设施栽培樱桃果实成熟与糖分积累的补光调控机制研究.pdf

105 研究进展 Research Progress 设施栽培樱桃果实成熟与糖分积累的补光调控机制研究 陈青华 山东省聊城市冠县定远寨镇农业农村综合服务中心 山东聊城 252512 摘要 设施栽培虽保障了樱桃果树的周年生产 但光照不足与分布不均制约了果实成熟和品质提升 以山东冠县设施 樱桃为对象 本文系统探讨了 LED 补光对果实发育与糖分积累的影响 结果表明 采用红蓝光 6 1 每日补光 8 小时的 LED 光源 可显著促进果实生长 提升可溶性固形物含量和糖酸比 改善色泽并使成熟期提前 8 10 天 补光还可增强糖代谢相关 酶活性与基因表达 促进蔗糖和葡萄糖积累 研究为设施樱桃精准补光管理提供理论依据 具有提升果品品质和设施农业效 益的现实意义 关键词 设施栽培 樱桃 果实成熟 糖分积累 光合作用 引言 设施栽培技术的发展为果树周年生产创造了有利条 件 其中樱桃因早熟 市场价值高而成为重点推广对象 冠县位于山东省西部 属暖温带季风气候区 年平均气 温13 4 年降水量600 700mm 光照充足 昼夜温差大 非常适合樱桃生长 近年来 冠县设施樱桃栽培发展迅速 已成为当地农业增效 农民增收的重要途径 截至2022 年 全县设施樱桃栽培面积达5000余亩 主要分布在贾 镇 桑阿镇等乡镇 年产量约7500t 产值超过3亿元 但是从实际情况来看 冠县设施樱桃栽培仍面临一些挑 战 首先 冬季和早春季节光照不足 影响花芽分化和 果实发育 最后 设施内光照分布不均 导致果实成熟 不一致 再次 阴雨天气频繁 进一步加剧了光照不足 的问题 以上问题的存在 导致冠县设施樱桃普遍存在 果实成熟期延迟 着色不良 糖分积累不足等现象 严 重影响了果实品质和市场竞争力 研究表明 补光技术 在设施果树生产中具有显著调控潜力 尤其红光与蓝光 组合能有效改善光合作用与代谢活动 促进果实成熟与 糖分积累 但当前针对设施樱桃的补光研究仍相对薄弱 缺乏系统性 实用性的技术参数与机制探讨 为此 本 文结合冠县设施栽培樱桃生产实践 从补光对果实成熟 糖分积累及相关酶活性的影响等方面展开研究 旨在优 化补光策略 为提升设施樱桃栽培效率与果品质量提供 技术支持与理论依据 1 补光对樱桃果实成熟的影响 1 1 补光对樱桃果实生长发育的影响 在生长发育过程中 补光可提高果实的光合效率 加快光合产物的积累和分布 是提高果实品质的重要因 素 补充光能增加植物的光合作用效率 将更多的光能 转换成化学能 并将其存储到果实内 为果实的生长与 发育提供必要的能量与物质基础 在冠县的设施樱桃生 产过程中 不同时期的补光反应存在着明显的区别 在 果实快速生长时期 通常为四月中旬 该时期的补光 可以明显加快果实的生长速度 促进果实的生长 根据 本地实验资料 在此期间 每日8h的补光 采用红 蓝 比率为6 1的LED光源 其果实细胞分裂速率较对照提 高 20 30 一星期后果实体积增长 15 20 在果实成 熟期 也就是五月中下旬 补充光照的作用主要是促进 果实内糖合成 有机酸代谢 色素合成等物质的转化与 积累 这是由多个环节共同决定的 在采取补光措施的情况下 相比于未采取补光措施 设施樱桃的可溶性固形物含量增加了2 3 有机酸含量 减少了10 15 使设施樱桃的果实风味得到了有效的改 善 1 在不同光照的情况下 对于果实色素的分布以及合 成也会产生不同的影响 光照的补充不仅能够对设施樱 