不同营养液配方对椰糠种植草莓品质的影响

苗妍秀，余倩，王丹怡，赵海亮，侯雷平，李斌*

(1.山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801；2.山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心，山西 太谷 030801)

草莓(Fragaria×ananassaDuch．)属蔷薇科草莓属，为多年生常绿草本植物，具有易繁殖、株体小、周期短、成熟早、效益高等特点[1,2]。草莓果实颜色鲜艳、果肉多汁、果香浓郁、营养价值丰富，富含多种糖、维生素、有机酸、矿物质等，被称为“水果皇后”[3,4]。近年来，我国草莓产业迅速发展，栽培面积和产量已居世界第一[5]。

由于无土栽培节水节肥、高产优质、适用于多种栽培形式，无土栽培是中国草莓生产发展方向之一。目前关于草莓无土栽培的研究主要集中在栽培基质选择、营养液配方选择和草莓品种筛选等方面[6,7]。在栽培基质方面，由于传统基质草炭具有不可再生的缺点，使用椰糠作为园艺作物栽培基质可以实现废弃物循环再利用，对农业可持续发展具有重要意义[8]。椰糠具有理化性质优良、结构稳定性好、使用寿命长、对环境友好、价格低廉等优点，是国内外广泛应用的栽培基质[9,10]。目前关于椰糠的研究越来越多，主要集中在椰糠和其他基质混合施用方面，然而完全使用椰糠作为园艺作物栽培基质方面的研究较少[11～13]。在营养液方面，营养液配方选择直接决定无土栽培成功与否，目前草莓椰糠栽培的营养液配方选择方面的研究仍然缺乏[14,15]。

本试验以草莓品种“甜查理”为试验材料，椰糠为栽培基质，在草莓生长过程中浇灌不同配方营养液，研究不同配方营养液对草莓植株营养生长、叶片光合作用和果实品质的影响，探索适宜草莓椰糠栽培的营养液配方，实现草莓优质高效生产。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2017年9月～2018年2月在山西农业大学园艺站日光温室内进行。试验选用草莓品种“甜查理”，草莓种苗由山西农业大学园艺站提供，种苗长势整齐，为3叶1心。2017年9月16日，将长势一致的草莓种苗定植到以椰糠为栽培基质的塑料栽培槽(50 cm×21 cm×13 cm)中，定植10 d后，每隔7 d浇灌1次1倍剂量营养液，每株0.4 L。试验共设4个处理：CK为蒸馏水(对照)，T1为日本园式通用配方营养液，T2为日本山崎草莓专用配方营养液，T3为华南农业大学叶菜类配方营养液，营养液配方如表1所示。试验采用随机区组设计，共4个处理，每个处理3次重复，每重复种植10盆，每盆定植2株。采取温室日常管理和农艺措施。椰糠(锡兰椰糠砖，馨益园艺有限公司，厦门)容重0.51 g·cm-3、总孔隙度77.19%、通气孔隙度15.69%、持水孔隙度61.50%、pH 7.04、EC 0.57 mS·cm-1。

表1 营养液大量元素配方/mg·L-1Table 1 Macronutrient formulas in nutrient solution

注：T1、T2、T3营养液的微量元素配方为NaFe-EDTA 20 mg·L-1，H3BO32.86 mg·L-1，MnSO4·4H2O 2.13 mg·L-1，ZnSO4·7H2O 0.22 mg·L-1，CuSO4·5H2O 0.08 mg·L-1，(NH4)6Mo7O120.02 mg·L-1. CK：蒸馏水；T1：日本园式通用配方营养液；T2：日本山崎草莓专用配方营养液；T3：华南农业大学叶菜类配方营养液，下同。

Note: Micronutrient formulas in nutrient solution is NaFe-EDTA 20 mg·L-1, H3BO32.86 mg·L-1, MnSO4·4H2O 2.13 mg·L-1, ZnSO4·7H2O 0.22 mg·L-1, CuSO4·5H2O 0.08 mg·L-1and (NH4)6Mo7O120.02 mg·L-1in T1, T2 and T3 treatments. CK: distilled water; T1: Japan Yamasaki strawberry nutrient solution; T2: Japan Garden general nutrient solution; T3: South China Agricultural University leaf vegetable nutrient solution, The same as below.

