無機營養(yǎng)液配施微生物菌肥對水培櫻桃番茄產量、品質和抗逆生理的影響

聶 俊，李艷紅，楊 鑫，鄭錦榮，譚德龍，謝玉明，史亮亮

（廣東省農業(yè)科學院設施農業(yè)研究所/農業(yè)農村部華南都市農業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】櫻桃番茄色澤鮮亮，口感好，富含維生素，且含有番茄紅素和谷胱甘肽等抗癌物質，備受消費者青睞，是聯合國糧農組織優(yōu)先推廣的“四大蔬果”之一［1］。隨著鄉(xiāng)村振興、都市農業(yè)的發(fā)展，蔬菜設施栽培逐漸成為現代農業(yè)中最具活力的新興產業(yè)，我國蔬菜設施栽培面積已居世界第1 位，櫻桃番茄設施栽培面積也不斷擴大［2-4］，目前我國櫻桃番茄種植面積約15 萬hm2，其中近8 萬hm2為設施櫻桃番茄，主要種植地區(qū)有山東、江蘇、廣西、廣東、海南等地。由于設施栽培中基質栽培前期投入較大，制約了基質栽培的發(fā)展，而水培成本低，環(huán)境可控，資源節(jié)約，同時其品質、口感和安全性好，得到了業(yè)界及消費者廣泛的認可。FCH（Float plate capillary hydroponics，浮板毛管水培）可以調節(jié)根系生長環(huán)境，提高作物產量，是水培櫻桃番茄的優(yōu)良種植方式之一，在華南地區(qū)已得到廣泛推廣。

【前人研究進展】目前隨著國民經濟的發(fā)展，人民逐步在追求高品質、綠色安全的農產品，而微生物菌肥因環(huán)境友好、綠色安全等優(yōu)點而受到廣泛關注［5］。有關微生物菌劑的研究已經越來越深入，微生物菌肥可以產生生長素、赤霉素和細胞分裂素等植物激素類物質，促進作物更好地吸收養(yǎng)分，調節(jié)植株生長和發(fā)育，從而提高產量和改善品質等。有研究表明，增施微生物菌肥減少化肥的使用，可以提高櫻桃番茄產量，并且提高番茄果實可溶性固形物、可溶性蛋白和可溶性糖含量，增加果實糖酸比、VC和番茄紅素含量，因此微生物菌肥的使用在無公害農產品生產中的地位得到不斷提高［6-8］。

【本研究切入點】水培營養(yǎng)液均為無機態(tài)營養(yǎng)液，在無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥的相關研究較少，本試驗以櫻桃番茄優(yōu)質高效生產為出發(fā)點，探究無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥對水培櫻桃番茄產量、品質及抗性的影響，以期為水培條件下優(yōu)質高產栽培櫻桃番茄提供新的營養(yǎng)液配方?！緮M解決的關鍵問題】探索合理的無機營養(yǎng)液和微生物菌肥比例，研究微生物菌肥與無機營養(yǎng)液對櫻桃番茄生長的影響，為華南地區(qū)現代設施農業(yè)無土栽培提供新的營養(yǎng)液配方，為改善櫻桃番茄風味與品質提供理論和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試櫻桃番茄品種粵科達101 為廣東省農業(yè)科學院設施農業(yè)研究所培育品種；微生物菌肥為快客微生物菌劑，濟南通旺達農業(yè)科技有限公司生產，有效活菌數＞2.0 億/g，有機質＞100 g/L，氮磷鉀＞10%，氨基酸＞80 g/L。

1.2 試驗方法

試驗于2020 年1—8 月在廣東省農業(yè)科學院白云試驗基地溫室進行。1 月28 日播種，3 月18日番茄幼苗4～5 片真葉時移栽定植，6 月10 日拉秧采收結束。栽培方式采用浮板毛管水培，每個栽培槽寬0.4 m、長1 m，每個栽培板種植5 株，呈品字型排列，行距1.8 m，株距0.33 m。試驗營養(yǎng)液配方采用廣東省農業(yè)科學院設施農業(yè)研究所研發(fā)的櫻桃番茄專用營養(yǎng)液配方，設置4 個不同營養(yǎng)液處理（表1），分別為以無機營養(yǎng)液不添加微生物菌肥作對照（T1），在營養(yǎng)液添加0.1%微生物菌肥（T2），減少10%無機營養(yǎng)液添加0.1%微生物菌肥（T3），減少20%無機營養(yǎng)液添加0.2%微生物菌肥（T4）。各處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。營養(yǎng)液管理：營養(yǎng)液池大小為1.5 m3，每次按照處理配方配制1 m3的營養(yǎng)液，平均10 d 更新1 次，營養(yǎng)液日常按照開40 min 循環(huán)，停20 min。3 次重復，每個小區(qū)長11 m，種植55 株，共計165 株，隨機布置在溫室中。采用單桿整枝方式，在櫻桃番茄幼苗生長到第四穗花時摘心打頂。

