葉面噴施外源硅鐵對番茄果實品質的影響

趙鑫，姚棋，張毅，侯雷平，邢國明，石玉

（山西農業大學園藝學院／山西省設施蔬菜提質增效協同創新中心，山西 太谷 030801）

硅（Si）在地殼中的含量僅次于氧［1］。雖然目前不能證明Si是大多數植物生長發育的必需營養元素，但近年來研究表明，Si對植物有益，尤其在提高對生物與非生物脅迫抗性等方面發揮重要作用［2-6］。Si在細胞壁的沉積可以增強植物組織的機械強度，也可以延緩植物衰老。Si可以通過強化細胞壁、維持細胞內部離子平衡、穩定細胞及細胞器的正常結構、清除活性氧自由基、促進脅迫誘導物質的合成、影響跨膜質子電化學梯度以及滲透調節等作用，參與植物體內許多生理代謝過程，增強植物的抗逆性［7，8］。Si緩解植物生物脅迫的機理可能是外源Si能誘發一系列針對病原菌的抗性反應產生，即生理生化途徑；另一方面可能是Si處理有助于形成角質-Si雙層結構，阻礙了病原真菌的入侵，從而降低真菌侵染率和病情指數［9，10］。李煒薔等［11］研究發現，Si可促進大蔥對氮、磷、鉀的吸收和植株生長，提高產量和品質。Si可促進草莓的生長、單果重、果實直徑，改善果實硬度和著色，礦質元素、蛋白和糖含量顯著增加，利于草莓產量和品質的提高［6］。翟江等［12］研究發現，Si可提高黃瓜葉片的Calvin循環關鍵酶活性與基因表達，增強光合碳同化能力，提高光化學效率，從而促進植株生長，產量和品質顯著提高。大量研究表明，Si作為植物健康生長的有益元素，可以改善植株對礦質營養的吸收，促進蔬菜、果樹、小麥和玉米等作物的生長，增強作物的抗逆性［13，14］。

鐵（Fe）是植物生長發育必需的微量元素之一，是許多細胞酶反應如光合作用、線粒體呼吸、激素合成和固氮作用的必要輔助因子，在植物體內參與光合作用、氧化還原反應和電子傳遞以及呼吸作用等多種生理生化過程［15，16］。盡管Fe在地殼中的含量相當豐富，但在高pH值和鈣質土壤中，通常以不溶性的氫氧化鐵形式存在，導致土壤中鐵的有效性低，作物極易缺鐵。缺鐵在世界范圍內是一種非常重要的植物營養失調，在農業生產上缺鐵已成為僅次于缺氮、缺磷而限制植物生長和產量的第三大限制因子［15，17，18］。植物缺鐵后，色素合成減少，出現缺鐵黃化癥，色素蛋白合成和葉綠素光合膜上復合物組裝受阻，復合物解聚，導致葉綠體片層減少，片層垛疊結構消失，葉綠體變小甚至解體，從而導致植株生長緩慢、果實產量和品質下降［17，19］。

研究表明，Fe參與番茄幼苗葉片光合功能的調節，可以提高Cd脅迫下光合速率，增強對Cd的耐性，Fe可抑制Cd脅迫下番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的降解，減輕光抑制損傷，顯著提高凈光合速率［20］；葉面噴施螯合鐵顯著增加草莓的可溶性糖、維生素C及可溶性固形物等的含量，改善果實營養品質［21］；在苗期和薯塊膨大期分別葉面噴施鐵肥可以促進馬鈴薯植株生長發育，增加單株塊莖重量和馬鈴薯產量，提高商品薯率［22］；噴施鐵肥能提高小麥灌漿期的葉片干重、莖鞘干重和穗重，提高小麥的籽粒產量、千粒重，最終提高產量［23，24］。Bityutskii等［25］研究顯示，硅和鐵處理可使黃瓜生物量增加，葉綠素含量增加，誘導根系中絲氨酸、琥珀酸和延胡索酸的積累，降低木質部中鋁的轉運，緩解鋁毒對黃瓜的傷害。說明硅、鐵可能存在互作效應。盡管已經明確硅鐵可參與調控植物的生理代謝，但關于硅與鐵的互作效應及其生理機制還不清楚，硅鐵互作對提高番茄品質的影響研究尚未見報道。本試驗研究硅、鐵單施和配施對日光溫室番茄品質的影響，以期為硅、鐵肥的合理施用及日光溫室番茄高品質產品生產提供技術指導。

