化学抗旱物对限根栽培番茄生长和品质的影响

2020-11-28岳焕芳王克武安顺伟胡潇怡孟范玉王志平

灌溉排水学报 2020年11期

岳焕芳，王克武，安顺伟，胡潇怡，孟范玉，王志平

（北京市农业技术推广站，北京 100029）

0 引言

【研究意义】传统种植模式不仅浪费水肥资源还会增加作物发病率，大大降低品质，造成环境污染等问题[1]。亏缺灌溉通过适当的控制灌溉水，提供干旱逆境环境提高果实品质，成为近年的研究热点[2]。但是亏缺灌溉会造成植株体内含水率下降，严重者会导致叶片和植株萎蔫，影响正常的光合作用和CO2同化作用，造成产量损失[3]，采取一定的外部措施，尽量减少作物体内水分散失，降低水分胁迫影响，在提高品质的同时，产量达到最高，利用抗旱化学调控物质降低植物蒸腾速率，减少水分散失，控制蒸腾，成为节水农业发展的一个重要方向[4]。【研究进展】据有关预测，未来节水制剂年市场需求量可达到1.2 万～2.4万t[5]，寻求可以促进作物根系吸水，减少蒸腾强度的化学抗旱物质研究众多，杨兴洪等[6]将其按照化学组成和生物活性分为4 大类：植物激素或植物生长调节剂、无机化合物、小分子有机物和有机大分子。

目前应用最多的主要包括抗蒸腾剂和植物生长调节剂，其中，抗蒸腾剂主要包括代谢型、成膜型和反射型3 种类型，其中反射型抗蒸腾剂通过反射太阳辐射能，减少叶片蒸腾作用，但是因为不能选择性吸收和反射太阳辐射，所以实际应用较少[7]。近些年的研究成果主要集中在前2 类，代谢型抗蒸腾剂主要是通过影响植物体内的酶活系统活性，影响作物的抗旱性[8]，黄腐酸是应用最为广泛的代谢型抗蒸腾剂，通过提高细胞膜的渗透势提高抗旱性[9]，在小麦、玉米[10]、马铃薯[11]和果树等作物上[12]取得了良好的抗旱增收的效果。成膜型抗蒸腾剂通过在叶片表面形成薄膜，降低蒸腾作用，减少水分散失，延缓作物萎蔫，提高抗旱性[13]。主要应用于景观苗木和花卉移栽，抑制植株快速失水提高成活率[14]，适合于短时间或者偶发性干旱[15]。油菜素内酯化合物是国际上公认的高效、广谱、无毒的第六大植物激素，是植物对逆境反应的重要调节物质，被称为“逆境缓和激素”[16]，通过诱导干旱响应基因，提高了油菜的抗旱性[17]，在番茄幼苗上喷施可以提高叶片中抗旱物质量[18]。【切入点】目前，化学抗旱物质的研究多集中在新物质的研发、使用剂量和方法的筛选，较少涉及不同类型物质之间的比较[19]。同时，缺乏在设施蔬菜生长期的研究结果，对于不同抗旱物质对主要蔬菜的影响效果不明确。番茄作为主要的茄果类蔬菜，我国番茄常年产量在5 000万t 以上，占全国蔬菜总产量的7.1%[20]。对于高品质和较好口感的番茄成为现在的栽培方向之一。【拟解决关键问题】本研究通过亏缺灌溉实现高品质的调控目标，外源施用抗旱调控物质，在保证品质的同时，降低对产量的损失，实现经济效益最大化。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年4—7 月在北京市密云区平头村塑料大棚内进行（N40°17′18.44″，E116°45′15.58″，海拔49 m）。属于暖温带半湿润半干旱季风气候，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）北京地区平均降水量为3.8 mm，春季为98 mm，夏季为264.2 mm，秋季为138.9 mm。2019 年北京地区平均气温为12.5 ℃，比常年偏高1.0 ℃。图1 为番茄生长期间用HOBO 气象站连续监测设施内气象因子变化情况，全生育期日均气温的变化范围为12.9～32.8 ℃，日均空气相对湿度变化范围为28%～96%，日均光照强度变化范围为1 588～29 332 lx。试验棚为钢架结构塑料冷棚，长度、跨度和高度分别为50、8 和3.2 m。

