化學抗旱物對限根栽培番茄生長和品質的影響

岳煥芳，王克武，安順偉，胡瀟怡，孟范玉，王志平

（北京市農業技術推廣站，北京 100029）

0 引 言

【研究意義】傳統種植模式不僅浪費水肥資源還會增加作物發病率，大大降低品質，造成環境污染等問題[1]。虧缺灌溉通過適當的控制灌溉水，提供干旱逆境環境提高果實品質，成為近年的研究熱點[2]。但是虧缺灌溉會造成植株體內含水率下降，嚴重者會導致葉片和植株萎蔫，影響正常的光合作用和CO2同化作用，造成產量損失[3]，采取一定的外部措施，盡量減少作物體內水分散失，降低水分脅迫影響，在提高品質的同時，產量達到最高，利用抗旱化學調控物質降低植物蒸騰速率，減少水分散失，控制蒸騰，成為節水農業發展的一個重要方向[4]。【研究進展】據有關預測，未來節水制劑年市場需求量可達到1.2 萬～2.4萬t[5]，尋求可以促進作物根系吸水，減少蒸騰強度的化學抗旱物質研究眾多，楊興洪等[6]將其按照化學組成和生物活性分為4 大類：植物激素或植物生長調節劑、無機化合物、小分子有機物和有機大分子。

目前應用最多的主要包括抗蒸騰劑和植物生長調節劑，其中，抗蒸騰劑主要包括代謝型、成膜型和反射型3 種類型，其中反射型抗蒸騰劑通過反射太陽輻射能，減少葉片蒸騰作用，但是因為不能選擇性吸收和反射太陽輻射，所以實際應用較少[7]。近些年的研究成果主要集中在前2 類，代謝型抗蒸騰劑主要是通過影響植物體內的酶活系統活性，影響作物的抗旱性[8]，黃腐酸是應用最為廣泛的代謝型抗蒸騰劑，通過提高細胞膜的滲透勢提高抗旱性[9]，在小麥、玉米[10]、馬鈴薯[11]和果樹等作物上[12]取得了良好的抗旱增收的效果。成膜型抗蒸騰劑通過在葉片表面形成薄膜，降低蒸騰作用，減少水分散失，延緩作物萎蔫，提高抗旱性[13]。主要應用于景觀苗木和花卉移栽，抑制植株快速失水提高成活率[14]，適合于短時間或者偶發性干旱[15]。油菜素內酯化合物是國際上公認的高效、廣譜、無毒的第六大植物激素，是植物對逆境反應的重要調節物質，被稱為“逆境緩和激素”[16]，通過誘導干旱響應基因，提高了油菜的抗旱性[17]，在番茄幼苗上噴施可以提高葉片中抗旱物質量[18]。【切入點】目前，化學抗旱物質的研究多集中在新物質的研發、使用劑量和方法的篩選，較少涉及不同類型物質之間的比較[19]。同時，缺乏在設施蔬菜生長期的研究結果，對于不同抗旱物質對主要蔬菜的影響效果不明確。番茄作為主要的茄果類蔬菜，我國番茄常年產量在5 000萬t 以上，占全國蔬菜總產量的7.1%[20]。對于高品質和較好口感的番茄成為現在的栽培方向之一。【擬解決關鍵問題】本研究通過虧缺灌溉實現高品質的調控目標，外源施用抗旱調控物質，在保證品質的同時，降低對產量的損失，實現經濟效益最大化。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年4—7 月在北京市密云區平頭村塑料大棚內進行（N40°17′18.44″，E116°45′15.58″，海拔49 m）。屬于暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，2019年降水量511.1 mm 接近多年均值（540.7 mm），汛期集中在6—9 月，冬季（2018 年12 月—2019 年2月）北京地區平均降水量為3.8 mm，春季為98 mm，夏季為264.2 mm，秋季為138.9 mm。2019 年北京地區平均氣溫為12.5 ℃，比常年偏高1.0 ℃。圖1 為番茄生長期間用HOBO 氣象站連續監測設施內氣象因子變化情況，全生育期日均氣溫的變化范圍為12.9～32.8 ℃，日均空氣相對濕度變化范圍為28%～96%，日均光照強度變化范圍為1 588～29 332 lx。試驗棚為鋼架結構塑料冷棚，長度、跨度和高度分別為50、8 和3.2 m。

