海藻酸鈉寡糖和赤霉素復配劑對亞低溫脅迫后設施番茄生長發(fā)育的影響

王建霞，李昕，范楷，白龍強，張毅，胡曉輝，石玉，溫祥珍，李亞靈

(1. 山西農業(yè)大學園藝學院/山西省設施蔬菜提質增效協(xié)同創(chuàng)新中心，山西 太谷 030801；2. 西北農林科技大學園藝學院，陜西 楊凌 712100)

番茄是我國設施栽培的主要蔬菜種類之一，生長發(fā)育的最適溫度為20 ～30℃，對低溫反應敏感[1]。 日光溫室是我國北方地區(qū)冬春季蔬菜生產(chǎn)的主要園藝設施，依靠吸收和積蓄太陽能來維持和提高設施內溫度，較少加溫[2]，在番茄栽培過程中容易形成亞低溫(15 ～18℃/10 ～12℃)逆境[3，4]。 亞低溫條件下，番茄光合速率下降、葉面積擴展減緩、生長停滯、花期推遲、產(chǎn)量和品質降低[3，5，6]。

赤霉素(GA)能夠促進細胞分裂與伸長，是調控植物生長發(fā)育的重要激素之一，在促進作物種子萌發(fā)、植株根莖葉生長，調控養(yǎng)分吸收，縮短生長周期，提高果實產(chǎn)量與品質等方面發(fā)揮重要作用[7]，并且可有效緩解低溫和亞低溫等非生物脅迫對植物生長的抑制[8-10]。 海藻酸鈉寡糖(AOS)是海藻酸鈉經(jīng)過酶解獲得的分子量低、水溶性好的一種寡糖，可由海藻中提取，具有可自然降解、不污染環(huán)境和無殘留等優(yōu)點[11]，由于可促進作物對礦質元素的吸收，在肥料增效助劑領域具有廣闊的應用前景[12-15]。 另外，AOS 也可以促進作物種子萌發(fā)，通過提高葉片光合速率等調控植株生長發(fā)育，以及增強植株抵抗低溫、干旱等非生物脅迫的能力[11，16-22]，并且連續(xù)施用多次的效果更優(yōu)[11]。 但前人研究都集中于使用單一的GA 或AOS，而混合使用生長調節(jié)物質往往會產(chǎn)生一定的疊加作用和協(xié)同效應，調控效果更優(yōu)[9，10，22，23]。

本試驗在前期工作的基礎上，研究了日光溫室栽培條件下葉面噴施AOS 和GA3復配劑對經(jīng)歷亞低溫逆境后的番茄生長、養(yǎng)分吸收、光合作用、產(chǎn)量和品質的影響，以期為促進設施番茄優(yōu)質高產(chǎn)栽培提供參考，也為擴大AOS 的應用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年2—8月在山西農業(yè)大學園藝站日光溫室中進行。 番茄品種為‘中雜9 號’，種子購自中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所。 2月15日選取大小均勻且飽滿的番茄種子，清洗干凈后進行消毒、浸種、催芽，種子露白后將其播入72 孔穴盤中，育苗基質中草炭和蛭石比為2∶1。 當幼苗長至三葉一心時，于3月15 日選取長勢一致的幼苗定植于6.5 m 長、1.0 m 寬的栽培畦中，株距為35 cm。 植株長至第5 花序坐果后打頂。

1.2 試驗處理與方法

定植20 d 后，番茄幼苗于4月5 日(晝溫17℃、夜溫7℃)、4月13 日(晝溫18℃、夜溫6℃)、4月21 日(晝溫17℃、夜溫13℃)和4月27日(晝溫25℃、夜溫10℃)經(jīng)歷4 次亞低溫，于溫度回升階段，即分別于4月8 日(晝溫20℃、夜溫11℃)、4月15 日(晝溫25℃、夜溫10℃)、4月22日(晝溫23℃、夜溫14℃)和4月29 日(晝溫27℃、夜溫13℃)進行AOS 和GA3復配劑處理。AOS ＋GA3復配劑由30 mg/L AOS 和3.5 mg/L GA3復配而成，每次用量為每666.7m2葉面噴施30 L。 以噴施清水為對照(CK)，共噴施處理4 次，每處理3 次重復。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標 5月4 日用皮尺測量莖基部到生長點的長度記為株高，用游標卡尺測量番茄植株第1 片真葉下的粗度記為莖粗。 用手持式活體葉面儀測量番茄植株從上往下數(shù)完全展開的第4片真葉的葉面積。 8月2 日將番茄植株分為根、莖、葉三部分，用蒸餾水沖洗干凈并擦干，分別稱量各部分鮮重，然后105℃殺青30 min 后80℃烘干至恒重，稱量各部分干重。