图1 设施内气象因子变化情况 Fig.1 Meteorological factors in the facility

1.2 试验材料

试验所采用的化学抗旱物采购自不同公司，代谢型抗蒸腾剂（FA 旱地龙，黄腐殖酸量≥30%）购自新疆汇通旱地龙腐殖酸有限责任公司，薄膜型抗蒸腾剂（植物抗蒸腾剂）购自河南昌盛园林资材（主要成分为高分子化合物），2,4 表芸苔素内酯购自河北禾润生物科技有限公司（有效成分量0.01%）。试验番茄品种为“京彩”，试验时间为2019 年4—7 月，种植方式为盆栽限根栽培模式，栽培盆上部直径为12 cm，底部直径为10 cm，高10 cm，每盆定植1 株，定植密度为120 000 株/hm2，每个处理90 盆，设置3次重复，采用商品混配基质。留2 穗果打顶。采用滴箭灌水方式，随水施用富铺路全元素水溶肥（氮+磷+钾+钙+镁≥48%，铁+锰+铜+锌+硼+钼≥2 200 ppm）每株番茄用肥量7.25 g。

1.3 试验设计

番茄苗期和花期正常管理，结果期第1 穗果核桃大小后采用亏缺灌溉，根据前人研究结果，番茄结果期单株日耗水量为700～1 500 mL[21-22]，单株苗期日均灌溉量为267 mL，单株开花期日均灌溉量为333 mL，单株结果期日均灌溉量为400 mL，结果期亏缺灌溉后，采用化学抗旱物质进行叶片喷施处理，T1 处理：薄膜型抗蒸腾剂，T2 处理：代谢型抗蒸腾剂，T3 处理：2,4 表芸苔素内酯，CK：喷施等量清水，喷施时间为晴天10:00 前或16:00 后，具体稀释倍数见表1，每15 d 喷施1 次，混配液喷施量为300 kg/hm2。

表1 各处理喷施时间和喷施质量浓度 Table 1 Spraying time and concentration of each treatment

1.4 观测项目与方法

生长指标：株高：第1 次处理后开始测量，采用软尺由植株基部到番茄顶端生长点的高度，每10 d测量1 次。茎粗：第1 次处理后开始测量，采用游标卡尺测量植株第4 片叶下面的横茎。

叶绿素量：第1 次处理后，间隔14 d 左右测量1 次，采用SPAD 便携式叶绿素仪测定生长点往下第4 位叶的叶绿素量。SPAD 叶绿素相对质量浓度测量仪的原理是，利用叶片在940 nm 和650 nm 波长处的光透过率之比，实现快速测定叶片叶绿素相对量[23]。

番茄产量和品质：采用单株测产，设置3 次重复；每个处理取样，采用2,6-二氯靛酚(DCIP)滴定法测定番茄果实Vc 量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖量，采用滴定法测定可滴定酸量，糖酸比为可溶性糖量与可滴定酸量的比值，由北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供测试结果。

抗旱指标：记录番茄植株的萎蔫指数，将番茄萎蔫指数分为5 级，0 级为无萎蔫；1 级为轻微萎蔫（植株30%叶片出现萎蔫）；2 级为萎蔫（植株50%叶片萎蔫）；3 级为明显萎蔫（植株80%叶片萎蔫）；4级为严重萎蔫（叶片黄化、褐化或大部分叶片死亡或脱落）。每个处理选取10 株调查萎蔫指数，萎蔫指数（WIS）=[100×(1×S1+2×S2+3×S3+4×S4)]／(N×4)；其中，S1、S2、S3、S4 分别代表1-4 级萎蔫级别植株数量，N 为调查总植株数量[24]；收获后取叶片，采用GB 5009.124—2016 方法测定脯氨酸等16 种氨基酸，采用GB/T 5009.171—2003 测定SOD，采用GB 5009.181—2016 第二法测定MDA。

采用Excel 2010 进行数据处理，采用SPSS 17.0进行方差分析，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 化学抗旱物质对番茄生长的影响

叶绿素量是监测植物光合作用能力的一个重要指标，由图2 可知，整个生育期番茄叶片的SPAD 值变化范围为48.9～62.4，T2 处理和CK 的SPAD 值呈先增加后下降的趋势，T1 处理呈逐渐下降趋势，生长后期营养生长减缓，叶绿素量下降。然而，T3 处理的叶片SPAD 值呈逐渐增加趋势，在生长后期，2,4 表芸苔素内酯处理的叶片SPAD 值大于其他处理，7 月2 日测定结果显示，2,4 表芸苔素内酯处理的番茄叶片SPAD 值比CK 提高了22.4%，2,4 表芸苔素内酯的SPAD 值整个生育期比CK 的提高值平均为4.7%。薄膜型抗蒸腾剂在5 月SPAD 值较高，后期逐渐低于其他处理。

