雾培对番茄根系生长及其营养吸收的影响

赵 旭，刘艳芝，王 静，李天来，孙周平

(1.济宁市农业技术推广站，山东 济宁 272019； 2.济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272009； 3.泗水县农业技术推广站，山东 济宁 273200； 4.沈阳农业大学 园艺学院，辽宁 沈阳 110866)

雾培对番茄根系生长及其营养吸收的影响

赵 旭1，刘艳芝2，王 静3，李天来4，孙周平4

(1.济宁市农业技术推广站，山东 济宁 272019； 2.济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272009； 3.泗水县农业技术推广站，山东 济宁 273200； 4.沈阳农业大学 园艺学院，辽宁 沈阳 110866)

以辽园多丽番茄为试材，采用气雾法栽培，以珍珠岩培为对照，研究雾培对番茄生长的影响。结果表明，雾培可显著改善番茄根际气体环境，其根际O2浓度比对照提高了14.7%，而根际CO2浓度仅为对照的1/10。雾培显著促进了番茄根系的生长及营养吸收，在定植后60 d时，雾培植株的根长、根体积、根系活力和根系硝酸还原酶活性分别比对照提高了66.0%、63.0%、34.9%和30.5%。雾培番茄根系、果实中N、P、K、Ca和Mg含量显著高于对照，其中根系中N、P、K、Ca和Mg含量分别是对照的1.8、1.5、1.4、1.4和1.2倍。上述结果表明，雾培主要通过显著改善根际气体环境，增加根际周围O2含量，降低CO2含量，促进番茄根系生长和营养吸收，增强植株营养向地上部分的转运，从而促进植株的生长和发育。

番茄； 雾培；根系生长；营养吸收

番茄是人们喜爱的重要蔬菜，是设施生产中的主要栽培种类。设施生产中常因条件所限，又因其效益高而连年种植，常发生严重的连作障碍，造成产量、品质的大幅度下降。同时由于番茄植株对根系低氧环境耐性较差，在栽培过程中由于灌溉不当等原因，造成土壤中CO2浓度过高而O2浓度过低，对番茄植株产生了一定的影响[1]。

气雾法栽培(简称雾培)作为一种无土栽培方式，目前已广泛应用于马铃薯、甜瓜、黄瓜、桃、番茄和豌豆等作物，是脱离基质与水，把植物的根系完全置于气雾环境下进行生长发育的一种新型栽培模式。已有研究证明，雾培马铃薯植株长势旺盛，其株高、茎粗、叶面积和块茎产量和数量等指标均明显高于液培和沙培[2]，但雾培如何优化植物根域环境的机理等有关问题还不清楚[3]。因此，本试验就雾培的根际气体环境以及对植株根系生理的影响加以研究，以期为设施番茄高产优质栽培提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试番茄(LycopersiconesculentumMill.)品种为辽园多丽。2014年2月2日穴盘基质育苗，3月27日定植于日光温室。本试验共设计了珍珠岩培(对照)、气雾法栽培2种栽培方式。

气雾法栽培装置主要由栽培槽、雾化喷头、水泵、定时器、电磁阀、输液管道和贮液桶等组成。其中栽培槽长1 500 cm，宽80 cm，高60 cm，栽培槽的底部和两边设置3 cm厚的苯板，其内部铺设两层PVC塑料膜(内层膜采用0.1 mm厚的大棚膜以防漏水，外层膜采用0.3 mm厚的黑色塑料膜遮光)。栽培槽顶部的苯板盖可以打开，其上铺设黑色塑料膜。在栽培槽内距顶部10 cm处安装进液管，在管的上部安装2个雾化喷头。

全生长期采用日本园式营养液配方，由水泵供给，通过定时器和电磁阀控制，每隔5 min喷液50 s，微喷头的流量在1 L·min-1。贮液桶为地下式，以利营养液的回流和循环利用，每3 d更换一次营养液。定期调整营养液的pH和EC，使其分别保持在6.5和1.8左右。

番茄植株定植到苯板孔中，株距、行距均为40 cm，种植3槽作为3次重复；双行定植，定植孔的空隙用岩棉填充。珍珠岩经过反复水洗至其pH为6.5，随后将其填入长10 m，宽60 cm，深20 cm的栽培槽中，槽内铺一层聚乙烯膜，珍珠岩与槽高持平，珍珠岩上铺两条滴灌带；槽与槽的间距为70 cm，种植3槽作为3次重复；双行定植，株距、行距同雾培，采用营养液滴灌，营养液配方同雾培。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 根际CO2和O2浓度测定

