叶面喷施外源硅铁对番茄果实品质的影响

赵鑫，姚棋，张毅，侯雷平，邢国明，石玉

（山西农业大学园艺学院／山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心，山西 太谷 030801）

硅（Si）在地壳中的含量仅次于氧［1］。虽然目前不能证明Si是大多数植物生长发育的必需营养元素，但近年来研究表明，Si对植物有益，尤其在提高对生物与非生物胁迫抗性等方面发挥重要作用［2-6］。Si在细胞壁的沉积可以增强植物组织的机械强度，也可以延缓植物衰老。Si可以通过强化细胞壁、维持细胞内部离子平衡、稳定细胞及细胞器的正常结构、清除活性氧自由基、促进胁迫诱导物质的合成、影响跨膜质子电化学梯度以及渗透调节等作用，参与植物体内许多生理代谢过程，增强植物的抗逆性［7，8］。Si缓解植物生物胁迫的机理可能是外源Si能诱发一系列针对病原菌的抗性反应产生，即生理生化途径；另一方面可能是Si处理有助于形成角质-Si双层结构，阻碍了病原真菌的入侵，从而降低真菌侵染率和病情指数［9，10］。李炜蔷等［11］研究发现，Si可促进大葱对氮、磷、钾的吸收和植株生长，提高产量和品质。Si可促进草莓的生长、单果重、果实直径，改善果实硬度和着色，矿质元素、蛋白和糖含量显著增加，利于草莓产量和品质的提高［6］。翟江等［12］研究发现，Si可提高黄瓜叶片的Calvin循环关键酶活性与基因表达，增强光合碳同化能力，提高光化学效率，从而促进植株生长，产量和品质显著提高。大量研究表明，Si作为植物健康生长的有益元素，可以改善植株对矿质营养的吸收，促进蔬菜、果树、小麦和玉米等作物的生长，增强作物的抗逆性［13，14］。

铁（Fe）是植物生长发育必需的微量元素之一，是许多细胞酶反应如光合作用、线粒体呼吸、激素合成和固氮作用的必要辅助因子，在植物体内参与光合作用、氧化还原反应和电子传递以及呼吸作用等多种生理生化过程［15，16］。尽管Fe在地壳中的含量相当丰富，但在高pH值和钙质土壤中，通常以不溶性的氢氧化铁形式存在，导致土壤中铁的有效性低，作物极易缺铁。缺铁在世界范围内是一种非常重要的植物营养失调，在农业生产上缺铁已成为仅次于缺氮、缺磷而限制植物生长和产量的第三大限制因子［15，17，18］。植物缺铁后，色素合成减少，出现缺铁黄化症，色素蛋白合成和叶绿素光合膜上复合物组装受阻，复合物解聚，导致叶绿体片层减少，片层垛叠结构消失，叶绿体变小甚至解体，从而导致植株生长缓慢、果实产量和品质下降［17，19］。

研究表明，Fe参与番茄幼苗叶片光合功能的调节，可以提高Cd胁迫下光合速率，增强对Cd的耐性，Fe可抑制Cd胁迫下番茄叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的降解，减轻光抑制损伤，显著提高净光合速率［20］；叶面喷施螯合铁显著增加草莓的可溶性糖、维生素C及可溶性固形物等的含量，改善果实营养品质［21］；在苗期和薯块膨大期分别叶面喷施铁肥可以促进马铃薯植株生长发育，增加单株块茎重量和马铃薯产量，提高商品薯率［22］；喷施铁肥能提高小麦灌浆期的叶片干重、茎鞘干重和穗重，提高小麦的籽粒产量、千粒重，最终提高产量［23，24］。Bityutskii等［25］研究显示，硅和铁处理可使黄瓜生物量增加，叶绿素含量增加，诱导根系中丝氨酸、琥珀酸和延胡索酸的积累，降低木质部中铝的转运，缓解铝毒对黄瓜的伤害。说明硅、铁可能存在互作效应。尽管已经明确硅铁可参与调控植物的生理代谢，但关于硅与铁的互作效应及其生理机制还不清楚，硅铁互作对提高番茄品质的影响研究尚未见报道。本试验研究硅、铁单施和配施对日光温室番茄品质的影响，以期为硅、铁肥的合理施用及日光温室番茄高品质产品生产提供技术指导。