1.2 测定方法

1.2.1 植株生长测定

在定植后90 d，测量草莓植株的株高、茎粗、叶柄长、叶片数、叶面积。在试验结束后，将整个植株放入65 ℃烘箱内烘干，测定全株干重。

1.2.2 叶片光合特性测定

使用LI-6400xt便携式光合仪(美国LI-COR公司)测定草莓植株最大叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。测定时间为晴天上午9～11时，控制光强800 μmol·m-2·s-1，叶温25 ℃，CO2浓度400 μmol·mol-1。叶绿素含量使用80%丙酮法测定[16]。

1.2.3 果实品质测定

在结果期，测量果实的横径、纵径和单果重。待草莓果实成熟后取样，果实可溶性糖含量使用蒽酮比色法，Vc含量使用2,6-二氯靛酚滴定法，可溶性蛋白质含量使用考马斯亮蓝G-250染色法[16]。叶片Ca、Mg、Mn和Fe元素含量使用ICP元素分析仪(ICAP 6300仪器，美国Thermo公司)测定。有机酸提取参照[17]的方法，测定采用Thermo Fisher U3000高效液相色谱仪，色谱柱为Syncronis C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)，流动相为0.01 mol·L-1磷酸二氢钾溶液(pH 2.8，用磷酸调控)，流速0.8 mL·min-1，柱温40 ℃，检测波长210 nm，进样20 μL。根据样品峰面积和标准曲线计算苹果酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸和草酸含量。

1.3 数据分析

所有数据采用SPSS 20.0软件one-way ANOVA进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同营养液配方对椰糠种植草莓植株营养生长的影响

整体来说，增施营养液促进草莓植株营养生长(表2)。与CK相比，T1处理能显著提高草莓植株株高和茎粗，T2处理显著提高株高、叶柄长、叶面积和全株干重，T3处理显著提高株高、叶柄长和全株干重。

2.2 不同营养液配方对草莓叶片光合特性的影响

不同营养液配方显著影响叶片气体交换参数、叶绿素和矿质元素含量(表3和图1)。与CK相比，T1处理显著增加草莓叶片叶绿素a含量，但降低Mn含量；T2处理显著增加叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和Ca含量；T3处理增加叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、Mg和Mn含量，但显著降低气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)。

表2 不同营养液配方对椰糠种植草莓植株生长的影响Table 2 Effect of different nutrient solutions on strawberry plant growth in coconut coir cultivation

注：同列数据后的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicated significant differences among treatments (P < 0.05), the same as below.

表3 不同营养液配方对椰糠种植草莓叶片光合特性的影响Table 3 Effect of different nutrient solutions on strawberry photosynthetic characteristics in coconut coir cultivation

2.3 不同营养液配方对草莓果实品质的影响

整体来说，增施营养液显著影响草莓果实品质(表4和图2)。与CK相比，T1处理显著增加草莓果实可溶性糖、果实纵径、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、草酸和总酸含量；T2处理显著增加Vc、可溶性糖、糖酸比、果实纵径和单果重，T3处理显著增加果实Vc、可溶性糖和纵径。不同营养液配方显著影响草莓果实有机酸含量。

2.4 植株生长、光合特性和果实品质的相关性分析

整体来说，叶片矿质元素和植株生长、叶片光合特性，果实糖酸比和有机酸含量都紧密相关。叶片矿质元素Fe、Mn和Ca分别与草莓株高、全株干重及叶柄长极显著正相关(P<0.01)。Fe与Ci极显著负相关(P<0.01)，Mn与总叶绿素显著正相关(P<0.05)，Ca与叶绿素b极显著正相关(P<0.01)。果实糖酸比与苹果酸、柠檬酸及酒石酸极显著负相关(P<0.01)。

图1 不同营养液配方对草莓椰糠种植叶片矿质元素含量的影响Fig.1 Effect of different nutrient solutions on leaf nutrients in strawberry coconut coir cultivation

处理TreatmentsVc/mg·100 g-1 FW可溶性糖/mg·g-1 FWSoluble sugar可溶性蛋白质/mg·g-1 FWSoluble protein糖酸比Sugar acid ratio果实横径/cmFruit diameter 果实纵径/cmFruit length 单果重/gFruit weight CK33.20±0.60b72.14±2.83d0.39±0.03a5.62±0.63bc9.00±0.58a1.82±0.08b9.39±0.18bcT131.47±0.91b89.03±0.38c0.42±0.02a4.42±0.54c10.33±0.33a2.77±0.08a11.22±0.93abT240.81±0.91a119.67±1.17a0.72±0.19a10.93±0.25a9.33±0.88a2.99±0.08a11.81±0.89aT342.89±1.83a103.83±3.34b0.40±0.02a6.01±0.07b9.67±0.67a2.90±0.04a8.13±0.24c

图2 不同营养液配方对草莓果实有机酸含量的影响Fig.2 Effect of different nutrient solutions on strawberry organic acid in coconut coir cultivation