采用PCO2/10型手持式CO2分析仪和XP02318型数字式氧气浓度计于白天上午分别测定根际周围的CO2和O2浓度。雾培根际气体的测定是把测定仪器与插入雾培槽的气管直接相连，监测根际CO2和O2浓度。珍珠岩培测定部位同雾培。

1.2.2 植株根长和根体积的测定

在定植后0、15、30、45和60 d，用卷尺测量各处理植株的根长(茎基部至根尖)。在定植后0、15、30、45和60 d取样，分别将番茄苗从雾培槽中取出，用水洗净根系。珍珠岩培中的植株连同珍珠岩和根系完整取出，用水冲洗干净，用排水法测定根体积。

1.2.3 植株根系活力、硝酸还原酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量的测定

在定植后0、15、30、45和60 d，分别将番茄苗从雾培槽和珍珠岩中取出，用水洗净根系，根系活力采用TTC法测定，硝酸还原酶活性通过磺胺比色法测定，可溶性糖含量用蒽酮法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[4]。

1.2.4 植株激素含量的测定

在定植后60 d，分别从各处理中取根系5 g，液氮速冻，于超低温冰箱-80 ℃保存备用，用于根系内源激素含量的测定。

内源激素的提取、分离及纯化：样品放入预冷研钵中，分3次加30 mL 80%的冰冻甲醇研磨至匀浆，完全转入小烧杯中，黑暗条件下(0～4 ℃)冷藏14 h以上浸提。之后用漏斗滤纸过滤，清洗残渣，合并滤液，上清液转入冻干瓶中，减压蒸干至5 mL(真空冻干系统，型号MAXI dry Lyo)，然后用2 mL 80%甲醇冲洗，提取液中加入等量石油醚萃取脱色后再过C18小柱滤除色素，之后转入蒸发皿中蒸干，用1 mL甲醇溶解后，用0.45 μm滤膜过滤，冷冻待测定。

内源激素的HPLC测定：采用Waters高效液相色谱系统(包括高压输液泵、紫外检测器、自动进样器和系统控制工作站)测定，利用外标法定量。工作条件如下：色谱柱为C18反相柱(5.0 μm×250 mm，5 μm，Water公司生产)，C18 Sep-pak小柱(Classical Water公司生产)，波长为260 nm，流动相为V(甲醇)∶V(3%乙酸)=45∶55，流速1 mL·min-1，柱温35 ℃，进样量20 μL。激素标样均为Sigma公司生产的HPLC级试剂。另外，除甲醇为色谱纯，水为超纯水外，其他试剂均为分析纯。将配制的混合标样(含IAA、GA3、ZT、ABA)经过上述纯化分离过程测定回收率，以回收率对样品测定结果进行校正。通过标样计算样品中激素浓度，并计算单位质量鲜样中的含量。

1.2.5 植株根、叶和果实中N、P、K、Ca和Mg含量的测定

取定植后60 d植株根系、叶片和果实在105 ℃杀青15 min后，于70 ℃烘干，采用原子吸收分光光度法测定K、Ca、Mg含量[5]。N、P含量用流动分析仪(荷兰)测定。以上指标的测定均采用单株取样法，每槽取样1株，共3次重复。

2 结果与分析

2.1 珍珠岩培和雾培番茄根际CO2和O2浓度

从图1可以看出，在番茄整个生育期，雾培番茄根际CO2浓度为400～600 μL·L-1，约为珍珠岩培的1/10。雾培根际O2浓度保持在20%以上，珍珠岩培根际O2浓度显著低于雾培，仅为雾培的85.3%。这一结果说明，雾培显著地改善了根际气体环境，根际周围O2浓度增加，CO2浓度降低，使根际周围气体浓度接近大气环境，O2富足，雾培的这些特点可能会对植株的生长发育产生重要的影响。

2.2 珍珠岩培和雾培对植株根长和根体积的影响

如图2所示，雾培植株的根长在整个生育过程中始终大于珍珠岩培。同样，雾培植株的根体积也大于珍珠岩培，在定植后60 d时，雾培根体积比珍珠岩培提高了63.0%。由此说明，雾培可显著地促进植株根系的伸长生长以及根系体积的膨大。

图1 珍珠岩培和雾培番茄根际CO2和O2浓度变化Fig.1 CO2 and O2 concentration of tomato rhizosphere under perlite culture and aeroponic

图2 珍珠岩培和雾培对植株根长和根体积的影响Fig.2 Effects of perlite culture and aeroponic on root length and root volume