表1 不同營養(yǎng)液處理大中量元素用量Table 1 The content of macro elements and secondary elements of different nutrient solutrions

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高 從移栽定植后14 d 開始測量，每隔14 d 測量1 次從番茄基部到頂部生長點之間的髙度，至摘心后停止測量。

1.3.2 單株產量 從果實開始成熟，每隔14 d采收1 次成熟果實，分果穗采收，用精確度為0.01 g 的電子天平測量記錄各處理番茄果實單果重、單株果重。

1.3.3 果實品質 在果實成熟時，從各處理第二、三穗果實選取大小合適的成熟果實20 個，測定各處理下番茄果實品質。（1）外觀品質：用游標卡尺測量果實橫、縱徑，并計算果形指數（縱徑／橫徑）。果實硬度用手持GY-1 型果實硬度計進行測量；用色差儀測定果實顏色，計算果實顏色指數（CI）：

式中，L 表示亮度范圍從黑色到白色，a 表示從綠色到紅色的刻度，b表示從藍色到黃色的刻度［9］。（2）口感品質：可溶性固形物含量采用糖量計法測定，可滴定酸含量采用標準滴定法測定；維生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定。

1.3.4 相對葉綠素含量 葉片葉綠素含量直接采用便攜式葉綠素儀SPAD-502（日本）測量完全展開成熟葉片SPAD 值。

1.3.5 葉片抗性酶活性和抗逆物質含量 過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑還原法，過氧化氫酶（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，游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定［10］。

試驗數據采用 Excel 2010 和statistix8.0 進行處理，LSD法進行差異顯著性測驗。

2 結果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄單株產量的影響

由圖1 可知，與對照（T1）相比，T2 處理櫻桃番茄單株產量為684.19 g、顯著提高60.62%，T3、T4 處理櫻桃番茄產量均有提高、但無顯著差異。本試驗在廣州上半年無風機簡易薄膜大棚進行，在植株生長后期出現高溫天氣，所有處理均未采取任何措施進行保花保果，影響了后期的座果率，單株產量均不高。

圖1 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄單株產量的影響Fig.1 Effects of different nutrient solution treatments on single plant yield of cherry tomato

2.2 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄果實品質的影響

從表2 可以看出，無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥對櫻桃番茄單果質量、果實縱徑、橫徑和顏色指數的影響差異均不顯著，單果質量以T3 處理最高、為13.68 g，T2 處理最低、為12.89 g。番茄的果形是果實外觀品質的重要指標之一，果實縱徑以T3 處理最大，T4 處理最??；果實橫徑以T4 處理最大，T2 處理最?。还椭笖狄訲2 處理最大、果形最圓，T4 處理最小、果形最扁；添加微生物菌肥的番茄果實顏色指數均高于對照，以T3 處理最高，說明添加微生物菌肥有利于促進果實轉色，果實色澤好。

表2 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄果實外觀品質的影響Table 2 Effects of different nutrient solution treatments on appearance quality of cherry tomato fruit

從表3 可以看出，添加微生物菌肥對櫻桃番茄果實可溶性固形物含量的影響不顯著，以T2處理最高、達9.17%，T4 處理最低、為8.40%；添加微生物菌肥可以提高果實可滴定酸含量，表現為處理T3＞T2＞T4 ≈T1，以T3 處理最高，顯著高于對照（T1）；T2 處理的果實硬度顯著高于對照（T1），VC含量（46.17 mg/100 g）顯著高于對照（T1，42.20 mg/100 g）；果實果肉以T4 處理最厚。

表3 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄果實口感品質的影響Table 3 Effects of different nutrient solution treatments on taste quality of cherry tomato fruit