化学抗旱物对番茄茎粗的影响如图3 所示，从图中可以看出，T1、T2 和T3 处理的番茄茎粗整个生育期呈现先增加后下降的趋势CK 呈逐渐下降的趋势。番茄生长前期以营养生长为主，进入结果期后营养生长速度减缓，营养物质主要用于供给番茄果实，长势减弱，植株茎粗变细。5 月23 日3 个处理的番茄茎粗与CK 没有显著差异，6 月13 日的3 个处理分别比CK 提高了11.9%、6.9%和29%。T3 处理的茎粗在6月20 日达到最大值为11.37 mm，T2 处理的番茄茎粗为7.79 mm，T2 和T3 处理分别比CK 提高了19.8%和74.7%。3 个处理的茎粗在6 月都高于CK，整个生育期平均比CK 分别提高了9.17%、10.73%、22.09%。

图2 化学抗旱物对番茄SPAD 值的影响 Fig.2 Influence of the chemical drought resistance on SPAD of tomato

图3 化学抗旱物对番茄茎粗的影响 Fig.3 Influence of the chemical drought resistance on stem diameter of tomato

化学抗旱物对番茄萎蔫指数的影响如图4 所示。番茄叶片的萎蔫程度呈先减缓又加重的趋势，表示抗旱物质对于缓解干旱胁迫有一定的作用，但是在番茄生长后期，持续干旱造成的胁迫则缓解效果有限。6月20 日之前，CK 萎蔫指数一直高于其他处理，6 月13 日3 个处理的番茄叶片萎蔫指数分别比CK 降低了36.8%、39.5%和44.8%。6 月20 日3 个处理的番茄叶片萎蔫指数分别比CK 降低了18.1%、36.4%和13.6%。进入7 月，只有2,4 表芸苔素内酯的番茄植株萎蔫指数比CK 低9%，但是T3 处理和CK 间差异不显著。

图4 化学抗旱物对番茄萎蔫指数的影响 Fig.4 Influence of the chemical drought resistance on wilting index of tomato

2.2 化学抗旱物对番茄叶片酶活性影响

化学抗旱物对番茄叶片内丙二醛和SOD 活性的影响如图5 所示。与CK 相比，各处理间的丙二醛量稍有降低，3 个处理均比CK 降低了9%，喷施抗旱物质均可以减少膜脂过氧化，减缓干旱胁迫造成的伤害。薄膜型抗蒸腾剂和代谢型抗蒸腾剂的叶片中SOD 量显著低于其他处理，2,4 表芸苔素内酯处理的SOD 量为4.59 U/g，为4个处理中最高值，比CK提高了0.7%，2,4 表芸苔素内酯可以有效的提高逆境胁迫下的植物体内酶活性，提高番茄的抗旱能力。

图5 化学抗旱物对番茄叶片内丙二醛和SOD 影响 Fig.5 Influence of the chemical drought resistance on MDA and SOD of tomato leaves

图6 化学抗旱物对番茄叶片内氨基酸量的影响/(g·100g-1) Fig.6 Influence of the chemical drought resistance on amino acid of tomato leaves/(g·100g-1)

化学抗旱物对番茄叶片氨基酸量的影响见图6。在逆境条件下，植物体内的可溶性渗透物质可以起到良好的渗透调节作用，T1、T2、T3 处理和CK 植物叶片内16 种氨基酸总量分别为0.90、0.89、0.89、0.56 g/100 g，3 个处理分别比CK 提高了60.7%、58.9%和58.9%。其中，谷氨酸量在16 种氨基酸中量最高，代谢型抗蒸腾剂和2,4 表芸苔素内酯的谷氨酸量均为0.11 g/100 g，比CK 提高了66.7%。脯氨酸作为重要的渗透调节物质，是抗旱重要物质，3 种抗旱物质处理的番茄叶片中脯氨酸量均得到显著提高，分别比CK 提高了133.3%、133.3%和130%，喷施抗旱物质有效减少了干旱胁迫对叶片造成的损害。

2.3 化学抗旱物对番茄产量和品质影响

化学抗旱物对番茄产量和品质的影响如表2 所示。从表2 可以看出，2,4 表芸苔素内酯的产量在各处理中最高，为502.66 g/株，显著高于其他处理，比CK 增产18.5%，代谢型抗蒸腾剂的番茄产量为446.85 g/株，比CK 提高了22.8 g/株，但是没有显著差异。代谢型抗蒸腾剂和2,4 表芸苔素内酯的可溶性总糖量分别为6.95%和7.21%，比CK 分别提高了10.5%和14.6%。果实内糖酸比量更能体现口感，3 个处理和CK 的糖酸比分别为10.20、12.00、10.90、11.30，代谢型抗蒸腾剂的糖酸比在各处理中最高，比CK 提高了6.2%。但是与CK 相比，番茄果实内还原型Vc 量均有所降低，3 个处理分别比CK 降低了11.6%、20.5%和20.5%。

