番茄风味独特，富含维生素、番茄红素以及矿物质，具有较高的经济价值，是我国设施蔬菜的主要栽培作物之一[1]。2021年我国设施番茄栽培面积达111.3×104 hm2[2]。近年来，随着消费者对高品质番茄需求的增加，如何通过合理的栽培措施提高番茄的营养价值、抗氧化能力及抗逆性成为研究热点。氨基酸肥作为一种含有小分子氨基酸的有机氮肥，因具有易被作物吸收、提高作物抗性、改善土壤理化性质等特性在蔬菜、果树和大田作物上广泛应用[3-5]。
孟鑫鹏等[6]研究发现，复合微生物肥料、含腐殖酸水溶性肥料、微生物菌剂等均可促进番茄植株生长，提高叶片叶绿素含量，增加植株鲜重。刘世伟等[7]研究表明，甲壳素、蚯蚓粪、氨基酸、海藻酸和腐殖酸水溶肥等不同功能性肥料均可提高番茄叶片叶绿素含量、果实可溶性固形物含量，增加果肉厚度、果实纵、横径。户可欣等[8]研究表明，常规施肥+氨基酸肥料均可提高番茄叶片叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、根系养分含量以及产量。目前，关于不同外源物质对番茄的综合效应研究多集中于单一指标，缺乏对光合特性、果实品质、抗氧化系统及土壤酶活性的系统比较研究。因此，本研究通过叶面喷施氨基酸肥，系统分析其对番茄叶绿素含量、果实品质、抗氧化酶活性及根际土壤酶活性的影响，以明确不同处理对番茄光合性能及果实品质的调控作用，揭示叶片与根系抗氧化系统的响应差异及协同机制，通过相关性分析、主成分分析评估番茄品质、根系活力与叶片及根际土壤酶活性、根系抗逆酶活性的相关性，为番茄优质高效栽培提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地点
试验于2024年2月26日至8月28日在宁夏银川市兴庆区掌政镇茂盛村乐乐树水果番茄基地4号日光温室开展。该地属于温带大陆性气候区，全年气候干燥，日照充足，昼夜温差较大。试验温室连作番茄四茬，土壤类型为灌淤土。0～20 cm土层土壤化学性质：pH 8.15，全盐含量2.5 g/kg，有机质含量8.88 g/kg，全氮含量0.056%，速效氮含量63 mg/kg，速效钾含量289 mg/kg，有效磷含量135 mg/kg。
1.2 供试材料
供试番茄品种为‘亚蔬12号’，购自宁夏乐乐树农业科技有限公司；试验所用复合氨基酸叶面肥（游离氨基酸≥120 g/L）和纯氨基酸水溶肥（包括赖氨酸、缬氨酸、苏氨酸，剂型为粉剂，含量≥98.5%）均购自宁夏伊品生物科技股份有限公司；其余所需腐熟有机肥（有机质≥40%）、复合肥（N∶P∶K为15∶15∶15）、过磷酸钙（有效磷含量≥12%）、普通水溶肥（N∶P∶K为20∶20∶20）、高钾水溶肥（N∶P∶K为15∶5∶30）、硝酸钙（四水硝酸钙≥99%，氮≥11%，氧化钙≥23%）均购自宁夏禾田农资有限公司。
1.3 试验设计
试验采用单因素随机区组设计，小区面积7.2 m2，共5个处理，每个处理3次重复，以叶面喷施清水为对照（CK），其余4个处理分别为叶面喷施复合氨基酸（处理AAF）、赖氨酸（处理KF）、缬氨酸（处理VF）和苏氨酸（处理TF）水溶肥，喷施浓度均为0.25 g/L，每个小区用量10 L。待番茄生长至开花坐果期（4月7日）后开始处理，每隔15 d处理1次，直至番茄完全成熟。试验采用高畦双行种植，畦上覆黑膜，株距0.3 m，行距0.8 m。基施60 t/hm2腐熟有机肥、750 kg/hm2复合肥和450 kg/hm2过磷酸钙；苗期（3月11日）每7 d追施45 kg/hm2普通水溶肥，花果期（4月7日）每7 d追施75 kg/hm2高钾水溶肥，采收期（5月16日）补充30 kg/hm2硝酸钙1次。所有处理均采用滴灌种植方式，基肥、追肥及其他栽培管理措施一致。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 叶片叶绿素含量
番茄生长至盛果期后，每个处理标记3株长势均匀的植株，每个植株采集大小一致的功能叶3片，采用分光光度法测定叶片叶绿素a、b含量及叶绿素总含量[9]。
1.4.2 果实品质
1.4.3 叶片及根系抗氧化酶活性
番茄采收后，每个处理标记3株长势均匀的植株，每个植株采集大小一致的功能叶3片，同时采集植株完整根系，分别测定叶片及根系的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量[11]。其中，POD活性测定采用愈创木酚法；CAT活性测定采用紫外分光光度法；SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）法测定，脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定。
