Abstrak
Latar belakang
Penyerbuk menyediakan layanan ekosistem penting untuk banyak tanaman, termasuk ceri manis ( Prunus avium ), yang dapat diukur dalam hal jumlah dan/atau kualitas buah. Sebagian besar penelitian pada ceri manis telah mengeksplorasi sejauh mana pembentukan buah bergantung pada penyerbuk tetapi mengabaikan kontribusi penyerbuk terhadap kualitas buah. Kami menyelidiki dampak penyerbuk pada pembentukan buah (2018–2019) dan kualitas buah (2017–2019). Di 10 kebun ceri manis komersial di bawah polytunnel, kami melakukan eksperimen pengecualian serangga dengan membandingkan bunga yang dikecualikan serangga (bunga yang dibungkus kantong jala) dengan bunga yang terpapar pengunjung bunga (bunga yang terbuka). Kami kemudian menyelidiki hubungan antara pembentukan buah dan kualitas buah.
Hasil
Penyerbuk merupakan kunci untuk mendukung pembentukan buah komersial (15,4% pembentukan buah dari bunga terbuka dibandingkan dengan 1,1% dengan bunga yang dikemas), setara dengan kontribusi sebesar 92,8%. Penyerbuk juga penting untuk mencapai kualitas buah ceri yang lebih tinggi. Dengan bunga terbuka, massa segar, lebar, bahan kering, dan rasio daging buah/biji ceri meningkat masing-masing sebesar 19,8%, 7,9%, 19,8%, dan 10,5%, dibandingkan dengan ceri dari bunga yang dikemas. Sebaliknya, kekencangan serupa antara kedua perlakuan penyerbukan. Kami tidak menemukan hubungan yang signifikan antara pembentukan buah dan kualitas, yang menunjukkan bahwa pohon tidak menanggung beban buah yang berlebihan.
Kesimpulan
Hasil kami menyoroti pentingnya penyerbuk, tidak hanya untuk mendukung hasil panen komersial dalam hal pembentukan buah, tetapi juga untuk kualitas buah yang lebih tinggi. Kami menyarankan petani untuk mengadopsi praktik pengelolaan penyerbuk yang efektif untuk membantu mendukung hasil panen yang layak secara komersial yang terdiri dari buah dengan potensi pasar yang lebih tinggi.
PERKENALAN
Penyerbukan yang dilakukan oleh penyerbuk sangat penting untuk mendukung produksi komersial pada banyak tanaman yang bergantung pada penyerbuk, termasuk ceri manis yang dibudidayakan secara global ( Prunus avium L.). 1 – 3 Tanaman dapat memperoleh manfaat dari layanan penyerbukan tidak hanya dalam hal pembentukan buah, tetapi juga berkenaan dengan kualitas buah. 2 Untuk membantu mengamankan hasil ceri yang layak secara komersial, terutama pada kultivar yang tidak kompatibel dengan dirinya sendiri, petani biasanya menggunakan penyerbuk yang dikelola, termasuk lebah madu (misalnya, Apis mellifera ), lebah tanah (misalnya, Bombus terrestris ) dan/atau lebah tukang batu (misalnya, Osmia cornuta ). 4 – 6 Meskipun pembentukan buah biasanya merupakan faktor utama yang menentukan hasil, kualitas buah juga merupakan faktor penting dalam profitabilitas ceri. 7 Buah ceri yang lebih besar sering kali lebih disukai oleh konsumen 8 dan akibatnya, buah dengan massa, ukuran, dan bentuk yang berkurang dapat berdampak negatif pada proporsi buah yang dapat dipasarkan, sehingga mengurangi hasil komersial. 9 Oleh karena itu, untuk lebih meningkatkan pembentukan buah dan kualitas buah, di beberapa wilayah, petani menggunakan penutup pelindung (misalnya, poli-terowongan terbuka). 10 , 11 Poli-terowongan melindungi bunga dan buah dari faktor lingkungan seperti curah hujan, yang dapat mengurangi hasil panen. 10 , 12 Oleh karena itu, petani dapat menggabungkan kedua praktik pengelolaan (penyerbuk dan poli-terowongan) untuk memperoleh hasil panen komersial, termasuk buah ceri dengan kualitas yang lebih baik. Oleh karena itu, penting untuk mengeksplorasi kontribusi penyerbuk terhadap pembentukan buah dan kualitas buah.
