一种提高草莓果实酚类物质含量的病害防治方法与流程

本发明涉及作物栽培技术领域，具体涉及一种提高草莓果实酚类物质含量的病害防治方法。

背景技术：

草莓果实色泽艳丽，风味芳香，富含对人体健康有益的活性营养成分，备受大众消费者的亲睐，具有很高的营养价值和经济价值。除了果糖、蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、苹果酸和抗坏血酸等主要的膳食成分，草莓中的次生植物活性物质，主要包括花色苷，黄酮醇，鞣花酸等抗氧化多酚类物质，被许多国内外流行病学研究证明对人体健康具有重要益处。众多研究表明，增加这类活性酚类物质的摄入对预防炎症，氧化应激，心血管疾病，某些类型的癌症，2型糖尿病，肥胖及神经退化具有重要作用。随着生活水平的提高，消费者已经不止满足于果实香甜的口感，而越来越注重其中活性营养成分的含量，对水果中天然活性营养物质需求增加，这就要求生产者能够提供具有更高营养价值的果实。

目前，国内外较多通过采后物理，化学或生物的保鲜方法来保持或提高草莓中的活性营养成分，这些方法大多只在提高草莓贮藏时间方面效果显著，只有小部分提高了果实的营养品质，且有些措施还会对人体健康和环境造成危害。紫外光C(Ulraviolet-C,UV-C)辐照，已经成熟的应用于医疗卫生，食品和一些工业领域的杀菌消毒，具有快速，无污染，无残留，操作简单等优点。目前，国内外也较多地将UV-C辐照应用到果蔬采后贮藏防腐保鲜当中。UV-C辐照被公认为是一种绿色环境友好型的采后处理方法，且可以促进被处理果实中次生植物活性物质的产生，从而提高被处理果实的营养价值。

但是，草莓相比于其他水果，果实组织硬度低，肉软多汁，无外皮保护，极易在采后的处理过程中受到机械损伤和灰葡萄孢霉的侵染，从而增加果实采后损失。中国专利文献CN 104351315 A公开了一种草莓果实短波紫外线辐照复合冷风预冷保鲜方法，该方法采用采后UV-C辐照处理，虽抑制了果实的采后腐烂，保持了果实中的抗坏血酸含量，但对于草莓的植物活性物质，花色苷，黄酮醇及酚酸等没有相关的阐述和研究；且这种采后处理若大样品应用势必会带来草莓的采后机械损伤，对于最终果实品质的保持程度值得商榷。

近年来随着观光采摘园的快速发展，市场对草莓的需求量增加，草莓栽培面积不断扩大，但随之而来草莓的病害发生呈上升趋势，影响了草莓种植业的健康发展，带来严重的经济损失。

目前主要的草莓防治措施除了选用抗病品种，严格检疫，加强草莓的种植管理，合理施肥、灌溉，土壤消毒，清除病株，实行轮作等农业防治，多采用化学药剂防治，主要包括粉锈灵、百菌清、速克灵、甲基托布津、甲基硫菌、扑海因等农药。农业防治工序繁琐，需要大量的人工操作，且防治效果有限，需要辅助其他措施来达到防治病害的目的。化学药剂通常是在病症出现后进行施用，虽然一定程度上能够放缓甚至暂时消除某种病害，但同时会带来果实的农药残留的风险，对消费者的身体健康造成威胁，同时化学药剂的大量施用会造成土壤板结、污染环境，不利于农业的可持续发展。

技术实现要素：

本发明提供了一种提高草莓果实酚类物质含量的病害防治方法，在草莓植株生长期间进行UV-C辐照，提高所产果实中酚类活性物质的含量，并有效减少植株病害发生，同时也解决了现有的采后处理技术对草莓易造成机械损伤从而影响果实品质的问题。

一种提高草莓果实酚类物质含量的病害防治方法，包括：从开花期开始，每隔2～4天对草莓植株进行一次UV-C辐照处理，并持续至结果期结束；

所述UV-C辐照处理的条件为：辐照剂量为小于0.75kJ/m²，辐照时间小于70s；

每次UV-C辐照处理结束后，草莓植株需避光≥8h。

本发明利用低剂量的UV-C辐照能够刺激植物体本身的应激反应，产生“毒兴奋作用”，促进酚类物质等代谢物质的积累，提高抗氧化酶等酶体系的活性，调节与抗病性相关的水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)等植物激素的含量，从而综合诱导提升植物的抗病性，且不会影响作物的正常生长发育。

本发明在草莓植株进行UV-C辐照处理后，需避光处理。因为如果直接暴露在可见光中会由于细胞自身的DNA光修复作用而使得UV-C辐照效果降低甚至消失。8小时以上的避光处理可以最大限度地允许UV-C辐照诱导的病程相关植物生理代谢活动发生，从而综合提高植物抗病性，有效预防病害的发生。