1 材料与方法

试验于2019年3—9月在山西农业大学园艺站2号日光温室及园艺学院设施蔬菜提质增效协同创新中心实验室进行。

1.1 供试材料

供试番茄品种为‘鑫研夏宝’。供试硅肥为K2SiO3（含Si47%～51%），铁肥为EDTA-FeNa（含Fe≥13%）。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，共设6个处理，分别为T0：CK，喷施蒸馏水；T1：喷施1.5 mmol／L K2SiO3；T2：喷施100μmol／L EDTA-FeNa；T3：喷施1.5 mmol／L K2SiO3+100μmol／L EDTA-Fe-Na；T4：喷施200μmol／L EDTA-FeNa；T5：喷施1.5 mmol／L K2SiO3+200μmol／L EDTA-FeNa。小区面积为10 m2，重复3次。

选取饱满番茄种子，温汤浸种催芽后播于穴盘中。待幼苗长至三叶一心时，起垄栽培，日光温室内南北向起垄，垄面覆盖塑料膜，两边各设1行保护行。定植后立刻浇水，以后3～5 d浇一次水。待一穗花开时，叶面喷施不同浓度的硅肥和铁肥，每7 d喷施一次，直至五穗花开时结束。取第3穗果，测定果实单果重及纵横径等指标，计算果形指数。

1.3 测定项目与方法

取第3穗果实进行品质指标测定。维生素C和可溶性糖含量分别采用2，6-二氯靛酚比色法［26］、硫酸-蒽酮比色法［27］测定；石油醚提取比色法［28］测定番茄红素含量；类黄酮和总酚含量采用盐酸甲醇比色法［29］测定；游离氨基酸总量采用水合茚三酮法［30］测定。将烘干称重后的样品粉碎，用H2SO4和H2O2消煮［19］，原子吸收分光度法测定Fe、Zn元素含量。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2016软件统计分析数据及作图。

2 结果与分析

2.1 硅铁肥对番茄单果重和果形指数的影响

由图1可以看出，T3处理的单果重最大，为259.77 g，比对照提高39.73%，T1、T5处理次之，均显著大于对照，T4、T2与对照差异不显著。各施肥处理的果形指数与对照差异均不显著。可见，叶面喷施硅铁肥的T3处理对番茄单果重影响最大。

图1 硅铁肥对番茄单果重和果形指数的影响

2.2 硅铁肥对番茄果实品质指标的影响

2.2.1 对果实硬度和可溶性固形物含量的影响 由表1可以看出，T3处理的果实硬度显著增加，其余处理与对照无显著差异。T2、T3和T5处理显著提高番茄果实的可溶性固形物含量，与对照相比分别提高31.02%、34.32%和27.72%，以T3处理最佳。

2.2.2 对可溶性蛋白含量的影响 由表1可以看出，叶面喷施硅铁肥均不同程度地增加番茄果实可溶性蛋白含量，增幅为5.00% ～40.00%，其中T3处理最高，比对照增加40.00%；其次为T2和T5处理，分别比对照增加23.33%和21.67%；T1和T4处理与对照差异不显著。

2.2.3 对可溶性糖含量的影响 由表1可以看出，叶面喷施硅铁肥均显著增加番茄果实的可溶性糖含量。其中T3处理最高，比对照增加53.07%；其次为T2和T5处理，分别比对照增加42.24%和36.46%；T1和T4处理均比对照增加16.97%。

