无机营养液配施微生物菌肥对水培樱桃番茄产量、品质和抗逆生理的影响

聂 俊，李艳红，杨 鑫，郑锦荣，谭德龙，谢玉明，史亮亮

（广东省农业科学院设施农业研究所/农业农村部华南都市农业重点实验室，广东 广州 510640）

【研究意义】樱桃番茄色泽鲜亮，口感好，富含维生素，且含有番茄红素和谷胱甘肽等抗癌物质，备受消费者青睐，是联合国粮农组织优先推广的“四大蔬果”之一［1］。随着乡村振兴、都市农业的发展，蔬菜设施栽培逐渐成为现代农业中最具活力的新兴产业，我国蔬菜设施栽培面积已居世界第1 位，樱桃番茄设施栽培面积也不断扩大［2-4］，目前我国樱桃番茄种植面积约15 万hm2，其中近8 万hm2为设施樱桃番茄，主要种植地区有山东、江苏、广西、广东、海南等地。由于设施栽培中基质栽培前期投入较大，制约了基质栽培的发展，而水培成本低，环境可控，资源节约，同时其品质、口感和安全性好，得到了业界及消费者广泛的认可。FCH（Float plate capillary hydroponics，浮板毛管水培）可以调节根系生长环境，提高作物产量，是水培樱桃番茄的优良种植方式之一，在华南地区已得到广泛推广。

【前人研究进展】目前随着国民经济的发展，人民逐步在追求高品质、绿色安全的农产品，而微生物菌肥因环境友好、绿色安全等优点而受到广泛关注［5］。有关微生物菌剂的研究已经越来越深入，微生物菌肥可以产生生长素、赤霉素和细胞分裂素等植物激素类物质，促进作物更好地吸收养分，调节植株生长和发育，从而提高产量和改善品质等。有研究表明，增施微生物菌肥减少化肥的使用，可以提高樱桃番茄产量，并且提高番茄果实可溶性固形物、可溶性蛋白和可溶性糖含量，增加果实糖酸比、VC和番茄红素含量，因此微生物菌肥的使用在无公害农产品生产中的地位得到不断提高［6-8］。

【本研究切入点】水培营养液均为无机态营养液，在无机营养液中添加微生物菌肥的相关研究较少，本试验以樱桃番茄优质高效生产为出发点，探究无机营养液中添加微生物菌肥对水培樱桃番茄产量、品质及抗性的影响，以期为水培条件下优质高产栽培樱桃番茄提供新的营养液配方。【拟解决的关键问题】探索合理的无机营养液和微生物菌肥比例，研究微生物菌肥与无机营养液对樱桃番茄生长的影响，为华南地区现代设施农业无土栽培提供新的营养液配方，为改善樱桃番茄风味与品质提供理论和科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试樱桃番茄品种粤科达101 为广东省农业科学院设施农业研究所培育品种；微生物菌肥为快客微生物菌剂，济南通旺达农业科技有限公司生产，有效活菌数＞2.0 亿/g，有机质＞100 g/L，氮磷钾＞10%，氨基酸＞80 g/L。

1.2 试验方法

试验于2020 年1—8 月在广东省农业科学院白云试验基地温室进行。1 月28 日播种，3 月18日番茄幼苗4～5 片真叶时移栽定植，6 月10 日拉秧采收结束。栽培方式采用浮板毛管水培，每个栽培槽宽0.4 m、长1 m，每个栽培板种植5 株，呈品字型排列，行距1.8 m，株距0.33 m。试验营养液配方采用广东省农业科学院设施农业研究所研发的樱桃番茄专用营养液配方，设置4 个不同营养液处理（表1），分别为以无机营养液不添加微生物菌肥作对照（T1），在营养液添加0.1%微生物菌肥（T2），减少10%无机营养液添加0.1%微生物菌肥（T3），减少20%无机营养液添加0.2%微生物菌肥（T4）。各处理微量元素用量一致，每立方米用EDTA·Na2Fe 25.0 g、H3BO33.0 g、MnSO4·H2O 2.0 g、ZnSO4·7H2O 0.5 g、CuSO4·5H2O 0.1 g、(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.03 g。营养液管理：营养液池大小为1.5 m3，每次按照处理配方配制1 m3的营养液，平均10 d 更新1 次，营养液日常按照开40 min 循环，停20 min。3 次重复，每个小区长11 m，种植55 株，共计165 株，随机布置在温室中。采用单杆整枝方式，在樱桃番茄幼苗生长到第四穗花时摘心打顶。