桃果实的生长发育带来直接的影响 而且会对果实的颜 色带来显著的改善 果实的颜色深浅直接影响设施樱桃 最后的商业价值 以及消费者对于设施樱桃的购买意愿 而光照的补充以及针对性的调节 可以给果实中色素的 分配与合成带来影响 从而提高设施樱桃果实的品质以 及色泽 在不同光照的条件下 不同光照强度的果实色 泽变化规律也会存在明显的差异 且不同光质的处理也 作者简介 陈青华 1977 男 汉族 山东冠县 本科 工程师 研究方向 林业栽培技术 106 研究进展 Research Progress 会对果实中色素的分配与合成带来一定程度的影响 其 中 红光和蓝光是植物进行光合作物以及色素合成的关 键 在红光条件下可以促进设施樱桃果实维生素的生物 合成以及积累 并使其呈现出鲜红色 而蓝光主要是促 进设施樱桃果实花色苷的累积与生物合成 能够使设施 樱桃果实的颜色变得更深 1 2 补光对樱桃果实成熟时间的影响 补光措施的实施可以显著促进樱桃果实的快速成熟 这不仅是因为光照促进了设施樱桃果实更快的生长 主 要是因为设施樱桃果实的生理与生化等方面产生了变化 设施樱桃果实的成熟期通常是由多种环境因素所影响的 而光照是决定果实成熟的重要因素之一 光合产物是促 进果实更好生长发育的重要物质 充足的光照补充则是 促进设施樱桃果实生长的核心 通常情况下 光能的补 充能够使设施樱桃获得更多的光能供给 并在被设施樱 桃植株吸收后转换为化学能 以此来进一步加快设施樱 桃光合产物的积累和光合过程 在设施樱桃果实生长发 育的过程中 红光环境对于果实中糖分的合成与积累 色素的合成与分配 有机酸的代谢有着极其重要的调控 作用 光能的补充可以对设施樱桃植株的生理生化反应 方式 速度进行有效的调节 从而加快设施樱桃果实内 物质的积累与转换 进而加快设施樱桃果实的成熟速度 并让设施樱桃果实的甜度更高 2 在冠县设施樱桃栽培 实践的过程中 通过采取补充光照措施 可以将设施樱 桃的成熟期提前8 10d 提前成熟的设施樱桃可以实现市 场供求关系的稳定 并且提前上市的设施樱桃价格能够 较普遍上市时的价格高5 10元 从而能够进一步增强冠 县设施樱桃在市场中的竞争力 为广大种植户带来更高 的设施樱桃种植经济效益 1 3 补光对樱桃果实品质的影响 补光措施可以对设施樱桃果实内在生理生化过程进 行调节 从而可以使设施樱桃果实中的糖酸比 可溶性 固形物 耐贮运能力 硬度等方面的指标得到显著的改善 进而对设施樱桃果实的风味与品质进行改善 延长设施 樱桃的货架期 例如 在冠县设施樱桃栽培实践的过程中 采用红蓝光比6 1的补光灯 在设施樱桃生长末期时每 天补充8h的光照 将补光量控制在35000勒克斯 实验 结果显示 在补光条件下显著提升了设施樱桃果实中的 可溶性固形物含量 尤其是果实中的矿物质 有机酸 糖分以及维生素等指标都有显著的提升 通过对设施樱 桃果实品质进行检测发现 在补光条件下 设施樱桃果 实中的可溶性固形物提升了3 5 除此以外 补光措施 的实施还可以在强化设施樱桃叶片光合作用的情况下 实现光合产物累积与分布的增强 从而在极大程度上提 升设施樱桃果实中的可溶性固形物含量 以此来使设施 樱桃果实的风味更佳 促进设施樱桃果实营养价值的提 升 2 补光对樱桃果实糖分积累的影响 2 1 补光对樱桃果实糖分含量的影响 补光措施的实施通过对设施樱桃内在生理生化过程 进行调节 使设施樱桃的甜度更高 进而提升果实的风 味与品质 满足消费者对优质设施樱桃果实品质的需求 