1.4.4 根系活力及根际土壤酶活性
1.5 数据分析
采用Excel 2010软件进行数据整理与分析，采用SPSS 23.0软件进行差异性分析（LSD法）以及主成分分析，采用Origin 2024软件进行PCA分析及绘图。
2 结果与分析
2.1 对番茄叶片叶绿素含量的影响
由图1可知，处理AAF、KF、VF的叶绿素a含量和叶绿素总含量均高于处理TF、CK，处理AAF、KF、VF的叶绿素b含量高于CK，差异具有统计学意义（P<0.05）；处理TF的叶绿素a含量和叶绿素总含量明显高于CK，但叶绿素b含量与CK差异无统计学意义（P>0.05）。处理AAF的叶绿素a、b含量及叶绿素总含量均最高，分别为1.15、0.37和1.52 mg/g，较CK明显提高了247.47%、164.29%和222.70%。说明叶面喷施复合氨基酸的喷施效果最优。
2.2 对番茄果实品质的影响
由表1可知，处理AAF、KF、VF、TF的果实可滴定酸含量和可溶性固形物含量均高于CK，硝酸盐含量均低于CK，差异具有统计学意义（P<0.05）；各处理的可溶性糖含量差异无统计学意义（P>0.05）。处理AAF的可滴定酸含量和可溶性固形物含量均最高，分别为5.06 g/kg、11.4%，较CK提高62.18%、2.3个百分点；处理KF的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量最高，分别为25.6、0.99 g/100 g，较CK分别提高23.08%、32.00%；处理TF的维生素C含量最高，为34.7 mg/100 g，较CK提高40.49%，同时其硝酸盐含量最低，为690 mg/kg，较CK降低24.59%。说明处理AAF能明显提高果实酸度和可溶性固形物含量，处理KF有利于蛋白积累，处理TF在提高维生素C和降低硝酸盐含量方面效果突出。
表1 不同处理对番茄果实品质的影响 |
| 处理 | 维生素C/（mg/100 g） | 可溶性糖/（g/100 g） | 可滴定酸/（g/kg） | 可溶性蛋白/（g/100 g） | 可溶性固形物/% | 硝酸盐/（mg/kg） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CK | 24.7±1.37 b | 20.8±0.89 a | 3.12±0.17 c | 0.75±0.05 b | 9.1±0.31 b | 915±18.93 a |
| AAF | 29.8±2.43 ab | 24.2±1.17 a | 5.06±0.22 a | 0.90±0.01 ab | 11.4±0.31 a | 818±9.07 b |
| KF | 25.0±0.81 b | 25.6±2.31 a | 4.35±0.23 ab | 0.99±0.07 a | 10.7±0.66 a | 715±18.58 cd |
| VF | 31.1±1.99 a | 20.9±0.06 a | 4.08±0.28 b | 0.86±0.06 ab | 11.2±0.21 a | 752±10.58 c |
| TF | 34.7±1.68 a | 22.9±1.68 a | 4.49±0.45 ab | 0.84±0.04 ab | 10.8±0.66 a | 690±14.43 d |
|
2.3 对番茄叶片及根系抗氧化酶活性的影响
由图2可知，不同处理对番茄叶片和根系抗氧化酶系统及氧化损伤指标的影响呈现器官特异性和处理依赖性。在器官层面，根系表现出较强的POD应激响应，其中处理AAF的根系POD活性[1 078 μg/（g·min）]明显高于其他处理，较CK提高158%，差异具有统计学意义（P<0.05）。与之相反，所有处理下叶片的MDA含量均高于根系，以处理TF的叶片MDA含量最高（4.28 mmol/g），较CK提高8.63%，表明叶片更易发生膜脂过氧化损伤。处理AAF的叶片POD活性[621 μg/（g·min）]较CK提高774.65%，其根系MDA含量最低（1.22 mmol/g），显示出双器官协同抗逆潜力；处理TF的叶片CAT活性最高[233 U/（g·min）]，处理KF的根系SOD活性最高[486 U/（g·h）]，凸显CAT—SOD协同清除活性氧的优势；处理TF的根系CAT活性最高，MDA积累量最高，提示该处理可能加剧叶片的氧化胁迫。
