微量元素在植物生长发育过程中具有不可或缺的作用。铁（Fe）不仅是光合作用中叶绿素合成的重要元素，还参与植物的呼吸作用，促进能量的释放及转移^[1]。铁元素随土壤 pH 的升高形成不易溶于水的 Fe（OH）₃ 和 Fe³⁺，不能满足作物的需求而造成缺铁营养失衡现象^[2]。植物缺乏铁元素会导致叶片黄化，净光合速率下降，从而导致植物固碳能力下降，植株矮小，严重时会导致植株死亡^[3]。研究表明，补充外源铁能够显著提高植株的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，对番茄植株的生长发育具有明显的促进作用^[4]。铁还参与植物体内抗氧化酶合成，过氧化氢酶和过氧化物酶都是铁卟啉与蛋白质的结合物，其活性可衡量植物的营养状况^[5]。

锌（Zn）是植物体多种酶或辅酶的组成成分或激活剂，同时锌还参与吲哚和丝氨酸合成色氨酸，促进生长素的合成，进而促进植物体的生长发育^[6]。我国缺锌土壤面积超过总耕地面积一半以上^[7]。土壤锌含量及生物有效性是影响植物吸收锌的主要因素^[8]。土壤缺锌会导致植物叶片褪绿黄白化，叶片失绿，脉间变黄，出现黄斑花叶，叶形显著变小甚至生长完全停止^[9]。研究表明，基施及外源喷施锌元素不仅能增加植株叶绿素含量、净光合速率，增强植株固碳能力，还能增强糖代谢相关酶活性，提高果实中糖的卸载能力，为果实成熟时可溶性糖的积累奠定基础^[10-12]。

硒（Se）是人和动物生命活动中不可缺少的元素之一。食物是人类获取硒元素的重要途径。在食物链中植物是人体摄取硒元素的主要来源，其吸收硒元素主要依赖于土壤中的有效硒含量^[13]。研究表明，土壤中硒的有效性随着土壤 pH 的升高而增加。外源增施低浓度硒肥可以促使植株体内硝酸还原酶活性上升，增强植株固化碳、氮元素的能力^[14]。此外，增施硒肥还能够通过提高植株体内谷胱甘肽含量及增强谷胱甘肽 S-转移酶活性，增加植物体内总类黄酮含量，减少植株在生长中产生的氧化损伤^[15]。

番茄（Solanum lycopersicum L.）是一种营养需求较高的植物，合理的肥料供应能够提高蔬菜的产量及品质。外源铁、锌、硒作为番茄生长发育必需的营养元素，参与番茄生长过程中一系列重要生理过程，对番茄生长及品质起着重要作用。目前，大多数研究多注重在单一铁、锌、硒元素处理及施用硒肥减缓镉、铅等重金属对植物的损伤，而铁、锌、硒元素配施对番茄生长、果实活性物质及糖代谢的影响研究较少。本研究以“普罗旺斯”番茄为试验材料，采用基施（R）及叶面喷施（L）相结合的方式，探究铁、锌、硒元素配施对番茄生长、果实抗氧化能力及糖代谢的影响，进而表明铁、锌、硒元素之间是否存在协同效应，为进一步明确生产过程中元素配施方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与处理

试验在山西农业大学园艺实验中心进行。本试验供试番茄品种为“普罗旺斯”，购自山西太谷巨鑫伟业有限责任公司。基施硒含量为 0.1% 的富硒有机肥（由中国科技大学苏州研究院功能农业重点实验室王张民博士提供），基施锌含量为 20% 的锌肥，叶面锌肥为 50 μmol·L^-1 ZnSO₄·7H₂O（七水合硫酸锌），叶面铁肥为 100 μmol·L^-1 EDTA-Fe。

将番茄种子进行浸种、催芽，待种子露白后播种于穴盘，待幼苗长至三叶一心后定植，定植时将浓度为 0.05 g·L^-1 硒、0.1 g·L^-1 锌肥均匀施入泡发已晒干的椰糠，并对每株浇灌蒸馏水 500 mL。缓苗 1 周，期间每天每株浇 0.5 倍日本山崎番茄营养液 100 mL。缓苗结束后，正常营养液浇灌为每天每株 100 mL，进入开花坐果期正常营养液浇灌为每天每株 200 mL，进入果实膨大期和成熟采摘期后，正常营养液浇灌为每天每株 400 mL。待番茄开花期后对叶片正反两面进行铁、锌肥喷施处理，待叶面布满水珠但不滴落为最佳。1 周喷施 1 次，持续 3 周。番茄开至第五穗花的时候，花上留 1～2 个叶片去顶。