表2 化学抗旱物对番茄产量和品质的影响 Table 2 Influence of the chemical drought resistance on yield and quality of tomato

3 讨论

本试验表明，3 种抗旱物质处理后番茄植株茎粗都得到提高，吴少华等[25]研究表明，在草莓喷施油菜素内酯，草莓植株的叶片厚和茎粗均有所提高。2,4表芸苔素内酯的SPAD 值整个生育期比CK 平均提高了4.7%，潘宏兵等[26]在芒果上喷施成膜型抗蒸腾剂，果树叶片叶绿素量显著提高。叶面喷施化学抗旱物可以减少了水分的蒸腾损失，不同程度上减缓了番茄的萎蔫情况，李大勇[27]试验表明喷施450 mg/L 的黄腐酸，能刺激到番茄的生长，还能直接作用缩小气孔开度。但是本试验结果显示，叶面喷施薄膜型抗蒸腾剂番茄生长后期叶片SPAD 值低于其他处理，可能是因为薄膜型抗蒸腾剂施用后在番茄叶片形成了一层薄膜，减少叶片水分蒸腾，但是也对叶片正常生长造成了一定影响。

逆境环境中植物为了保持正常生长，尽量减少受到影响，会提高保护酶活性，清除逆境产生的活性氧，同时植株体内积累大量脯氨酸，进行反渗透调节，提高抗旱能力[28]；作物在逆境条件下，植物细胞内的活性氧自由基的产生和清除平衡遭到破坏，造成膜脂过氧化，并形成丙二醛（MDA）[29]，会破坏膜结构的稳定性[30]，为了降低逆境胁迫产生的活性氧过量累积，植物可以形成超氧化物歧化酶（SOD）等物质，快速清除活性氧，提高抗逆能力。前人在花青菜、大豆等作物喷施油菜素内酯，作物的抗旱性均得到提高，脯氨酸积累量和抗氧化酶的活性有所增加[31-32]，本试验结果表明丙二醛量都有降低，3 个处理均比CK 降低了9%，这可能是因为喷施化学抗旱物，缓解了干旱导致的膜脂过氧化程度，降低了细胞膜的MDA 释放量[33-34]。但是只有2,4 表芸苔素内酯处理的番果实内的SOD 量比CK 提高了0.7%，说明2,4 表芸苔素内酯具有保护细胞膜稳定性的功能，可以减缓植株的干旱侵害，与前人研究结果一致[35]。3 个处理的番茄叶片内脯氨酸量分别比CK 提高了133.3%、133.3%和130%，喷施化学抗旱物可以促进渗透调节物质的积累，维持正常的细胞膨压，增加植物抗脱水能力。化学抗旱物对于番茄叶片抗性生理的影响结果显示，叶片喷施化学抗旱物降低了MDA 量，提高了脯氨酸量，但是保护酶活性没有得到显著提高，代谢型抗蒸腾剂和薄膜型抗蒸腾剂处理的番茄叶片SOD 活性有所降低，原因可能是干旱胁迫后期叶片萎蔫指数均在50%以上，番茄叶片抗氧化能力衰退加剧，严重影响了保护酶活性[36]。

前人对于抗旱物质对于果实品质的影响差异较大，韩伟伟等[37]认为成膜型抗蒸腾剂可以减少葡萄果实水分丢失，从而导致果实硬度降低缓慢，延迟果实糖积累。白洁洁等[38]研究表明，喷施适宜浓度的抗蒸腾剂，可以提高葡萄果实花色苷和还原糖量。本试验表明，喷施成膜型抗蒸腾剂的番茄可溶性糖量有所降低，2,4 表芸苔素内酯和代谢型抗蒸腾剂处理后番茄可溶性糖量提高了14.6%和10.5%。在逆境条件下，保证了植株光合作用所需的原料供应，增加了光合速率，促进了光合产物积累[39]。提高了果实糖度，但是薄膜型抗蒸腾剂对于番茄果实品质提升效果不显著。但是本研究表明，化学抗旱物喷施处理后番茄果实内还原型Vc 量均有所下降，外源喷施抗旱物质没有促进果实内Vc 合成。