Sejumlah penelitian telah mengeksplorasi dampak penyerbuk pada pembentukan buah ceri manis. 5 , 6 , 13 , 14 Namun, sejauh mana penyerbuk mempengaruhi kualitas buah ceri sebagian besar diabaikan. 3 Kualitas buah telah dieksplorasi dengan penyerbuk yang dikelola secara tambahan, tetapi tidak tanpa adanya penyerbuk, 15 peran penting penyerbuk tidak dapat dipastikan. Mateos-Fierro et al. 6 menunjukkan bahwa penyerbuk memberikan layanan penyerbukan penting untuk pembentukan buah ceri dan secara signifikan meningkatkan lebar buah (diameter), tetapi tidak massa buah. Namun, ini hanya berdasarkan data satu tahun dan akibatnya, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan kontribusi penyerbuk terhadap kualitas buah pada ceri manis. Dalam makalah ini, kami menggabungkan data kualitas buah tiga tahun dan menilai parameter kualitas ceri lainnya yang dianggap penting dalam kualitas buah (misalnya, bahan kering 16 ), tidak hanya untuk industri buah segar 17 , 18 tetapi juga untuk program pemuliaan. 19 , 20 Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur kontribusi penyerbuk terhadap kualitas buah dan mengeksplorasi hubungan antara berbagai parameter kualitas dan pembentukan buah. Kami juga memberikan bukti lebih lanjut tentang peran penting penyerbuk dalam pembentukan buah. Ini akan membantu petani komersial mengelola kebun ceri manis secara lebih efektif untuk menghasilkan buah yang layak secara ekonomi, berkualitas tinggi, dan dapat dipasarkan.
BAHAN DAN METODE
Lokasi studi
Penelitian ini dilakukan di 10 kebun ceri manis yang dikelola secara komersial dan konvensional di West Midlands, Inggris antara tahun 2017 dan 2019. Ukuran kebun bervariasi dari 1,3 hingga 7,5 ha (rata-rata 3,3 ha ± SD 1,8) sementara jarak antar kebun bervariasi dari 0,03 hingga 92,9 km (rata-rata ~ 50,9 km ± SD 36,5). Ke-10 kebun berisi maksimal enam kultivar per kebun, termasuk kultivar Kordia yang tidak kompatibel (yaitu, kultivar fokus yang digunakan dalam penelitian ini) dan setidaknya satu kultivar penyerbuk yang kompatibel (Tabel S1 ). Kultivar ditanam dalam baris terpisah (satu kultivar per baris), tetapi urutan baris bergantian bervariasi di antara kebun. Polytunnels digunakan oleh petani sebelum periode mekarnya ceri (April) hingga setelah panen (September). Manajemen penyerbuk yang diterapkan oleh petani terdiri dari kombinasi A. mellifera dan B. terrestris , kecuali untuk satu kebun di mana hanya A. mellifera yang digunakan. Komunitas pengunjung bunga (dikelola + liar) yang mengunjungi bunga sakura sebelumnya dieksplorasi di kebun-kebun ini dengan melakukan survei transek berjalan di sepanjang tiga baris Kordia yang berbeda untuk masing-masing dari 10 kebun6 dan ringkasan pengunjung bunga disajikan dalam Tabel S2 . Kami merujuk pada “pengunjung bunga” ketika kontribusinya terhadap penyerbukan tidak dapat dipastikan dan untuk “penyerbuk” sebagai pengunjung bunga itu, yang kunjungannya berhasil mentransfer serbuk sari dan menghasilkan buah yang diproduksi, yaitu penyerbukan.