2.4 对番茄根系活力的影响
由图3可知，处理AAF、KF明显高于处理VF、TF和CK，差异具有统计学意义（P<0.05），处理VF、TF和CK差异无统计学意义（P>0.05），处理AAF的根系活力为18.2 g/g，较处理CK、KF、VK、TF分别提高843.01%、219.30%、1 190.78%、1 190.78%。说明叶面喷施复合氨基酸有利于提高番茄根系活力。
2.5 对番茄根际土壤酶活性的影响
由表2可知，不同处理对番茄根际土壤酶活性影响存在差异，处理VF的蔗糖酶活性最高（49.1 mg/g），明显高于CK，但其过氧化氢酶活性（0.147 mL/g）和脲酶活性（0.041 mg/g）明显低于CK，差异具有统计学意义（P<0.05）；处理AAF、KF的蔗糖酶活性分别为24.1、27.6 mg/g，明显低于CK，但其过氧化物酶活性分别为4.41和4.44 mg/g，明显高于CK，差异具有统计学意义（P<0.05）。此外，处理KF的磷酸酶活性为0.137 mg/g，较CK降低26.34%；处理TF的脲酶（0.037 mg/g）、磷酸酶（0.155 mg/g）和过氧化物酶活性（1.68 mg/g），明显低于CK（P<0.05），但其过氧化氢酶活性与CK差异无统计学意义（P>0.05）。CK在过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性上维持了较高水平，但其过氧化物酶活性明显低于处理AAF、KF和VF，蔗糖酶活性明显低于VF。整体上看，除处理VF对蔗糖酶与处理TF对过氧化氢酶有一定的促进或维持作用外，处理AAF、KF、VF对过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶均表现出抑制效应，而处理AAF、KF、VF则均提高了过氧化物酶活性。
表2 不同处理对番茄根际土壤酶活性的影响 |
| 处理 | 蔗糖酶/（mg/g） | 过氧化氢酶/（mL/g） | 脲酶/（mg/g） | 磷酸酶/（mg/g） | 过氧化物酶/（mg/g） |
|---|---|---|---|---|---|
| CK | 36.7±0.45 b | 0.175±0.007 a | 0.101±0.006 a | 0.186±0.005 a | 2.67±0.246 b |
| AAF | 24.1±2.35 c | 0.151±0.005 b | 0.060±0.009 b | 0.176±0.005 a | 4.41±0.199 a |
| KF | 27.6±1.44 c | 0.155±0.003 b | 0.045±0.002 bc | 0.137±0.007 b | 4.44±0.144 a |
| VF | 49.1±2.77 a | 0.147±0.005 b | 0.041±0.002 c | 0.139±0.006 b | 3.87±0.307 a |
| TF | 34.9±2.43 b | 0.181±0.006 a | 0.037±0.003 c | 0.155±0.006 b | 1.68±0.196 c |
2.6 相关性分析
为进一步明确番茄品质、根系活力与根际土壤酶活性、叶片及根系抗氧化酶活性的相关性，选取根系活力、硝酸盐、可溶性固形物、可溶性蛋白、可滴定酸、可溶性糖、维生素C、叶绿素总含量、叶片及根系CAT、POD、SOD活性、MDA含量、根际土壤蔗糖酶、根际土壤过氧化氢酶、根际土壤脲酶、根际土壤磷酸酶、根际土壤过氧化物酶活性进行相关性分析。由图4可知，可溶性蛋白含量与叶片CAT活性呈正相关（P<0.05），根系活力与根系CAT活性呈正相关（P<0.01），可滴定酸与根系MDA含量呈负相关（P<0.01）。说明可溶性固形物含量增加可提高叶片CAT活性，根系CAT活性增加可提高根系活力，可滴定酸含量增加会抑制根系MDA的生成。
2.7 PCA分析