2.3 不同營養(yǎng)液處理對番茄株高的影響

從圖2 可以看出，減量20%無機營養(yǎng)液不利于植株生長。在番茄幼苗移栽定植后14 d，以對照（T1）的株高最高，達39.31 cm，顯著高于T3、T4 處理；定植后28 d，株高以T2 處理最高，達120.66 cm，顯著高于T4 處理；定植后42 d，株高以T2、T3 處理較高，分別為205.10和199.03 cm，顯著高于對照（T1）和T4 處理；定植后56 d，株高以T2 處理最高，達274 cm，顯著高于其他處理。

圖2 不同營養(yǎng)液處理對番茄株高的影響Fig.2 Effects of different nutrient solution treatments on plant height of cherry tomato

2.4 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片SPAD 值的影響

從圖3 可以看出，無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥有利于提高番茄葉片SPAD 值，且均以T4處理最高。其中，番茄幼苗定植后14 d，T4、T2 處理葉片SPAD 值分別比對照（T1）顯著提高25.24%和17.07%，T3 與T1 處理無顯著差異；定植后28 d，T4 處理葉片SPAD 值達48.36，比對照（T1）顯著提高16.08%，T2、T3 處理葉片SPAD 值也顯著高于對照（T1）；定植后42、56、70 d，T4 處理葉片SPAD 值均顯著高于對照（T1），分別達48.13、48.33 和44.50。

圖3 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片SPAD 的影響Fig.3 Effects of different nutrient solution treatments on SPAD in leaves of cherry tomato

2.5 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄植株抗逆指標的影響

2.5.1 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄葉片游離脯氨酸含量的影響 游離脯氨酸是植物細胞內一種重要的滲透調節(jié)物質。從圖4 可以看出，無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥可以提高番茄葉片中游離脯氨酸含量。定植后14、28 d，各處理游離脯氨酸含量均無顯著差異，均以T2 處理最高，分別為28.53、24.73 μg/g；定植后42、56、70 d，T2處理葉片游離脯氨酸含量最高，分別為23.46、24.59、26.34 μg/g，顯著高于對照（T1），T3、T4 處理與T1 處理無顯著差異。

圖4 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片游離脯氨酸含量的影響Fig.4 Effects of different nutrient solution treatments on free proline content in leaves of cherry tomato

2.5.2 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄葉片MDA 含量的影響 從圖5 可以看出，在無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥后，葉片MDA 含量均有不同程度的增加。定植后14 d，添加微生物菌肥后葉片MDA 含量均顯著高于對照（T1），表現為處理T4＞T3＞T2＞T1；定植后28 d，T4、T3 處理葉片MDA 含量均顯著高于對照（T1），T2 處理與T1 處理無顯著差異；定植后42 d，T2 處理葉片MDA 含量比對照（T1）顯著降低26.87%；定植后70 d，T2 處理葉片MDA 含量比對照（T1）顯著降低26.63%，T3、T4 處理均高于對照（T1），但差異不顯著。

圖5 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片MDA 含量的影響Fig.5 Effects of different nutrient solution treatments on MDA content in leaves of cherry tomato

2.5.3 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄葉片SOD 活性的影響 從圖6 可以看出，無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥，除T4 處理外均可提高番茄葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性。定植后14 d，以T2處理葉片SOD 活性最高，T3 處理次之，T4 處理最低；定植后28 d，各處理表現趨勢與定植后14 d 基本一致，T2 處理葉片SOD 活性顯著高于對照（T1）；定植后42 d，添加微生物菌肥處理葉片SOD 活性與對照無顯著差異；定植后56 d，T2 處理葉片SOD 活性高于對照（T1），T3、T4 處理低于對照（T1）；定植后70 d，T2、T3 處理葉片SOD 活性比對照（T1）分別顯著提高30.94%、28.40%。

圖6 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片SOD 活性的影響Fig.6 Effects of different nutrient solution on treatments SOD activity in leaves of cherry tomato

2.5.4 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄葉片POD 活性的影響 從圖7 可以看出，番茄幼苗移栽定植后14 d，T2、T3 處理番茄葉片過氧化物酶（POD）活性均高于對照（T1），以T3 處理POD 活性最高，較對照（T1）顯著提高36.51%；定植后28 d，T3 處理葉片POD 活性顯著高于對照（T1），T2、T4 處理與對照無顯著差異；定植后42、56、70 d，均以T2 處理葉片POD 活性最高。

圖7 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片POD 酶活性的影響Fig.7 Effects of different nutrient solution treatments on POD activity in leaves of cherry tomato