补光措施的实施可以对设施樱桃果实的葡萄糖代谢酶 基因的表达进行调节 从而促进设施樱桃果实内葡萄糖 含量的提升以及葡萄糖的合成速度 设施樱桃果实中糖 分的形成与累积过程 主要涉及磷酸戊糖的代谢 糖代 谢以及糖异生等多种复杂因素 而光照的补充可以对设 施樱桃生物学化学反应中关键酶与基因的表达进行调节 从而实现设施樱桃果实内葡萄糖的有效积累 例如 补 充光照可以提升设施樱桃果实中葡萄糖 蔗糖合酶等活 性 从而进一步加快设施樱桃果实中葡萄糖 蔗糖的合 成以及积累 进而促进设施樱桃果实中含糖量的提升 2 2 补光对樱桃果实糖分积累相关酶活性的影响 设施樱桃果实中的糖分累积的生理过程较为复杂 其中涉及多种酶的共同作用 而补光措施的实施对于设 施樱桃果实中的蔗糖合成酶活性的影响最为显著 蔗糖 合成酶是设施樱桃果实中蔗糖合成过程中的关键 酶活 性的高低将会对果实中蔗糖的含量带来直接的影响 而 补光措施的实施可以对果实内部的糖代谢过程以及光合 作用进行调控 为果实蔗糖合成酶的转换提供充足的能 量来源以及底物 同时促进蔗糖合成酶的合成以及基因 的表达 3 在进行补光的措施中 光照的补充不仅可以 促进设施樱桃果实中蔗糖合成酶活性的提升 还可以帮 助蔗糖从叶片朝着果实的方向进行运输 从而显著增加 设施樱桃果实中的蔗糖含量 在不同的营养水平下 营 养物质的充足对于设施樱桃果实中糖分积累的影响并不 是单一的 而是相互作用 相互联系的 补光措施的实 施可以对设施樱桃植株的糖代谢 光合作用以及信号传 导等生理过程进行调控 并形成复杂 多样的调控网络 从而对设施樱桃果实的糖分积累与合成带来影响 3 设施樱桃栽培中补光策略的优化与应用 3 1 补光光源的选择与优化 设施樱桃栽培过程中补光光源的选择 应综合考虑 能耗 光效 光质以及成本等因素 当前LED灯因光谱可调 光效高 寿命长等优势成为主流 不同光源的光质特性 107 研究进展 Research Progress 对果实品质影响显著 白炽灯光谱连续但红光比例高 蓝光比例低 易致植株徒长且能耗高 已逐渐被淘汰 高压钠灯红光比例高 光效较高 但发热量大 能耗高 且蓝光比例不足 不利于花青素合成太挤 荧光灯蓝光 比例较高 但光强不足且红光比例低 光合作用效率有限 LED灯可根据需求定制光谱 红蓝光组合按照6 1的比例 进行设置 可显著提高光能利用率 促进设施樱桃植株 光合作用和糖代谢 光源功率直接影响补光强度与效果 设施樱桃栽培中LED补光灯功率以36 50W为宜 过低光 强无法有效补光 过高则可能导致光抑制效应或叶片灼 伤 如 诸暨短柄 樱桃采用36W LED补光可使叶片净 光合速率提高 18 75 22 3 而 50W LED 虽能进一步提 升但增幅有限且能耗增加 因此需根据设施光照强度 树冠大小及品种特性合理选择功率 补光位置对光照均 匀性至关重要 LED补光灯应安装在树冠中上部 距叶片 20 30cm 确保光能均匀分布 同时补光灯间距应控制在 3 4m的范围内 避免光照重叠或盲区 3 2 补光参数的优化 补光光强 光质与光周期是设施樱桃栽培中补光策略 优化的核心参数 补光光强直接影响光合作用效率 研究 表明设施樱桃补光光强应控制在50 100 mol m 2 s 1 过 低光强无法有效驱动光合反应 过高则可能引发光抑制 效应 导致光合效率下降甚至叶片损伤 例如 在冠县 当地实施樱桃栽培的过程中 采用36W LED红蓝光6 1 补光处理 当光强设定为 60 80 mol