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有机栽培和生态防控技术对改善黄龙病柑橘果实品质的探究

2023-01-15 17:30:06

谌国莲, 刘家容, 邓倩婷

(1.华南农业大学 食品学院,广东 广州 510640;

2.广东省农业科学院 农产品公共检测中心,广东 广州 510600)

中国是全球最大的柑橘生产国,农业农村部统计2016年全国柑橘种植面积256万hm2,产量为3 765万t[1-3],产值达3 000亿元,占比世界柑橘的25.7%。柑橘是我国南方最重要的果树之一,是广大消费者最钟爱的水果之一,味道好,营养价值高,且果皮果肉均有良好的保健功效和药用价值[4],已成为我国南方乡村振兴的一大支柱产业和农民收入的重要来源之一。在中国的浙江、福建、广东等省具有悠久的种植历史。

黄龙病是柑橘产业的头号杀手,给柑橘产业带来巨大冲击,由带病苗木、嫁接、砧木调运和木虱传播[5],能侵染几乎所有的柑橘类植物及柑橘属、枳属、金柑属和九里香等多种芸香科植物[6]。除芸香科植物以外,黄龙病还可以通过菟丝子传播给长春花、烟草和番茄、黄皮、枸杞等植物[7];
其中尤以橘类品种如椪柑、红橘、南丰蜜橘、砂糖橘等发生特别普遍,温州密柑等柑类和暗柳、新会、哈姆林、脐橙、夏橙等甜橙类发生也很普遍[8]。黄龙病的病原为韧皮部杆菌属(CandidatusLiberibacter)细菌,田间主要通过媒介昆虫-柑橘木虱传播,携带黄龙病病原的柑橘木虱虫卵,孵化后吸食果树嫩汁几个小时,果树就会感染黄龙病,且成虫可飞数米高,随风迁移达千米,造成大面积传播,传染性极强[9]。黄龙病在50余个国家都有发生,以亚非国家居多,大洋洲、南美洲、北美洲也不少,我国大陆有广东、广西、福建、浙江、江西、湖南、云南、贵州、海南和四川等多个省发生黄龙病[6,10];
累计毁园数十万公顷,尤其广东、广西、福建、江西等地长期受其干扰。自2012年以来,江西赣州等地黄龙病大面积暴发,迄今已砍病树4 500多万株,预计直接经济损失90多亿元[10],截至目前,我国19个省市区受影响面积占柑橘总栽培面积的80%以上,四至八年生的树发病重,受灾严重的地区黄龙病直接造成50%以上的减产,种植面积锐减[2,11]。农业部自2015年以来投入2.32亿元专项救灾资金防控此病,广东、湖南、广西、江西等各地自主投入防控资金超过12亿元[12]。黄龙病病原是一种难培养的细菌,至今还未能纯化培养,凭借现有技术无法进行有效治疗,堪称“柑橘癌症”[13],柑橘黄龙病已于2020年被农业农村部列入一类农作物病虫害名录[5]。

感染了黄龙病的柑橘树,会形成均匀黄化型或斑驳型黄梢,后期则出现缺锌状花叶等一系列典型症状,叶片会变厚、变小、变硬、反卷或叶脉木质化,枝条易干枯,根表皮易脱落、腐烂,树冠之间稀疏,树势逐渐衰弱,开花畸形,极易脱落,开花时间提早,开花数量增多[14-15];
植株寿命短,苗木和幼树发病后,一两年内死亡,成年树发病后3~5 a内枯死[16];
结果率低,果实表现出着色异常,甚至不转绿,果小,畸形,果皮变粗厚,果心粗大,果肉无汁,果实的甜度和酸度变坏,几乎没有味道,品质急剧下降,口感极差,无商品价值[4,17-18]。

黄龙病相关研究较多,但仍未找到彻底根治的药物和方法。目前国内外防治的主要措施为喷施菊酯类、有机磷、吡虫啉等杀虫剂,采用光照、湿热空气、热水或蒸汽灭菌的物理防控,叶面喷雾、灌根等营养疗法缓解病情均可降低柑橘木虱的传播率[19]。科学家总结了“三板斧”综合防控技术,即“应用无菌苗木”“及时挖除病树”“大面积联防联控木虱”[20],此法虽然能在一定程度上控制黄龙病蔓延,但砍树对于种植户来说代价太大。施用农药导致柑橘木虱产生抗药性,天敌昆虫大量死亡,生物多样性丧失,果实农药残留超标,生态环境恶化等一系列问题。栽培时长期使用化肥造成土壤团粒结构遭破坏,不利于柑橘根系生长和土壤微生物活动[21]。开发利用柑橘木虱绿色防控并结合有机栽培手段尤为重要。本文利用有机栽培和生态防控技术提高轻感黄龙病树体果实品质,逐年提高果实产量和品质。