Penilaian set buah dan kualitas buah
Untuk mengukur sejauh mana pembentukan buah dan kualitas buah dipengaruhi oleh penyerbuk, kami melakukan percobaan pengecualian serangga. Kami mengukur pembentukan buah pada tahun 2018–2019 dan kualitas buah pada tahun 2017–2019 (pembentukan buah tidak dieksplorasi pada tahun 2017). Pada tahun 2017–2018, kami menggunakan delapan pohon untuk masing-masing dari tiga baris Kordia tempat kami menyelidiki komunitas pengunjung bunga (yaitu, 24 pohon per kebun; total 240 pohon di 10 kebun per tahun). Pohon dipilih pada interval 9,5 m di sepanjang baris dari tepi kebun untuk memperhitungkan potensi efek tepi. 21 Pada tahun 2019, kami menggunakan empat pohon (pada interval 19 m) per baris Kordia (yaitu, 12 pohon per kebun; total 120 pohon di 10 kebun). Pada setiap pohon, sebelum periode mekarnya bunga sakura, kami secara acak memilih dua taji (panjang ~30 cm dari ujung), dengan masing-masing setidaknya 20 kuncup (rata-rata 69,8 ± SD 24,7), pada ketinggian 1,5–2,0 m di atas tanah. Satu taji menerima perlakuan pengecualian penyerbukan serangga (dikantongi; tidak adanya pengunjung bunga), menggunakan kantong kasa PVC (ukuran kasa 1,2 mm 2 ), yang memungkinkan pergerakan serbuk sari tetapi mencegah kunjungan serangga. Taji-taji ini ditutup dengan kasa sebelum periode mekarnya bunga sakura dan dibuka setelahnya. Bunga-bunga di taji kedua dibiarkan terbuka untuk penyerbukan serangga (terbuka; adanya pengunjung bunga). Semua bunga dihitung pada tahun 2018–2019.
Pada bulan Juli, ~2 hari sebelum panen komersial, pembentukan buah ditentukan, dan ceri dipanen. Pada tahun 2017, kami memanen secara acak, di antara buah ceri yang tersedia, maksimal 10 ceri per taji (untuk memastikan daya statistik yang memadai), tetapi pada tahun 2018–2019, mengikuti analisis daya (data tidak disajikan), kami memanen, juga secara acak, maksimal tiga. Buah disimpan pada suhu 6°C hingga penilaian dan dievaluasi dalam waktu 48 jam sejak panen. Sebelum penilaian, tangkai ceri dibuang. Untuk menilai kualitas buah, kami mengukur massa segar, tinggi, lebar, panjang, kekencangan, bahan kering, dan massa, tinggi, lebar, dan panjang lubang (endokarp, tempat biji tertutup), dan menghitung rasio daging (mesokarp)/lubang. 22 Kami tidak mengukur panjang buah dan panjang biji pada tahun 2018. Timbangan elektronik (Precision Balances Entris®, model 822-1SUS) digunakan untuk mengukur massa, sementara kaliper digital elektronik digunakan untuk mencatat dimensi. Penguji kekencangan (Agrosta® 100USB) digunakan untuk mengukur kekencangan buah. Kami mengukur setiap buah ceri pada dua sisi tegak lurus untuk mendapatkan nilai kekencangan rata-rata per ceri. Kami melaporkan kekencangan sebagai satuan Durofel, yang menunjukkan ketahanan dari 1 hingga 100 (lunak hingga keras). 18 Pembuang biji ceri dari baja tahan karat digunakan untuk mengekstrak biji secara manual. Kemudian, oven industri digunakan selama 48 jam pada suhu 65°C untuk mengeringkan ceri sepenuhnya, yang kemudian ditimbang. Terakhir, kami menimbang dan mengukur semua biji.
