人工光植物工厂不同草莓品种比较试验

赵艳侠，刘炳福，张晶莹，王绛辉，崔 刚，徐 波，孙家波*

（1.山东省农业科学院休闲农业研究所/农业农村部华东都市农业重点实验室/生态园艺植物育种山东省工程研究中心,山东 济南 250100；2.山东普朗特农业技术有限公司，山东 济南 250100）

草莓（Fragaria × ananassa）是多年生草本植物，营养丰富、香味浓郁、生长周期短，素有“水果皇后”的美誉。草莓既可鲜食，又可用于深加工，市场前景广阔[1]。草莓果实包含果实色泽、大小、果形、风味等感官品质和维生素、可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物含量等内在品质[2]。

现在我国栽培草莓大部分为一季型草莓品种，对光周期敏感，主要用于冬春草莓生产，远不能满足人们对草莓的需求[3]。美国的四季草莓‘阿尔比’‘蒙特瑞’‘波特拉’‘圣安德瑞斯’，属于日中性草莓品种，结果特性对日照长度不敏感，在合适温度条件下一年可以多次开花、结果，且具有产量高、果实硬度大、抗病性好等优点，可以全年供应市场，尤其是夏秋季的市场空缺期，解决春季草莓市场过分集中和夏季无草莓可食的问题，具有广阔的发展前景[4-6]。草莓喜冷凉气候，较耐低温，忌高温，但我国夏季大部分地区气温通常高于30 ℃，7～8 月常常超过35 ℃，甚至40 ℃，持续的高温天气导致四季草莓品质差、匍匐茎繁殖能力差和花芽分化困难，限制四季草莓新品种选育及其大面积推广。

植物工厂有人工光植物工厂和太阳光植物工厂，通常所说的植物工厂专指人工光植物工厂，它是一类利用人工光源的封闭植物生产系统，是近年来发展较快的不受自然条件制约的省力型生产方式，也是土地利用和农作方式颠覆性技术，已成为农业生产的前沿与趋势[7]。草莓植株较矮小、需光量不大、果实价值高，适于在人工光型植物工厂中生产，日本千叶大学率先在日本开展草莓的人工光栽培研究，后由日清纺股份有限公司开展草莓人工光生产的商业化[8]。利用人工光型植物工厂的草莓穴盘苗周年生产效率是传统大田种苗繁育的110～140 倍[9]。经光照强度试验发现，280 μmol/(m2·s) 荧光灯的人工光照条件下‘梅香’草莓产生的匍匐茎数量更多，子苗生长更快[10]。经光周期研究发现，16 h/d 的光照条件能够促进四季草莓‘Natsuakari’产生更多匍匐茎[11]。

利用植物工厂进行草莓周年化生产，对草莓的周年供应具有重要意义。目前在植物工厂种植草莓已经开展部分种苗繁育研究，但是对于植物工厂中种植的不同草莓品种的表现还未见报道。在植物工厂条件合适的情况下，草莓可以四季结果，针对草莓的周年需求，引入四个草莓品种开展比较试验，以期为植物工厂种植草莓品种的选择提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地位于山东省农业科学院人工光植物工厂实验室，以LED红蓝复合光4∶1 为光源，光强200 μmol/(m2·s)，光照时间16 h/d，植物工厂内通过空调来交换空气，湿度60%，温度25 ℃[12]。盆（高×上口×底=17.5 cm×16 cm×13 cm）栽种植。栽培基质为营养土∶蛭石= 2∶1。

供试草莓包括‘阿尔比’‘蒙特瑞’‘圣安德瑞斯’和‘波特拉’4 个品种冷冻苗（茎粗1 cm 以上，根系发达）。4月16 日定植，种苗由拉森峡谷农业发展（北京）有限责任公司提供。每个品种定植10 株，用于植株形态指标、产量和果实品质的测定。

1.2 试剂和仪器

植物可溶性糖含量检测试剂盒，BC0030，北京索莱宝科技有限公司；可滴定酸（TA）检测试剂盒，R30300，上海源叶生物科技有限公司；紫外分光光度计，T2600，上海佑科仪器仪表有限公司；手持式固形物含量测试仪，SW-32D，广州市速为电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 农艺指标测定

于2022 年5 月16 日、6 月16 日测定草莓的农艺指标，用游标卡尺测量株高、冠径、茎粗、叶片长、叶片宽，计算叶面积（叶片长×叶片宽），调查叶片数、花枝数、花蕾数[13]。