1.1 材料

江西赣州安远天心果园橙采自感染黄龙病的果树,此果树已经过2 a有机栽培和生态防控技术,不使用一切化肥和化学杀虫(螨)剂、杀菌剂、除草剂,用生物有机肥和生物源农药,人工或机械除草。

赣州瑞金刘氏脐橙、江西瑞金梁氏脐橙采自感染黄龙病后经过有机栽培,并进行一年全生态农业防控试验的果树。

湖南永州江永沙糖橘有3个样品,第1个采自经PCR检测感染黄龙病,后经过2 a农业生态方法栽培管理,目测病情消除的果树(感染黄龙病样品);
第2个采自同一果园经PCR检测未感染黄龙病的果树(未染病正常果,作为对照);
第3个采自永州邻近果园未感染黄龙病的果树(临近果园未染病果,作为比较)。

惠州杨侨蕉柑2号为果树严重感染黄龙病后被砍,发出新稍后用农业生态方法栽培管理,之后目测已无黄龙病,第2年结出的果实;
254号为目测未感染黄龙病、经过2 a农业生态方法栽培管理的果树结出的果实。

1.2 有机栽培及防控技术

采用一种既能防控柑橘黄龙病,同时也能收获有机柑橘的农业生态技术,施用生物有机肥(全年施肥4次,第一次在树冠滴水线沟施,其余3次在滴水线内撒施)、喷施新陈代谢光合促进剂(全年喷施4~5次)及提高抗逆力的安全无毒无害的含氮、磷、胍类的烷基季铵盐离子液(全年施2次),采用生物源(植物源、动物源、微生物源)农药抑虫灵和杀菌剂(全年施用3次)及大蒜素(1次)防虫,进行人工机械除草。

1.3 品质测定

测定时随机取样,测量果实的单果重、果皮厚度、横径、纵径、果形指数、可食率、含渣率、出汁率等性状,采用3次或3次以上的重复,结果取平均值。

维生素C(VC)含量测定采用2,6-二氯靛酚钠滴定法;
还原糖含量测定采用直接滴定法(GB 5009.7—2008);
总糖含量测定采用直接滴定法(GB 5009.7—2008);
可溶性固形物含量(TSS)测定使用手持折光仪;
总酸的测定采用碱滴定法(GB/T 12456—2008)。

果皮色泽用色差计测定,L表示果皮黑白程度,也就是亮度、光泽度,数字越大光泽度越好,颜色越偏向白色,数字越小光泽度越差,颜色越偏向黑色;
a表示果皮红绿程度,正值表示红色,正值越大越红,负值表示绿色,负值绝对值越大表示越绿;
b表示果皮黄蓝程度,正值表示黄色,绝对值越大越黄,负值表示蓝色程度,绝对值越大越蓝;c=(a2+b2)1/2,c为着色强度,也叫饱和度或彩度,a表示纯色中灰色成分的相对比例,用0~100来衡量,0为灰色,100则为完全饱和。b用以表示物体表面颜色的浓淡,数值越大表明颜色越纯,越鲜艳;
H为色调角,用以表示彩色彼此相分的特性,色调角H从0°到180°分别代表颜色为紫红(0°),红,橙红,橙,黄(90°),黄绿,绿,蓝绿(180°)。

