葉面噴施外源硅鐵對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

趙鑫，姚棋，張毅，侯雷平，邢國明，石玉

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院／山西省設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)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(shù)植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)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(fā)揮重要作用［2-6］。Si在細(xì)胞壁的沉積可以增強(qiáng)植物組織的機(jī)械強(qiáng)度，也可以延緩植物衰老。Si可以通過強(qiáng)化細(xì)胞壁、維持細(xì)胞內(nèi)部離子平衡、穩(wěn)定細(xì)胞及細(xì)胞器的正常結(jié)構(gòu)、清除活性氧自由基、促進(jìn)脅迫誘導(dǎo)物質(zhì)的合成、影響跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度以及滲透調(diào)節(jié)等作用，參與植物體內(nèi)許多生理代謝過程，增強(qiáng)植物的抗逆性［7，8］。Si緩解植物生物脅迫的機(jī)理可能是外源Si能誘發(fā)一系列針對病原菌的抗性反應(yīng)產(chǎn)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(zhì)-Si雙層結(jié)構(gòu)，阻礙了病原真菌的入侵，從而降低真菌侵染率和病情指數(shù)［9，10］。李煒?biāo)N等［11］研究發(fā)現(xiàn)，Si可促進(jìn)大蔥對氮、磷、鉀的吸收和植株生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。Si可促進(jìn)草莓的生長、單果重、果實(shí)直徑，改善果實(shí)硬度和著色，礦質(zhì)元素、蛋白和糖含量顯著增加，利于草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的提高［6］。翟江等［12］研究發(fā)現(xiàn)，Si可提高黃瓜葉片的Calvin循環(huán)關(guān)鍵酶活性與基因表達(dá)，增強(qiáng)光合碳同化能力，提高光化學(xué)效率，從而促進(jìn)植株生長，產(chǎn)量和品質(zhì)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(zhì)營養(yǎng)的吸收，促進(jìn)蔬菜、果樹、小麥和玉米等作物的生長，增強(qiáng)作物的抗逆性［13，14］。

鐵（Fe）是植物生長發(fā)育必需的微量元素之一，是許多細(xì)胞酶反應(yīng)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(nèi)參與光合作用、氧化還原反應(yīng)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(dāng)豐富，但在高pH值和鈣質(zhì)土壤中，通常以不溶性的氫氧化鐵形式存在，導(dǎo)致土壤中鐵的有效性低，作物極易缺鐵。缺鐵在世界范圍內(nèi)是一種非常重要的植物營養(yǎng)失調(diào)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上缺鐵已成為僅次于缺氮、缺磷而限制植物生長和產(chǎn)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(xiàn)缺鐵黃化癥，色素蛋白合成和葉綠素光合膜上復(fù)合物組裝受阻，復(fù)合物解聚，導(dǎo)致葉綠體片層減少，片層垛疊結(jié)構(gòu)消失，葉綠體變小甚至解體，從而導(dǎo)致植株生長緩慢、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降［17，19］。

研究表明，F(xiàn)e參與番茄幼苗葉片光合功能的調(diào)節(jié)，可以提高Cd脅迫下光合速率，增強(qiáng)對Cd的耐性，F(xiàn)e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(shí)營養(yǎng)品質(zhì)［21］；在苗期和薯塊膨大期分別葉面噴施鐵肥可以促進(jìn)馬鈴薯植株生長發(fā)育，增加單株塊莖重量和馬鈴薯產(chǎn)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(chǎn)量、千粒重，最終提高產(chǎn)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(dǎo)根系中絲氨酸、琥珀酸和延胡索酸的積累，降低木質(zhì)部中鋁的轉(zhuǎn)運(yùn)，緩解鋁毒對黃瓜的傷害。說明硅、鐵可能存在互作效應(yīng)。盡管已經(jīng)明確硅鐵可參與調(diào)控植物的生理代謝，但關(guān)于硅與鐵的互作效應(yīng)及其生理機(jī)制還不清楚，硅鐵互作對提高番茄品質(zhì)的影響研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)研究硅、鐵單施和配施對日光溫室番茄品質(zhì)的影響，以期為硅、鐵肥的合理施用及日光溫室番茄高品質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019年3—9月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站2號日光溫室及園藝學(xué)院設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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F(xiàn)e≥13%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)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(qū)面積為10 m2，重復(fù)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(shí)，起壟栽培，日光溫室內(nèi)南北向起壟，壟面覆蓋塑料膜，兩邊各設(shè)1行保護(hù)行。定植后立刻澆水，以后3～5 d澆一次水。待一穗花開時(shí)，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(shí)結(jié)束。取第3穗果，測定果實(shí)單果重及縱橫徑等指標(biāo)，計(jì)算果形指數(shù)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

