霧培對番茄根系生長及其營養吸收的影響

趙 旭，劉艷芝，王 靜，李天來，孫周平

(1.濟寧市農業技術推廣站，山東 濟寧 272019； 2.濟寧市農業科學研究院，山東 濟寧 272009； 3.泗水縣農業技術推廣站，山東 濟寧 273200； 4.沈陽農業大學 園藝學院，遼寧 沈陽 110866)

霧培對番茄根系生長及其營養吸收的影響

趙 旭1，劉艷芝2，王 靜3，李天來4，孫周平4

(1.濟寧市農業技術推廣站，山東 濟寧 272019； 2.濟寧市農業科學研究院，山東 濟寧 272009； 3.泗水縣農業技術推廣站，山東 濟寧 273200； 4.沈陽農業大學 園藝學院，遼寧 沈陽 110866)

以遼園多麗番茄為試材，采用氣霧法栽培，以珍珠巖培為對照，研究霧培對番茄生長的影響。結果表明，霧培可顯著改善番茄根際氣體環境，其根際O2濃度比對照提高了14.7%，而根際CO2濃度僅為對照的1/10。霧培顯著促進了番茄根系的生長及營養吸收，在定植后60 d時，霧培植株的根長、根體積、根系活力和根系硝酸還原酶活性分別比對照提高了66.0%、63.0%、34.9%和30.5%。霧培番茄根系、果實中N、P、K、Ca和Mg含量顯著高于對照，其中根系中N、P、K、Ca和Mg含量分別是對照的1.8、1.5、1.4、1.4和1.2倍。上述結果表明，霧培主要通過顯著改善根際氣體環境，增加根際周圍O2含量，降低CO2含量，促進番茄根系生長和營養吸收，增強植株營養向地上部分的轉運，從而促進植株的生長和發育。

番茄； 霧培；根系生長；營養吸收

番茄是人們喜愛的重要蔬菜，是設施生產中的主要栽培種類。設施生產中常因條件所限，又因其效益高而連年種植，常發生嚴重的連作障礙，造成產量、品質的大幅度下降。同時由于番茄植株對根系低氧環境耐性較差，在栽培過程中由于灌溉不當等原因，造成土壤中CO2濃度過高而O2濃度過低，對番茄植株產生了一定的影響[1]。

氣霧法栽培(簡稱霧培)作為一種無土栽培方式，目前已廣泛應用于馬鈴薯、甜瓜、黃瓜、桃、番茄和豌豆等作物，是脫離基質與水，把植物的根系完全置于氣霧環境下進行生長發育的一種新型栽培模式。已有研究證明，霧培馬鈴薯植株長勢旺盛，其株高、莖粗、葉面積和塊莖產量和數量等指標均明顯高于液培和沙培[2]，但霧培如何優化植物根域環境的機理等有關問題還不清楚[3]。因此，本試驗就霧培的根際氣體環境以及對植株根系生理的影響加以研究，以期為設施番茄高產優質栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

供試番茄(LycopersiconesculentumMill.)品種為遼園多麗。2014年2月2日穴盤基質育苗，3月27日定植于日光溫室。本試驗共設計了珍珠巖培(對照)、氣霧法栽培2種栽培方式。

氣霧法栽培裝置主要由栽培槽、霧化噴頭、水泵、定時器、電磁閥、輸液管道和貯液桶等組成。其中栽培槽長1 500 cm，寬80 cm，高60 cm，栽培槽的底部和兩邊設置3 cm厚的苯板，其內部鋪設兩層PVC塑料膜(內層膜采用0.1 mm厚的大棚膜以防漏水，外層膜采用0.3 mm厚的黑色塑料膜遮光)。栽培槽頂部的苯板蓋可以打開，其上鋪設黑色塑料膜。在栽培槽內距頂部10 cm處安裝進液管，在管的上部安裝2個霧化噴頭。

全生長期采用日本園式營養液配方，由水泵供給，通過定時器和電磁閥控制，每隔5 min噴液50 s，微噴頭的流量在1 L·min-1。貯液桶為地下式，以利營養液的回流和循環利用，每3 d更換一次營養液。定期調整營養液的pH和EC，使其分別保持在6.5和1.8左右。

番茄植株定植到苯板孔中，株距、行距均為40 cm，種植3槽作為3次重復；雙行定植，定植孔的空隙用巖棉填充。珍珠巖經過反復水洗至其pH為6.5，隨后將其填入長10 m，寬60 cm，深20 cm的栽培槽中，槽內鋪一層聚乙烯膜，珍珠巖與槽高持平，珍珠巖上鋪兩條滴灌帶；槽與槽的間距為70 cm，種植3槽作為3次重復；雙行定植，株距、行距同霧培，采用營養液滴灌，營養液配方同霧培。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 根際CO2和O2濃度測定