圖1 設施內氣象因子變化情況 Fig.1 Meteorological factors in the facility

1.2 試驗材料

試驗所采用的化學抗旱物采購自不同公司，代謝型抗蒸騰劑（FA 旱地龍，黃腐殖酸量≥30%）購自新疆匯通旱地龍腐殖酸有限責任公司，薄膜型抗蒸騰劑（植物抗蒸騰劑）購自河南昌盛園林資材（主要成分為高分子化合物），2,4 表蕓苔素內酯購自河北禾潤生物科技有限公司（有效成分量0.01%）。試驗番茄品種為“京彩”，試驗時間為2019 年4—7 月，種植方式為盆栽限根栽培模式，栽培盆上部直徑為12 cm，底部直徑為10 cm，高10 cm，每盆定植1 株，定植密度為120 000 株/hm2，每個處理90 盆，設置3次重復，采用商品混配基質。留2 穗果打頂。采用滴箭灌水方式，隨水施用富鋪路全元素水溶肥（氮+磷+鉀+鈣+鎂≥48%，鐵+錳+銅+鋅+硼+鉬≥2 200 ppm）每株番茄用肥量7.25 g。

1.3 試驗設計

番茄苗期和花期正常管理，結果期第1 穗果核桃大小后采用虧缺灌溉，根據前人研究結果，番茄結果期單株日耗水量為700～1 500 mL[21-22]，單株苗期日均灌溉量為267 mL，單株開花期日均灌溉量為333 mL，單株結果期日均灌溉量為400 mL，結果期虧缺灌溉后，采用化學抗旱物質進行葉片噴施處理，T1 處理：薄膜型抗蒸騰劑，T2 處理：代謝型抗蒸騰劑，T3 處理：2,4 表蕓苔素內酯，CK：噴施等量清水，噴施時間為晴天10:00 前或16:00 后，具體稀釋倍數見表1，每15 d 噴施1 次，混配液噴施量為300 kg/hm2。

表1 各處理噴施時間和噴施質量濃度 Table 1 Spraying time and concentration of each treatment

1.4 觀測項目與方法

生長指標：株高：第1 次處理后開始測量，采用軟尺由植株基部到番茄頂端生長點的高度，每10 d測量1 次。莖粗：第1 次處理后開始測量，采用游標卡尺測量植株第4 片葉下面的橫莖。

葉綠素量：第1 次處理后，間隔14 d 左右測量1 次，采用SPAD 便攜式葉綠素儀測定生長點往下第4 位葉的葉綠素量。SPAD 葉綠素相對質量濃度測量儀的原理是，利用葉片在940 nm 和650 nm 波長處的光透過率之比，實現快速測定葉片葉綠素相對量[23]。

番茄產量和品質：采用單株測產，設置3 次重復；每個處理取樣，采用2,6-二氯靛酚(DCIP)滴定法測定番茄果實Vc 量，采用蒽酮比色法測定可溶性糖量，采用滴定法測定可滴定酸量，糖酸比為可溶性糖量與可滴定酸量的比值，由北京市農林科學院植物營養與資源研究所提供測試結果。

