外源褪黑素对葡萄产量、品质及根区微生态的影响

徐宁 曹娜 郭步庆 李国良 徐玉英 王闯

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.021

摘要：以阳光玫瑰鲜食葡萄为试材，根施不同浓度外源褪黑素，研究葡萄产量及果品品质，根区土壤理化性状、微生物数量和酶活性变化，以期为探索设施葡萄可持续化高品质栽培技术提供参考依据。结果表明，相比对照处理（根施等量去离子水），不同浓度外源褪黑素处理下阳光玫瑰产量均较高，150、50 μmol/L褪黑素处理下百粒质量、单穗质量、产量分别提高8.28%、8.20%、8.54%和4.41%、4.09%、3.09%。外源褪黑素处理葡萄果品可溶性固形物含量较高、可滴定酸含量较低，固酸比和维生素C含量显著提升。外源褪黑素的配施，降低了阳光玫瑰根区土壤容重和EC值，提升了根区土壤pH值。外源褪黑素的配施增加了葡萄根区土壤的细菌、真菌和放线菌数量，提高了根区土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，且在50～200 μmol/L浓度范围内，随处理浓度的增加呈先上升后降低的趋势。在本试验条件下，150 μmol/L外源褪黑素处理阳光玫瑰产量较高，果品品质及根区微生态环境较好，缓控土质恶化效果较显著。

关键词：外源褪黑素；葡萄；产量；品质；根区微生态；酶活性

中图分类号：S663.104  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）10-0160-05

收稿日期：2023-11-10

基金项目：山东省聊城市重点研发项目（编号：2022YDNY09）；山东省重点科技攻关类研发计划（编号：2019GNC21400）；聊城职业技术学院科技计划（编号：2020LZYK03）；山东省高等学校青创人才引育计划。

作者简介：徐  宁（1983—），男，山东聊城人，博士，副教授，主要从事设施园艺生理生态等研究工作。E-mail：xuning0635@163.com。

通信作者：王  闯，硕士，副教授，主要从事园艺植物生理学等研究工作。E-mail：chuangwang2004@163.com。

我国是世界葡萄（Vitis vinifera L.）生产大国，鲜食葡萄种植面积与产量居世界第一［1］。近些年，我国葡萄产业发展迅速，鲜食葡萄产业由“数量化”向“质量化”发展，种植模式由“露天化”向“设施化”转变，在日光温室栽培模式下，口感好、品质高的鲜食葡萄成为产业发展的重要方向［2］。阳光玫瑰鲜食葡萄是日本果树科学研究所于20世纪90年代研究出的重要葡萄品种，口感佳、果品优，近些年在全球销量逐步提升。2021年，我国阳光玫瑰种植面积约2.08万hm2，5年（较2016年）增幅超200%［3］。但日光温室是缺少自然降水淋溶的半封闭环境，鲜食葡萄的常年单一化种植模式，造成土质环境逐渐降低、病虫害发生加重，造成阳光玫瑰产量下降，果品品质参差不齐，葡萄产业发展陷入困境［4］。改良日光温室土壤环境，提高阳光玫瑰高品质的研究备受笔者所在课题组及其他学者关注。

褪黑素（melatonin，简称MT），化学名为N-乙酰基-5-甲氧基色胺，是近几年备受关注的一种新型植物生长调节物，为色氨酸吲哚类衍生代表物［5-6］。刘建龙等的研究表明，外源褪黑素处理可降低梨、草莓等的病害发生率，促进其生长发育且提高果品品质［7-8］；李娟起研究发现，褪黑素可缓解自毒物质胁迫下黄瓜种子萌发和幼苗生长受到的影响，提高连作土壤下黄瓜的抗逆能力［9］。外源褪黑素配施可提高葡萄抗氧化能力［10-11］，缓解干旱胁迫对葡萄内源褪黑素及生理特性的影响［12-13］，同时可提高葡萄在重金属胁迫和缺铁胁迫下的生理响应［14-15］，促进其生长发育并提高果实品质［16］。可见，外源褪黑素可缓控葡萄逆境胁迫，改善葡萄果品贮藏品质，延长货架期［17-18］，但目前关于葡萄根区土壤微生态环境动态的研究较少。本试验采用日光温室栽培的阳光玫瑰为试材，研究根施外源褪黑素技术对其产量、品质及根区微生态的影响，以期为设施葡萄可持续化高品质栽培技术研究提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  试验区域及材料

本试验于2023年在聊城职业技术学院葡萄产业技术服务园（36°40′25.79″N，115°94′24.89″E）进行。土壤为沙质壤土，基本理化性状为pH值6.05（土水比为1 ∶5），电导率（electrical conductivity，简称EC）235 μS/cm（土水比为1 ∶5），有机质含量7.36 g/kg，碱解氮含量159.6 mg/kg，有效磷含量203.7 mg/kg，速效钾含量190.5 mg/kg。