1 材料與方法

試驗于2019年3—9月在山西農業大學園藝站2號日光溫室及園藝學院設施蔬菜提質增效協同創新中心實驗室進行。

1.1 供試材料

供試番茄品種為‘鑫研夏寶’。供試硅肥為K2SiO3（含Si47%～51%），鐵肥為EDTA-FeNa（含Fe≥13%）。

1.2 試驗設計及方法

試驗采用隨機區組設計，共設6個處理，分別為T0：CK，噴施蒸餾水；T1：噴施1.5 mmol／L K2SiO3；T2：噴施100μmol／L EDTA-FeNa；T3：噴施1.5 mmol／L K2SiO3+100μmol／L EDTA-Fe-Na；T4：噴施200μmol／L EDTA-FeNa；T5：噴施1.5 mmol／L K2SiO3+200μmol／L EDTA-FeNa。小區面積為10 m2，重復3次。

選取飽滿番茄種子，溫湯浸種催芽后播于穴盤中。待幼苗長至三葉一心時，起壟栽培，日光溫室內南北向起壟，壟面覆蓋塑料膜，兩邊各設1行保護行。定植后立刻澆水，以后3～5 d澆一次水。待一穗花開時，葉面噴施不同濃度的硅肥和鐵肥，每7 d噴施一次，直至五穗花開時結束。取第3穗果，測定果實單果重及縱橫徑等指標，計算果形指數。

1.3 測定項目與方法

取第3穗果實進行品質指標測定。維生素C和可溶性糖含量分別采用2，6-二氯靛酚比色法［26］、硫酸-蒽酮比色法［27］測定；石油醚提取比色法［28］測定番茄紅素含量；類黃酮和總酚含量采用鹽酸甲醇比色法［29］測定；游離氨基酸總量采用水合茚三酮法［30］測定。將烘干稱重后的樣品粉碎，用H2SO4和H2O2消煮［19］，原子吸收分光度法測定Fe、Zn元素含量。

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2016軟件統計分析數據及作圖。

2 結果與分析

2.1 硅鐵肥對番茄單果重和果形指數的影響

由圖1可以看出，T3處理的單果重最大，為259.77 g，比對照提高39.73%，T1、T5處理次之，均顯著大于對照，T4、T2與對照差異不顯著。各施肥處理的果形指數與對照差異均不顯著。可見，葉面噴施硅鐵肥的T3處理對番茄單果重影響最大。

圖1 硅鐵肥對番茄單果重和果形指數的影響

2.2 硅鐵肥對番茄果實品質指標的影響

2.2.1 對果實硬度和可溶性固形物含量的影響 由表1可以看出，T3處理的果實硬度顯著增加，其余處理與對照無顯著差異。T2、T3和T5處理顯著提高番茄果實的可溶性固形物含量，與對照相比分別提高31.02%、34.32%和27.72%，以T3處理最佳。

2.2.2 對可溶性蛋白含量的影響 由表1可以看出，葉面噴施硅鐵肥均不同程度地增加番茄果實可溶性蛋白含量，增幅為5.00% ～40.00%，其中T3處理最高，比對照增加40.00%；其次為T2和T5處理，分別比對照增加23.33%和21.67%；T1和T4處理與對照差異不顯著。

2.2.3 對可溶性糖含量的影響 由表1可以看出，葉面噴施硅鐵肥均顯著增加番茄果實的可溶性糖含量。其中T3處理最高，比對照增加53.07%；其次為T2和T5處理，分別比對照增加42.24%和36.46%；T1和T4處理均比對照增加16.97%。

