水分亏缺对番茄果实外观品质和糖酸组分的动态调控.pdf
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1、西 北 农 业 学 报 2 0 2 3,3 2(9):1 3 5 6-1 3 6 4A c t a A g r i c u l t u r a e B o r e a l i-o c c i d e n t a l i s S i n i c ad o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 0 4h t t p s:/d o i.o r g/1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 0 4水分亏缺对番茄果实外观品质和糖酸组分的动态调控收稿日期:2 0 2 1-1
2、2-0 3 修回日期:2 0 2 2-0 6-1 5基金项目:国家现代农业产业技术体系建设项目(C A R S-2 3-C-0 7);中央引导地方科技发展专项(Z C Y D-2 0 2 1-0 6);甘肃农业大学干旱生境作物学重点实验室开放基金课题(G S C S-2 0 2 0-1 2);国家自然科学基金(3 2 1 6 0 7 0 3)。第一作者:王瑞,女,硕士研究生,从事蔬菜生理方面研究。E-m a i l:2 3 8 9 1 8 6 4 0 1q q.c o m通信作者:肖雪梅,女,博士,副教授,主要从事蔬菜逆境生理与品质调控研究。E-m a i l:x i a o x mg s a
3、 u.e d u.c n郁继华,男,博士,教授,主要从事蔬菜生理与设施栽培研究。E-m a i l:y u j i h u a g g 1 6 3.c o m王 瑞1,刘晓奇1,颉博杰1,李 菊1,张 丹2,唐中祺1,武 玥1,肖雪梅1,2,郁继华1,2(1.甘肃农业大学 园艺学院,兰州 7 3 0 0 7 0;2.省部共建干旱生境作物学国家重点实验室,兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要 为明确水分亏缺对番茄果实发育过程中外观品质和糖酸组分的影响,以基质栽培“1 8 1”番茄为试验材料,在其一穗果坐果率达到8 0%时设置正常供水(C K)、轻度水分亏缺(T 1)、中度水分亏缺(T 2)和重度
4、水分亏(T 3)处理,C K以9 0%、7 5%基质最大田间持水量为灌水上限和下限,T 1、T 2、T 3灌水量分别为C K的8 0%、6 0%和4 0%。通过测定果形指数、单果质量、果实色泽和糖酸组分及含量在番茄果实发育过程中的动态变化,探讨水分亏缺调控果实发育和品质形成的生理机制。结果表明:水分亏缺处理下,番茄单果质量显著降低,坐果后6 6 d,T 3处理较C K下降1 3.6%;同时,水分亏缺提高果实色泽参数a*值,果皮颜色增加,T 2、T 3处理可以使番茄提前4 d着色。适度水分亏缺提高了番茄果实整个发育时期的可溶性总糖、果糖及葡萄糖含量,坐果后5 8 d各处理均达到最大值,其中T 2
5、处理效果最好。一定范围内,随灌水量的减少,果实中柠檬酸、苹果酸的含量增加,轻度水分亏缺可提高有机酸总量,但重度水分亏缺始终抑制有机酸总量。水分亏缺可以提高番茄果实糖酸比,坐果后5 8 d,T 2、T 3处理糖酸比显著高于C K 4.7 2%、8.1 7%。因此,在中度水分亏缺(即灌水量为C K的6 0%)处理下果实硬度和色泽最佳且果实中可溶性总糖含量显著增加,提高了果实糖酸比,并达到了生理节水的效果,可作为日光温室基质栽培高品质番茄的灌溉制度。关键词 番茄;水分亏缺;果实发育;外观品质;糖组分;酸组分 番茄(L y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m
6、 M i l l.)是一种非常重要的蔬菜,其种植面积逐年增加,因其含有多种维生素、有机酸、番茄红素及碳水化合物而备受青睐1-2。近年来,随着栽培管理技术的进步,番茄产量有了很大提升,但果实风味逐步变淡,明显影响了食用口感2。研究表明,土壤水分对番茄的生长及品质均有显著调控作用,过高或过低的灌水量会影响番茄的生长发育进程及品质的形成3。调亏灌溉作为一种新型的生理节水和栽培方式,不仅能实现节水,提高水分利用率,还能刺激植物根系生长,有利于干物质的分配,在一定程度上改善果实的风味品质1,4。适度的水分亏缺能通过调节果实发育和营养物质代谢,提高果蔬的营养和风味品质。有研究表明,番茄在水分亏缺条件下糖、