m 2 s 1 时 果实蔗 糖合成酶活性可提升18 75 22 3 显著促进糖分积累 这表明适宜光强能精准调控光合产物合成路径 补光光 质通过影响光受体信号传导和代谢酶活性 显著作用于 果实品质形成 红光660nm通过激活光系统 驱动碳水 化合物合成 蓝光450nm则参与隐花色素介导的光形态 建成与糖代谢调控 二者协同作用可优化光能利用效率 4 补光光周期需根据生育期和天气条件动态调整 硬 核期至转色期是果实糖酸比和色泽形成的关键窗口期 晴天时采用 05 00 10 00 16 00 19 30 的补光时段 可 延长有效光合时间且避免正午高温胁迫 阴雨天则需全 时段补光以弥补自然光不足 这种策略在 诸暨短柄 樱桃上可使果实成熟期提前7 10天 同时可溶性糖含量 提升15 20 其机制在于补光通过增强淀粉磷酸化酶活 性促进淀粉向可溶性糖的转化 并通过调节脱落酸与生 长素平衡加速果实发育进程 实际应用中需结合设施内 光照监测数据 采用物联网技术实现光强 光质与光周 期的智能联动调控 例如通过光量子传感器实时反馈环 境光强 配合可调光谱LED灯具动态调整红蓝光配比 并基于天气预报系统自动切换补光时段 这种精准调控 模式可使设施樱桃糖酸比提高至 25 30 1 花青素含 量突破 15mg 100g FW 同时减少 30 以上的无效能耗 最终实现产量与品质的协同提升 5 3 3 智能补光技术的应用 现阶段 补光技术的智能化应用已成为设施樱桃提 质增效的核心驱动力 物联网技术通过构建环境感知网 络实现补光系统的精准调控 在设施内布设光照 温度 湿度传感器后 系统可实时采集环境数据并基于预设阈 值自动调整补光参数 物联网控制的补光系统能根据实 时光照强度动态调节LED灯输出功率 在阴雨天气自动 延长补光时长至05 00 10 00及16 00 19 30 除此以外 人工智能算法的引入则进一步提升了补光参数的动态优 化能力 基于设施内历史数据构建的光合效率预测模型 可结合神经网络算法分析光照强度 光质配比 温度梯 度等20余项环境变量与果实糖酸比 花青素含量的非线 性关系 系统能提前72小时预测最佳补光参数组合 从 而使光能利用率较传统模式提升30 以上 4 结束语 本文针对设施樱桃光照不足导致的果实成熟延迟与 糖分积累不足问题 系统研究了LED红蓝光补光策略的 调控效果 结果表明 红蓝光6 1补光可显著提升果实 细胞分裂速率 可溶性固形物含量和糖酸比 增强糖代 谢相关酶活性与基因表达 显著改善果实品质 并使成 熟期提前8 10天 结合光质 光强与光周期的优化及智 能化控制 实现了光能高效利用与果品质量提升 本研 究为设施樱桃精准补光管理提供了理论依据和技术参考 参考文献 1 王继涛 马治虎 汪洋 等 不同生物菌剂对拱棚樱桃 番茄生产影响 J 园艺与种苗 2022 42 01 12 13 2 廖海枝 林晓凯 杨成坤 等 叶面喷施钙镁肥对 妃子笑 荔枝果肉苹果酸积累的影响 J 广西植物 2022 42 12 2138 2146 3 高文瑞 孙艳军 韩冰 等 弱光对西瓜果实品质及蔗 糖代谢的影响 J 中国农学通报 2023 01 56 61 4 李都岳 吴延军 补光对设施栽培樱桃果实成熟和糖分 积累的影响 J 果树学报 2023 40 10 2183 2194 5 李都岳 陈翔 华爱君 等 设施栽培不同光质补光对 两个中国樱桃品种生长发育及品质的影响 J 中国南方果 树 2024 53 03 251 255