另外，本发明针对草莓果实易受机械损伤的特点，在果实生长期对植株进行循环式的UV-C刺激，达到促进活性化学物质合成的目的。研究结果表明，本发明方法能够显著提高成熟草莓果实中花色苷、黄酮醇、鞣花酸、抗坏血酸等活性物质的含量，增加果实的抗氧化能力，从而大大提升了草莓果实的营养价值，增加经济效益。

相比于采后处理，采前处理不需要触碰果实，几乎不会带来果实的机械损伤，因此，本发明对于像草莓这样组织娇嫩而不适宜采后处理的果实具有很好的实际应用优势。

大剂量的UV-C辐照(如大于0.75kJ/m²)会造成草莓植株可见的损伤，因此需要严格控制UV-C辐照强度以及辐照的时机。当草莓植株进入开花期，对UV-C辐照具有一定耐受，此时开始对植株进行UV-C辐照。以草莓植株平均接收的UV-C强度为10J/m²/s为宜。作为优选，所述UV-C辐照处理的条件为：辐照剂量为0.5～0.6kJ/m²，辐照时间为50～60s。

更为优选，所述UV-C辐照处理的条件为：辐照剂量为0.6kJ/m²，辐照时间为60s。在该UV-C辐照条件下，不会对草莓植株造成任何可见的损伤，且对果实的产量、大小、硬度及外观无不良影响，保证了本发明方法在实际生产中的应用。

因为UV-C的辐照强度跟灯管的安装距离是密切相关的，距离太近所达到的强度太高会超过耐受，距离太远则强度过低。作为优选，UV-C辐照处理时，UV-C光源距离草莓植株60～80cm。更为优选，光源距离草莓植株70cm。

作为优选，所述UV-C辐照的有效波长为254nm。

本发明在UV-C辐照处理的实施频率研究中发现，高频次(如每日一次)的实施并不能促进果实中酚类活性物质的积累，分析原因：草莓植株在受到UV-C刺激时应激产生一些酚类物质，但高频率的UV-C刺激使得植株产生的自身抵抗不足以抵消UV-C在细胞内产生的过多的ROS等活性氧物质，使细胞氧化损伤。作为优选，对草莓植株每隔2天进行一次UV-C辐照处理。

本发明在病害防治方面的研究发现，高频次(如每日一次)的实施会因为辐照过度抑制酶活性，影响植株自身的抗病性。作为优选，每隔3天对草莓植株进行一次UV-C辐照处理。通过上述实施频率可以有效诱导植株自身抗病性，从而预防草莓病害的发生。

本发明方法中，草莓植株在整个生长期采用常规的土壤和营养模式进行栽培，除了在UV-C辐照处理期间需关闭日照光源，其他条件与日常培育条件保持相同。所述草莓植株的培育条件：相对湿度50±5％；每天12～14h可见光照培育，光照强度为500μmolm^-2s-1，温度为25±2℃；10～12h暗培育，温度为15±2℃。

具体地，本发明的UV-C辐照处理在可见光照培育结束后进行，然后对植株进行暗培育。

草莓植株所产的草莓果实于成熟期(全红)采收即可。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明通过在开花结果期对草莓植株定期进行UV-C辐照，显著提高了草莓果实中酚类物质含量，如花色苷、黄酮醇、鞣花酸等含量均提高30～50％以上；同时提高了果实的抗氧化能力。

(2)本发明利用低剂量UV-C辐照结合避光处理，诱导草莓植株病程相关的生理代谢，有效提高草莓植株自身的抗病性，显著降低了草莓自然病害的发病率。

(3)本发明方法可靠，在显著提高果实营养价值的基础上不会影响草莓植株的正常生长和果实发育。

(4)本发明方法高效安全，操作简单，相比现行的采后处理，本发明单次UV-C辐照施加的剂量小，处理时间短，无残留、无公害，且光处理不需要接触果实，避免机械损伤，具有广阔的商业化应用前景和市场价值。

