,通过多元逐步回归分析方法以隶属函数D值为因变量,以各指标为自变量初步建立口感番茄品种评价最优回归方程,各处理隶属函数及D值见表7,筛选出的指标分别为可溶性固形物含量、糖酸比、甜味氨基酸含量和芳香类氨基酸含量,各指标系数见表8,得出方程:Y=0.443+0.154X4+0.110X6+0.107X8+0.014X9,R2≈1。

表7 不同配方基质的隶属函数及D值

表8 常量系数及指标系数

3 讨论与结论

良好的根际环境对于番茄生长发育至关重要。栽培基质的质量直接影响作物基质栽培效果,进而影响产量和品质。番茄根系多且强壮,对于栽培基质的透气性和保水保肥能力要求较高。一般认为栽培基质的容重在0.1～0.8 g/cm3、总孔隙度在54%以上、气水比在0.25～0.50、EC值在 2.6 mS/cm 时,符合植物生长发育的基本要求[17]。本试验中所用到的5种配方基质的容重在0.10～0.27 g/cm3,总孔隙度68.36%～78.31%,通气孔隙为16.32%～20.35%,持水孔隙为50.46%～58.24%,5种基质的物理性质均符合植株生长发育的要求。本试验中,与常规以草炭为中心的基质相比,椰糠复合基质的容重、总孔隙度较大,各处理的EC值随着椰糠用量的增加稍有降低,而随着草炭用量的增加其EC值则有所提高,这说明椰糠可增加基质的透气性和保水性,同时能降低基质的EC值。

合理的栽培基质选用可有效提高蔬菜品质。研究表明,适宜的栽培基质不仅能够提高蔬菜中的维生素C、可溶性蛋白质和还原糖含量,还能提高蔬菜的风味营养[18-21];在番茄生产中,以菇渣、牛粪、蛭石为原料,发现当牛粪 ∶ 菇渣 ∶ 蛭石体积比为 6 ∶ 3 ∶ 1 时,番茄的产量、品质都显著提高[22];在油菜生产中,以草炭、椰糠为原料,其体积比为2 ∶ 1时,油菜的花青素含量、含水量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均有显著提高[23];本研究中,T4处理的单果质量、可溶性固形物、维生素C及可溶性糖含量均较对照有显著提升,而可溶性蛋白及番茄红素含量并未与对照之间表现出显著差异,这说明在常规品质的比较中,基质配方中椰糠比例过大会影响果实品质的提升而适宜比例的椰糠对果实品质的提升有显著效果。

有机酸和氨基酸是水果风味和品质的重要元素,其种类和含量直接影响水果的风味、营养价值和生化代谢[24-25]。本研究表明,椰糠基质的应用显著影响有机酸变化,特别是柠檬酸和苹果酸,各处理中以T2、T3处理的柠檬酸含量最高,且显著高于其他处理,T4处理的苹果酸含量最高,且显著高于其他处理。氨基酸种类繁多,其中鲜味、甜味和芳香族氨基酸属于味觉氨基酸,对番茄风味品质具有显著影响,而谷氨酸对番茄鲜味形成影响较大,脯氨酸作为甜味氨基酸对甜味具有较大影响[26]。本试验中,T4处理的谷氨酸和脯氨酸含量均显著高于对照及其他处理,对番茄营养品质的提高有较好效果,T1处理的脯氨酸含量则较对照有所降低,这说明适宜比例的椰糠与草炭混配后能提高番茄果实中的有机酸和氨基酸含量。

本试验通过对各处理标准化后的数据进行主成分分析及综合评价得出各配方基质栽培效果排序为T4>T2>CK>T3>T1,说明适合的椰糠复合基质可明显提高番茄果实品质,并且表现最好的T4处理草炭用量仅为33.3%,在国际草炭价格飞涨的情况下,更适于生产应用,可有效降低栽培成本。番茄果实品质涉及指标较多,生产上一般认为果实中可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比等指标是评价果实品质的重要指标[27-29]。本试验进一步应用逐步回归分析法,从10项品质和单果质量指标中筛选出可溶性固形物、糖酸比、甜味氨基酸、芳香类氨基酸4个指标作为评价番茄品质的重要指标,但在以往研究中以氨基酸作为番茄品质评价指标的研究较少,而口感番茄对风味品质、口感等要求严格,因此,本试验用氨基酸作为口感番茄的评价指标对于科学评价口感番茄品质具有重要意义。

综上所述,不同配比的椰糠复合基质栽培效果存在显著差异,本试验筛选出细椰糠 ∶ 粗椰糠 ∶ 草炭=1 ∶ 1 ∶ 1的椰糠复合基质配方,对于提高番茄果实的品质和产量效果最好,可在口感番茄基质栽培中应用。初步认为除常用的可溶性固形物、糖酸比指标外,甜味氨基酸、芳香类氨基酸也可作为评价口感番茄品质的重要指标。