抗旱指標：記錄番茄植株的萎蔫指數，將番茄萎蔫指數分為5 級，0 級為無萎蔫；1 級為輕微萎蔫（植株30%葉片出現萎蔫）；2 級為萎蔫（植株50%葉片萎蔫）；3 級為明顯萎蔫（植株80%葉片萎蔫）；4級為嚴重萎蔫（葉片黃化、褐化或大部分葉片死亡或脫落）。每個處理選取10 株調查萎蔫指數，萎蔫指數（WIS）=[100×(1×S1+2×S2+3×S3+4×S4)]／(N×4)；其中，S1、S2、S3、S4 分別代表1-4 級萎蔫級別植株數量，N 為調查總植株數量[24]；收獲后取葉片，采用GB 5009.124—2016 方法測定脯氨酸等16 種氨基酸，采用GB/T 5009.171—2003 測定SOD，采用GB 5009.181—2016 第二法測定MDA。

采用Excel 2010 進行數據處理，采用SPSS 17.0進行方差分析，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 化學抗旱物質對番茄生長的影響

葉綠素量是監測植物光合作用能力的一個重要指標，由圖2 可知，整個生育期番茄葉片的SPAD 值變化范圍為48.9～62.4，T2 處理和CK 的SPAD 值呈先增加后下降的趨勢，T1 處理呈逐漸下降趨勢，生長后期營養生長減緩，葉綠素量下降。然而，T3 處理的葉片SPAD 值呈逐漸增加趨勢，在生長后期，2,4 表蕓苔素內酯處理的葉片SPAD 值大于其他處理，7 月2 日測定結果顯示，2,4 表蕓苔素內酯處理的番茄葉片SPAD 值比CK 提高了22.4%，2,4 表蕓苔素內酯的SPAD 值整個生育期比CK 的提高值平均為4.7%。薄膜型抗蒸騰劑在5 月SPAD 值較高，后期逐漸低于其他處理。

化學抗旱物對番茄莖粗的影響如圖3 所示，從圖中可以看出，T1、T2 和T3 處理的番茄莖粗整個生育期呈現先增加后下降的趨勢CK 呈逐漸下降的趨勢。番茄生長前期以營養生長為主，進入結果期后營養生長速度減緩，營養物質主要用于供給番茄果實，長勢減弱，植株莖粗變細。5 月23 日3 個處理的番茄莖粗與CK 沒有顯著差異，6 月13 日的3 個處理分別比CK 提高了11.9%、6.9%和29%。T3 處理的莖粗在6月20 日達到最大值為11.37 mm，T2 處理的番茄莖粗為7.79 mm，T2 和T3 處理分別比CK 提高了19.8%和74.7%。3 個處理的莖粗在6 月都高于CK，整個生育期平均比CK 分別提高了9.17%、10.73%、22.09%。

圖2 化學抗旱物對番茄SPAD 值的影響 Fig.2 Influence of the chemical drought resistance on SPAD of tomato

圖3 化學抗旱物對番茄莖粗的影響 Fig.3 Influence of the chemical drought resistance on stem diameter of tomato

化學抗旱物對番茄萎蔫指數的影響如圖4 所示。番茄葉片的萎蔫程度呈先減緩又加重的趨勢，表示抗旱物質對于緩解干旱脅迫有一定的作用，但是在番茄生長后期，持續干旱造成的脅迫則緩解效果有限。6月20 日之前，CK 萎蔫指數一直高于其他處理，6 月13 日3 個處理的番茄葉片萎蔫指數分別比CK 降低了36.8%、39.5%和44.8%。6 月20 日3 個處理的番茄葉片萎蔫指數分別比CK 降低了18.1%、36.4%和13.6%。進入7 月，只有2,4 表蕓苔素內酯的番茄植株萎蔫指數比CK 低9%，但是T3 處理和CK 間差異不顯著。

圖4 化學抗旱物對番茄萎蔫指數的影響 Fig.4 Influence of the chemical drought resistance on wilting index of tomato

2.2 化學抗旱物對番茄葉片酶活性影響

化學抗旱物對番茄葉片內丙二醛和SOD 活性的影響如圖5 所示。與CK 相比，各處理間的丙二醛量稍有降低，3 個處理均比CK 降低了9%，噴施抗旱物質均可以減少膜脂過氧化，減緩干旱脅迫造成的傷害。薄膜型抗蒸騰劑和代謝型抗蒸騰劑的葉片中SOD 量顯著低于其他處理，2,4 表蕓苔素內酯處理的SOD 量為4.59 U/g，為4個處理中最高值，比CK提高了0.7%，2,4 表蕓苔素內酯可以有效的提高逆境脅迫下的植物體內酶活性，提高番茄的抗旱能力。