1.3.2 生理指標 5月19 日上午9∶30，用Li-6400 便攜式光合儀(Li-Cor Inc，USA)測定番茄第3 片完全展開的功能葉的光合參數(shù)，讀取凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)等指標，并計算氣孔限制值(Ls)和水分利用率(WUE)，其中流速設置為500 μmol/s，空氣相對濕度設置為50%，CO2濃度為400 μmol/mol。 葉片葉綠素含量用乙醇直接浸提，然后用紫外分光光度計測定。

1.3.3 營養(yǎng)元素含量 用凱氏定氮法測定根莖葉全氮含量；樣品用H2SO4-H2O2消煮后，用鉬銻抗比色法測定全磷含量，用火焰原子吸收分光光度法測定全鉀、全鈣和全鎂含量。

1.3.4 番茄產(chǎn)量 每穗果成熟后測產(chǎn)，累加后作為整個生育期的總產(chǎn)量。

1.3.5 品質指標 在番茄果實成熟期，選擇發(fā)育狀況一致的第2 穗果進行品質指標測定:采用手持式折光儀測定可溶性固形物含量，采用蒽酮法測定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍G-250 法測定可溶性蛋白含量，采用鉬藍比色法測定維生素C 含量，采用水楊酸比色法測定硝態(tài)氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2010、GraphPad Prism 8軟件進行數(shù)據(jù)整理及作圖，使用SPSS 25 進行統(tǒng)計分析，采用Duncan’s 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 AOS＋GA3復配劑對番茄生長指標的影響

2.1.1 對番茄株高、莖粗的影響 AOS＋GA3復配劑處理對番茄地上部生長有明顯促進作用(圖1)，定植25 d 后與對照相比，AOS＋GA3復配劑處理的番茄株高增加18.53%，莖粗沒有顯著變化(表1)。

表1 AOS＋GA3復配劑對定植25 d 的番茄株高、莖粗的影響

圖1 AOS＋GA3復配劑對番茄地上部生長的影響

2.1.2 對番茄葉面積的影響 植物的光合作用和蒸騰作用主要在葉片中進行[24]，作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質都會受葉面積的影響[25]。 圖2 為定植40 d 后番茄從上往下數(shù)完全展開的第4 片葉的生長情況，可以看出噴施AOS＋GA3復配劑顯著促進了番茄葉片的生長，與對照相比，葉面積增加46.54%，差異顯著。

圖2 AOS＋GA3復配劑對番茄第4 片復葉(A)與小葉(B)生長和第4 片復葉葉面積(C)的影響

2.1.3 對番茄植株干鮮重的影響 如表2 所示，與CK 相比，噴施AOS＋GA3復配劑后的番茄植株地上部鮮重增加7.74%，干重增加14.82%，全株鮮重和干重分別增加8.23%和15.00%，差異顯著；根系鮮重增加28.54%，干重增加19.72%，差異不顯著。 表明經(jīng)歷亞低溫逆境后外源噴施AOS＋GA3復配劑可以促進番茄植株地上和地下部生長。

表2 AOS＋GA3復配劑對番茄植株干重和鮮重的影響 (g/株)