选取不同处理的叶绿素总含量、维生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白、可溶性固形物、硝酸盐、根系活力、叶片及根系CAT、POD、SOD活性、MDA含量、根际土壤蔗糖酶、根际土壤过氧化氢酶、根际土壤脲酶、根际土壤磷酸酶、根际土壤过氧化物酶等指标提取主成分。由图5可知，共提取出了5个主成分，其中前4个主成分特征之值和为21，累积贡献率达100%，表明前4个主成分可充分反映所有指标的信息。前2个主成分PC1、PC2的贡献率分别为43.29%和25.69%，所有指标均是差异的主要贡献指标，指标S1～S8、E1、E2、E5、E6、E8、E13在PC1上有较高载荷，其余指标在PC2上有较高载荷；在PC1上处理AAF、VE、KF与其余处理可明显区分，在PC2上处理TF、VF与剩余处理可明显区分。说明PC1是区分处理间差异的最主要维度，其上高载荷的指标（处理AAF、VE、KF）在主要生理代谢特征上具有独特效应，PC2代表了植株与根际土壤的次生响应或抗逆代谢途径，表明处理TF、VF与其余处理在次要代谢或抗逆响应途径上作用不同。
3 结论与讨论
氨基酸肥料作为有机肥料施入，能够补充植物所需的氨基酸，有利于植物对其他营养物质的吸收，调节植物生长，从而增强植物的新陈代谢，改善作物品质[17]。同时，外源氨基酸具有生物刺激素的作用，被植物吸收后，可调控其代谢能力，提高植物耐盐能力[18]。本研究系统评估了不同处理（AAF、KF、VF、TF）对番茄植株生理特性、抗氧化系统及根际土壤酶活性的影响，揭示了各处理的作用特点及其潜在作用机制。叶绿素含量是反映植物光合能力的重要指标。戈慧敏等[19]研究表明，甘氨酸可以抑制植物冠层衰老和抑制叶绿素分解，有效促进光合电子的传递。外源氨基酸肥料不仅提高了番茄对甘氨酸的吸收，还可通过提高叶片PSⅡ反应中心的光化学效率，进而提高番茄叶片的叶绿素含量和光合能力[20]。本研究发现，处理AAF明显提高了叶绿素a、b及叶绿素总含量，较CK分别提高247.47%、164.29%和222.70%，表明复合氨基酸肥料能够有效促进叶绿素合成，提高光合作用效率。处理KF和VF虽也提升了叶绿素含量，但效果不及处理AAF，可能与氨基酸种类和含量差异有关。处理TF对叶绿素b含量无明显影响，其作用机制可能更偏向于叶绿素a的合成或稳定。
维生素C和可溶性糖是评价果实品质的主要指标。本研究发现，所有处理明显提高了可滴定酸和可溶性固形物含量，降低了硝酸盐含量，表明外源添加物能够改善果实风味和安全性。处理AAF在提升酸度和可溶性固形物方面表现最优，较CK分别提高62.18%和2.30个百分点，而KF处理明显增加了可溶性糖和可溶性蛋白含量，较CK分别提高23.08%和32.00%，说明不同处理对果实品质的调控具有特异性。TF处理明显提高了维生素C含量，并降低了硝酸盐含量，表明其在提升营养价值和安全性方面具有独特优势，这与曹小艳等[21]的研究结果一致。氨基酸肥料能明显增加果实中维生素C和可溶性糖含量，可能是由于糖类（蔗糖、葡萄糖和果糖）是光合产物，而氨基酸肥料的施用增加了叶片中叶绿素含量，从而促进果实中可溶性糖的积累。
抗氧化酶活性和MDA含量变化反映了植物对氧化胁迫的响应能力。处理AAF通过诱导叶片和根系POD活性，降低根系MDA含量，显示出双器官协同抗逆潜力。处理TF通过提升叶片CAT和根系SOD活性，形成了CAT—SOD协同清除活性氧的防御机制。处理TF的MDA含量最高，提示其可能加剧了叶片的氧化损伤。这些结果证实了POD在叶片抗氧化中的核心作用，以及CAT—SOD系统在根系防御中的协同效应。处理AAF明显提高了根系活力，表明复合氨基酸能有效促进根系代谢活动。土壤酶活性变化反映了根际微环境的养分循环状况。处理VF明显提高了蔗糖酶活性，但抑制了过氧化氢酶和脲酶活性，提示其对碳循环的促进作用可能以牺牲氮代谢为代价。处理AAF和KF明显提高了过氧化物酶活性，可能与其诱导的抗氧化响应有关。处理TF对多数土壤酶活性表现出抑制作用，但其过氧化氢酶活性最高，说明其对氧化还原环境的调控具有选择性。
综上，本研究分析了叶面喷施不同氨基酸肥对设施连作番茄品质及根际土壤酶活性的影响，结果表明，叶面喷施复合氨基酸（处理AAF）综合效果最优，能够明显提升叶绿素含量、改善果实品质、增强抗氧化能力并促进根系活力，是兼顾光合性能、果实品质和抗逆性的理想选择；叶面喷施赖氨酸（处理KF）有利于蛋白质积累，但对氮代谢相关酶活性有抑制作用，建议与其他肥料配合使用以平衡碳氮代谢；叶面喷施苏氨酸（处理TF）在提升维生素C含量和降低硝酸盐含量方面效果明显，但可能加剧叶片氧化胁迫，需谨慎评估其应用条件。本研究为番茄栽培中外源添加物的选择提供了理论依据，未来可进一步探讨各处理组合的协同效应及田间应用效果。