试验分为 8 个处理，具体见表1。待果实成熟后，将成熟度一致的果实保存于-80℃冰箱用于后期品质指标的测定。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 生长指标测定

待番茄成熟后，使用精度为 0.01 与 1 mm 的游标卡尺与直尺测量植株茎粗与节间长，计数始花节位、花序间叶片数，每个处理 5 次生物学重复。

1.2.2 叶绿素含量及光合特性分析

果实处于转色初期时，取植株第二、三片功能叶经液氮速冻后保存于-80℃冰箱。采用 96% 乙醇浸提法测定叶绿素 a、叶绿素 b 及类胡萝卜素含量；采用美国 LI-6800 便携式光合仪，设置流速为 500 µmol·s^-1、光照强度为 800 μmol·m^-2·s^-1、 CO₂ 浓度为 400 μmol·mol^-1，于上午 9：00—11：00 进行光合参数测定。当净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率的值稳定时采集数据，并计算水分利用速率和气孔限制值，每个处理 5 次生物学重复。

1.2.3 活性物质含量的测定

总酚、类黄酮参照路文静等^[16]的方法，维生素 C 含量采用钼蓝比色法^[17]测定，每个处理 3 次生物学重复。

番茄红素参考张连富等^[18]的方法并略微改动，将 1.0 g 番茄果肉研磨成匀浆后，每次使用 5 mL 无水乙醇过滤 4 次，再每次使用 5 mL 甲醇过滤 6 次，直至滤液无色透明，弃掉滤液，将滤渣与 98% 石油醚 +2% 二氯甲烷反应，并进行多次过滤直至滤渣变为白色，将滤液定容至 50 mL 并于紫外分光光度计 502 nm 下进行比色，并根据吸光值计算番茄红素含量，每个处理 3 次重复。

1.2.4 抗氧化酶活性的测定

酶液提取参考潘媛媛等^[19]的方法；超氧化物歧化酶活性测定采用氮蓝四唑方法，过氧化物酶和过氧化氢酶活性则参考高俊凤^[17]的方法；每个处理 3 次生物学重复。

1.2.5 还原糖、蔗糖含量及相关酶活性测定

还原糖采用 3，5-二硝基水杨酸比色法测定； 蔗糖采用间苯二酚显色法测定；中性转化酶活性、酸性转化酶活性、蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性均使用相应酶活性检测试剂盒测定（北京索莱宝科技有限公司）；每个处理 3 次生物学重复。

1.2.6 数据分析

试验数据均使用 SPSS 22.0 进行显著性分析及主成分分析，并使用 Excel 2016 作图。

2 结果分析

2.1 铁、锌、硒配施对番茄植株生长的影响

由表2 可知，与 CK 相比，铁、锌、硒单施或配施对植株的生长指标均有不同程度的影响，与 CK 相比，除 Zn（L）和 Fe（L）处理外，其余处理均能提高始花节位，推迟番茄开花。与 CK 相比， Zn（R）处理的茎粗显著增加了 11.24%（P<0.05）； Zn（R）+Fe（L）处理的节间长显著增加了 30.13% （P<0.05）。

注：同列数据后标不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 铁、锌、硒配施对番茄叶片光合色素含量的影响

由表3 可知，与 CK 相比，Zn（R）+Fe（L）处理的叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 a+b 分别显著提高了 26.13%、41.03% 和 30.87%（P<0.05），除 Fe（L） 和 Zn（R）+Fe（L）处理外，其余各处理与 CK 相比叶绿素 b 含量差异不显著；与 CK 相比，Fe（L）、 Zn（R）+Fe（L）处理的类胡萝卜素含量分别显著增加了 20.00%、20.00%（P<0.05）。