取第3穗果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)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(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2016軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅鐵肥對番茄單果重和果形指數(shù)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(shù)與對照差異均不顯著?？梢姡~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(shù)的影響

2.2 硅鐵肥對番茄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.2.1 對果實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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%?？梢?，葉面噴施硅鐵肥的T3處理對番茄果實(shí)品質(zhì)各指標(biāo)的效果最佳。

表1 硅鐵肥對番茄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.3 硅鐵肥對番茄果實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)類黃酮含量的影響

圖3 硅（Si）和鐵（Fe）對番茄果實(shí)總酚含量的影響

2.4 硅鐵肥對番茄果實(shí)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(shí)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(shí)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(zhì)成為改善作物品質(zhì)的有效途徑。大量研究表明，Si不僅能夠促進(jìn)作物的生長發(fā)育，同時(shí)可通過改善植株對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，提升作物品質(zhì)［14］。Fe作為葉綠素合成的必需元素，是作物體內(nèi)多種酶的重要組分和活化劑，參與植物體內(nèi)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(zhì)能量的轉(zhuǎn)換，科學(xué)合理地補(bǔ)充鐵肥是緩解植物鐵元素不足造成的作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低的重要途徑［31］。本研究結(jié)果顯示，Si、Fe和Si+Fe均可不同程度地提高番茄果實(shí)形態(tài)指標(biāo)及其品質(zhì)，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(xié)同效應(yīng)。

果實(shí)重是衡量番茄果實(shí)生物量積累的重要指標(biāo)，果形指數(shù)被廣泛應(yīng)用于衡量番茄果實(shí)生長狀況。本試驗(yàn)結(jié)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(jìn)番茄果實(shí)的生長及可溶性固形物的積累。這與前人研究結(jié)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(jié)果相似。其原因主要是因?yàn)槿~面鐵肥滲透吸收機(jī)制較為復(fù)雜，不僅取決于植物葉片內(nèi)部代謝系統(tǒng)，還與外界光照、溫度、風(fēng)速環(huán)境有很大關(guān)系，光照過強(qiáng)、溫度過高或過低、風(fēng)速過大均會(huì)降低葉片對養(yǎng)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?yàn)槿~面噴施螯合鐵肥濃度過高易導(dǎo)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(shí)硬度有所增加，利于提高番茄的耐儲(chǔ)運(yùn)能力。因?yàn)楣杩梢猿练e在表皮細(xì)胞，形成硅化細(xì)胞和角質(zhì)雙硅層結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)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(shí)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(jià)蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，一般其含量越高，番茄口感越好，品質(zhì)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(chǎn)量與品質(zhì)；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(zhì)［37］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Si、Fe和Si+Fe處理番茄果實(shí)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(gòu)成番茄果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)與風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)，具有抗氧化功能，可延緩衰老和預(yù)防癌癥［38，39］。大量研究表明通過外源物質(zhì)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(fā)現(xiàn)，適宜濃度的24-表油菜素內(nèi)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(shí)的品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵肥和硅鐵配施均可促進(jìn)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(shí)成熟的環(huán)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(jìn)果實(shí)生長和成熟，果實(shí)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(shí)中的類黃酮和總酚是存在于植物體內(nèi)的一類重要抗氧化物質(zhì)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)是評價(jià)果實(shí)及蔬菜品質(zhì)以及新鮮程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)［43］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，葉面噴施不同濃度的Si、Fe及Si+Fe肥，番茄果實(shí)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(jié)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(jìn)番茄果實(shí)類黃酮和總酚物質(zhì)的積累，改善果實(shí)品質(zhì)。

袁麗萍等［46］研究指出，游離氨基酸是蛋白質(zhì)合成的前體，Si促使植株吸收的氮素多以蛋白質(zhì)、糖類等營養(yǎng)物質(zhì)在果實(shí)內(nèi)積累；Fe可以提高馬鈴薯及毛苕子的可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量［47，48］。本研究結(jié)果表明，Si、Fe和Si+Fe處理番茄果實(shí)的蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量均升高，且硅鐵配施有一定的協(xié)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(shí)蛋白質(zhì)和氨基酸含量方面的機(jī)制不同。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，增施Si、Fe和Si+Fe肥在改善番茄果實(shí)品質(zhì)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(shí)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。