Analisis statistik
Data dianalisis dengan perangkat lunak R (versi R-4.4.0) 23 menggunakan Generalized Linear Mixed-Effect Models (GLMER) dan Linear Mixed-Effect Models (LMER) (paket “lme4” 24 ). Visualisasi data dilakukan menggunakan fungsi ggplot (paket “ggplot2” 25 ). Kumpulan buah dianalisis menggunakan GLMER dengan distribusi kesalahan binomial (fungsi = glmer; famili = binomial), dengan mempertimbangkan proporsi buah yang terbentuk, sementara parameter kualitas buah dianalisis menggunakan LMER (fungsi = lmer). Pengoptimal Bound Optimization By Quadratic Aproximation (BOBYQA) digunakan untuk meminimalkan kesalahan konvergensi. Semua model (kumpulan buah dan 11 parameter kualitas buah) memasukkan perlakuan penyerbukan (dalam kantong atau terbuka) sebagai faktor tetap. Faktor acak mencakup (i) tahun dan (ii) pohon Kordia bersarang, baris Kordia, dan kebun untuk masing-masing memperhitungkan potensi variasi lingkungan, variasi tahunan, dan variabilitas lokasi (Tabel S3 ). Selain itu, untuk memperhitungkan ketidakseimbangan jumlah buah antara perlakuan penyerbukan dalam kantong dibandingkan dengan penyerbukan terbuka, 11 parameter kualitas buah juga menganalisis 10 sub-sampel (fungsi = sampel; N = 300) yang dipilih secara acak untuk setiap tingkat perlakuan penyerbukan (Tabel S4 ).
Rasio daging/biji dihitung untuk setiap buah ceri sebagai berikut:
Kami menghitung rata-rata nilai parameter pembentukan buah dan kualitas buah (masing-masing dari bunga yang dikantongi dan yang mekar) per baris Kordia dan kebun (di semua pohon Kordia dalam setiap baris Kordia dan tahun) untuk menghitung kontribusi penyerbuk (pada tingkat baris Kordia):
Untuk menyelidiki lebih lanjut kualitas ceri, kami melakukan regresi linier (kami mengonfirmasi bahwa residual model didistribusikan secara normal dengan plot probabilitas normal) untuk mengeksplorasi hubungan antara metrik yang berbeda menggunakan geom_smooth (metode = “lm”; rumus = y ~ x) berdasarkan ukuran kualitas yang digunakan oleh industri, yaitu, set buah dan massa dan ukuran. 7 , 26 , 27 Kami merata-ratakan nilai per kebun dan tahun (karena set buah tidak diukur pada tahun 2017) di semua pohon dan mengeksplorasi hubungan antara set buah dengan (i) massa segar, (ii) lebar, dan (iii) bahan kering pada tahun 2018–2019, dan antara massa segar dengan (i) lebar, (ii) bahan kering, dan (iii) rasio daging/biji pada tahun 2017–2019.
HASIL
Set buah
Kami menghitung total 50.286 bunga pada tahun 2018 dan 2019 (25.595 bunga yang dibungkus dan 24.691 bunga yang terbuka). Ada pengaruh signifikan dari perlakuan penyerbukan ( Z = 45,51, p < 0,001; Gambar 1a ; Tabel S3 ) dengan 15,4% pembentukan buah (3.794 buah) dari bunga yang terbuka dibandingkan dengan 1,1% pembentukan buah (279 buah) dari bunga yang dibungkus. Selama kedua tahun tersebut, kami menghitung kontribusi penyerbuk secara keseluruhan terhadap pembentukan buah sebesar 92,8% (±SD 3,6).