圖5 化學抗旱物對番茄葉片內丙二醛和SOD 影響 Fig.5 Influence of the chemical drought resistance on MDA and SOD of tomato leaves

圖6 化學抗旱物對番茄葉片內氨基酸量的影響/(g·100g-1) Fig.6 Influence of the chemical drought resistance on amino acid of tomato leaves/(g·100g-1)

化學抗旱物對番茄葉片氨基酸量的影響見圖6。在逆境條件下，植物體內的可溶性滲透物質可以起到良好的滲透調節作用，T1、T2、T3 處理和CK 植物葉片內16 種氨基酸總量分別為0.90、0.89、0.89、0.56 g/100 g，3 個處理分別比CK 提高了60.7%、58.9%和58.9%。其中，谷氨酸量在16 種氨基酸中量最高，代謝型抗蒸騰劑和2,4 表蕓苔素內酯的谷氨酸量均為0.11 g/100 g，比CK 提高了66.7%。脯氨酸作為重要的滲透調節物質，是抗旱重要物質，3 種抗旱物質處理的番茄葉片中脯氨酸量均得到顯著提高，分別比CK 提高了133.3%、133.3%和130%，噴施抗旱物質有效減少了干旱脅迫對葉片造成的損害。

2.3 化學抗旱物對番茄產量和品質影響

化學抗旱物對番茄產量和品質的影響如表2 所示。從表2 可以看出，2,4 表蕓苔素內酯的產量在各處理中最高，為502.66 g/株，顯著高于其他處理，比CK 增產18.5%，代謝型抗蒸騰劑的番茄產量為446.85 g/株，比CK 提高了22.8 g/株，但是沒有顯著差異。代謝型抗蒸騰劑和2,4 表蕓苔素內酯的可溶性總糖量分別為6.95%和7.21%，比CK 分別提高了10.5%和14.6%。果實內糖酸比量更能體現口感，3 個處理和CK 的糖酸比分別為10.20、12.00、10.90、11.30，代謝型抗蒸騰劑的糖酸比在各處理中最高，比CK 提高了6.2%。但是與CK 相比，番茄果實內還原型Vc 量均有所降低，3 個處理分別比CK 降低了11.6%、20.5%和20.5%。

表2 化學抗旱物對番茄產量和品質的影響 Table 2 Influence of the chemical drought resistance on yield and quality of tomato

3 討 論

本試驗表明，3 種抗旱物質處理后番茄植株莖粗都得到提高，吳少華等[25]研究表明，在草莓噴施油菜素內酯，草莓植株的葉片厚和莖粗均有所提高。2,4表蕓苔素內酯的SPAD 值整個生育期比CK 平均提高了4.7%，潘宏兵等[26]在芒果上噴施成膜型抗蒸騰劑，果樹葉片葉綠素量顯著提高。葉面噴施化學抗旱物可以減少了水分的蒸騰損失，不同程度上減緩了番茄的萎蔫情況，李大勇[27]試驗表明噴施450 mg/L 的黃腐酸，能刺激到番茄的生長，還能直接作用縮小氣孔開度。但是本試驗結果顯示，葉面噴施薄膜型抗蒸騰劑番茄生長后期葉片SPAD 值低于其他處理，可能是因為薄膜型抗蒸騰劑施用后在番茄葉片形成了一層薄膜，減少葉片水分蒸騰，但是也對葉片正常生長造成了一定影響。