7、酸及类黄酮类物质的合成及代谢均显著变化5。在适度亏水的条件下,番茄体内可溶性糖显著增加4,6,甜瓜果实品质明显改善7,草莓8、苹果9口感明显提升,可溶性糖含量显著增加。刘海涛等1 0研究表明,亏缺灌溉可提高番茄果实的可溶性糖及糖酸比,且随着水分亏缺的加重,效果愈加明显,而单果质量、单株产量均随着亏缺程度的加大而降低。刘明池等1 1研究表明亏缺灌溉提高了番茄果实内可溶性固形物、糖、有机酸的含量,硬度随着水分亏缺程度加大而增加。殷韶梅等1 2通过对番茄结果期进行不同程度的亏缺灌溉试验表明,亏缺灌溉导致番茄平均单果质量下降,但品质明显得到改善。王欢1 3研究发现番茄品质的提高与水分亏缺时期有很大关系
8、,番茄苗期水分亏缺对产量的影响程度最低,而在果实成熟与采摘期水分亏缺对产量的影响最大。迄今为止,水分亏缺研究大部分集中于其对番茄成熟果实品质的影响,而对果实发育与品质形成的关系及动态变化规律鲜有报道。本试验以1 8 1 番茄为材料,研究不同水分亏缺处理下,番茄果实发育过程中外观品质和糖酸含量的动态变化,以期明确水分亏缺调控番茄果实发育和品质形成的生理机制,为建立番茄高品质栽培的合理灌溉制度提供理论依据。1 材料与方法1.1 材 料 试验于2 0 1 9年9月-2 0 2 0年4月在兰州市榆中县李家庄田园综合体六区3号日光温室内进行,供试番茄品种为高糖1 8 1,购于甘肃省农科院。2 0 1 9
9、-0 9-1 5播种,待植株长至三叶一心进行定植(2 0 1 9-1 1-0 2)。栽培方式 为基质槽式 栽培(长9.0 m,宽0.4 m,深0.3 m),基质为“绿能瑞奇”,购买于甘肃省绿能科技股份有限公司。1.2 试验设计试验从 第 一 穗 果 中 第 一 个 果 坐 果 率 达 到8 0%时进行水分亏缺处理。采用随机区组设计,共设4个处理:对照(C K),灌水上限为9 0%田间持水量,下限为7 5%田间持水量;轻度水分亏缺(T 1)、中度水分亏缺(T 2)和重度水分亏缺(T 3)。处理与C K同时进行灌溉,灌溉量分别为C K的8 0%、6 0%、4 0%。每个处理4个(槽)重复,每槽3
10、3株。在水分处理过程中用 T R I ME P I C O 3 2水分速测仪实时监测基质含水量,含水量随时间变化如图1所示。灌水量由水表读出,压力由回水装置控制。灌水量计算公式为:M=Sr hQ(q1-q2)1 4式中M为计划灌溉量(m3),S为试验小区面积(3.6 m2),r为 基 质 体 积 质 量(5 8 3.9 1 k g/m3),h为计划湿润层深度(0.2 m),Q为田间最大持水量(7 6.5 5%,体积比),q1、q2分别代表灌水上、下 限(田间持水量百分比)。各处理的灌水量如表1所示。图1 基质含水量随时间的变化F i g.1 V a r i a t i o n o f s u
11、b s t r a t e w a t e r c o n t e n t w i t h t i m e c h a n g e表1 不同处理每次灌水量T a b l e 1 I r r i g a t i o n a m o u n t e v e r y t i m e u n d e r d i f f e r e n t t r e a t m e n t s编号N u m b e r 处理 T r e a t m e n t 灌水量/L/(槽次)I r r i g a t i o n a m o u n t/L/(p l o tt i m e)总灌水量/(m3/6 6 7 m2)T
12、 o t a l i r r i g a t i o n w a t e rC K 灌水上、下限为7 5%和9 0%T h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s o f i r r i g a t i o n a r e 7 5%a n d 9 0%田间持水量7 2.4 1 T h e f i e l d w a t e r-h o l d i n g c a p a c i t y i s 7 2.4 1 2 4 1.8 2 T 1 8 0%C K 5 7.9 3 1 9 8.9 6T 2 6 0%C K 4 3.4 5 1 9 6.1 0T 34