Kualitas buah
Kami menilai total 3.604 buah Kordia antara tahun 2017 dan 2019 (364 dari bunga yang dikantongi dan 3.240 dari bunga yang terbuka). Perlakuan penyerbukan memengaruhi sebagian besar parameter kualitas ceri; nilai-nilai tersebut secara signifikan lebih besar pada bunga yang terbuka dibandingkan dengan bunga yang dikantongi, termasuk massa, tinggi, lebar, panjang, dan bahan kering masing-masing sebesar 2,3 g, 2,4 mm, 2,3 mm, 1,3 mm, dan 0,4 g, tetapi tidak pada kekencangan (Gambar 1b–g ; Tabel S3 ). Massa dan ukuran lubang (lebar dan panjang tetapi bukan tinggi) dan rasio daging/lubang juga secara signifikan lebih besar pada bunga yang terbuka dibandingkan dengan bunga yang dikantongi (Gambar 1h–l ; Tabel S3 ). Kontribusi penyerbuk terhadap parameter kualitas buah konsisten dengan nilai yang lebih besar yang tercatat pada bunga yang terbuka (kehadiran penyerbuk meningkatkan kualitas hingga 20%), kecuali untuk kekencangan dan tinggi dan lebar lubang, yang peningkatannya ≤ 2% (Tabel S3 ). Untuk kedua perlakuan penyerbuk, hubungan antara pembentukan buah dengan massa segar, lebar, dan bahan kering antara tahun 2018 dan 2019 tidaklah signifikan (Gambar 2a–c ), sedangkan hubungan antara massa segar dengan lebar, bahan kering, dan rasio daging/biji antara tahun 2017 dan 2019 signifikan positif (Gambar 2d–f ).
DISKUSI
Studi kami menunjukkan pentingnya serangga penyerbuk 6 untuk produksi ceri manis secara keseluruhan berkenaan dengan massa dan ukuran buah. Jelas bahwa penyerbuk tidak hanya penting untuk mencapai hasil panen komersial dalam hal jumlah buah yang dihasilkan, tetapi juga berkontribusi signifikan terhadap peningkatan kualitas buah ceri.
Jumlah ceri dari bunga yang dibungkus (1,1%) yang terbentuk dibandingkan dengan bunga yang terbuka (15,4%) telah diperkirakan dan menyoroti peran penting penyerbuk dalam mengamankan pembentukan buah, 5 , 6 , 13 khususnya pada kultivar yang tidak kompatibel dengan dirinya sendiri di mana penyerbukan silang sangat penting.28 , 29 Selain itu, pembentukan buah sebesar 15,4% dari bunga yang terbuka dalam penelitian kami konsisten dengan pembentukan buah yang dilaporkan dalam penelitian lain yang menyelidiki penyerbukan terbuka di Kordia: 17,7% (Kordia + Regina) dengan 1 tahun penelitian di Jerman, 1317,6 % selama 3 tahun di Serbia, 3017,4 % selama 2 tahun di Polandia.31 Namun , kontribusi penyerbuk dalam ceri manis dalam penelitian kami (92,8%) sedikit lebih rendah dibandingkan dengan 96,4% yang dilaporkan oleh Osterman et al., 3 meskipun persentase terakhir dirata-ratakan di empat penelitian dan beberapa kultivar. Regionalitas, tahun (variabilitas faktor lingkungan), dan varietas dapat menjadi penyebab perbedaan dalam pembentukan buah. 3 , 30
Dalam penelitian ini, kami menemukan kualitas buah ceri (kecuali kekerasan) lebih baik dengan penyerbukan terbuka. Hal ini menyoroti pentingnya penyerbukan serangga untuk kualitas buah, termasuk parameter penting seperti massa, lebar, dan bahan kering. Kualitas buah yang lebih baik secara keseluruhan yang dicapai dengan penyerbuk yang kami tunjukkan pada ceri manis adalah temuan konsisten yang diamati pada tanaman lain yang bergantung pada penyerbuk, termasuk stroberi, 9 apel, 32 dan pir. 33 Secara global, kualitas buah meningkat hingga ~23% dengan penyerbukan hewan, tetapi kontribusi terhadap parameter kualitas buah dapat berbeda di antara tanaman. 34 Misalnya, penyerbuk meningkatkan massa pada stroberi dan apel tetapi tidak pada pir, meskipun hal ini juga dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan kultivar yang diteliti. 9 , 32 , 33 Selain itu, dalam beberapa penelitian ini, buah juga lebih keras dengan penyerbukan serangga, tetapi tidak dalam penelitian kami. Kekerasan mungkin lebih dipengaruhi oleh poli-terowongan daripada parameter lainnya, karena pohon tertutup menghasilkan ceri yang lebih besar tetapi kurang keras daripada kebun terbuka. 18