逆境環境中植物為了保持正常生長，盡量減少受到影響，會提高保護酶活性，清除逆境產生的活性氧，同時植株體內積累大量脯氨酸，進行反滲透調節，提高抗旱能力[28]；作物在逆境條件下，植物細胞內的活性氧自由基的產生和清除平衡遭到破壞，造成膜脂過氧化，并形成丙二醛（MDA）[29]，會破壞膜結構的穩定性[30]，為了降低逆境脅迫產生的活性氧過量累積，植物可以形成超氧化物歧化酶（SOD）等物質，快速清除活性氧，提高抗逆能力。前人在花青菜、大豆等作物噴施油菜素內酯，作物的抗旱性均得到提高，脯氨酸積累量和抗氧化酶的活性有所增加[31-32]，本試驗結果表明丙二醛量都有降低，3 個處理均比CK 降低了9%，這可能是因為噴施化學抗旱物，緩解了干旱導致的膜脂過氧化程度，降低了細胞膜的MDA 釋放量[33-34]。但是只有2,4 表蕓苔素內酯處理的番果實內的SOD 量比CK 提高了0.7%，說明2,4 表蕓苔素內酯具有保護細胞膜穩定性的功能，可以減緩植株的干旱侵害，與前人研究結果一致[35]。3 個處理的番茄葉片內脯氨酸量分別比CK 提高了133.3%、133.3%和130%，噴施化學抗旱物可以促進滲透調節物質的積累，維持正常的細胞膨壓，增加植物抗脫水能力。化學抗旱物對于番茄葉片抗性生理的影響結果顯示，葉片噴施化學抗旱物降低了MDA 量，提高了脯氨酸量，但是保護酶活性沒有得到顯著提高，代謝型抗蒸騰劑和薄膜型抗蒸騰劑處理的番茄葉片SOD 活性有所降低，原因可能是干旱脅迫后期葉片萎蔫指數均在50%以上，番茄葉片抗氧化能力衰退加劇，嚴重影響了保護酶活性[36]。

前人對于抗旱物質對于果實品質的影響差異較大，韓偉偉等[37]認為成膜型抗蒸騰劑可以減少葡萄果實水分丟失，從而導致果實硬度降低緩慢，延遲果實糖積累。白潔潔等[38]研究表明，噴施適宜濃度的抗蒸騰劑，可以提高葡萄果實花色苷和還原糖量。本試驗表明，噴施成膜型抗蒸騰劑的番茄可溶性糖量有所降低，2,4 表蕓苔素內酯和代謝型抗蒸騰劑處理后番茄可溶性糖量提高了14.6%和10.5%。在逆境條件下，保證了植株光合作用所需的原料供應，增加了光合速率，促進了光合產物積累[39]。提高了果實糖度，但是薄膜型抗蒸騰劑對于番茄果實品質提升效果不顯著。但是本研究表明，化學抗旱物噴施處理后番茄果實內還原型Vc 量均有所下降，外源噴施抗旱物質沒有促進果實內Vc 合成。

4 結 論

1）葉面噴施2,4 表蕓苔素內酯和代謝性抗蒸騰劑，在干旱脅迫前期可以改善萎蔫狀況，促進番茄植株的生長，噴施2,4 表蕓苔素內酯的SPAD 值整個生育期比CK 平均提高了4.7%，T1、T2 和T3 處理的番茄莖粗，整個生育期平均比CK 提高了9.17%、10.73%、22.09%。

2）2,4 表蕓苔素內酯和代謝性抗蒸騰劑可以提高作物抗旱性，3 個處理的番茄葉片中丙二醛量均比CK降低了9%，脯氨酸量分別比CK 提高了133.3%、133.3%和130%。

3）2,4 表蕓苔素內酯和代謝型抗蒸騰劑分別比CK 增產18.5%和5.4%，番茄果實可溶性糖量提高了14.6%和10.5%。

4）2,4 表蕓苔素內酯和代謝型抗蒸騰劑對于提高番茄抗旱能力，增加果實糖量效果更佳，未來可以進行產品復配，優勢互補，充分發揮抗逆優勢。