13、0%C K 2 8.9 61 1 3.2 41.3 测定项目与方法1.3.1 果实外观品质 每槽选取6株,每个处理共计2 4 株,每株3个果,用游标卡尺测量果实横径和纵径,并计算果形指数,果形指数为纵径与横径之比1 5-1 6,用电子天平测果实单果质量;采用G Y-4-J数显式硬度计(浙江托普云农科技股份有75319期王 瑞等:水分亏缺对番茄果实外观品质和糖酸组分的动态调控限公司,杭州市,中国)测定番茄果实硬度,每个样本随机选取5个果;采用C R-1 0 P l u s色度计(K o-n i n a M i n o l t a I n c.J a p a n)测定果实的色泽参数,每个处理随机选
14、取3个果,分别在每个水果的肩部、与赤道面平行的点和顶部进行测量,记录番茄果实表面颜色参数L*、a*、b*,分别表示亮暗程度、红绿程度和黄蓝程度1 7。1.3.2 番茄果实糖和酸组分的测定 糖组分的提取参照魏鑫等1 8的方法,并稍加改动。将待测定番茄果实洗净,去除果蒂后切碎,准确称取5 g,研磨至匀浆后转移至5 0 m L离心管中并用超纯水定容至2 5 m L。3 0 下超声振荡6 0 m i n后置于4,1 0 0 0 0 r/m i n离 心1 0 m i n,过 滤。取 2 m L滤液用0.4 5 m微孔水膜过滤,滤液使用高效液相色谱法(H P L C)进行测定。检测器为安捷伦 示 差 遮
15、 光 检 测 器(A g l i e n t s e r i e s 1 1 0 0,U S A),色谱柱L C-NH 2(4 6 0 mm2 5 0 mm),柱温3 0,流动相乙腈水=31(VV),流速 1.0 m L/m i n,进样体积2 5 L,每个处理3次重复。有机酸组分测定参照C o e l h o a等1 9的方法,并稍加改动。将待测番茄果实洗净,去除果蒂后切碎,准确称取5 g,磨至匀浆后转移至5 0 m L离心管中,用超纯水定容至2 5 m L。匀浆在4,1 0 0 0 0 r/m i n 离心1 0 m i n,过滤。取2 m L滤液并用0.2 2 m微孔滤膜过滤后使用高效液
16、相色谱法(H P L C)测定。色谱条件为:使用四元梯度超快速液相色谱仪(EM p o w e r 3 2 9 9 8 A c Q u I T Y A r c,U S A)进 行 样 品 上 机 测 定,色 谱 柱 为H i-P i e x H(3 0 0 mm7.7 mm);紫 外 检 测 波 长 为 2 1 0 n m;流动相为0.2 mm o l/L磷酸二氢钠,流速0.5 m L/m i n,柱温2 5 ,进样体积1 0 L,每处理重复3次。2 结果与分析2.1 水分亏缺对番茄果实发育过程中外观品质的影响2.1.1 对果实大小和果形指数的影响 如图2所示,随着坐果后时间的增加,番茄果实发
17、育前期的单果质量快速增加,至5 45 8 d之后,果实大小基本不变。水分亏缺对番茄果实单果质量始终有显著的抑制作用,坐果后3 0 d时达到最强,T 1、T 2、T 3处理的番茄 单果质 量 分 别 比 对 照 减 少 2 3.2 4%、3 4.4 0%和3 8.5 9%。同一时间点的番茄单果质量均随水分亏缺程度的增加而减少。番茄采收前(坐果后6 6 d)T 1、T 2、T 3处理分别低于对照6.5 6%、9.8 4%和1 3.6 5%。番茄的果形指数在整个生育期均在0.6 20.7 2,水分亏缺对果形指数无显著影响。单果质量中T 3处理拟合参数最优,为0.9 8 7 2,而果形指数中T 2处理
18、拟合参数最优,为0.9 3 2 1。图2 不同灌水量下番茄果实单果质量和果形指数的动态变化F i g.2 D y n a m i c c h a n g e s o f s i n g l e f r u i t m a s s a n d f r u i t s h a p e i n d e x o f t o m a t o u n d e r d i f f e r e n t i r r i g a t i o n a m o u n t s 2.1.2 对硬度的影响 由图3可知,番茄果实硬度在整个发育过程中呈下降趋势,同一时间点的番茄硬度均随水分亏缺程度的增加而增加。坐果后1 04
19、 0 d各水分亏缺处理之间没有差异。坐果后5 06 6 d,T 3处理与对照之间差异显著,6 6 d比对照显著增加1 3.2 1%。T 3处理拟合参数更好,说明水分亏缺增加了果实硬度,尤其是重度水分亏缺。2.1.3 对色泽的影响 图4显示,随着果实发育,番茄果实色泽参数L*值和b*值总体呈降低8531西 北 农 业 学 报3 2卷的趋势,a*值从坐果后3 06 6 d成熟期呈上升的趋势,整体变化呈由慢到快的趋势,表明果皮的颜色越来越接近于红色。同一时间点的番茄L*值均随水分亏缺程度的增加而减小,a*值均随水分亏缺程度的增加而增加,b*均随水分亏缺程度的增加呈现先增加后降低趋势,T 1处理值最高