附图说明

图1为实施例中各处理组对草莓果实中花青素-3-葡萄糖苷(C3G)含量的影响。

图2为实施例中各处理组对草莓果实中花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)含量的影响。

图3为实施例中各处理组对草莓果实中花葵素-3-芸香糖苷(P3R)含量的影响。

图4为实施例中各处理组对草莓果实中槲皮素-3-葡萄糖苷(Q3G)含量的影响。

图5为实施例中各处理组对草莓果实中槲皮素-3-葡糖苷酸(Q3Gr)含量的影响。

图6为实施例中各处理组对草莓果实中山奈酚-3-葡糖苷(K3G)和山奈酚-3-葡糖苷酸(K3Gr)含量的影响。

图7为实施例中各处理组对草莓果实中鞣花酸(EA)含量的影响。

图8为实施例中各处理组对草莓果实中总酚含量(TPC)含量的影响。

图9为实施例中各处理组对草莓果实亚铁还原能力(FRAP)的影响。

图10为实施例中各处理组对草莓果实氧化自由基吸收能力(ORAC)的影响。

图11为实施例中各处理组对草莓植株自然病害发病情况的影响。

图12为实施例中各处理组对草莓叶片中酚类物质(EA，Q+K)含量的影响。

图13为实施例中各处理组对草莓叶片中超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。

图14为实施例中各处理组对草莓叶片中过氧化物酶(POX)活性的影响。

图15为实施例中各处理组对草莓叶片中植物激素水杨酸(SA)含量的影响。

图16为实施例中各处理组对草莓叶片中茉莉酸(JA)含量的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

1.实验材料

草莓植株(Fragariaananassa,Albion)，商品名“阿尔比”。

2.实验设备

植物生长箱(加拿大Conviron公司，型号PGC-20)；UV-C灯管(加拿大Clean&Light公司)；紫外光辐射测定计，装配SEL240#6090传感器(美国Miltec UV公司)；CR-400色差仪(日本Minolta公司)；LRX质构仪器(英国Lloyd仪器公司)；高效液相色谱-视差折光率检测器-二极管阵列检测器(美国Varian公司)；超高效液相色谱-二极管阵列检测器-Q-Tof质谱监测器(美国Waters公司)；紫外可见光分光光度计(英国Biochrom公司)。

3.处理步骤

1)草莓植株处理前准备

草莓植株采用常规的土壤与营养模式进行栽培，采用配有日光灯及温度和湿度调节装置的生长箱模拟现实草莓生长环境，日光照时间为14h，温度为25±2℃(白天)，15±2℃(晚上)，相对湿度50％±5％，采用6-11-31氮磷钾营养液来给予充足的草莓生长所需的营养。大约种植35天后植株进入开花期，选取生长状态良好相似的草莓植株108株，随机平均分为四组，进行采前UV-C辐照处理实验。

2)采前UV-C辐照处理方法

(1)采前UV-C辐照实施期限：草莓植株一旦进入开花期开始定期进行UV-C辐照处理，并持续到整个结果期结束。

(2)采前UV-C辐照频率：通过采用不同的处理频率实现对草莓植株进行不同模式的UV-C辐照处理，四组草莓植株(每组三个生物学重复)分别进行了每隔1天(高频率组)，2天(中频率组)，3天(低频率组)进行一次UV-C辐照处理，和不进行UV-C处理(对照组)。

(3)单次采前UV-C辐照剂量的选择：预试验表明当单次UV-C剂量高于0.75kJ/m²时会对草莓植株造成可见的损伤，而0.6kJ/m²则对草莓植株无任何可见损伤。

(4)单次采前UV-C处理实施方法：辐照在装配有160w的UV-C灯管的生长箱中进行，灯管水平平均分布在培养箱中，各灯管水平间隔约30cm，距离植株约70cm，有效波长254nm。UV-C处理在当天光照结束后进行，将草莓植株置于配有紫外灯的封闭生长箱中，UV-C辐照前将生长箱的所有其他灯光关闭，采用0.6kJ/m²的剂量对草莓植株进行一次辐照。辐照总剂量通过装配SEL240#6090传感器的紫外光辐射测定计监测，整个辐照过程约为60s，草莓植株平均接收UV-C强度为10J/m²/s，期间所达到的最大UV-C强度约为15J/m²/s。辐照结束后的草莓植株处于生长箱中避光8小时以上，直到第二天日光灯开启。其中，草莓植株其他生长环境与1)保持相同条件。

其中，每次UV-C处理后的草莓被移出培养箱，目的在于将处理后的草莓再次暴露在于对照组相同的自然环境当中，使各组所接触的外界微生物环境保持一致，排除UV-C对环境杀菌作用的影响，从而客观判断草莓自身的抗病性的改变；