3 讨论与结论

营养液供给植物生长发育所需的多种营养元素，这些矿质元素积极参与植物光合作用、生长发育及一系列的生理代谢过程[18]。钙(Ca)是植物生命活动所需的大量元素之一，一般在茎和叶片中含量较多，根部和果实中较少[19,20]。Ca与果胶酸结合形成果胶酸钙，维持细胞壁稳定性，使植物器官和组织具有一定的机械强度，同时，Ca将磷脂分子联结起来，保证细胞膜的稳定性。Ca2+浓度增加后，胞质Ca2+和钙信号靶蛋白，如钙调素(CaM)、钙依赖蛋白激酶(CDPK)类蛋白和钙调磷酸酶B类蛋白(CBL)结合，通过磷酸化过程，激活或抑制特异的生理生化反应，调控植物生长发育过程[21,22]；Ca缺失易导致植株生长受阻、矮小柔软、叶片逐渐变黄甚至坏死。本试验中，这3种营养液配方中，日本山崎草莓专用配方营养液显著促进草莓Ca积累，有利于维持叶柄细胞壁稳定性和细胞膜完整性，保证草莓营养生长过程(图1和图3)。Fallahi等[23]和宋少华 等[24]研究发现，苹果和甜柿果实中Ca与果实硬度成正相关，而本试验中缺乏对草莓果实硬度的测定，有待进一步研究证明。铁(Fe)和锰(Mn)是植株生命活动必需的微量元素。Fe影响叶绿素合成、参与光合作用、细胞呼吸和激素合成等。在光合作用光反应阶段，Fe参与铁硫蛋白形成，铁硫中心作为电子传递体从光系统PSII接收电子并向PSI传递[25]。缺Fe常会出现叶片失绿、光合效率降低，光合产物如蔗糖减少。Mn是植物体内多种酶的活性集团或辅助因子，锰簇参与组成PSII放氧复合体，并主要作用于水的裂解[26]。缺Mn易造成水的光解速率变慢、光合效率降低、叶绿体解体等。在本试验中，日本山崎草莓专用配方营养液有利于叶片Fe和Mn积累，促进叶绿素合成、光合作用顺利进行，保证干物质积累和草莓正常生长。

图3 矿质元素和植株生长(A-C)与光合特性(D-F)，果实糖酸比和有机酸(G-I)相关性分析Fig.3 Correlation analysis between nutrient and plant growth and photosynthetic characteristics, between fruit sugar acid ratio and organic acid.

果实外观、内含物和营养价值是衡量果实品质的重要指标。草莓果实糖、酸含量和糖酸比不仅是衡量其营养品质的重要因素，还是评价果实发育成熟的标志。本试验中，日本山崎草莓专用配方营养液处理的草莓果实糖酸比最高，这主要是由于其可溶性糖含量最高、有机酸含量最低。这与吴慧 等[27]在营养液方面的研究结果基本一致。有机酸是草莓果实的微量组成成分，在很大程度上决定果实感官品质。果实中酸味通常来源于苹果酸、柠檬酸、酒石酸等H+的释放。苹果酸和柠檬酸是天然果酸的重要成分，主要在液泡中积累，其含量高低受其合成、降解代谢和贮藏的影响[28]。通过对有机酸组成和含量进行分析后发现，日本园式通用配方营养液相比，日本山崎草莓专用配方营养液显著降低苹果酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸和草酸含量(图2)。这主要是因为有机酸受营养液中氮素含量和氮素形态的影响。首先，果实总酸含量随着营养液中氮素含量降低而减少[29]。在3种不同配方营养液中，日本山崎草莓专用配方中氮素含量最低，约是日本园式通用配方中氮素含量的1/3，因此草莓果实总酸含量最低。其次，氮素形态(NH4+/NO3-)会通过影响磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和苹果酸脱氢酶(MDH)活性，改变苹果酸和柠檬酸含量[30]。本试验中，与日本园式通用配方相比，日本山崎草莓专用配方中NH4+/NO3-明显升高，苹果酸和柠檬酸含量下降，糖酸比升高(图3)。同时，日本山崎草莓专用配方营养液处理显著增加草莓果实纵径和单果重，这与吴慧 等[27]在草莓上的研究结果基本一致，其研究发现与日本园式通用配方和华南农业大学果菜配方相比，日本山崎草莓专用配方营养液能显著增加盆栽草莓的单果重和产量。

本试验中，3种不同配方营养液均能显著提高草莓植株营养生长、叶片叶绿素含量、果实纵径和可溶性糖含量。与日本园式通用配方营养液和华南农业大学叶菜配方营养液相比，日本山崎草莓专用配方营养液更能促进草莓植株营养生长、提高叶片光合特性、提升果实品质，推荐做为草莓椰糠栽培专用营养液。