供试鲜食葡萄品种为5年生阳光玫瑰，贝达砧木嫁接苗，树势健壮，长势一致。日光温室种植，株行距为200 cm×120 cm，“Y”形立架式栽培。

1.2  试验设计及处理

试验设计5个处理：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）；以等量去离子水为对照（CK）。供试褪黑素采购于Sigma-Aldrich公司。试验根施处理，在植株基部30 cm左右处开深度为30 cm的浇灌沟，各处理分别于6月10日、7月10日和8月10日各根施1次，每次浇灌10 L处理溶液，其余植株栽培管理方式保持一致。每个处理10株葡萄，重复3次，完全随机区组设计。

1.3  测定项目及方法

1.3.1  葡萄产量及品质指标测定

葡萄收获时，每处理采收6株阳光玫瑰的全部果实，称量每穗果品重，计算平均单穗重及产量。从果穗上部、中部和下部分别随机选取10个果粒，称量计算百粒重（g）。葡萄成熟采收后，应用手持糖度计量器测定阳光玫瑰果品可溶性固形物含量，采用NaOH滴定法测定果品可滴定酸含量，采用2，4-二硝基苯肼比色法测定果品维生素C含量，固酸比为可溶性固形物与可滴定酸含量之比［19-20］。

1.3.2  土壤根区微生态指标测定

葡萄采收后，用土钻取0～20 cm土层的土壤样品，每个处理按“S”形随机取5个土样，充分混匀后将植物根系、石块等杂物去除，分成2份带回实验室，其中一份土样立即用于土壤微生物数量检测分析，另一份土样风干研磨，过1 mm筛后保存，用于土壤理化和酶活性检测分析。采用系列稀释计数法计算微生物数量［21］，细菌、真菌、放线菌培养基参考徐宁等的方法［22］配制；采用酸度计和电导率仪测定pH值、EC值（土水比1 ∶5）；采用环刀法［23］测土壤容重；土壤酶活性参考关松荫的方法［24］进行检测分析。

1.4  数据统计

试验数据运用Microsoft Office Excel 2010软件进行整理，利用DPS V18.10软件进行统计分析，采用Duncans新复极差法进行方差分析。

2  结果与分析

2.1  外源褪黑素对阳光玫瑰产量和品质的影响

由表1可以看出，外源褪黑素处理的阳光玫瑰百粒重、单穗重、产量均高于对照处理（CK），在 50～200 μmol/L外源褪黑素处理中，随处理浓度的递增，阳光玫瑰百粒重、单穗重、产量呈先上升后降低的趋势。与CK相比，T3处理的百粒重、单穗重、产量分别提高8.28%、8.20%、8.54%，T1处理分别提高4.41%、4.09%、3.09%。说明外源褪黑素配施可显著提高阳光玫瑰果品产量，其中配施浓度为150 μmol/L时产量指标上升最显著。

由表2可以看出，随外源褪黑素处理浓度的增加，阳光玫瑰可溶性固形物含量呈先增加后减少趋势，其中在T3处理下，阳光玫瑰果品可溶性固形物含量增加最多，较对照处理显著提升8.86%。阳光玫瑰果品可滴定酸含量，随外源褪黑素处理浓度的增加呈逐渐降低趋势，其中T3、T4处理下降均较显著。阳光玫瑰果品固酸比指标也随着外源褪黑素处理浓度的增加呈先升后降的趋势，其中T3处理最大，较对照显著增加30.23%。

外源褪黑素处理下阳光玫瑰果品维生素C含量均高于CK，随着外源褪黑素处理浓度的递增，阳光玫瑰维生素C含量呈现先增后减的趋势，其中T3处理与对照处理差异最大，较对照处理显著增加20.18%；T1处理较对照处理增加7.02%，与对照处理果品指标较接近。

2.2  外源褪黑素对阳光玫瑰根区土壤理化性状的影响

由图1可以看出，外源褪黑素的配施，显著降低了阳光玫瑰根区的土壤容重和EC值，显著提升了根区土壤pH值。外源褪黑素处理的阳光玫瑰土壤容重较低，与CK相比，T1、T2、T3、T4处理分别降低4.36%、8.26%、12.39%、9.63%。外源褪黑素处理阳光玫瑰根区土壤pH值均显著高于对照处理，T1、T2、T3、T4处理分别较对照提高1.56%、3.45%、4.90%、4.34%。T1、T2、T3、T4处理的阳光玫瑰根区土壤EC值比CK分别显著降低7.91%、18.66%、26.72%、21.94%。可见，150 μmol/L 褪黑素处理下阳光玫瑰根区土壤理化性状指标与CK处理差异最大。

2.3  外源褪黑素对阳光玫瑰根区土壤微生物数量的影响

由2可以看出，外源褪黑素处理的阳光玫瑰根区土壤细菌、真菌和放线菌数量均显著高于CK处理，随外源褪黑素处理浓度的增加，细菌、真菌、放线菌数量呈先上升后降低的趋势。50 μmol/L褪黑素处理的根区土壤细菌、真菌、放线菌数量分别比CK处理高12.31%、2.51%、4.84%，与CK处理相比提升较小。150 μmol/L褪黑素处理的根区土壤细菌、真菌、放线菌数量分别比CK处理高24.32%、5.03%、11.70%，与CK差异最大。外源褪黑素浓度为100、150、200 μmol/L 时，细菌、真菌、放线菌数量处理间差异不显著（P＜0.05）。