2.1 理化指标

从表1可以看出,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的江西瑞金梁氏脐橙和刘氏脐橙、江西赣州安远天心果园橙,3种果实的纵径(依次分别为7.042 cm、7.013 cm、6.725 cm)、横径(依次分别为7.325 cm、6.795 cm、6.783 cm)、果形指数(依次分别为0.96、1.03、0.99)、果皮厚度(依次分别为0.458 cm、0.445 cm、0.433 cm)、单果重(依次分别为179.23 g、171.25 g、178.02 g)、可食重(依次分别为134.49 g、124.11 g、133.99 g)、可食率(依次分别为74.92%、72.35%、75.38%),均在市售脐橙的范围内;
出汁率(依次分别为61.49%、62.18%、60.46%)高于市售脐橙(40.00%~60.00%),含渣率(依次分别为38.51%、37.82%、39.54%)略低于市售脐橙(40.00%~70.00%);
感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的湖南永州砂糖橘纵径(3.481 cm)、横径(2.944 cm)、单果重(21.36 g)、可食重(15.91 g)、可食率(73.39%)、含渣率(32.67%)均小于同一果园未染病正常果和临近果园的未染病果及市售果,出汁率(67.33%)大于同一果园未染病正常果和临近果园的未染病果及市售果。

表1 各样品理化指标测定结果

和市售蕉柑相比,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的惠州杨侨蕉柑2号和目测未感染黄龙病经过2 a农业生态方法栽培管理的惠州杨侨蕉柑254号两种果实纵径(2号:7.283 cm,254号:6.883 cm)、横径(2号:6.283 cm,254号:5.7 00 cm)、单果重(2号:174.38 g,254号:150.69 g)、可食重(2号:122.03 g,254号:104.19 g)、可食率(2号:69.98%,254号:69.14%)都正常,果皮厚(2号:0.440 cm,254号:0.493 cm)、出汁率(2号:77.17%,254号:82.12%)高于市售蕉柑,含渣率(2号:22.83%,254号:17.88%)在市售蕉柑含渣率范围内(16.50%~25.00%)。

2.2 色差

从表2可以看出,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的江西瑞金梁氏脐橙和刘氏脐橙、江西赣州安远天心果园橙,3种果实L(依次分别为61.5、60.2、63.2)、b(依次分别为60.5、60.3、66.4)、着色强度c(依次分别为71.55、71.54、75.13)都在市售脐橙的范围内(L为45.0~75.0,b为 50.0~80.0,着色强度c为50.00~80.00);
a(依次分别为38.2、38.5、35.2)高于市售脐橙(-14.00~+30.00);
H(依次分别为57.8、57.6、62.1)低于市售脐橙(75.0~105.0)说明江西瑞金梁氏脐橙和刘氏脐橙、江西赣州安远天心果园橙着色优于市售脐橙;
感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的湖南永州砂糖橘,L(49.3)、a(2.4)、b(41.1)、c(41.17)均低于同一果园的正常果(L54.2,a10.2,b49.1,着色强度c50.15)和临近果园未感染黄龙病的果实(L52.1,a7.7,b46.8,着色强度c47.43),色调角H(86.8)高于同一果园的正常果(78.3)和临近果园未感染黄龙病的果实(80.5),以上指标基本在市售砂糖橘的范围内(L51.0~67.0,a-5.8~+25.0,b43.0~65.0,c43.00~94.00,H44.0~98.0);
感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的惠州杨侨蕉柑2号,目测未感染黄龙病,经过2 a农业生态方法栽培管理的惠州杨侨蕉柑254号两种果实L(2号:51.3,254号:49.8)、a(2号:12.0,254号:11.2)、b(2号:45.9,254号:47.3)、色调角H(2号:75.2,254号:76.7),与市售蕉柑相比,均在正常范围内,b偏低,色调角偏高,而着色强度c(2号:47.44,254号:48.61)稍低于市场蕉柑(55.00~83.00),说明感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控惠州杨侨蕉柑2号,目测未感染黄龙病,经过2 a农业生态方法栽培管理的惠州杨侨蕉柑254号颜色偏离橙红色,偏向黄绿色,着色强度也有待于改进。

表2 各样品色差值测定结果

2.3 营养及风味指标

从表3中可以看出,和市售脐橙相比,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的江西瑞金梁氏脐橙和刘氏脐橙、江西赣州安远天心果园橙3种果实VC含量(依次分别为408.2 mg·kg-1、486.7 mg·kg-1、531.2 mg·kg-1)、总酸含量(依次分别为0.542%、0.661%、0.421%)、TSS含量(依次分别为12.5%、14.0%、14.0%)、糖酸比含量(依次分别为14.13、13.30、20.07)、固酸比(依次分别为23.06、21.18、33.25)都在正常范围;
还原糖含量(依次分别为3.51%、3.99%、4.15%)、蔗糖含量(依次分别为4.15%、4.80%、4.30%)、总糖含量(依次分别为7.66%、8.79%、8.45%)低于市售脐橙。

