岳煥芳,王克武,安順偉,胡瀟怡,孟范玉,王志平
(北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,北京 100029)
【研究意義】傳統(tǒng)種植模式不僅浪費(fèi)水肥資源還會(huì)增加作物發(fā)病率,大大降低品質(zhì),造成環(huán)境污染等問(wèn)題[1]。虧缺灌溉通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂乒喔人?,提供干旱逆境環(huán)境提高果實(shí)品質(zhì),成為近年的研究熱點(diǎn)[2]。但是虧缺灌溉會(huì)造成植株體內(nèi)含水率下降,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)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(chǎn)量損失[3],采取一定的外部措施,盡量減少作物體內(nèi)水分散失,降低水分脅迫影響,在提高品質(zhì)的同時(shí),產(chǎn)量達(dá)到最高,利用抗旱化學(xué)調(diào)控物質(zhì)降低植物蒸騰速率,減少水分散失,控制蒸騰,成為節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向[4]。【研究進(jìn)展】據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè),未來(lái)節(jié)水制劑年市場(chǎng)需求量可達(dá)到1.2 萬(wàn)~2.4萬(wàn)t[5],尋求可以促進(jìn)作物根系吸水,減少蒸騰強(qiáng)度的化學(xué)抗旱物質(zhì)研究眾多,楊興洪等[6]將其按照化學(xué)組成和生物活性分為4 大類:植物激素或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、無(wú)機(jī)化合物、小分子有機(jī)物和有機(jī)大分子。
目前應(yīng)用最多的主要包括抗蒸騰劑和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)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(guò)反射太陽(yáng)輻射能,減少葉片蒸騰作用,但是因?yàn)椴荒苓x擇性吸收和反射太陽(yáng)輻射,所以實(shí)際應(yīng)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(guò)影響植物體內(nèi)的酶活系統(tǒng)活性,影響作物的抗旱性[8],黃腐酸是應(yīng)用最為廣泛的代謝型抗蒸騰劑,通過(guò)提高細(xì)胞膜的滲透勢(shì)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(guò)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(yīng)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(shí)間或者偶發(fā)性干旱[15]。油菜素內(nèi)酯化合物是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、無(wú)毒的第六大植物激素,是植物對(duì)逆境反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)物質(zhì),被稱為“逆境緩和激素”[16],通過(guò)誘導(dǎo)干旱響應(yīng)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(zhì)量[18]。【切入點(diǎn)】目前,化學(xué)抗旱物質(zhì)的研究多集中在新物質(zhì)的研發(fā)、使用劑量和方法的篩選,較少涉及不同類型物質(zhì)之間的比較[19]。同時(shí),缺乏在設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)期的研究結(jié)果,對(duì)于不同抗旱物質(zhì)對(duì)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(guó)番茄常年產(chǎn)量在5 000萬(wàn)t 以上,占全國(guó)蔬菜總產(chǎn)量的7.1%[20]。對(duì)于高品質(zhì)和較好口感的番茄成為現(xiàn)在的栽培方向之一?!緮M解決關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)虧缺灌溉實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的調(diào)控目標(biāo),外源施用抗旱調(diào)控物質(zhì),在保證品質(zhì)的同時(shí),降低對(duì)產(chǎn)量的損失,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。
試驗(yàn)于2019 年4—7 月在北京市密云區(qū)平頭村塑料大棚內(nèi)進(jìn)行(N40°17′18.44″,E116°45′15.58″,海拔49 m)。屬于暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)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(qū)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(qū)平均氣溫為12.5 ℃,比常年偏高1.0 ℃。圖1 為番茄生長(zhǎng)期間用HOBO 氣象站連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)施內(nèi)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(duì)濕度變化范圍為28%~96%,日均光照強(qiáng)度變化范圍為1 588~29 332 lx。試驗(yàn)棚為鋼架結(jié)構(gòu)塑料冷棚,長(zhǎng)度、跨度和高度分別為50、8 和3.2 m。