20、。L*值坐果后1 02 0 d,T 3处理与对照之间差异显著。采收前(坐果后6 6 d)T 3处理L*值显著低于对照8.0 6%。a*值坐果后3 0 d各处理之间差异不显著,坐果后5 8 d,T 2、T 3处理a*值为正值,相比于对照显著增加了4 8 7.5 3%、6 1 4.7 6%。b*值坐果后1 02 0 d各处理之间差异不显著,坐果后5 4 d,T 3处理与对照之间差异显著,显著降低8.7 2%。L*值和b*值的拟合参数中较高的处理是T 1,而a*值中T 2处理拟合值更好。图3 不同灌水量下番茄果实硬度的动态变化F i g.3 D y n a m i c c h a n g e s o
21、 f t o m a t o f r u i t h a r d n e s s u n d e r d i f f e r e n t i r r i g a t i o n a m o u n t s 图4 不同灌水量下番茄果实色泽的动态变化F i g.4 D y n a m i c c h a n g e s o f t o m a t o f r u i t c o l o r u n d e r d i f f e r e n t i r r i g a t i o n a m o u n t s2.2 水分亏缺对番茄果实发育过程中糖酸组分含量的影响2.2.1 对糖组分含量的影响 番
22、茄果实在发育过程中蔗糖十分重要,蔗糖可以较快地改变渗透势,较高的蔗糖积累能够提升作物对温度胁迫、水分胁迫的抵抗作用。如图5所示,果糖、葡萄糖在番茄发育后期含量较高,蔗糖在生长初期含量高,其中果糖、葡萄糖含量在坐果后6 2 d达到最大值,蔗糖含量4 0 d达到最高水平。同一时间点的番茄果糖含量随水分亏缺程度在不同生育期呈现 图5 不同灌水量下番茄果实糖组分的动态变化F i g.5 D y n a m i c c h a n g e s o f s u g a r c o m p o s i t i o n o f t o m a t o f r u i t u n d e r d i f f e
23、 r e n t i r r i g a t i o n a m o u n t s95319期王 瑞等:水分亏缺对番茄果实外观品质和糖酸组分的动态调控不同变化趋势。坐果后1 04 0 d各处理之间没有显著性差异,采收前(坐果后6 6 d)T 1、T 2、T 3处理 与 对 照 之 间 差 异 显 著,分 别 低 于 对 照 2 2.8 8%、1 7.8 0%和9.3 2%。同一时间点的番茄葡萄糖和蔗糖含量均随水分亏缺程度在不同生育期呈现不同变化趋势,坐果后1 03 0 d呈先减少后增加的趋势,且各处理之间差异不显著。坐果后4 06 2 d呈先升高后降低的趋势,T 2处理与对照之间差异显著。坐
24、果后1 04 0 d蔗糖含量呈增加的趋势,各处理之间差异显著。坐果后5 05 8 d呈现先增加后降低的趋势,T 1处理含量最高,显著高于对照2 2.8 9%8 1.8 5%。坐果后6 26 6 d呈下降趋势,各处理与对照之间差异显著。对照的果糖和葡萄糖含量拟合参数更好,蔗糖含量中T 1处理拟合参数更好。2.2.2 对酸组分含量的影响 由图6可知,番茄果实发育过程中,柠檬酸、奎宁酸、琥珀酸和乙酸含量均呈现先增加后降低再增加的变化趋势,莽草酸含量总体呈降低趋势,其他有机酸组分含量均呈现先降低后升高的变化趋势。同一时间点,果实中柠檬酸含量在坐果后1 03 0 d时T 1处理显著高于对照,坐果后6 6
25、 d时T 1处理达到最大值,较对 照 增 加1 4.9 7%。苹 果 酸 含 量 坐 果 后 5 8 d,各处理均下降到最低,T 3处理显著低于对照。坐果后6 6 d时,T 3处理与C K相比显著降低 6.0 1%。草酸含量在坐果后4 0 d下降至最低,随后升高,坐果后6 26 6 d,各处理之间差异显著,T 2处理显著高于对照5 0%2 0 0%。坐果后6 6 d各处理酒石酸含量达到最大值,且处理间差异显著,T 2处理显著高于对照6 2.9 0%。奎宁酸含量随着果实的发育整体呈先增加后降低再增加的变化规律,坐果后1 0 d时各处理含量最低。莽草酸坐果后1 0 d各处理含量最高,坐果后6 6
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