2.2.4 對番茄果實維生素C含量的影響 由表1可以看出，葉面噴施硅鐵肥均顯著增加番茄果實中維生素C含量。其中T3處理最高，比對照增加90.91%；其次為T2和T5處理，分別比對照增加50.44%和30.27%；T1和T4處理比對照增加24.28%和28.27%。

2.2.5 對番茄紅素含量的影響 由表1可以看出，葉面噴施硅鐵肥均增加果實番茄紅素含量。其中T3處理最高，比對照顯著增加75.90%；其次為T2處理，比對照增加38.62%；T4和T5處理較對照分別提高16.57%和18.67%；T1處理對番茄紅素含量的影響不大。

2.2.6 對游離氨基酸含量的影響 由表1可以看出，葉面噴施硅鐵肥均顯著增加番茄果實中的游離氨基酸含量。其中T3處理最高，比對照增加58.41%；其次為T5、T2和T4處理，較對照分別提高47.02%、32.69%和29.78%；T1處理較對照提高11.10%。可見，葉面噴施硅鐵肥的T3處理對番茄果實品質各指標的效果最佳。

表1 硅鐵肥對番茄果實品質指標的影響

2.3 硅鐵肥對番茄果實類黃酮、總酚含量的影響

由圖2可以看出，葉面噴施硅鐵肥均顯著增加番茄果實類黃酮含量。其中T3處理類最高，比對照增加48.70%；其次為T1和T2處理，分別比對照增加30.91%和27.46%；T4和T5處理分別較對照提高12.86%和20.35%。

由圖3可以看出，葉面噴施硅鐵肥均增加番茄果實總酚含量。其中T3處理總酚含量最高，比對照增加13.27%；其次為T1和T2處理，分別比對照增加9.77%和5.29%；T4和T5處理對總酚含量的影響不顯著。

對于番茄果實類黃酮、總酚含量，葉面噴施硅鐵肥的最佳配施濃度為T3處理。

圖2 硅（Si）和鐵（Fe）對番茄果實類黃酮含量的影響

圖3 硅（Si）和鐵（Fe）對番茄果實總酚含量的影響

2.4 硅鐵肥對番茄果實Fe、Zn含量的影響

由圖4可以看出，葉面噴施硅鐵肥均不同程度增加番茄果實Fe、Zn元素含量。其中T3處理Fe含量最高，比對照增加49.15%；其次為T4和T5處理，分別較對照提高48.75%和26.52%；T1和T2處理對Fe含量的影響不大。T1處理Zn含量最高，比對照增加10.40%；其次為T3和T4處理，分別較對照提高9.50%和5.35%；T2處理對Zn元素含量的提高影響不大；而T5處理與對照相比，略有降低。

圖4 硅（Si）和鐵（Fe）對番茄果實Fe、Zn元素含量的影響

3 討論

近年來，通過葉面噴施鈣肥［12］、硅肥［14］、鐵肥［21］、鋅肥［22］等外源物質成為改善作物品質的有效途徑。大量研究表明，Si不僅能夠促進作物的生長發育，同時可通過改善植株對礦質養分的吸收，提升作物品質［14］。Fe作為葉綠素合成的必需元素，是作物體內多種酶的重要組分和活化劑，參與植物體內氧化還原和電子傳遞，直接或間接地影響植物光合、呼吸作用以及物質能量的轉換，科學合理地補充鐵肥是緩解植物鐵元素不足造成的作物產量和品質降低的重要途徑［31］。本研究結果顯示，Si、Fe和Si+Fe均可不同程度地提高番茄果實形態指標及其品質，其中以1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe處理提高的幅度最大，說明Si、Fe可能存在協同效應。