2.2 AOS＋GA3復配劑對番茄植株體內營養(yǎng)元素含量的影響

如表3 所示，番茄植株葉片的全氮含量最高，且與CK 相比顯著升高14.97%；根和莖的全氮含量相近，均與CK 無顯著差異。 全磷含量也以葉中最高，莖中次之，根中最低；與對照相比，噴施AOS＋GA3復配劑后根、莖和葉中全磷含量分別升高28.80%、26.89%和14.13%，差異顯著。 番茄植株各部位含量最高的元素為全鉀，但AOS＋GA3復配劑處理與否對各器官中全鉀含量無顯著影響。AOS＋GA3復配劑處理后葉和莖中全鈣含量分別比對照升高14.29%和21.05%，但根中顯著降低。除莖中全鎂含量顯著降低外，AOS＋GA3復配劑處理對葉和根中的全鎂含量基本無影響。

表3 AOS＋GA3復配劑對番茄植株各部位營養(yǎng)元素含量的影響 (mg/g)

AOS＋GA3復配劑處理提高了番茄整株的全氮、全磷、全鉀、全鈣和全鎂吸收量，與對照相比，分別升高30.26%、35.35%、11.05%、32.12%和9.01%，其中全氮、全磷、全鈣達到差異顯著水平(表4)。

表4 AOS＋GA3復配劑對番茄全株營養(yǎng)元素吸收量的影響 (mg/株)

2.3 AOS＋GA3復配劑對番茄葉片葉綠素含量及光合指標的影響

2.3.1 對葉綠素含量的影響 如表5 所示，AOS＋GA3復配劑處理后番茄葉片中葉綠素含量變化較小，與對照相比，僅葉綠素a 和類胡蘿卜素含量有小幅升高，但均未達到顯著水平；葉綠素a/b 值升高，差異顯著。 表明噴施AOS＋GA3復配劑對番茄葉片葉綠素含量未產(chǎn)生不利影響。

表5 AOS＋GA3復配劑對番茄葉片葉綠素含量的影響

2.3.2 對番茄葉片光合參數(shù)的影響 由表6 可以看出，與對照相比，AOS＋GA3復配劑處理后番茄葉片凈光合速率和蒸騰速率分別增加20.47%、13.27%，差異顯著；胞間CO2濃度顯著降低10.66%；對番茄葉片氣孔導度、氣孔限制值和水分利用率影響不顯著。

表6 AOS＋GA3復配劑對番茄葉片光合指標的影響

2.4 AOS＋GA3復配劑對番茄果實產(chǎn)量和品質的影響

2.4.1 對產(chǎn)量的影響 由表7 可以看出，噴施AOS＋GA3復配劑可以顯著增加番茄果實的平均單果重和單株產(chǎn)量，與對照相比分別增加16.25%和15.59%；但對單株結果數(shù)影響不顯著。 表明AOS＋GA3復配劑通過增加單果重提高番茄果實產(chǎn)量。

表7 AOS＋GA3復配劑對番茄產(chǎn)量的影響

2.4.2 對品質的影響 表8 結果表明，AOS＋GA3復配劑處理的番茄果實品質顯著提高，與對照相比，可溶性固形物含量增加8.85%，維生素C 含量升高23.77%，可溶性糖含量增加10.50%，可溶性蛋白含量增加10.00%，差異均達到顯著水平；而硝酸鹽含量略有降低，差異不顯著。

表8 AOS＋GA3復配劑對番茄果實品質的影響

3 討論

植物的生長發(fā)育受外界環(huán)境和內部激素等多方面因素的影響。 低溫逆境影響番茄株高、葉面積及生物量的增加，影響程度取決于品種耐低溫的能力[3，5]；而激素對植物體生長發(fā)育的調節(jié)是多種激素協(xié)調作用的結果。 前人研究發(fā)現(xiàn)，低溫導致番茄葉片中GA、IAA 和ZR 等多種內源激素的水平降低[6]。 單獨噴施AOS[11，18]或GA[9，10]均能顯著促進作物生長，增加莖長度和葉面積。 將GA 與生長素類物質配合施用對煙草和萵苣葉面積的影響更明顯，植株長勢也較單獨噴施GA 的更為健壯[9，10]。 張運紅等[26]研究表明AOS 對水稻生長和Cd 脅迫抗性的調控作用是由生長素信號介導的。 Yang 等[27]研究也發(fā)現(xiàn)，AOS 可以誘導大麥幼苗ARF 基因家族的HvARF3、HvARF17等發(fā)育相關基因的表達，加速生長素的極性運輸，從而促進根尖分生區(qū)細胞分裂、伸長區(qū)細胞伸長，加快幼苗生長。 本試驗結果顯示，外施AOS＋GA3復配劑能顯著促進番茄地上部生長和葉面積增加，推測其可能是通過調節(jié)內源GA 和生長素的協(xié)同作用實現(xiàn)的。