采用PCO2/10型手持式CO2分析儀和XP02318型數字式氧氣濃度計于白天上午分別測定根際周圍的CO2和O2濃度。霧培根際氣體的測定是把測定儀器與插入霧培槽的氣管直接相連，監測根際CO2和O2濃度。珍珠巖培測定部位同霧培。

1.2.2 植株根長和根體積的測定

在定植后0、15、30、45和60 d，用卷尺測量各處理植株的根長(莖基部至根尖)。在定植后0、15、30、45和60 d取樣，分別將番茄苗從霧培槽中取出，用水洗凈根系。珍珠巖培中的植株連同珍珠巖和根系完整取出，用水沖洗干凈，用排水法測定根體積。

1.2.3 植株根系活力、硝酸還原酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量的測定

在定植后0、15、30、45和60 d，分別將番茄苗從霧培槽和珍珠巖中取出，用水洗凈根系，根系活力采用TTC法測定，硝酸還原酶活性通過磺胺比色法測定，可溶性糖含量用蒽酮法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[4]。

1.2.4 植株激素含量的測定

在定植后60 d，分別從各處理中取根系5 g，液氮速凍，于超低溫冰箱-80 ℃保存備用，用于根系內源激素含量的測定。

內源激素的提取、分離及純化：樣品放入預冷研缽中，分3次加30 mL 80%的冰凍甲醇研磨至勻漿，完全轉入小燒杯中，黑暗條件下(0～4 ℃)冷藏14 h以上浸提。之后用漏斗濾紙過濾，清洗殘渣，合并濾液，上清液轉入凍干瓶中，減壓蒸干至5 mL(真空凍干系統，型號MAXI dry Lyo)，然后用2 mL 80%甲醇沖洗，提取液中加入等量石油醚萃取脫色后再過C18小柱濾除色素，之后轉入蒸發皿中蒸干，用1 mL甲醇溶解后，用0.45 μm濾膜過濾，冷凍待測定。

內源激素的HPLC測定：采用Waters高效液相色譜系統(包括高壓輸液泵、紫外檢測器、自動進樣器和系統控制工作站)測定，利用外標法定量。工作條件如下：色譜柱為C18反相柱(5.0 μm×250 mm，5 μm，Water公司生產)，C18 Sep-pak小柱(Classical Water公司生產)，波長為260 nm，流動相為V(甲醇)∶V(3%乙酸)=45∶55，流速1 mL·min-1，柱溫35 ℃，進樣量20 μL。激素標樣均為Sigma公司生產的HPLC級試劑。另外，除甲醇為色譜純，水為超純水外，其他試劑均為分析純。將配制的混合標樣(含IAA、GA3、ZT、ABA)經過上述純化分離過程測定回收率，以回收率對樣品測定結果進行校正。通過標樣計算樣品中激素濃度，并計算單位質量鮮樣中的含量。

1.2.5 植株根、葉和果實中N、P、K、Ca和Mg含量的測定

取定植后60 d植株根系、葉片和果實在105 ℃殺青15 min后，于70 ℃烘干，采用原子吸收分光光度法測定K、Ca、Mg含量[5]。N、P含量用流動分析儀(荷蘭)測定。以上指標的測定均采用單株取樣法，每槽取樣1株，共3次重復。

2 結果與分析

2.1 珍珠巖培和霧培番茄根際CO2和O2濃度

從圖1可以看出，在番茄整個生育期，霧培番茄根際CO2濃度為400～600 μL·L-1，約為珍珠巖培的1/10。霧培根際O2濃度保持在20%以上，珍珠巖培根際O2濃度顯著低于霧培，僅為霧培的85.3%。這一結果說明，霧培顯著地改善了根際氣體環境，根際周圍O2濃度增加，CO2濃度降低，使根際周圍氣體濃度接近大氣環境，O2富足，霧培的這些特點可能會對植株的生長發育產生重要的影響。

2.2 珍珠巖培和霧培對植株根長和根體積的影響

如圖2所示，霧培植株的根長在整個生育過程中始終大于珍珠巖培。同樣，霧培植株的根體積也大于珍珠巖培，在定植后60 d時，霧培根體積比珍珠巖培提高了63.0%。由此說明，霧培可顯著地促進植株根系的伸長生長以及根系體積的膨大。