表1 不同营养液处理大中量元素用量Table 1 The content of macro elements and secondary elements of different nutrient solutrions

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高 从移栽定植后14 d 开始测量，每隔14 d 测量1 次从番茄基部到顶部生长点之间的髙度，至摘心后停止测量。

1.3.2 单株产量 从果实开始成熟，每隔14 d采收1 次成熟果实，分果穗采收，用精确度为0.01 g 的电子天平测量记录各处理番茄果实单果重、单株果重。

1.3.3 果实品质 在果实成熟时，从各处理第二、三穗果实选取大小合适的成熟果实20 个，测定各处理下番茄果实品质。（1）外观品质：用游标卡尺测量果实横、纵径，并计算果形指数（纵径／横径）。果实硬度用手持GY-1 型果实硬度计进行测量；用色差仪测定果实颜色，计算果实颜色指数（CI）：

式中，L 表示亮度范围从黑色到白色，a 表示从绿色到红色的刻度，b表示从蓝色到黄色的刻度［9］。（2）口感品质：可溶性固形物含量采用糖量计法测定，可滴定酸含量采用标准滴定法测定；维生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

1.3.4 相对叶绿素含量 叶片叶绿素含量直接采用便携式叶绿素仪SPAD-502（日本）测量完全展开成熟叶片SPAD 值。

1.3.5 叶片抗性酶活性和抗逆物质含量 过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑还原法，过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法，游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定［10］。

试验数据采用 Excel 2010 和statistix8.0 进行处理，LSD法进行差异显著性测验。

2 结果与分析

2.1 不同营养液处理对樱桃番茄单株产量的影响

由图1 可知，与对照（T1）相比，T2 处理樱桃番茄单株产量为684.19 g、显著提高60.62%，T3、T4 处理樱桃番茄产量均有提高、但无显著差异。本试验在广州上半年无风机简易薄膜大棚进行，在植株生长后期出现高温天气，所有处理均未采取任何措施进行保花保果，影响了后期的座果率，单株产量均不高。

图1 不同营养液处理对樱桃番茄单株产量的影响Fig.1 Effects of different nutrient solution treatments on single plant yield of cherry tomato

2.2 不同营养液处理对樱桃番茄果实品质的影响

从表2 可以看出，无机营养液中添加微生物菌肥对樱桃番茄单果质量、果实纵径、横径和颜色指数的影响差异均不显著，单果质量以T3 处理最高、为13.68 g，T2 处理最低、为12.89 g。番茄的果形是果实外观品质的重要指标之一，果实纵径以T3 处理最大，T4 处理最小；果实横径以T4 处理最大，T2 处理最小；果型指数以T2 处理最大、果形最圆，T4 处理最小、果形最扁；添加微生物菌肥的番茄果实颜色指数均高于对照，以T3 处理最高，说明添加微生物菌肥有利于促进果实转色，果实色泽好。

表2 不同营养液处理对樱桃番茄果实外观品质的影响Table 2 Effects of different nutrient solution treatments on appearance quality of cherry tomato fruit

从表3 可以看出，添加微生物菌肥对樱桃番茄果实可溶性固形物含量的影响不显著，以T2处理最高、达9.17%，T4 处理最低、为8.40%；添加微生物菌肥可以提高果实可滴定酸含量，表现为处理T3＞T2＞T4 ≈T1，以T3 处理最高，显著高于对照（T1）；T2 处理的果实硬度显著高于对照（T1），VC含量（46.17 mg/100 g）显著高于对照（T1，42.20 mg/100 g）；果实果肉以T4 处理最厚。

表3 不同营养液处理对樱桃番茄果实口感品质的影响Table 3 Effects of different nutrient solution treatments on taste quality of cherry tomato fruit

2.3 不同营养液处理对番茄株高的影响

从图2 可以看出，减量20%无机营养液不利于植株生长。在番茄幼苗移栽定植后14 d，以对照（T1）的株高最高，达39.31 cm，显著高于T3、T4 处理；定植后28 d，株高以T2 处理最高，达120.66 cm，显著高于T4 处理；定植后42 d，株高以T2、T3 处理较高，分别为205.10和199.03 cm，显著高于对照（T1）和T4 处理；定植后56 d，株高以T2 处理最高，达274 cm，显著高于其他处理。