表3 各样品营养及风味指标测定结果

和市售砂糖橘相比,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控的湖南永州砂糖橘VC含量(299.2 mg·kg-1)、总酸含量(0.478%)、TSS含量(10.2%)、糖酸比(13.18)、固酸比(21.34)都在正常范围;
还原糖含量(2.40%)、总糖含量(6.30%)、蔗糖含量(3.90%)较低,而且除糖酸比、固酸比以外,以上其他指标低于湖南永州临近果园未染病砂糖橘和湖南永州同一果园的正常砂糖橘的含量。

与市售蕉柑相比较,感染黄龙病后经过有机栽培和生态技术防控惠州杨侨蕉柑2号目测未感染黄龙病,经过2 a农业生态方法栽培管理的惠州杨侨蕉柑254号两种果实VC含量(2号:204.3 mg·kg-1,254号:184.9 mg·kg-1)、TSS含量(2号:8.5%,254号:8.3%)在正常范围;
总酸含量(2号:0.066%,254号:0.093%)、还原糖含量(2号:1.90%,254号:2.70%)、总糖含量(2号:4.02%,254号:3.40%)、蔗糖含量(2号:2.12%,254号:0.70%)偏低,糖酸比(61.00,36.52)和固酸比(128.98,89.15)偏高,与酸含量太低相关。

3.1 柑橘感染黄龙病后出现各类症状的原因

管冠等[22]认为,黄龙病侵染不会改变矿物营养元素本身的生理机能,其对矿物营养元素的吸收转运和分配过程的影响才是黄化症状产生的根源;
李凌松等[9]认为,黄龙病菌入侵柑橘植株后,会引起柑橘韧皮部组织坏死和筛管堵塞,导致光合产物运输受阻,植株代谢紊乱、衰退直至死亡,没有疏通的筛管,无法输送营养,病株也无法正常结果;
易龙等[23]研究表明,柑橘黄龙病侵染后的脐橙叶片变薄,气孔萎缩,栅栏组织细胞由长条形变为椭圆形,细胞间隙变大,排列松散,果蒂的韧皮部维管束堵塞;
国外也有研究发现柑橘黄龙病菌侵染植株后,寄主筛管分子细胞壁间层肿大,韧皮部部分细胞塌陷,筛管阻塞,淀粉积累;
张培等[24]认为,果柄是蔗糖等营养成分的运输通道,是植物果实营养输导的重要枢纽,也是黄龙病菌生长的场所。叶片光合的作用产物蔗糖需要通过韧皮部装载进入筛管运输,运输至果柄后卸出,再进入果实维管束,一部分运送至果皮供其利用,另一部分进入汁囊用于代谢和积累。感染黄龙病的植株,由于果皮韧皮部坏死,蔗糖无法向果实输送,从而使蔗糖大量累积于果柄部位,长时间的积累变为淀粉的沉积。韦欣等[25]曾对来自南非的感染了青果病的甜橙枝梢进行解剖学的研究,由于病原引起韧皮部组织的坏死,进而导致了叶片生成的有机物质不能转运出去,在质体中转化成淀粉呈现红鼻子果。柑橘感染黄龙病以后根系也会逐渐坏死,从而影响矿物营养的吸收和利用,矿物元素作为植物体的组成部分,不仅对果树生长发育有重要影响,而且在果实品质调控上有重要作用。

3.2 黄龙病侵害对柑橘类果实产量和品质的影响

柑橘植株感染黄龙病以后使果实品质下降甚至失去食用价值,脐橙果皮不转色,纵径、横径、单果质量、可溶性糖、TSS、VC含量的减少[25-26],果皮变厚,果实变硬变小,残渣多,可食率和出汁率都减少[2,26-27],王圣通等[27]研究显示,感染黄龙病的树体果实单果重比健康脐橙减少21.42%,果实横径减少9.92%,果形指数、果皮厚度、果皮占果实百分率及残渣占果实百分比分别增加11.57%、31.02%、27.30%、14.64%,硬度增加28.55%,黄龙病果实的TSS、固酸比、果汁率分别减少43.11%、38.84%、30.48%,可滴定酸、VC、可食率分别比健康果实减少6.48%、22.42%、12.01%,均达显著或极显著水平。据陆英等[2]的报道,健康果实出汁率和可食率分别为48.6%、80.56%,而染病果实出汁率和可食率分别为36.29%、71.44%,差异显著,病果可滴定酸增加,果味淡,具苦涩味。