1.3.2 表型特征测定

2022 年7 月20 日随机采集每个品种的10 个成熟果实用于测定果实性状，用游标卡尺测定果实横径、纵径，计算果形指数，用电子天平测定单果质量[14]。

1.3.3 内在品质测定

测定每个果实的可溶性固形物、可溶性糖、有机酸含量，用可溶性固形物含量/可滴定酸含量计算固酸比。

1.3.4 品种性状综合评价

选取6 月16 日测定的株高、冠径、茎粗、叶柄长、花枝数、花蕾数作为农艺性状指标，选择7 月20 日测定的果实横径、纵径、单果质量和最大单果质量作为果实外观比较指标，测定的可滴定酸、可溶性固形物和可溶性糖含量作为化学比较指标。根据灰色系统理论[15-16]，四个品种作为4 个处理，12 项指标作为灰色系统。分别计为xij（品种数i=1,2,3,4,性状j=1,2,3,…, 12）。各项评价指标取供试品种中的最大值做为参考品种的值maxij，然后按照公式（1）对所有数据进行无量纲化处理，得到各品种各项评价指标的无量纲标准值xi(j)。

根据公式（2）计算供试品种与参考品种无量纲标准值的离差绝对值。

式中，xo(j)为参考品种无量纲标准值，xi(j)为供试品种无量纲标准值。

根据公式（3）计算供试品种与参考品种的关联系数。

式中，miniminjΔi(j)为离差绝对值中最小值，maximaxjΔi(j)为离差绝对值最大值。

计算供试品种与参考品种的关联系数ξi(j)（分辨系数ρ 取0.5），最后由关联系数和各指标的权重wj（由变异系数赋权法来确定）[16]，根据公式（4）计算得到供试品种的加权关联度ri，根据加权关联度综合比较各供试品种的优劣。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2016 和SPSS 25.0 处理，并进行差异性（P＜0.05）和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 物候期调查

由表1 可知，4 月定植后，‘波特拉’于5 月6 日最早现蕾，比‘圣安德瑞斯’早11 d，花期‘波特拉’最早，比‘阿尔比’提前7 d，‘圣安德瑞斯’最晚。定植53 d 后‘波特拉’进入盛果期。

表1 草莓生长的物候期调查Table 1 Phenological period investigation of strawberry growth

2.2 农艺性状

表2 显示了5 月16 日不同品种草莓的植株性状。由表知，四个品种间茎粗、叶柄粗和叶片长差异均不显著；株高为‘阿尔比’最矮，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相对较高；与其他三个品种相比，‘波特拉’冠径最大，差异显著；与‘阿尔比’相比，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’叶柄长，差异显著；‘波特拉’叶片最宽，‘蒙特瑞’叶片最窄；叶片数量‘波特拉’最多，‘蒙特瑞’最少。总体来说‘波特拉’叶片多、冠径大、叶片宽，生长势较强；‘阿尔比’株高矮、冠径小叶柄短，‘蒙特瑞’冠径小、叶片数少，‘阿尔比’和‘蒙特瑞’长势比较弱。

表2 不同品种草莓植株性状（5 月16 日）Table 2 Traits of different strawberry varieties

表3 显示了6 月16 日四个品种草莓的植株性状。由表知，不同品种草莓的茎粗、叶柄粗和叶片数差异不显著；‘波特拉’和‘阿尔比’株型矮，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相对较高，差异显著；‘圣安德瑞斯’冠径最大，‘阿尔比’冠径最小，差异显著；与‘波特拉’和‘阿尔比’相比，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’叶柄长，差异显著；可见，生长1 个月后叶片数差异不明显。‘波特拉’花枝数和花蕾数最多，‘波特拉’最早进入结果期。总体来说，‘波特拉’叶片多、冠径大，进入结果期；‘阿尔比’株型矮、冠径小、叶柄短，主要进行营养生长，整体处于开花期。

表3 不同品种草莓植株性状（6 月16 日）Table 3 Traits of different strawberry varieties

5 月下旬至6 月下旬生长旺盛，‘阿尔比’和‘蒙特瑞’株高增幅较大；‘阿尔比’‘蒙特瑞’‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’冠径增加率分别是51.51%、73.42%、30.73 和75.79%，茎粗变化不大。

2.3 草莓果实品质性状

2.3.1 不同品种草莓果实表型特征分析

由表4 可知，不同品种草莓果实表型特征存在差异。在果色上，‘阿尔比’为鲜红色，‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’为大红色，‘波特拉’为橙红色，‘阿尔比’的颜色更为诱人。‘阿尔比’和‘圣安德瑞斯’表现为酸甜口感，‘波特拉’和‘蒙特瑞’口感以酸为主。‘蒙特瑞’的果实横径和横径明显小于其他三个品种，果实相对较小，‘阿尔比’和‘圣安德瑞斯’果实横径差异不显著。