2.2.4 对番茄果实维生素C含量的影响 由表1可以看出，叶面喷施硅铁肥均显著增加番茄果实中维生素C含量。其中T3处理最高，比对照增加90.91%；其次为T2和T5处理，分别比对照增加50.44%和30.27%；T1和T4处理比对照增加24.28%和28.27%。

2.2.5 对番茄红素含量的影响 由表1可以看出，叶面喷施硅铁肥均增加果实番茄红素含量。其中T3处理最高，比对照显著增加75.90%；其次为T2处理，比对照增加38.62%；T4和T5处理较对照分别提高16.57%和18.67%；T1处理对番茄红素含量的影响不大。

2.2.6 对游离氨基酸含量的影响 由表1可以看出，叶面喷施硅铁肥均显著增加番茄果实中的游离氨基酸含量。其中T3处理最高，比对照增加58.41%；其次为T5、T2和T4处理，较对照分别提高47.02%、32.69%和29.78%；T1处理较对照提高11.10%。可见，叶面喷施硅铁肥的T3处理对番茄果实品质各指标的效果最佳。

表1 硅铁肥对番茄果实品质指标的影响

2.3 硅铁肥对番茄果实类黄酮、总酚含量的影响

由图2可以看出，叶面喷施硅铁肥均显著增加番茄果实类黄酮含量。其中T3处理类最高，比对照增加48.70%；其次为T1和T2处理，分别比对照增加30.91%和27.46%；T4和T5处理分别较对照提高12.86%和20.35%。

由图3可以看出，叶面喷施硅铁肥均增加番茄果实总酚含量。其中T3处理总酚含量最高，比对照增加13.27%；其次为T1和T2处理，分别比对照增加9.77%和5.29%；T4和T5处理对总酚含量的影响不显著。

对于番茄果实类黄酮、总酚含量，叶面喷施硅铁肥的最佳配施浓度为T3处理。

图2 硅（Si）和铁（Fe）对番茄果实类黄酮含量的影响

图3 硅（Si）和铁（Fe）对番茄果实总酚含量的影响

2.4 硅铁肥对番茄果实Fe、Zn含量的影响

由图4可以看出，叶面喷施硅铁肥均不同程度增加番茄果实Fe、Zn元素含量。其中T3处理Fe含量最高，比对照增加49.15%；其次为T4和T5处理，分别较对照提高48.75%和26.52%；T1和T2处理对Fe含量的影响不大。T1处理Zn含量最高，比对照增加10.40%；其次为T3和T4处理，分别较对照提高9.50%和5.35%；T2处理对Zn元素含量的提高影响不大；而T5处理与对照相比，略有降低。

图4 硅（Si）和铁（Fe）对番茄果实Fe、Zn元素含量的影响

3 讨论

近年来，通过叶面喷施钙肥［12］、硅肥［14］、铁肥［21］、锌肥［22］等外源物质成为改善作物品质的有效途径。大量研究表明，Si不仅能够促进作物的生长发育，同时可通过改善植株对矿质养分的吸收，提升作物品质［14］。Fe作为叶绿素合成的必需元素，是作物体内多种酶的重要组分和活化剂，参与植物体内氧化还原和电子传递，直接或间接地影响植物光合、呼吸作用以及物质能量的转换，科学合理地补充铁肥是缓解植物铁元素不足造成的作物产量和品质降低的重要途径［31］。本研究结果显示，Si、Fe和Si+Fe均可不同程度地提高番茄果实形态指标及其品质，其中以1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe处理提高的幅度最大，说明Si、Fe可能存在协同效应。