圖1 設(shè)施內(nèi)氣象因子變化情況 Fig.1 Meteorological factors in the facility
試驗(yàn)所采用的化學(xué)抗旱物采購(gòu)自不同公司,代謝型抗蒸騰劑(FA 旱地龍,黃腐殖酸量≥30%)購(gòu)自新疆匯通旱地龍腐殖酸有限責(zé)任公司,薄膜型抗蒸騰劑(植物抗蒸騰劑)購(gòu)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(nèi)酯購(gòu)自河北禾潤(rùn)生物科技有限公司(有效成分量0.01%)。試驗(yàn)番茄品種為“京彩”,試驗(yàn)時(shí)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(gè)處理90 盆,設(shè)置3次重復(fù),采用商品混配基質(zhì)。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。
番茄苗期和花期正常管理,結(jié)果期第1 穗果核桃大小后采用虧缺灌溉,根據(jù)前人研究結(jié)果,番茄結(jié)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(jié)果期日均灌溉量為400 mL,結(jié)果期虧缺灌溉后,采用化學(xué)抗旱物質(zhì)進(jìn)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(nèi)酯,CK:噴施等量清水,噴施時(shí)間為晴天10:00 前或16:00 后,具體稀釋倍數(shù)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(shí)間和噴施質(zhì)量濃度 Table 1 Spraying time and concentration of each treatment
生長(zhǎng)指標(biāo):株高:第1 次處理后開始測(cè)量,采用軟尺由植株基部到番茄頂端生長(zhǎng)點(diǎn)的高度,每10 d測(cè)量1 次。莖粗:第1 次處理后開始測(cè)量,采用游標(biāo)卡尺測(cè)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(cè)量1 次,采用SPAD 便攜式葉綠素儀測(cè)定生長(zhǎng)點(diǎn)往下第4 位葉的葉綠素量。SPAD 葉綠素相對(duì)質(zhì)量濃度測(cè)量?jī)x的原理是,利用葉片在940 nm 和650 nm 波長(zhǎng)處的光透過(guò)率之比,實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定葉片葉綠素相對(duì)量[23]。
番茄產(chǎn)量和品質(zhì):采用單株測(cè)產(chǎn),設(shè)置3 次重復(fù);每個(gè)處理取樣,采用2,6-二氯靛酚(DCIP)滴定法測(cè)定番茄果實(shí)Vc 量,采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖量,采用滴定法測(cè)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(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所提供測(cè)試結(jié)果。
抗旱指標(biāo):記錄番茄植株的萎蔫指數(shù),將番茄萎蔫指數(shù)分為5 級(jí),0 級(jí)為無(wú)萎蔫;1 級(jí)為輕微萎蔫(植株30%葉片出現(xiàn)萎蔫);2 級(jí)為萎蔫(植株50%葉片萎蔫);3 級(jí)為明顯萎蔫(植株80%葉片萎蔫);4級(jí)為嚴(yán)重萎蔫(葉片黃化、褐化或大部分葉片死亡或脫落)。每個(gè)處理選取10 株調(diào)查萎蔫指數(shù),萎蔫指數(shù)(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(jí)萎蔫級(jí)別植株數(shù)量,N 為調(diào)查總植株數(shù)量[24];收獲后取葉片,采用GB 5009.124—2016 方法測(cè)定脯氨酸等16 種氨基酸,采用GB/T 5009.171—2003 測(cè)定SOD,采用GB 5009.181—2016 第二法測(cè)定MDA。
采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析,顯著性水平為P<0.05。
葉綠素量是監(jiān)測(cè)植物光合作用能力的一個(gè)重要指標(biāo),由圖2 可知,整個(gè)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(shì),T1 處理呈逐漸下降趨勢(shì),生長(zhǎng)后期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)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(shì),在生長(zhǎng)后期,2,4 表蕓苔素內(nèi)酯處理的葉片SPAD 值大于其他處理,7 月2 日測(cè)定結(jié)果顯示,2,4 表蕓苔素內(nèi)酯處理的番茄葉片SPAD 值比CK 提高了22.4%,2,4 表蕓苔素內(nèi)酯的SPAD 值整個(gè)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(xué)抗旱物對(duì)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(gè)生育期呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)CK 呈逐漸下降的趨勢(shì)。