2.4  外源褪黑素对阳光玫瑰根区土壤酶活性的影响

由图3可以看出，外源褪黑素处理提升了阳光玫瑰根区土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，且随着外源褪黑素处理浓度的提升，上述根区土壤酶活性均呈先升后降的趋势。T2、T3处理阳光玫瑰根区土壤脲酶和过氧化氢酶活性分别比CK处理高12.12%、13.74%和33.17%、35.12%；T3、T4处理阳光玫瑰根区土壤磷酸酶和蔗糖酶活性分别比对照高13.44%、12.46%和8.12%、6.67%。

3  讨论

国内外研究表明，我国鲜食葡萄产业“质量化”发展迅速，“设施化”栽培模式逐年提升。日光温室半封闭的环境特点以及单一化的栽培模式，导致阳光玫瑰鲜食葡萄种植土壤理化性状逐年恶化、根区土壤养分失衡、土传病虫害加重，葡萄产量和品质得不到有效保障。本试验结果表明，外源褪黑素处理的阳光玫瑰鲜食葡萄产量与果品品质显著优于不添加褪黑素处理。这与徐变变等对夏黑葡萄产量与品质的研究［10］，吕馨宁等对阳光玫瑰鲜食葡萄果品品质的研究结果［17］一致。外源褪黑素根施处理可显著提高阳光玫瑰鲜食葡萄产量，改善其果品品质，但高浓度褪黑素处理具有抑制效果［25-27］，因此多指标呈现出随褪黑素处理浓度的增加先升后降的趋势。本试验结果与褪黑素缓解桃树、辣椒土壤连作障碍的研究结果［28-29］趋势一致。

鲜食葡萄根区土壤环境变化与植物生长发育交互影响，构成植物-根系-土壤动态变化的微生态体系［30］，葡萄根区土壤的理化性状、微生物（细菌、真菌、放线菌等）群落数量、酶（脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等）活性等因素均是考量微生态体系动态变化的重要技术指标［31］。在外源褪黑素处理下，阳光玫瑰鲜食葡萄根区土壤容重和EC值显著降低，pH值显著提升，增加了根区土壤透气性，缓控日光温室土壤酸化和次生盐渍化发展，为根区微生物活动和水肥保障奠定了基础。

鲜食葡萄土壤微生物群落的动态变化受土壤理化性状、植物根系分泌物、土壤养分平衡及日光温室环境等多因素影响［9，31］。外源褪黑素处理增加了阳光玫瑰根区土壤的细菌、真菌和放线菌数量，保障根区土壤微生物多样性发展。外源褪黑素处理改善了土壤理化性状，为根区土壤微生物多样性发展构建了较好的环境基础，保障碳源数量和种类多样性持续动态发展，优化土壤微生物群落结构及数量。外源褪黑素处理可引起土传病原菌寄主环境发生变化，有助于减缓土传病害危害，利于鲜食葡萄生长发育［7，27，32］。

本试验中，根施褪黑素可优化阳光玫瑰鲜食葡萄根区土壤微生物数量和酶活性，改善土壤养分环境，这与Hussain在猕猴桃幼苗上的研究结果趋势［33］一致。土壤脲酶和磷酸酶是土壤氮、磷等元素的转化酶，蔗糖酶是土壤蔗糖的转化酶，三者的变化影响着土壤中碱解氮、有效磷、有机质等多种养分物质的平衡协调，抑制土壤酸性发展，增强植物免疫力，促进植物生长发育［33］。多酚氧化酶可加速植物土壤中酚类物质到有机质的持续性转化，减轻过氧化物对鲜食葡萄生长发育的危害［33-34］。外源褪黑素处理可在提高阳光玫瑰土壤酶活性，改善土壤微生物群落结构的同时促进养分循环，增加土壤肥力，促进植物对养分的吸收，优化根区微生态环境，缓控土质恶化。在下一步试验中，笔者所在课题组将针对外源褪黑素、内源褪黑素与植物根系分泌物交互影响进行进一步的分析研究。

4  结论

综上，根施外源褪黑素可显著降低鲜食葡萄阳光玫瑰根区土壤容重和EC值，提升根区土壤pH值，缓解土壤理化环境恶化。外源褪黑素处理可增加阳光玫瑰根区土壤的细菌、真菌和放线菌数量，提升根区土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，保障根区土壤微生物多样性发展，防止土壤肥力失衡且降低过氧化物危害。不同浓度外源褪黑素处理下阳光玫瑰产量均较高，150、50 μmol/L 褪黑素处理下百粒重、单穗重、产量分别提升8.28%、8.20%、8.54%，4.41%、4.09%、3.09%。外源褪黑素处理的葡萄果品可溶性固形物含量较高、可滴定酸含量较低，固酸比和维生素C含量均有所提升。本试验条件下，150 μmol/L外源褪黑素处理的阳光玫瑰果品产量较高，品质及根区微生态环境较好，缓控土质恶化效果较显著。

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