2.3 铁、锌、硒配施对番茄叶片光合参数的影响

由表4 可知，与 CK 相比，除 Zn（L）处理外，其余各处理的净光合速率均显著提高，Fe （L）、Zn（R）+Fe（L）、Se（R）+Zn（L）处理下番茄叶片的净光合速率分别显著提高了 50.28%、 70.92%、29.81%（P<0.05）；Fe（L）、Zn（R） +Fe（L）处理下番茄叶片气孔导度分别显著提高了 1.41、2.23 倍（P<0.05），Se（R）+Zn（L） 处理下番茄叶片的气孔导度显著增加了 81.82%（P<0.05）；Fe（L）处理下番茄叶片的蒸腾速率显著上升了 80.47%（P<0.05），Zn（R）+Fe（L） 处理下番茄叶片的蒸腾速率显著上升了 1.12 倍 （P<0.05）。Se（R）+Fe（L）处理下番茄叶片水分利用率显著增加了 26.38%（P<0.05），除 Zn （L）处理外，其余各处理下番茄叶片的胞间二氧化碳浓度均下降，其中 Se（R）+Fe（L）处理下番茄叶片的胞间二氧化碳浓度显著下降了 17.74% （P<0.05）。

2.4 铁、锌、硒配施对番茄果实活性物质含量的影响

由表5 可知，与 CK 相比，除 Zn（R）和 Se（R） +Fe（L）处理外，其余各处理均能够显著提高果实中番茄红素的含量，其中 Zn（R）+Fe（L）和 Se（R） 处理下番茄果实的番茄红素含量均显著增加，增长幅度分别达到了 92.13% 和 68.51%（P<0.05），Zn （L）和 Se（R）+Zn（L）处理番茄红素含量分别显著上升了 1.03 和 1.04 倍（P<0.05）； 与 CK 相比，除 Se（R）+Fe（L）处理外，其余各处理果实中维生素 C 含量均显著增加，其中 Zn（R）+Fe（L）处理下维生素 C 含量显著增加了 55.51%（P<0.05）， Se（R）+Zn（L）处理显著上升了 1.15 倍（P<0.05）。

与 CK 相比，除 Zn（R）、Se（R）和 Se（R）+Fe（L） 处理外，其余处理下番茄果实的总酚含量均显著上升； 除 Zn（R）处理外，其余处理的类黄酮含量均显著上升，其中 Zn（L）和 Se（R）+Zn（L）处理下番茄果实总酚分别显著上升了 56.76% 和 39.19%（P<0.05）。Zn（L） 和 Se（R）+Zn（L）处理下番茄果实类黄酮含量分别显著上升了 51.35% 和 37.84%（P<0.05）。

2.5 铁、锌、硒配施对番茄果实抗氧化酶活性的影响

由表6 可知，与 CK 相比，Se（R）处理番茄果实的超氧化物歧化酶活性显著升高，增幅为 76.34%（P<0.05），Zn（L）和 Se（R）+Fe（L） 处理下番茄果实的超氧化物歧化酶活性分别显著提高 2.37 和 1.15 倍（P<0.05）。与 CK 相比，除 Zn（R）+Fe（L）处理外，单施或配施铁、锌、硒均能增强番茄果实过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性。与 CK 相比，Zn（L）、Fe（L）、Zn（R）、 Se（R）处理果实的过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性均显著增强，增幅分别为 42.99%、49.09%、 30.71%、26.47% 和 84.43%、21.53%、19.01%、 32.74%（P<0.05）。Se（R）+Zn（L）处理与 CK 相比过氧化氢酶活性显著增强了 49.11%（P<0.05）； 与 CK 相比，Se（R）+Fe（L）处理果实的过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性显著增强，增幅分别为 29.14% 和 31.94%（P<0.05）。

2.6 铁、锌、硒配施对番茄果实还原糖和蔗糖含量的影响

由图1 可知，除 Se（R）、Se（R）+Fe（L）处理外，铁、锌、硒配施能显著提高番茄果实中还原糖含量；除 Se（R）处理外，铁、锌、硒配施能显著提高番茄果实中蔗糖含量。与 CK 相比，Zn（L） 处理还原糖含量显著上升了 82.15%（P<0.05），蔗糖含量显著提高 1.77 倍（P<0.05）；Fe（L）、Zn （R）、Zn（R）+Fe（L）处理蔗糖含量显著增加，增幅分别为 50.19%、63.88%、63.13%（P<0.05）； Se（R）+Zn（L）处理下番茄果实中还原糖和蔗糖含量分别显著增加了 32.51% 和 87.21%（P<0.05）， Se（R）+Fe（L）处理下蔗糖含量显著增加 58.41% （P<0.05）。

