本發明涉及作物栽培技術領域，具體涉及一種提高草莓果實酚類物質含量的病害防治方法。

背景技術：

草莓果實色澤艷麗，風味芳香，富含對人體健康有益的活性營養成分，備受大眾消費者的親睞，具有很高的營養價值和經濟價值。除了果糖、蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、蘋果酸和抗壞血酸等主要的膳食成分，草莓中的次生植物活性物質，主要包括花色苷，黃酮醇，鞣花酸等抗氧化多酚類物質，被許多國內外流行病學研究證明對人體健康具有重要益處。眾多研究表明，增加這類活性酚類物質的攝入對預防炎癥，氧化應激，心血管疾病，某些類型的癌癥，2型糖尿病，肥胖及神經退化具有重要作用。隨著生活水平的提高，消費者已經不止滿足于果實香甜的口感，而越來越注重其中活性營養成分的含量，對水果中天然活性營養物質需求增加，這就要求生產者能夠提供具有更高營養價值的果實。

目前，國內外較多通過采后物理，化學或生物的保鮮方法來保持或提高草莓中的活性營養成分，這些方法大多只在提高草莓貯藏時間方面效果顯著，只有小部分提高了果實的營養品質，且有些措施還會對人體健康和環境造成危害。紫外光C(Ulraviolet-C,UV-C)輻照，已經成熟的應用于醫療衛生，食品和一些工業領域的殺菌消毒，具有快速，無污染，無殘留，操作簡單等優點。目前，國內外也較多地將UV-C輻照應用到果蔬采后貯藏防腐保鮮當中。UV-C輻照被公認為是一種綠色環境友好型的采后處理方法，且可以促進被處理果實中次生植物活性物質的產生，從而提高被處理果實的營養價值。

但是，草莓相比于其他水果，果實組織硬度低，肉軟多汁，無外皮保護，極易在采后的處理過程中受到機械損傷和灰葡萄孢霉的侵染，從而增加果實采后損失。中國專利文獻CN 104351315 A公開了一種草莓果實短波紫外線輻照復合冷風預冷保鮮方法，該方法采用采后UV-C輻照處理，雖抑制了果實的采后腐爛，保持了果實中的抗壞血酸含量，但對于草莓的植物活性物質，花色苷，黃酮醇及酚酸等沒有相關的闡述和研究；且這種采后處理若大樣品應用勢必會帶來草莓的采后機械損傷，對于最終果實品質的保持程度值得商榷。

近年來隨著觀光采摘園的快速發展，市場對草莓的需求量增加，草莓栽培面積不斷擴大，但隨之而來草莓的病害發生呈上升趨勢，影響了草莓種植業的健康發展，帶來嚴重的經濟損失。

目前主要的草莓防治措施除了選用抗病品種，嚴格檢疫，加強草莓的種植管理，合理施肥、灌溉，土壤消毒，清除病株，實行輪作等農業防治，多采用化學藥劑防治，主要包括粉銹靈、百菌清、速克靈、甲基托布津、甲基硫菌、撲海因等農藥。農業防治工序繁瑣，需要大量的人工操作，且防治效果有限，需要輔助其他措施來達到防治病害的目的。化學藥劑通常是在病癥出現后進行施用，雖然一定程度上能夠放緩甚至暫時消除某種病害，但同時會帶來果實的農藥殘留的風險，對消費者的身體健康造成威脅，同時化學藥劑的大量施用會造成土壤板結、污染環境，不利于農業的可持續發展。

技術實現要素：

本發明提供了一種提高草莓果實酚類物質含量的病害防治方法，在草莓植株生長期間進行UV-C輻照，提高所產果實中酚類活性物質的含量，并有效減少植株病害發生，同時也解決了現有的采后處理技術對草莓易造成機械損傷從而影響果實品質的問題。

一種提高草莓果實酚類物質含量的病害防治方法，包括：從開花期開始，每隔2～4天對草莓植株進行一次UV-C輻照處理，并持續至結果期結束；

所述UV-C輻照處理的條件為：輻照劑量為小于0.75kJ/m²，輻照時間小于70s；

每次UV-C輻照處理結束后，草莓植株需避光≥8h。

本發明利用低劑量的UV-C輻照能夠刺激植物體本身的應激反應，產生“毒興奮作用”，促進酚類物質等代謝物質的積累，提高抗氧化酶等酶體系的活性，調節與抗病性相關的水楊酸(SA)、茉莉酸(JA)等植物激素的含量，從而綜合誘導提升植物的抗病性，且不會影響作物的正常生長發育。