果实重是衡量番茄果实生物量积累的重要指标，果形指数被广泛应用于衡量番茄果实生长状况。本试验结果表明，单施Si、高浓度Fe及Si+Fe肥处理番茄单果重及可溶性固形物含量均高于对照，说明硅、铁肥均可促进番茄果实的生长及可溶性固形物的积累。这与前人研究结果一致［21，32］。与对照相比，100μmol／L Fe处理下，番茄单果重受到抑制，这与王安等［33］的研究结果相似。其原因主要是因为叶面铁肥渗透吸收机制较为复杂，不仅取决于植物叶片内部代谢系统，还与外界光照、温度、风速环境有很大关系，光照过强、温度过高或过低、风速过大均会降低叶片对养分的吸收。高浓度Fe处理单果重均显著低于Si+低浓度Fe处理，这可能是因为叶面喷施螯合铁肥浓度过高易导致植物叶片灼烧甚至叶片脱落［34］。单施Si和Si+Fe肥处理下果实硬度有所增加，利于提高番茄的耐储运能力。因为硅可以沉积在表皮细胞，形成硅化细胞和角质双硅层结构，增强细胞壁的机械强度和稳固性［8］。与Si、Fe单施相比，Si+低浓度Fe处理的番茄单果重、果实硬度及可溶性固形物增幅最大，说明二者配施效果更佳。

可溶性糖是评价蔬菜品质的重要指标，一般其含量越高，番茄口感越好，品质越高［35］。谭晓莉等［36］研究表明，叶面喷施铁锌肥可显著增加甘薯可溶性糖、可溶性蛋白含量，从而提高产量与品质；青蒜苗施硅肥可增加其可溶性糖、维生素C等含量，提高蒜苗品质［37］。本试验结果表明，Si、Fe和Si+Fe处理番茄果实的可溶性糖和维生素C含量均显著高于对照，其中以1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe效果最显著。

番茄红素亦是构成番茄果实营养品质与风味品质的重要指标，具有抗氧化功能，可延缓衰老和预防癌症［38，39］。大量研究表明通过外源物质处理可提高蔬菜中番茄红素的含量，这对人体膳食健康具有重大意义［40］。李蒙［39］研究发现，适宜浓度的24-表油菜素内酯可显著提高番茄红素、β-胡萝卜素和可溶性固形物等含量，改善樱桃番茄果实的品质。本试验结果表明，铁肥和硅铁配施均可促进番茄番茄红素的形成和积累，而单一Si处理与对照无显著差异，番茄红素含量因品种、成熟期和果实成熟的环境条件而不同［41］。其中1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe处理效果最显著，说明适宜浓度的硅铁配施可以促进果实生长和成熟，果实成熟过程中往往伴随着叶绿素的降解和番茄红素、β-胡萝卜素等的积累［42］。

番茄果实中的类黄酮和总酚是存在于植物体内的一类重要抗氧化物质，其质量分数是评价果实及蔬菜品质以及新鲜程度的一项重要指标［43］。本试验结果表明，叶面喷施不同浓度的Si、Fe及Si+Fe肥，番茄果实中类黄酮和总酚含量均有增加，这与孙德祥［44］、牛惠杰［45］等在小麦和梨枣上的研究结果一致。其中以1.5 mmol／L Si+100 μmol／L Fe处理效果更显著，可见适量的Si、Fe配施更有利于促进番茄果实类黄酮和总酚物质的积累，改善果实品质。

袁丽萍等［46］研究指出，游离氨基酸是蛋白质合成的前体，Si促使植株吸收的氮素多以蛋白质、糖类等营养物质在果实内积累；Fe可以提高马铃薯及毛苕子的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量［47，48］。本研究结果表明，Si、Fe和Si+Fe处理番茄果实的蛋白质和游离氨基酸含量均升高，且硅铁配施有一定的协同增效作用，1.5 mmol／L Si+100μmol／L Fe处理效果更显著。其原因可能是Si、Fe在提高番茄果实蛋白质和氨基酸含量方面的机制不同。

4 结论

本试验结果表明，增施Si、Fe和Si+Fe肥在改善番茄果实品质方面有积极作用，与对照相比，叶面喷施Si、Fe和Si+Fe肥可以提高番茄单果重、果实硬度、可溶性固形物含量及增加可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、番茄红素、类黄酮、总酚和游离氨基酸含量，以1.5 mmol／L Si+100 μmol／L Fe处理效果最好。