2.3 珍珠岩培和雾培对植株根系活力和根系硝酸还原酶活性的影响

由图3可知，珍珠岩培和雾培植株根系活力均呈现先上升而后缓慢下降的趋势，两者在定植后45 d均达到最大值，此时，雾培植株根系活力是珍珠岩的1.22倍。之后，根系活力开始下降，且雾培植株的下降幅度明显小于珍珠岩培。在整个植株生长发育阶段，雾培植株根系硝酸还原酶活性始终大于珍珠岩培，在定植后60 d，雾培根系硝酸还原酶活性比珍珠岩培提高了30.5%。

2.4 珍珠岩培和雾培对植株根系可溶性糖和可溶性蛋白的影响

由图4可知，雾培根系可溶性蛋白含量在整个生长发育过程中显著大于珍珠岩培。根系可溶性糖含量与可溶性蛋白含量正好相反，珍珠岩培始终大于雾培。可能由于雾培根系强大的呼吸作用，消耗了较多的呼吸底物，因此其可溶性糖含量低于珍珠岩培。

图3 珍珠岩培和雾培对植株根系活力和根系硝酸还原酶活性的影响Fig.3 Effects of perlite culture and aeroponic on root activity and nitrate reductase activity

图4 珍珠岩培和雾培对番茄根系可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of perlite culture and aeroponic on soluble protein and soluble sugar

2.5 珍珠岩培和雾培对植株根系激素含量的影响

由表1可以看出，雾培对根系中内源激素含量有明显的影响。雾培根系IAA、GA3和ZT含量显著提高，分别是珍珠岩培的1.2、2.5和1.2倍。而ABA的含量雾培显著低于珍珠岩培，仅为其69.8%。这说明雾培可以显著促进根系生长型内源激素水平的合成。

表1 珍珠岩培和雾培对植株根系激素含量的影响

Table 1 Effects of perlite culture and aeroponic on root hormone content in tomato

ng·g-1

同列不同行数据后没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

The values with different lowercase letters in the same column meant significant difference at the level of 0.05. The same as below.

2.6 珍珠岩培和雾培对植株根系营养吸收及转运的影响

如表2所示，雾培根系中N、P、K、Ca和Mg含量显著高于珍珠岩培，分别是其1.8、1.5、1.4、1.4和1.2倍。同时，雾培植株的叶片除Ca外，其他元素含量均显著高于珍珠岩培。果实中N、P、K、Ca和Mg含量与根系具有相似的规律，即雾培显著高于珍珠岩培。珍珠岩培果实中N、P、K、Ca和Mg含量分别比雾培减少了43.8%、25.3%、31.4%、32.0%和31.0%。

表2 雾培和珍珠岩培番茄植株根、叶和果实中N、P、K、Ca和Mg含量

Table 2 N， P， K， Ca and Mg content in tomato plants under aeroponic and perlite culture mg·g-1

3 讨论

已有研究表明，气雾培可以让植物处于一种最佳的根域状态下进行生长发育[6-7]，对于加快植物生长速度、缩短生育期、提高产量与生物量来说具有独特的技术优势[8-9]。本试验表明，雾培番茄的根长和根体积均显著大于珍珠岩培，说明雾培可以为植株根系生长提供很好的伸展空间。植株根系是吸收水肥的主要器官，又是物质同化或合成的器官，根系的生长发育水平直接影响整个植株的生命代谢活动[8，10]。从本试验雾培番茄根系生理指标看，雾培显著提高了根系活力、根系硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量以及根系IAA、GA3和ZT含量，说明雾培可显著增强植株根系的生理代谢水平，从而促进整个植株的生长发育。同时，雾培可以显著促进根系营养吸收和转运，从而提高果实的营养品质。综上可知，雾培主要通过改善根际通气状况，从而增强根系的代谢和营养吸收能力，同时，显著增强根系营养向地上部(如叶和果实)的转运，促进植株的生长发育。

[1] 程立巧，傅庆林，金怡，等. 不同基质对番茄根际微生物、酶活性及幼苗生长的影响[J]. 浙江农业学报， 2016， 28(6):973-978. CHENG L Q， FU Q L， JIN Y， et al. Influences of different substrates on tomato rhizospheric microbial communities， enzyme activities and seedling growth.[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016， 28(6):973-978. (in Chinese with English abstract)