本發明在草莓植株進行UV-C輻照處理后，需避光處理。因為如果直接暴露在可見光中會由于細胞自身的DNA光修復作用而使得UV-C輻照效果降低甚至消失。8小時以上的避光處理可以最大限度地允許UV-C輻照誘導的病程相關植物生理代謝活動發生，從而綜合提高植物抗病性，有效預防病害的發生。

另外，本發明針對草莓果實易受機械損傷的特點，在果實生長期對植株進行循環式的UV-C刺激，達到促進活性化學物質合成的目的。研究結果表明，本發明方法能夠顯著提高成熟草莓果實中花色苷、黃酮醇、鞣花酸、抗壞血酸等活性物質的含量，增加果實的抗氧化能力，從而大大提升了草莓果實的營養價值，增加經濟效益。

相比于采后處理，采前處理不需要觸碰果實，幾乎不會帶來果實的機械損傷，因此，本發明對于像草莓這樣組織嬌嫩而不適宜采后處理的果實具有很好的實際應用優勢。

大劑量的UV-C輻照(如大于0.75kJ/m²)會造成草莓植株可見的損傷，因此需要嚴格控制UV-C輻照強度以及輻照的時機。當草莓植株進入開花期，對UV-C輻照具有一定耐受，此時開始對植株進行UV-C輻照。以草莓植株平均接收的UV-C強度為10J/m²/s為宜。作為優選，所述UV-C輻照處理的條件為：輻照劑量為0.5～0.6kJ/m²，輻照時間為50～60s。

更為優選，所述UV-C輻照處理的條件為：輻照劑量為0.6kJ/m²，輻照時間為60s。在該UV-C輻照條件下，不會對草莓植株造成任何可見的損傷，且對果實的產量、大小、硬度及外觀無不良影響，保證了本發明方法在實際生產中的應用。

因為UV-C的輻照強度跟燈管的安裝距離是密切相關的，距離太近所達到的強度太高會超過耐受，距離太遠則強度過低。作為優選，UV-C輻照處理時，UV-C光源距離草莓植株60～80cm。更為優選，光源距離草莓植株70cm。

作為優選，所述UV-C輻照的有效波長為254nm。

本發明在UV-C輻照處理的實施頻率研究中發現，高頻次(如每日一次)的實施并不能促進果實中酚類活性物質的積累，分析原因：草莓植株在受到UV-C刺激時應激產生一些酚類物質，但高頻率的UV-C刺激使得植株產生的自身抵抗不足以抵消UV-C在細胞內產生的過多的ROS等活性氧物質，使細胞氧化損傷。作為優選，對草莓植株每隔2天進行一次UV-C輻照處理。

本發明在病害防治方面的研究發現，高頻次(如每日一次)的實施會因為輻照過度抑制酶活性，影響植株自身的抗病性。作為優選，每隔3天對草莓植株進行一次UV-C輻照處理。通過上述實施頻率可以有效誘導植株自身抗病性，從而預防草莓病害的發生。

本發明方法中，草莓植株在整個生長期采用常規的土壤和營養模式進行栽培，除了在UV-C輻照處理期間需關閉日照光源，其他條件與日常培育條件保持相同。所述草莓植株的培育條件：相對濕度50±5％；每天12～14h可見光照培育，光照強度為500μmolm^-2s-1，溫度為25±2℃；10～12h暗培育，溫度為15±2℃。

具體地，本發明的UV-C輻照處理在可見光照培育結束后進行，然后對植株進行暗培育。

草莓植株所產的草莓果實于成熟期(全紅)采收即可。

本發明具備的有益效果：

(1)本發明通過在開花結果期對草莓植株定期進行UV-C輻照，顯著提高了草莓果實中酚類物質含量，如花色苷、黃酮醇、鞣花酸等含量均提高30～50％以上；同時提高了果實的抗氧化能力。

(2)本發明利用低劑量UV-C輻照結合避光處理，誘導草莓植株病程相關的生理代謝，有效提高草莓植株自身的抗病性，顯著降低了草莓自然病害的發病率。

(3)本發明方法可靠，在顯著提高果實營養價值的基礎上不會影響草莓植株的正常生長和果實發育。

(4)本發明方法高效安全，操作簡單，相比現行的采后處理，本發明單次UV-C輻照施加的劑量小，處理時間短，無殘留、無公害，且光處理不需要接觸果實，避免機械損傷，具有廣闊的商業化應用前景和市場價值。