砂糖橘感染黄龙病以后,也显示不良性状和品质。王圣通等[28]研究结果显示,砂糖橘病果果实纵横径、单果重显著减少,TSS、VC、果皮和果汁亮度明显降低,而果形指数、残渣占果实比重及果实硬度显著增大,可滴定酸含量显著升高,相应的固酸比亦显著减少,感染果实的固酸比仅为16.27,而健康果实的固酸比为26.61。砂糖橘红鼻子的单果重、TSS、VC含量比健康果分别减少28.7%、47%、34.2%,差异极显著[29]。果实在出汁率、可食率、果皮厚度、果皮占果实比重上的差异不显著,在其他外观品质指标上均差异显著。

王圣通等[30-31]认为,黄龙病对柑的影响表现为使病果变轻,体积变小。果皮着色不均匀,果实质量、纵径、横径及着色指数均减少,TSS、VC、果汁率、可食率、固酸比均降低,果形指数、果皮率、果实硬度均增大,可滴定酸含量升高,甜味明显下降,酸味明显增加,果肉饱满度下降,异味明显增加,综合风味明显下降,外观品质(果皮厚度、残渣率、种子率)均无明显差异。

3.3 种植条件对果实生长及风味形成的影响

果树生长受许多因素的影响,如光照、雨水量、水分、营养元素、温度、温差、叶果比,文涛等[32]认为,对果实影响最大的气候因子是年均温,其次是幼果期和成熟期的月均温。果实不同生长时期对养分和光照要求不同,在水果成熟初期,细胞的液胞主要成分为淀粉和有机酸,所以早期的果实硬而酸,随后淀粉逐渐被水解为蔗糖、果糖和葡萄糖,果实变甜,酸味减少。果实糖代谢相关酶活性和激素含量影响果实糖分积累,酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、淀粉酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)均为与糖酸积累和分解有关的酶。柑橘果实中柠檬酸的合成与分解是一个复杂的生理过程,涉及到许多不同的酶,主要有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、柠檬酸合成酶(CS)、顺乌头酸酶(ACO)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)、苹果酸脱氢酶(MDH)、苹果酸酶(ME)等[33]。另外,土壤营养(pH、N、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Mg)、叶片营养(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn)对柑橘产量和品质(单果重、产量、TSS、总酸、VC)均有影响[34]。温明霞等[35]通过测定土壤有机质、速效氮、磷、钾、有效钙、镁、硼和叶片N、P、K、Ca、Mg、B含量,研究其与果实TSS、总糖、还原糖、VC、总酸的相关性,结果表明,土壤和叶面肥料和微量元素的适量适时施用、肥料的种类、生物农药的合理运用是生态种植的关键。

施用有机肥提高果实品质的报道较多,梁和等[36]研究认为,B、Ca处理能提高柑橘果实成熟前的还原糖、滴定酸含量,降低果实收获期的还原糖和滴定酸含量,并提高了果实成熟期总糖含量,增强柑橘果实发育初期酸性转化酶活性和果实发育后期中性转化酶活性;
张丽娟等[37]研究指出,在水分胁迫条件下,施用氮肥可提高果实含糖量14%左右,但氮对水果的品质的影响具有波动性;
王军等[38]认为,使用农家肥可以使瓜果增甜。陈思等[39]研究表明,合适的灌水量和有机肥用量、增施氮肥和钾肥均能明显提高番茄可滴定酸含量,提高可溶性糖含量,提高果实的糖酸比,灌水量过高,增大磷肥和钾肥用量均会抑制番茄可溶性糖的累积,糖酸比受施用磷肥影响不大。

本文采用的有机栽培及生态防控技术对于感染轻中度黄龙病的柑橘树体可较好地恢复生产力,延长结果期,达到或接近无病树的水平,可减少黄龙病给柑橘带来的品质劣变,果实品质得到提高,可收获安全优质的有机柑橘产品;
有机栽培及生态防控技术能提高柑橘的产量和免疫力,降低黄龙病的蔓延速度,使健康树更高产,这与有机栽培可改变树体的营养、抗病性,提高营养吸收,激活植株的防御系统有关,对探究保障柑橘果农的生产效益,促进农村经济柑橘产业发展有现实意义。

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