[2] 孙周平，李天来，姚丽，等.雾培法根际CO2对马铃薯生长和光合作用的影响[J].园艺学报， 2004，31(1):59-63. SUN Z P， LI T L， YAO L， et al. Effects of CO2treatment of root zone on potato growth and photosynthesis by areoponics culture[J].ActaHorticulturaeSinica， 2004， 31(1): 59-63. (in Chinese with English abstract)

[3] 李胜利， 齐子杰， 王建辉，等. 根际通气环境对盆栽黄瓜生长的影响[J]. 河南农业大学学报， 2008， 42 (3) : 281-283. LI S L， QI Z J， WANG J H， et al. Effects of rhizosphere ventilation environment on potted cucumber growth[J].JournalofHenanAgriculturalUniversity， 2008， 42(3): 281-283. (in Chinese with English abstract)

[4] 郝建军， 刘延吉.植物生理学实验技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社， 2001.

[5] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京: 中国农业出版社， 2000.

[6] HE J， AUSTIN P T， LEE S K. Effects of elevated root zone CO2and air temperature on photosynthetic gas exchange， nitrate uptake， and total reduced nitrogen content in aeroponically grown lettuce plants[J].JournalofExperimentalBotany， 2010， 61(14):3959-3969.

[7] BORU G， VANTOAI T， ALVES J， et al. Responses of soybean to oxygen deficiency and elevated root-zone carbon dioxide concentration[J].AnnalsofBotany， 2003， 91(4): 447-453.

[8] CRAMER M D， RICHARDS M D. The effect of rhizosphere dissolved inorganic carbon on gas exchange characteristics and growth rates of tomato seedlings[J].JournalofExperimentalBotany， 1999， 50: 79-87.

[9] 马方放.平邑甜茶根系质膜ATPases活性的调控及其与根系营养吸收的关系研究[D]. 泰安：山东农业大学，2006. MA F F. Studies on plasma membrane ATPases’ regulation inMalushupehensis(Pamp) Rechd. roots and the regulationship between ATPases and root nutrition uptakes [D]. Tai’an: Shandong Agricultural University， 2006. (in Chinese with English abstract)

[10] 赵旭，李天来，孙周平，等. 长期根际低氧对雾培番茄植株叶片光合作用及果实产量和品质的影响[J]. 西北农业学报，2012，21(10): 113-116. ZHAO X， LI T L， SUN Z P， et al. Effects of long-term root hypoxia on aeroponic tomato photosynthesis， fruit yield and quality[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica， 2012， 21(10): 113-116. (in Chinese with English abstract)

(责任编辑 张 韵)

Effect of aeroponics on root growth and nutrient absorption in tomato

ZHAO Xu1， LIU Yanzhi2， WANG Jing3， LI Tianlai4， SUN Zhouping4

(1.JiningCenterforPopularizationofAgriculturalTechnique，Jining272019，China; 2.JiningAgriculturalScienceResearchInstitute，Jining272009，China; 3.SishuiAgriculturalTechnologyExtensionStation，Jining273200，China; 4.CollegeofHorticulture，ShenyangAgriculturalUniversity，Shenyang110866，China)

Tomato plants (LycopersiconesculentumL. cv. Liaoyuanduoli) were treated by aeroponical culture and perlite culture was used as the control. The results showed that the rhizosphere O2of aeroponic tomato was 14.7% higher while CO2concentration was only about 1/10 of the control plants. Aeroponics significantly promoted the root growth and nutrient absorption of tomato. The root length， root volume， root activity and nitrate reductase activity of tomato under aeroponical culture on 60 days after transplanting was increased by 66.0%， 63.0%， 34.9% and 30.5% than that of the control plants. The content of N， P， K， Ca and Mg in roots and fruits of aeroponic plants was significantly higher than that of the control plants， which were 1.8， 1.5， 1.4， 1.4， and 1.2 times of the control plants， respectively. The results indicated that the aeroponic culture significantly improved rhizosphere gas environment through increasing O2content and reducing CO2content. Aeroponic culture promoted the root growth and nutrient absorption at the same time， and then enhanced plant nutrition transferring to the ground part.

tomato; aeroponics; root growth; nutrition absorption

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.05.12

2016-12-22

济宁市科技发展计划项目

赵旭(1980—)，女，辽宁沈阳人，农艺师，博士,从事设施蔬菜栽培生理研究。E-mail: LDZDGC@163.com

S641.2

A

1004-1524(2017)05-0767-06

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(5): 767-772

赵旭，刘艳芝，王静，等.雾培对番茄根系生长及其营养吸收的影响[J]. 浙江农业学报，2017，29(5)： 767-772.