图2 不同营养液处理对番茄株高的影响Fig.2 Effects of different nutrient solution treatments on plant height of cherry tomato

2.4 不同营养液处理对番茄叶片SPAD 值的影响

从图3 可以看出，无机营养液中添加微生物菌肥有利于提高番茄叶片SPAD 值，且均以T4处理最高。其中，番茄幼苗定植后14 d，T4、T2 处理叶片SPAD 值分别比对照（T1）显著提高25.24%和17.07%，T3 与T1 处理无显著差异；定植后28 d，T4 处理叶片SPAD 值达48.36，比对照（T1）显著提高16.08%，T2、T3 处理叶片SPAD 值也显著高于对照（T1）；定植后42、56、70 d，T4 处理叶片SPAD 值均显著高于对照（T1），分别达48.13、48.33 和44.50。

图3 不同营养液处理对番茄叶片SPAD 的影响Fig.3 Effects of different nutrient solution treatments on SPAD in leaves of cherry tomato

2.5 不同营养液处理对樱桃番茄植株抗逆指标的影响

2.5.1 不同营养液处理对樱桃番茄叶片游离脯氨酸含量的影响 游离脯氨酸是植物细胞内一种重要的渗透调节物质。从图4 可以看出，无机营养液中添加微生物菌肥可以提高番茄叶片中游离脯氨酸含量。定植后14、28 d，各处理游离脯氨酸含量均无显著差异，均以T2 处理最高，分别为28.53、24.73 μg/g；定植后42、56、70 d，T2处理叶片游离脯氨酸含量最高，分别为23.46、24.59、26.34 μg/g，显著高于对照（T1），T3、T4 处理与T1 处理无显著差异。

图4 不同营养液处理对番茄叶片游离脯氨酸含量的影响Fig.4 Effects of different nutrient solution treatments on free proline content in leaves of cherry tomato

2.5.2 不同营养液处理对樱桃番茄叶片MDA 含量的影响 从图5 可以看出，在无机营养液中添加微生物菌肥后，叶片MDA 含量均有不同程度的增加。定植后14 d，添加微生物菌肥后叶片MDA 含量均显著高于对照（T1），表现为处理T4＞T3＞T2＞T1；定植后28 d，T4、T3 处理叶片MDA 含量均显著高于对照（T1），T2 处理与T1 处理无显著差异；定植后42 d，T2 处理叶片MDA 含量比对照（T1）显著降低26.87%；定植后70 d，T2 处理叶片MDA 含量比对照（T1）显著降低26.63%，T3、T4 处理均高于对照（T1），但差异不显著。

图5 不同营养液处理对番茄叶片MDA 含量的影响Fig.5 Effects of different nutrient solution treatments on MDA content in leaves of cherry tomato

2.5.3 不同营养液处理对樱桃番茄叶片SOD 活性的影响 从图6 可以看出，无机营养液中添加微生物菌肥，除T4 处理外均可提高番茄叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性。定植后14 d，以T2处理叶片SOD 活性最高，T3 处理次之，T4 处理最低；定植后28 d，各处理表现趋势与定植后14 d 基本一致，T2 处理叶片SOD 活性显著高于对照（T1）；定植后42 d，添加微生物菌肥处理叶片SOD 活性与对照无显著差异；定植后56 d，T2 处理叶片SOD 活性高于对照（T1），T3、T4 处理低于对照（T1）；定植后70 d，T2、T3 处理叶片SOD 活性比对照（T1）分别显著提高30.94%、28.40%。

图6 不同营养液处理对番茄叶片SOD 活性的影响Fig.6 Effects of different nutrient solution on treatments SOD activity in leaves of cherry tomato

2.5.4 不同营养液处理对樱桃番茄叶片POD 活性的影响 从图7 可以看出，番茄幼苗移栽定植后14 d，T2、T3 处理番茄叶片过氧化物酶（POD）活性均高于对照（T1），以T3 处理POD 活性最高，较对照（T1）显著提高36.51%；定植后28 d，T3 处理叶片POD 活性显著高于对照（T1），T2、T4 处理与对照无显著差异；定植后42、56、70 d，均以T2 处理叶片POD 活性最高。

图7 不同营养液处理对番茄叶片POD 酶活性的影响Fig.7 Effects of different nutrient solution treatments on POD activity in leaves of cherry tomato