附圖說明

圖1為實施例中各處理組對草莓果實中花青素-3-葡萄糖苷(C3G)含量的影響。

圖2為實施例中各處理組對草莓果實中花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)含量的影響。

圖3為實施例中各處理組對草莓果實中花葵素-3-蕓香糖苷(P3R)含量的影響。

圖4為實施例中各處理組對草莓果實中槲皮素-3-葡萄糖苷(Q3G)含量的影響。

圖5為實施例中各處理組對草莓果實中槲皮素-3-葡糖苷酸(Q3Gr)含量的影響。

圖6為實施例中各處理組對草莓果實中山奈酚-3-葡糖苷(K3G)和山奈酚-3-葡糖苷酸(K3Gr)含量的影響。

圖7為實施例中各處理組對草莓果實中鞣花酸(EA)含量的影響。

圖8為實施例中各處理組對草莓果實中總酚含量(TPC)含量的影響。

圖9為實施例中各處理組對草莓果實亞鐵還原能力(FRAP)的影響。

圖10為實施例中各處理組對草莓果實氧化自由基吸收能力(ORAC)的影響。

圖11為實施例中各處理組對草莓植株自然病害發病情況的影響。

圖12為實施例中各處理組對草莓葉片中酚類物質(EA，Q+K)含量的影響。

圖13為實施例中各處理組對草莓葉片中超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響。

圖14為實施例中各處理組對草莓葉片中過氧化物酶(POX)活性的影響。

圖15為實施例中各處理組對草莓葉片中植物激素水楊酸(SA)含量的影響。

圖16為實施例中各處理組對草莓葉片中茉莉酸(JA)含量的影響。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

1.實驗材料

草莓植株(Fragariaananassa,Albion)，商品名“阿爾比”。

2.實驗設備

植物生長箱(加拿大Conviron公司，型號PGC-20)；UV-C燈管(加拿大Clean&Light公司)；紫外光輻射測定計，裝配SEL240#6090傳感器(美國Miltec UV公司)；CR-400色差儀(日本Minolta公司)；LRX質構儀器(英國Lloyd儀器公司)；高效液相色譜-視差折光率檢測器-二極管陣列檢測器(美國Varian公司)；超高效液相色譜-二極管陣列檢測器-Q-Tof質譜監測器(美國Waters公司)；紫外可見光分光光度計(英國Biochrom公司)。

3.處理步驟

1)草莓植株處理前準備

草莓植株采用常規的土壤與營養模式進行栽培，采用配有日光燈及溫度和濕度調節裝置的生長箱模擬現實草莓生長環境，日光照時間為14h，溫度為25±2℃(白天)，15±2℃(晚上)，相對濕度50％±5％，采用6-11-31氮磷鉀營養液來給予充足的草莓生長所需的營養。大約種植35天后植株進入開花期，選取生長狀態良好相似的草莓植株108株，隨機平均分為四組，進行采前UV-C輻照處理實驗。

2)采前UV-C輻照處理方法

(1)采前UV-C輻照實施期限：草莓植株一旦進入開花期開始定期進行UV-C輻照處理，并持續到整個結果期結束。

(2)采前UV-C輻照頻率：通過采用不同的處理頻率實現對草莓植株進行不同模式的UV-C輻照處理，四組草莓植株(每組三個生物學重復)分別進行了每隔1天(高頻率組)，2天(中頻率組)，3天(低頻率組)進行一次UV-C輻照處理，和不進行UV-C處理(對照組)。

(3)單次采前UV-C輻照劑量的選擇：預試驗表明當單次UV-C劑量高于0.75kJ/m²時會對草莓植株造成可見的損傷，而0.6kJ/m²則對草莓植株無任何可見損傷。

(4)單次采前UV-C處理實施方法：輻照在裝配有160w的UV-C燈管的生長箱中進行，燈管水平平均分布在培養箱中，各燈管水平間隔約30cm，距離植株約70cm，有效波長254nm。UV-C處理在當天光照結束后進行，將草莓植株置于配有紫外燈的封閉生長箱中，UV-C輻照前將生長箱的所有其他燈光關閉，采用0.6kJ/m²的劑量對草莓植株進行一次輻照。輻照總劑量通過裝配SEL240#6090傳感器的紫外光輻射測定計監測，整個輻照過程約為60s，草莓植株平均接收UV-C強度為10J/m²/s，期間所達到的最大UV-C強度約為15J/m²/s。輻照結束后的草莓植株處于生長箱中避光8小時以上，直到第二天日光燈開啟。其中，草莓植株其他生長環境與1)保持相同條件。

其中，每次UV-C處理后的草莓被移出培養箱，目的在于將處理后的草莓再次暴露在于對照組相同的自然環境當中，使各組所接觸的外界微生物環境保持一致，排除UV-C對環境殺菌作用的影響，從而客觀判斷草莓自身的抗病性的改變；