果實重是衡量番茄果實生物量積累的重要指標，果形指數被廣泛應用于衡量番茄果實生長狀況。本試驗結果表明，單施Si、高濃度Fe及Si+Fe肥處理番茄單果重及可溶性固形物含量均高于對照，說明硅、鐵肥均可促進番茄果實的生長及可溶性固形物的積累。這與前人研究結果一致［21，32］。與對照相比，100μmol／L Fe處理下，番茄單果重受到抑制，這與王安等［33］的研究結果相似。其原因主要是因為葉面鐵肥滲透吸收機制較為復雜，不僅取決于植物葉片內部代謝系統，還與外界光照、溫度、風速環境有很大關系，光照過強、溫度過高或過低、風速過大均會降低葉片對養分的吸收。高濃度Fe處理單果重均顯著低于Si+低濃度Fe處理，這可能是因為葉面噴施螯合鐵肥濃度過高易導致植物葉片灼燒甚至葉片脫落［34］。單施Si和Si+Fe肥處理下果實硬度有所增加，利于提高番茄的耐儲運能力。因為硅可以沉積在表皮細胞，形成硅化細胞和角質雙硅層結構，增強細胞壁的機械強度和穩固性［8］。與Si、Fe單施相比，Si+低濃度Fe處理的番茄單果重、果實硬度及可溶性固形物增幅最大，說明二者配施效果更佳。

可溶性糖是評價蔬菜品質的重要指標，一般其含量越高，番茄口感越好，品質越高［35］。譚曉莉等［36］研究表明，葉面噴施鐵鋅肥可顯著增加甘薯可溶性糖、可溶性蛋白含量，從而提高產量與品質；青蒜苗施硅肥可增加其可溶性糖、維生素C等含量，提高蒜苗品質［37］。本試驗結果表明，Si、Fe和Si+Fe處理番茄果實的可溶性糖和維生素C含量均顯著高于對照，其中以1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe效果最顯著。

番茄紅素亦是構成番茄果實營養品質與風味品質的重要指標，具有抗氧化功能，可延緩衰老和預防癌癥［38，39］。大量研究表明通過外源物質處理可提高蔬菜中番茄紅素的含量，這對人體膳食健康具有重大意義［40］。李蒙［39］研究發現，適宜濃度的24-表油菜素內酯可顯著提高番茄紅素、β-胡蘿卜素和可溶性固形物等含量，改善櫻桃番茄果實的品質。本試驗結果表明，鐵肥和硅鐵配施均可促進番茄番茄紅素的形成和積累，而單一Si處理與對照無顯著差異，番茄紅素含量因品種、成熟期和果實成熟的環境條件而不同［41］。其中1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe處理效果最顯著，說明適宜濃度的硅鐵配施可以促進果實生長和成熟，果實成熟過程中往往伴隨著葉綠素的降解和番茄紅素、β-胡蘿卜素等的積累［42］。

番茄果實中的類黃酮和總酚是存在于植物體內的一類重要抗氧化物質，其質量分數是評價果實及蔬菜品質以及新鮮程度的一項重要指標［43］。本試驗結果表明，葉面噴施不同濃度的Si、Fe及Si+Fe肥，番茄果實中類黃酮和總酚含量均有增加，這與孫德祥［44］、牛惠杰［45］等在小麥和梨棗上的研究結果一致。其中以1.5 mmol／L Si+100 μmol／L Fe處理效果更顯著，可見適量的Si、Fe配施更有利于促進番茄果實類黃酮和總酚物質的積累，改善果實品質。

袁麗萍等［46］研究指出，游離氨基酸是蛋白質合成的前體，Si促使植株吸收的氮素多以蛋白質、糖類等營養物質在果實內積累；Fe可以提高馬鈴薯及毛苕子的可溶性蛋白質和游離氨基酸含量［47，48］。本研究結果表明，Si、Fe和Si+Fe處理番茄果實的蛋白質和游離氨基酸含量均升高，且硅鐵配施有一定的協同增效作用，1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe處理效果更顯著。其原因可能是Si、Fe在提高番茄果實蛋白質和氨基酸含量方面的機制不同。

4 結論

本試驗結果表明，增施Si、Fe和Si+Fe肥在改善番茄果實品質方面有積極作用，與對照相比，葉面噴施Si、Fe和Si+Fe肥可以提高番茄單果重、果實硬度、可溶性固形物含量及增加可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素、類黃酮、總酚和游離氨基酸含量，以1.5 mmol／L Si+100 μmol／L Fe處理效果最好。