2.5.5 不同营养液处理对樱桃番茄叶片CAT 活性的影响 从图8 可以看出，除T4 处理外，T2、T3 处理均可以提高番茄叶片过氧化氢酶（CAT）活性。定植后14、28 d，T2、T3 处理番茄叶片CAT 活性与对照（T1）无显著差异；定植后42 d，T2、T3 处理叶片CAT 活性比对照（T1）分别显著提高74.49%和69.12%；定植后56 d，以T2 处理叶片CAT 活最高，处理T3、T4 均低对照（T1）；定植后70 d，各处理与定植后14 d 表现一致，T4处理叶片CAT 活性最低，T2、T3 处理与对照（T1）无显著差异。

图8 不同营养液处理对番茄叶片CAT 酶活性的影响Fig.8 Effects of different nutrient solution treatments on CAT activity in leaves of cherry tomato

3 讨论

施用微生物菌肥能够促进番茄［11］、黄瓜［12］、辣椒［13］等蔬菜的生长，可提高番茄植株株高、叶片叶绿素相对含量，改善番茄果实外观品质和营养品质。孟思达等［14］通过研究不同微生物菌剂处理对番茄生长的影响，得出施用微生物菌剂番茄前期长势显著优于对照，可以显著增加前期生物量，显著提高番茄产量和改善果实品质。本试验在无机营养液中添加0.1%微生物菌肥，可以提高樱桃番茄株高，增加单株产量，有利于果实转色，增加VC和可滴定酸含量，这与前人研究结果一致，但是在减少无机营养液10%添加0.1%微生物菌肥后植株株高与对照无显著差异，无机营养液减少20%添加0.2%微生物菌肥植株株高在后期甚至还低于对照，可能与栽培方式有关，本试验采用无土水培模式，微生物菌肥中的微生物没有土壤环境进行营养降解，不能通过改善土壤肥力来为植株提供充足的养分［15］。另外本研究发现添加微生物菌肥的植株叶片SPAD 值均高于对照，有利于提高叶片相对叶绿素的含量。在原营养液添加其他浓度的微生物菌肥，探讨适宜的营养液和微生物菌肥比例，以更加有利于植株生长、提高果实产量和品质，有待后续进一步研究。

微生物菌肥中所含有的有益微生物能诱导作物产生超氧化物酶、过氧化氢酶等代谢产物来抵御衰老、胁迫环境等逆境，从而有利于提高作物的抗逆性［16-19］。刘刊等［20-22］对连作障碍土壤施用微生物菌肥的研究表明，施用微生物菌肥可以提高番茄、辣椒植株的SOD、POD、CAT 活性，降低MDA 含量，从而提高蔬菜植株抗逆性。本研究发现，在无机营养液中添加0.1%微生物菌肥，番茄植株叶片的SOD、POD、CAT活性均高于对照，同时还提高了叶片游离脯氨酸含量，降低了植株后期叶片的MDA 含量，这与张蕾等［19］的研究结果一致；但在减少20%无机营养液添加0.2%微生物菌肥后，番茄植株叶片的SOD、POD、CAT活性均低于对照，降低了植株的抗逆性，这可能是由于减少了20%的无机营养液，无机营养物质不能满足植株的需求，有待进一步验证。另外，本试验在简易薄膜大棚进行，在植株生长后期出现高温逆境，无机营养液中添加0.1%微生物菌肥处理下，植株抗逆性增强，单株产量显著高于其他处理，下一步可就微生物菌肥对高温逆境下产量的影响进行研究。

4 结论

本试验采用浮板毛管水培樱桃番茄，通过测定番茄单株产量和果实品质，并结合番茄植株叶片酶活性，研究无机营养液中添加微生物菌肥对水培樱桃番茄生长的影响。结果表明，与不添加微生物菌肥相比，添加0.1%微生物菌肥可显著提高番茄单株产量（达684.19 g），有利于改善番茄果实外观品质和营养品质，增加番茄果实可滴定酸（5.71 g/kg）、VC（46.17 mg/100 g）含量，而对樱桃番茄单果质量、果实纵径、横径、可溶性固形物含量和颜色指数的影响差异均不显著；同时，添加0.1%微生物菌肥有利于增加番茄整个生育期的叶片游离脯氨酸含量，增幅为6.35%～19.89%，增强叶片SOD、POD、CAT 活性，降低叶片MDA 含量，增强植株的抗逆性。