表4 草莓果实外在品质指标测定Table 4 Determination of external quality indexes of strawberry

4 个品种的果形指数大小顺序为‘蒙特瑞’‘阿尔比’‘圣安德瑞斯’‘波特拉’。‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’的单果质量分别达到12.79 g 和12.95 g，明显高于‘蒙特瑞’，在植物工厂中‘波特拉’最大单果质量最大，‘蒙特瑞’单果质量最小。

2.3.2 不同品种草莓果实内在品质特征

表5 显示，4 个草莓品种的内在品质存在显著差异。‘阿尔比’可滴定酸含量显著高于其他3 个品种，‘波特拉’可滴定酸含量最少，但是与‘蒙特瑞’和‘圣安德瑞斯’相比，差异不显著。‘阿尔比’可溶性固形物含量最高，显著高于‘蒙特瑞’，与‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’相比，差异不显著。固酸比大小依次为‘波特拉’‘圣安德瑞斯’‘蒙特瑞’‘阿尔比’。

表5 草莓果实内在品质指标测定Table 5 Determination of intrinsic quality indexes of strawberry

2.4 品种性状综合评价

根据灰色系统理论，依据公式（1）得到各品种各项评价指标的无量纲标准值，依据公式（2）计算供试品种与参考品种无量纲标准值的绝对差值，具体见表6。

表6 供试品种与参考品种无量纲标准值的绝对差值Table 6 Absolute difference of dimensionless standard value between tested varieties and reference varieties

由表6 可知，二级最小差miniminjΔi(j)=0，二级最大差maximaxjΔi(j)=0.235，取ρ=0.5，带入公式（3）计算供试品种与参考品种的关联系数ξi(j)，带入公式（4）计算加权关联度（表7）。经灰色关联度综合评价，4 个供试品种中‘波特拉’表现最优，‘阿尔比’次之，‘蒙特瑞’表现最差。

表7 指标权重及供试品种和参考品种的关联系数及权重Table 7 Index weight and correlation coefficient and weight of tested varieties and reference varieties

3 讨论与结论

通过对不同草莓品种植株农艺特征、果实品质等性状的比较来看，各个品种在生长第二月内处于旺盛生长期，总体上‘波特拉’表型特征和内在品质整体上优于其他3 个草莓品种，最大单果质量最大；‘蒙特瑞’成花性较弱，结果量少，平均单果质量小；而‘阿尔比’口感相对较好，进入结果期较晚，但是花序抽生能力强；‘圣安德瑞斯’平均单果质量大，开花结果能力好。各个品种不存在生长无果的现象。

可溶性固形物作为目前衡量果实口感的最主要指标之一，包括糖、酸、维生素、矿物质等。本试验供试草莓品种果实的可溶性固形物由大到小为‘阿尔比’‘波特拉’‘圣安德瑞斯’‘蒙特瑞’，仅为6.3%～7.9%，而在川西高原夏季露地栽培‘蒙特瑞’‘圣安德瑞斯’‘波特拉’可溶性固形物为9%～11%[17]。草莓的可溶性固形物含量变化受温度、光强、光质等因素影响[18-19]，在植物工厂中应注意对这些因素的进行调节，通过控光控温等措施，来增加草莓的可溶性固形物含量，提高其风味。本研究的4 个四季草莓在植物工厂中经过一个多月时间就可以结果，环境温度25 ℃，草莓一直持续结果，可以满足周年化生产的需求。相同栽培环境下，不同草莓品种在生长特性和果实品质存在差异[20-21]，因此应结合品种的特性，通过调控环境条件，生产优质的鲜食草莓。

目前生产上主要种植‘红颜’和‘章姬’等一季型草莓，对温度和光照周期要求比较严格，打破休眠后在植物工厂种植，大于12 h 光照时间很容易由生殖生长转为营养生长，其结果期短，很快就进入休眠状态。四季品种虽然可以在植物工厂持续结果，但是总得来说，这四个品种仍然口感偏酸，糖度不够，一方面还需引入较多品种，筛选可以在植物工厂周年化种植的草莓品种；另一方面通过杂交育种，一季型草莓与四季型草莓进行杂交授粉，充分利用一季性草莓果实优良品质，选育风味好可以在植物工厂的周年化生产的草莓新品种。从灰色关联度综合评价来看，‘波特拉’加权关联度高，综合性状最好，可选为植物工厂种植草莓品种，可用来培育适用于植物工厂中种植四季草莓新品种的亲本资源。