圖1 珍珠巖培和霧培番茄根際CO2和O2濃度變化Fig.1 CO2 and O2 concentration of tomato rhizosphere under perlite culture and aeroponic

圖2 珍珠巖培和霧培對植株根長和根體積的影響Fig.2 Effects of perlite culture and aeroponic on root length and root volume

2.3 珍珠巖培和霧培對植株根系活力和根系硝酸還原酶活性的影響

由圖3可知，珍珠巖培和霧培植株根系活力均呈現先上升而后緩慢下降的趨勢，兩者在定植后45 d均達到最大值，此時，霧培植株根系活力是珍珠巖的1.22倍。之后，根系活力開始下降，且霧培植株的下降幅度明顯小于珍珠巖培。在整個植株生長發育階段，霧培植株根系硝酸還原酶活性始終大于珍珠巖培，在定植后60 d，霧培根系硝酸還原酶活性比珍珠巖培提高了30.5%。

2.4 珍珠巖培和霧培對植株根系可溶性糖和可溶性蛋白的影響

由圖4可知，霧培根系可溶性蛋白含量在整個生長發育過程中顯著大于珍珠巖培。根系可溶性糖含量與可溶性蛋白含量正好相反，珍珠巖培始終大于霧培。可能由于霧培根系強大的呼吸作用，消耗了較多的呼吸底物，因此其可溶性糖含量低于珍珠巖培。

圖3 珍珠巖培和霧培對植株根系活力和根系硝酸還原酶活性的影響Fig.3 Effects of perlite culture and aeroponic on root activity and nitrate reductase activity

圖4 珍珠巖培和霧培對番茄根系可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of perlite culture and aeroponic on soluble protein and soluble sugar

2.5 珍珠巖培和霧培對植株根系激素含量的影響

由表1可以看出，霧培對根系中內源激素含量有明顯的影響。霧培根系IAA、GA3和ZT含量顯著提高，分別是珍珠巖培的1.2、2.5和1.2倍。而ABA的含量霧培顯著低于珍珠巖培，僅為其69.8%。這說明霧培可以顯著促進根系生長型內源激素水平的合成。

表1 珍珠巖培和霧培對植株根系激素含量的影響

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

ng·g-1

同列不同行數據后沒有相同小寫字母表示差異顯著(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 珍珠巖培和霧培對植株根系營養吸收及轉運的影響

如表2所示，霧培根系中N、P、K、Ca和Mg含量顯著高于珍珠巖培，分別是其1.8、1.5、1.4、1.4和1.2倍。同時，霧培植株的葉片除Ca外，其他元素含量均顯著高于珍珠巖培。果實中N、P、K、Ca和Mg含量與根系具有相似的規律，即霧培顯著高于珍珠巖培。珍珠巖培果實中N、P、K、Ca和Mg含量分別比霧培減少了43.8%、25.3%、31.4%、32.0%和31.0%。

表2 霧培和珍珠巖培番茄植株根、葉和果實中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 討論

已有研究表明，氣霧培可以讓植物處于一種最佳的根域狀態下進行生長發育[6-7]，對于加快植物生長速度、縮短生育期、提高產量與生物量來說具有獨特的技術優勢[8-9]。本試驗表明，霧培番茄的根長和根體積均顯著大于珍珠巖培，說明霧培可以為植株根系生長提供很好的伸展空間。植株根系是吸收水肥的主要器官，又是物質同化或合成的器官，根系的生長發育水平直接影響整個植株的生命代謝活動[8，10]。從本試驗霧培番茄根系生理指標看，霧培顯著提高了根系活力、根系硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量以及根系IAA、GA3和ZT含量，說明霧培可顯著增強植株根系的生理代謝水平，從而促進整個植株的生長發育。同時，霧培可以顯著促進根系營養吸收和轉運，從而提高果實的營養品質。綜上可知，霧培主要通過改善根際通氣狀況，從而增強根系的代謝和營養吸收能力，同時，顯著增強根系營養向地上部(如葉和果實)的轉運，促進植株的生長發育。

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(責任編輯 張 韻)

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

濟寧市科技發展計劃項目

趙旭(1980—)，女，遼寧沈陽人，農藝師，博士,從事設施蔬菜栽培生理研究。E-mail: LDZDGC@163.com

S641.2

A

1004-1524(2017)05-0767-06

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(5): 767-772

趙旭，劉艷芝，王靜，等.霧培對番茄根系生長及其營養吸收的影響[J]. 浙江農業學報，2017，29(5)： 767-772.