(5)果實的采收：草莓植株所產的草莓果實于商品成熟期(全紅)采收。

3)記錄各組草莓植株的果實生長發育指標

開花數量，結果數量，墮果數量，畸形果數量，商品果總產量，果實成熟所需時間(從開花到全紅)，結果如表1所示。

表1

注：各組數量指每組每個平行(9株植株)所產生的總量(n＝3)；

成熟時間為每組每個平行所有果實成熟時間的平均值(n>30)；

結果以平均值±標準差，各組不同字母表示結果差異顯著(p<0.05)。

4)分析所產果實物理感官指標

硬度(N)，色澤(灰度角H，亮度L*，色度C)，果實大小(g)，結果如表2所示。

表2

注：各數據為每組每個平行所產商品果實的平均值(n>30)；

結果以平均值±標準差，各組不同字母表示結果差異顯著(p<0.05)。

5)測定所產果實酚類物質含量和抗氧化能力

酚類活性物質，具體包括花青素-3-葡萄糖苷(C3G)，花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)，花葵素-3-蕓香糖苷(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)；總酚含量(TPC)，結果如圖1-8所示。

抗氧化能力，亞鐵還原能力(FRAP)；氧化自由基吸收能力(ORAC)，結果如圖9-10所示。

6)抗病性分析

統計植株葉片的自病害的染病情況，結果如圖11所示。

病程相關代謝及酶學分析，具體包括葉片中鞣花酸(EA)、花色苷(Q+K)等酚類物質含量，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POX)活性，植物激素水楊酸(SA)及茉莉酸(JA)水平，結果如圖12-16所示。

7)結果判定

從圖1～10可知，采前UV-C輻照處理對草莓中次生活性酚類物質具有顯著影響(p<0.05)；其中低頻率和中頻率采前UV-C輻照處理所產果實中各花色苷(P3G,P3R,C3G)總量相比對照組分別增加了43.8％和43.5％，黃酮醇(K3G,K3Gr,Q3G,Q3Gr)總含量分別增加了35.4％和50.3％，鞣花酸(EA)的生物積累增加了57.9％和72.5％；以上各草莓果實主要活性酚類物質在中頻率組的生物積累尤其顯著，同時其總酚含量較高；與此相符的，中頻率組草莓果實的體外氧化自由基吸收能力(ORAC)高于對照組15％；中頻率組草莓果實的總酚含量和亞鐵還原能力(FRAP)明顯高于其他兩個頻率組，較對照組略高。

以上結果充分表明對草莓生長過程中施加每2天一次UV-C輻照處理可以顯著增加所產果實中花青素-3-葡萄糖苷(C3G)，花葵素-3-葡萄糖苷(P3G)，花葵素-3-蕓香糖苷(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)等重要生物活性物質的積累，同步提高草莓果實的抗氧化能力，從而大大提升草莓果實的營養價值。

從表1和表2可知，采前UV-C輻照處理對草莓的各生長指標和果實產量無任何不良影響。雖然UV-C輻照處理的植株的墮果數量和畸形果數量相比對照略高，但這些植株同時產生較多的花，而最終的果實數量和商品果總產量無影響；對果實從開花到全紅的成熟時間也無任何不良影響。同時，采前UV-C輻照處理對果實的各物理感官指標無顯著影響；高頻率組所產果實的灰度角較其他組略高，低和中頻率組相比對照無差異。數據證明采用采前UV-C輻照處理不會對果實的生長發育及物理感官產生影響，草莓植株在該方法下能夠保持良好的生產指標。

從圖11-16可知，低劑量UV-C輻照結合避光處理可以顯著降低草莓植株在生長過程中感染病害的比例，植株健康提升，有效的預防了病害的發生，其中低頻率組染病率最低，病葉數量較對照組下降87％。同時低頻率低劑量UV-C輻照后植株葉片中鞣花酸含量明顯上升且維持較高的花色苷含量水平，酚類物質的積累有利于植株對病原菌的抵抗；低頻率組中的抗氧化酶SOD和POX活性顯著上升，而中頻率和高頻率輻射可能由于輻照脅迫過高而抑制了酶活性，研究證明抗氧化酶活性提高與植株抗病密切相關；植物激素SA的較高水平和下調的JA水平進一步說明低頻率的UV-C輻照結合避光處理可以有效誘導病程相關的激素水平的調節，使得植株對營養型病原菌的抗病性上升。高頻率組的自然病害發病率也較低，綜合植物抗病性生理指標來看，該效果有可能是由于高頻率UV-C輻照的殺菌作用引起，同時高頻率意味著更多的人工操作和能源消耗。

上述結果表明，在草莓生長過程中每3天施加一次低UV-C輻照結合避光處理可以通過誘導植株的自身抗病性而有效預防草莓病害的發生。