(5)果实的采收：草莓植株所产的草莓果实于商品成熟期(全红)采收。

3)记录各组草莓植株的果实生长发育指标

开花数量，结果数量，堕果数量，畸形果数量，商品果总产量，果实成熟所需时间(从开花到全红)，结果如表1所示。

表1

注：各组数量指每组每个平行(9株植株)所产生的总量(n＝3)；

成熟时间为每组每个平行所有果实成熟时间的平均值(n>30)；

结果以平均值±标准差，各组不同字母表示结果差异显著(p<0.05)。

4)分析所产果实物理感官指标

硬度(N)，色泽(灰度角H，亮度L*，色度C)，果实大小(g)，结果如表2所示。

表2

注：各数据为每组每个平行所产商品果实的平均值(n>30)；

结果以平均值±标准差，各组不同字母表示结果差异显著(p<0.05)。

5)测定所产果实酚类物质含量和抗氧化能力

酚类活性物质，具体包括花青素-3-葡萄糖苷(C3G)，花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)，花葵素-3-芸香糖苷(P3R)，槲皮素-3-葡萄糖苷(Q3G)，槲皮素-3-葡糖苷酸(Q3Gr)，山奈酚-3-葡糖苷(K3G)，山奈酚-3-葡糖苷酸(K3Gr)和鞣花酸(EA)；总酚含量(TPC)，结果如图1-8所示。

抗氧化能力，亚铁还原能力(FRAP)；氧化自由基吸收能力(ORAC)，结果如图9-10所示。

6)抗病性分析

统计植株叶片的自病害的染病情况，结果如图11所示。

病程相关代谢及酶学分析，具体包括叶片中鞣花酸(EA)、花色苷(Q+K)等酚类物质含量，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POX)活性，植物激素水杨酸(SA)及茉莉酸(JA)水平，结果如图12-16所示。

7)结果判定

从图1～10可知，采前UV-C辐照处理对草莓中次生活性酚类物质具有显著影响(p<0.05)；其中低频率和中频率采前UV-C辐照处理所产果实中各花色苷(P3G,P3R,C3G)总量相比对照组分别增加了43.8％和43.5％，黄酮醇(K3G,K3Gr,Q3G,Q3Gr)总含量分别增加了35.4％和50.3％，鞣花酸(EA)的生物积累增加了57.9％和72.5％；以上各草莓果实主要活性酚类物质在中频率组的生物积累尤其显著，同时其总酚含量较高；与此相符的，中频率组草莓果实的体外氧化自由基吸收能力(ORAC)高于对照组15％；中频率组草莓果实的总酚含量和亚铁还原能力(FRAP)明显高于其他两个频率组，较对照组略高。

以上结果充分表明对草莓生长过程中施加每2天一次UV-C辐照处理可以显著增加所产果实中花青素-3-葡萄糖苷(C3G)，花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)，花葵素-3-芸香糖苷(P3R)，槲皮素-3-葡萄糖苷(Q3G)，槲皮素-3-葡糖苷酸(Q3Gr)，山奈酚-3-葡糖苷(K3G)，山奈酚-3-葡糖苷酸(K3Gr)，和鞣花酸(EA)等重要生物活性物质的积累，同步提高草莓果实的抗氧化能力，从而大大提升草莓果实的营养价值。

从表1和表2可知，采前UV-C辐照处理对草莓的各生长指标和果实产量无任何不良影响。虽然UV-C辐照处理的植株的堕果数量和畸形果数量相比对照略高，但这些植株同时产生较多的花，而最终的果实数量和商品果总产量无影响；对果实从开花到全红的成熟时间也无任何不良影响。同时，采前UV-C辐照处理对果实的各物理感官指标无显著影响；高频率组所产果实的灰度角较其他组略高，低和中频率组相比对照无差异。数据证明采用采前UV-C辐照处理不会对果实的生长发育及物理感官产生影响，草莓植株在该方法下能够保持良好的生产指标。

从图11-16可知，低剂量UV-C辐照结合避光处理可以显著降低草莓植株在生长过程中感染病害的比例，植株健康提升，有效的预防了病害的发生，其中低频率组染病率最低，病叶数量较对照组下降87％。同时低频率低剂量UV-C辐照后植株叶片中鞣花酸含量明显上升且维持较高的花色苷含量水平，酚类物质的积累有利于植株对病原菌的抵抗；低频率组中的抗氧化酶SOD和POX活性显著上升，而中频率和高频率辐射可能由于辐照胁迫过高而抑制了酶活性，研究证明抗氧化酶活性提高与植株抗病密切相关；植物激素SA的较高水平和下调的JA水平进一步说明低频率的UV-C辐照结合避光处理可以有效诱导病程相关的激素水平的调节，使得植株对营养型病原菌的抗病性上升。高频率组的自然病害发病率也较低，综合植物抗病性生理指标来看，该效果有可能是由于高频率UV-C辐照的杀菌作用引起，同时高频率意味着更多的人工操作和能源消耗。

上述结果表明，在草莓生长过程中每3天施加一次低UV-C辐照结合避光处理可以通过诱导植株的自身抗病性而有效预防草莓病害的发生。