番茄生長(zhǎng)前期以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主,進(jìn)入結(jié)果期后營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)速度減緩,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要用于供給番茄果實(shí),長(zhǎng)勢(shì)減弱,植株莖粗變細(xì)。5 月23 日3 個(gè)處理的番茄莖粗與CK 沒(méi)有顯著差異,6 月13 日的3 個(gè)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(dá)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(gè)處理的莖粗在6 月都高于CK,整個(gè)生育期平均比CK 分別提高了9.17%、10.73%、22.09%。
圖2 化學(xué)抗旱物對(duì)番茄SPAD 值的影響 Fig.2 Influence of the chemical drought resistance on SPAD of tomato
圖3 化學(xué)抗旱物對(duì)番茄莖粗的影響 Fig.3 Influence of the chemical drought resistance on stem diameter of tomato
化學(xué)抗旱物對(duì)番茄萎蔫指數(shù)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(shì),表示抗旱物質(zhì)對(duì)于緩解干旱脅迫有一定的作用,但是在番茄生長(zhǎng)后期,持續(xù)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(shù)一直高于其他處理,6 月13 日3 個(gè)處理的番茄葉片萎蔫指數(shù)分別比CK 降低了36.8%、39.5%和44.8%。6 月20 日3 個(gè)處理的番茄葉片萎蔫指數(shù)分別比CK 降低了18.1%、36.4%和13.6%。進(jìn)入7 月,只有2,4 表蕓苔素內(nèi)酯的番茄植株萎蔫指數(shù)比CK 低9%,但是T3 處理和CK 間差異不顯著。
圖4 化學(xué)抗旱物對(duì)番茄萎蔫指數(shù)的影響 Fig.4 Influence of the chemical drought resistance on wilting index of tomato
化學(xué)抗旱物對(duì)番茄葉片內(nèi)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(gè)處理均比CK 降低了9%,噴施抗旱物質(zhì)均可以減少膜脂過(guò)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(nèi)酯處理的SOD 量為4.59 U/g,為4個(gè)處理中最高值,比CK提高了0.7%,2,4 表蕓苔素內(nèi)酯可以有效的提高逆境脅迫下的植物體內(nèi)酶活性,提高番茄的抗旱能力。
圖5 化學(xué)抗旱物對(duì)番茄葉片內(nèi)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(xué)抗旱物對(duì)番茄葉片內(nèi)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(xué)抗旱物對(duì)番茄葉片氨基酸量的影響見圖6。在逆境條件下,植物體內(nèi)的可溶性滲透物質(zhì)可以起到良好的滲透調(diào)節(jié)作用,T1、T2、T3 處理和CK 植物葉片內(nèi)16 種氨基酸總量分別為0.90、0.89、0.89、0.56 g/100 g,3 個(gè)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(nèi)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(diào)節(jié)物質(zhì),是抗旱重要物質(zhì),3 種抗旱物質(zhì)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(zhì)有效減少了干旱脅迫對(duì)葉片造成的損害。
化學(xué)抗旱物對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響如表2 所示。從表2 可以看出,2,4 表蕓苔素內(nèi)酯的產(chǎn)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(chǎn)18.5%,代謝型抗蒸騰劑的番茄產(chǎn)量為446.85 g/株,比CK 提高了22.8 g/株,但是沒(méi)有顯著差異。代謝型抗蒸騰劑和2,4 表蕓苔素內(nèi)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(shí)內(nèi)糖酸比量更能體現(xiàn)口感,3 個(gè)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(shí)內(nèi)還原型Vc 量均有所降低,3 個(gè)處理分別比CK 降低了11.6%、20.5%和20.5%。