2.5.5 不同營養(yǎng)液處理對櫻桃番茄葉片CAT 活性的影響 從圖8 可以看出，除T4 處理外，T2、T3 處理均可以提高番茄葉片過氧化氫酶（CAT）活性。定植后14、28 d，T2、T3 處理番茄葉片CAT 活性與對照（T1）無顯著差異；定植后42 d，T2、T3 處理葉片CAT 活性比對照（T1）分別顯著提高74.49%和69.12%；定植后56 d，以T2 處理葉片CAT 活最高，處理T3、T4 均低對照（T1）；定植后70 d，各處理與定植后14 d 表現一致，T4處理葉片CAT 活性最低，T2、T3 處理與對照（T1）無顯著差異。

圖8 不同營養(yǎng)液處理對番茄葉片CAT 酶活性的影響Fig.8 Effects of different nutrient solution treatments on CAT activity in leaves of cherry tomato

3 討論

施用微生物菌肥能夠促進番茄［11］、黃瓜［12］、辣椒［13］等蔬菜的生長，可提高番茄植株株高、葉片葉綠素相對含量，改善番茄果實外觀品質和營養(yǎng)品質。孟思達等［14］通過研究不同微生物菌劑處理對番茄生長的影響，得出施用微生物菌劑番茄前期長勢顯著優(yōu)于對照，可以顯著增加前期生物量，顯著提高番茄產量和改善果實品質。本試驗在無機營養(yǎng)液中添加0.1%微生物菌肥，可以提高櫻桃番茄株高，增加單株產量，有利于果實轉色，增加VC和可滴定酸含量，這與前人研究結果一致，但是在減少無機營養(yǎng)液10%添加0.1%微生物菌肥后植株株高與對照無顯著差異，無機營養(yǎng)液減少20%添加0.2%微生物菌肥植株株高在后期甚至還低于對照，可能與栽培方式有關，本試驗采用無土水培模式，微生物菌肥中的微生物沒有土壤環(huán)境進行營養(yǎng)降解，不能通過改善土壤肥力來為植株提供充足的養(yǎng)分［15］。另外本研究發(fā)現添加微生物菌肥的植株葉片SPAD 值均高于對照，有利于提高葉片相對葉綠素的含量。在原營養(yǎng)液添加其他濃度的微生物菌肥，探討適宜的營養(yǎng)液和微生物菌肥比例，以更加有利于植株生長、提高果實產量和品質，有待后續(xù)進一步研究。

微生物菌肥中所含有的有益微生物能誘導作物產生超氧化物酶、過氧化氫酶等代謝產物來抵御衰老、脅迫環(huán)境等逆境，從而有利于提高作物的抗逆性［16-19］。劉刊等［20-22］對連作障礙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，從而提高蔬菜植株抗逆性。本研究發(fā)現，在無機營養(yǎng)液中添加0.1%微生物菌肥，番茄植株葉片的SOD、POD、CAT活性均高于對照，同時還提高了葉片游離脯氨酸含量，降低了植株后期葉片的MDA 含量，這與張蕾等［19］的研究結果一致；但在減少20%無機營養(yǎng)液添加0.2%微生物菌肥后，番茄植株葉片的SOD、POD、CAT活性均低于對照，降低了植株的抗逆性，這可能是由于減少了20%的無機營養(yǎng)液，無機營養(yǎng)物質不能滿足植株的需求，有待進一步驗證。另外，本試驗在簡易薄膜大棚進行，在植株生長后期出現高溫逆境，無機營養(yǎng)液中添加0.1%微生物菌肥處理下，植株抗逆性增強，單株產量顯著高于其他處理，下一步可就微生物菌肥對高溫逆境下產量的影響進行研究。

4 結論

本試驗采用浮板毛管水培櫻桃番茄，通過測定番茄單株產量和果實品質，并結合番茄植株葉片酶活性，研究無機營養(yǎng)液中添加微生物菌肥對水培櫻桃番茄生長的影響。結果表明，與不添加微生物菌肥相比，添加0.1%微生物菌肥可顯著提高番茄單株產量（達684.19 g），有利于改善番茄果實外觀品質和營養(yǎng)品質，增加番茄果實可滴定酸（5.71 g/kg）、VC（46.17 mg/100 g）含量，而對櫻桃番茄單果質量、果實縱徑、橫徑、可溶性固形物含量和顏色指數的影響差異均不顯著；同時，添加0.1%微生物菌肥有利于增加番茄整個生育期的葉片游離脯氨酸含量，增幅為6.35%～19.89%，增強葉片SOD、POD、CAT 活性，降低葉片MDA 含量，增強植株的抗逆性。