Secara komersial, massa dan lebar buah adalah dua atribut paling penting dari ceri 7 , 26 , 27 dan massa 10–12 g dan lebar 28–30 mm adalah karakteristik buah standar di Kordia. 31 , 35 , 36 Namun, karena variasi tahunan dan regional, massa dan lebar bisa serendah 8,9 g 37 dan 26,4 mm, 38 atau setinggi 13,8 g dan 30,7 mm. 39 Massa dan lebar buah kami masing-masing 11,6 g dan 28,7 mm, dari bunga terbuka masuk ke dalam standar komersial untuk Kordia, tetapi nilai dari bunga yang dikemas (9,2 g dan 26,4 mm) masuk ke nilai terendah, yang dapat berdampak negatif pada jumlah buah yang dapat dipasarkan. 9 , 27 Dengan demikian, penelitian kami menunjukkan kontribusi penting penyerbuk terhadap massa dan ukuran, memberikan kontribusi penyerbuk dalam kualitas massa-lebar sebesar 13,9% (Tabel S3 ), nilai layanan ekosistem, yang sejauh pengetahuan kami, belum pernah ditunjukkan sebelumnya. Kekencangan kami pada ~65 unit Durofel dengan kedua perlakuan penyerbukan dan bahan kering dengan bunga yang diserbuki terbuka sebesar 1,7 g (=14,7 g/100 g massa segar) serupa dengan penelitian lain pada Kordia pada 62,4–63,8 unit Durofel dan 16,1 g/100 g massa segar, masing-masing. 16 , 37 , 38 Karena perlakuan penyerbukan tidak memengaruhi kekencangan, perbedaan persentase kekencangan antara bunga yang dikantongi dan yang terbuka (0,2%) tidak diharapkan. Meskipun massa dan lebar mungkin merupakan parameter kualitas yang penting pada buah ceri, dampak penyerbukan serangga terhadap parameter kualitas lainnya (misalnya, komposisi nutrisi dan konsentrasi padatan terlarut) masih perlu diukur. 16 , 22 , 31
Menariknya, bagaimanapun, hubungan yang tidak signifikan antara pembentukan buah dan kualitas dalam kedua perlakuan penyerbukan (Gambar 2a–c ) menunjukkan pohon tidak menghasilkan beban buah yang berlebihan (beban panen), karena beban buah yang lebih besar pada pohon biasanya menyebabkan produksi buah yang lebih kecil (yaitu, hubungan negatif antara pembentukan buah dengan massa dan ukuran). 7 Pohon yang gagal menghasilkan lebih banyak buah mungkin disebabkan oleh defisit penyerbukan (yaitu, penyerbukan yang tidak mencukupi), yang tercatat di kebun-kebun ini. 6 Selain itu, hubungan positif yang sangat signifikan antara massa segar dengan lebar, bahan kering, dan rasio daging/biji menunjukkan bahwa buah diproduksi secara proporsional (yaitu, semakin besar massa, semakin besar ukuran, semakin besar daging), dengan daging yang lebih dapat dimakan dari bunga yang diserbuki terbuka meskipun ukuran biji dari bunga yang dikantongi lebih kecil dibandingkan dengan bunga yang terbuka.
KESIMPULAN
Mengetahui sejauh mana penyerbuk berkontribusi, tidak hanya pada pembentukan buah tetapi juga pada kualitas buah pada ceri manis, memudahkan pengambilan keputusan terkait pengelolaan penyerbuk. Jadi, karena kontribusi berharga yang diberikan serangga penyerbuk pada pembentukan dan kualitas buah ceri manis, kami menyarankan petani ceri manis menerapkan strategi pengelolaan penyerbuk yang efektif di kebun mereka untuk memaksimalkan hasil yang dapat dipasarkan. Strategi pengelolaan ini dapat mencakup penyediaan sumber daya bunga di luar periode utama pembungaan ceri 6 , 40 dan habitat untuk bersarang. 41
Leave a Reply