礦質元素參與植物的各種生理代謝過程，植物的生命活動離不開對礦質元素的吸收[28]。 亞低溫條件下番茄吸收能力減弱，體內N、P、K 等元素的含量顯著降低[2，29]。 外源GA3能增強黃瓜的養(yǎng)分吸收能力，提高黃瓜組織中礦質元素含量，緩解逆境対黃瓜生長產(chǎn)生的不利影響[30]。 海藻酸鈉及其寡糖可顯著促進菜薹對N、P、Ca、Mg 和B等元素的吸收[15]。 本試驗中，噴施AOS＋GA3復配劑顯著增加番茄植株根、莖、葉中的全磷含量及莖、葉中的全鈣含量，全氮含量在葉中增加顯著，且由于外施AOS＋GA3復配劑顯著提高了各器官的干物質量，故提高了全株對N、P、K、Ca、Mg 的總吸收量。

根系生理活性和養(yǎng)分吸收速率是影響植株養(yǎng)分吸收的重要因素。 前期研究發(fā)現(xiàn)，外源調節(jié)物質由于刺激了植物生長，加速了生理代謝過程，增加了對養(yǎng)分的需求，因而在短期內可提高根系的養(yǎng)分吸收速率[31]。 另一方面，作物根系總吸收面積和活躍吸收面積等與作物養(yǎng)分高效利用呈正相關。 張運紅等[15]認為AOS 對菜薹養(yǎng)分吸收的促進，可能與其顯著增加根長、根尖數(shù)、根體積、根生物量和根系總吸收面積有關。 海藻提取物可促進植物側根發(fā)生，但對主根伸長有明顯抑制[32]。 外源GA 雖然降低了玉米的側根密度，但顯著促進根系的伸長生長[33]。 因而，本試驗中番茄體內礦質養(yǎng)分吸收的增加可能是AOS 與GA3協(xié)同作用調節(jié)了根系生理活性和根系吸收面積的結果。

光合作用是作物產(chǎn)量和品質形成的基礎。 低溫逆境使得番茄葉片的葉綠素含量、氣孔導度、胞間CO2濃度、碳同化活性和凈光合速率下降，且下降程度取決于品種和低溫處理強度[3，5，6]。 在黃瓜、大豆和小黑麥等作物中的研究表明，噴施GA可以使葉片維持較高的光合效率[30，34，35]，其作用機制包括增加葉綠素含量、提高PSⅡ開放程度、增強電子傳遞活性、減少光能熱耗散、提高暗反應中RuBPCase 的合成和活性等[34，36]。 在煙草、小麥和花生等作物上噴施AOS 也促進了葉片的光合作用[11，18，22]，深入研究發(fā)現(xiàn)，噴施AOS 能增加葉綠素含量，改善葉綠體類囊體膜的結構功能，促進光能的捕獲及轉化，提高光能利用率，并改變碳代謝過程，促進碳的同化[11，19，37]。 在本試驗中，AOS＋GA3復配劑對番茄葉片氣孔導度、氣孔限制值和葉綠素含量未產(chǎn)生顯著影響，但顯著升高凈光合速率，顯著降低胞間CO2濃度，這可能是由于AOS 和GA3單獨或協(xié)同增強了番茄葉片的碳同化能力。

4 結論

在經(jīng)歷亞低溫逆境后噴施AOS＋GA3復配劑可快速恢復番茄根系和地上部生長，增加葉面積，增強養(yǎng)分吸收和光合作用，促進有機物的積累，進而提高番茄果實的產(chǎn)量和品質。