表2 化學(xué)抗旱物對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 Table 2 Influence of the chemical drought resistance on yield and quality of tomato
本試驗(yàn)表明,3 種抗旱物質(zhì)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(nèi)酯,草莓植株的葉片厚和莖粗均有所提高。2,4表蕓苔素內(nèi)酯的SPAD 值整個(gè)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(xué)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(yàn)表明噴施450 mg/L 的黃腐酸,能刺激到番茄的生長(zhǎng),還能直接作用縮小氣孔開度。但是本試驗(yàn)結(jié)果顯示,葉面噴施薄膜型抗蒸騰劑番茄生長(zhǎng)后期葉片SPAD 值低于其他處理,可能是因?yàn)楸∧ば涂拐趄v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(duì)葉片正常生長(zhǎng)造成了一定影響。
逆境環(huán)境中植物為了保持正常生長(zhǎng),盡量減少受到影響,會(huì)提高保護(hù)酶活性,清除逆境產(chǎn)生的活性氧,同時(shí)植株體內(nèi)積累大量脯氨酸,進(jìn)行反滲透調(diào)節(jié),提高抗旱能力[28];作物在逆境條件下,植物細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基的產(chǎn)生和清除平衡遭到破壞,造成膜脂過(guò)氧化,并形成丙二醛(MDA)[29],會(huì)破壞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[30],為了降低逆境脅迫產(chǎn)生的活性氧過(guò)量累積,植物可以形成超氧化物歧化酶(SOD)等物質(zhì),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(nèi)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(yàn)結(jié)果表明丙二醛量都有降低,3 個(gè)處理均比CK 降低了9%,這可能是因?yàn)閲娛┗瘜W(xué)抗旱物,緩解了干旱導(dǎo)致的膜脂過(guò)氧化程度,降低了細(xì)胞膜的MDA 釋放量[33-34]。但是只有2,4 表蕓苔素內(nèi)酯處理的番果實(shí)內(nèi)的SOD 量比CK 提高了0.7%,說(shuō)明2,4 表蕓苔素內(nèi)酯具有保護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性的功能,可以減緩植株的干旱侵害,與前人研究結(jié)果一致[35]。3 個(gè)處理的番茄葉片內(nèi)脯氨酸量分別比CK 提高了133.3%、133.3%和130%,噴施化學(xué)抗旱物可以促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,維持正常的細(xì)胞膨壓,增加植物抗脫水能力?;瘜W(xué)抗旱物對(duì)于番茄葉片抗性生理的影響結(jié)果顯示,葉片噴施化學(xué)抗旱物降低了MDA 量,提高了脯氨酸量,但是保護(hù)酶活性沒(méi)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(shù)均在50%以上,番茄葉片抗氧化能力衰退加劇,嚴(yán)重影響了保護(hù)酶活性[36]。
前人對(duì)于抗旱物質(zhì)對(duì)于果實(shí)品質(zhì)的影響差異較大,韓偉偉等[37]認(rèn)為成膜型抗蒸騰劑可以減少葡萄果實(shí)水分丟失,從而導(dǎo)致果實(shí)硬度降低緩慢,延遲果實(shí)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(shí)花色苷和還原糖量。本試驗(yàn)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(nèi)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(yīng),增加了光合速率,促進(jìn)了光合產(chǎn)物積累[39]。提高了果實(shí)糖度,但是薄膜型抗蒸騰劑對(duì)于番茄果實(shí)品質(zhì)提升效果不顯著。但是本研究表明,化學(xué)抗旱物噴施處理后番茄果實(shí)內(nèi)還原型Vc 量均有所下降,外源噴施抗旱物質(zhì)沒(méi)有促進(jìn)果實(shí)內(nèi)Vc 合成。
1)葉面噴施2,4 表蕓苔素內(nèi)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(jìn)番茄植株的生長(zhǎng),噴施2,4 表蕓苔素內(nèi)酯的SPAD 值整個(gè)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(gè)生育期平均比CK 提高了9.17%、10.73%、22.09%。
2)2,4 表蕓苔素內(nèi)酯和代謝性抗蒸騰劑可以提高作物抗旱性,3 個(gè)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(nèi)酯和代謝型抗蒸騰劑分別比CK 增產(chǎn)18.5%和5.4%,番茄果實(shí)可溶性糖量提高了14.6%和10.5%。
4)2,4 表蕓苔素內(nèi)酯和代謝型抗蒸騰劑對(duì)于提高番茄抗旱能力,增加果實(shí)糖量效果更佳,未來(lái)可以進(jìn)行產(chǎn)品復(fù)配,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),充分發(fā)揮抗逆優(yōu)勢(shì)。