注：图柱上标不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

2.7 铁、锌、硒配施对番茄果实糖代谢相关酶活性的影响

由表7 可知，铁、锌、硒单施以及配施均能显著提高番茄果实中中性转化酶活性。与 CK 相比，除 Zn（R）和 Se（R）处理外，其余各处理均能够显著增加番茄果实蔗糖合成酶活性，Zn（L）、Fe（L）、Zn（R）+Fe（L）、Se（R）+Zn（L） 处理下番茄果实蔗糖合成酶活性分别显著增加了 79.67%、45.55%、49.05%、61.17%（P<0.05）； Zn（L）和 Zn（R）+Fe（L）处理下，番茄果实蔗糖磷酸合成酶活性分别显著增加了 1.09 和 1.17 倍 （P<0.05），Zn（R）、Se（R）处理下番茄果实蔗糖磷酸合成酶活性均显著增加，增幅分别为 90.13%、 71.42%（P<0.05）；Zn（L）、Fe（L）、Zn（R）+Fe（L）、 Se（R）处理下，番茄果实中中性转化酶活性和酸性转化酶活性分别显著上升了 17.74%、69.97%、 49.55%、50.75% 和 24.27%、43.46%、31.25%、 20.68%（P<0.05）。

2.8 主成分分析

对番茄光合作用及果实品质指标进行主成分分析，由表8 可知，主成分 1、2、3 的累计贡献率达到了 84.67%，说明前 3 个主成分可以代表光合作用及果实品质指标的全部信息。主成分 1 贡献率为 46.13%，其中主要成分为果实中的总酚、类黄酮，第 2 主成分的贡献率为 28.54%，决定其成分的主要为果实中的超氧化物歧化酶、水分利用率，主成分 3 的贡献率为 9.99%，其主要成分为果实中的维生素 C。

由表9 可知，对铁、锌、硒配施处理下光合特性及果实品质进行主成分得分分析，发现外源铁、锌、硒均能改善番茄果实品质。总得分从高到低顺序为 Zn（L）>Se（R）+Zn（L）>Se（R）+Fe（L） >Zn（R）>Zn（R）+Fe（L）>Fe（L）>CK>Se（R）。

3 讨论

3.1 铁、锌、硒配施对番茄生长的影响

铁、锌、硒配施对植物生长发育均有显著的促进作用。研究表明，锌、铁单施及配施均能显著提高马铃薯的株高及茎粗，促进作物的生长发育^[20]。本试验结果表明，除 Zn（R）处理外，其余各处理与 CK 相比对番茄植株节间长均有促进作用，Zn （R）处理下番茄茎粗显著增加（表2）。锌肥对根系中多种酶具有催化及调节作用，能够促进植株根系发育，有利于吸收土壤深层水分及养分，提高生物量，增加氮素积累^[21-22]。

3.2 铁、锌、硒配施对番茄叶片光合色素及光合作用的影响

铁、锌、硒配施均显著提高番茄叶片净光合速率，其中铁锌配施下叶片光合色素含量显著上升。铁元素是叶绿素合成的必需元素，锌元素是叶绿素合成中酶的辅助因子，两者均对叶绿素的形成及其功能起着重要作用，与植物光合作用以及物质能量间的转换有着重要关系^[1，11]。本试验中，Zn（R） +Fe（L）处理下叶片色素含量显著上升，净光合速率显著上升，植株固碳能力增强（表3、4）。这与苗妍秀等^[23]的研究结果一致，叶面喷施锌铁肥能够显著提高黄瓜叶片色素含量及光能利用效率。本试验还发现，Se（R）+Zn（L）和 Se（R）+Fe（L） 处理下叶绿素含量下降，净光合速率均显著上升 （表3、4），这是因为硒和锌元素作为催化剂参与多种酶的活化和代谢调节过程，调控叶绿素代谢及光合作用相关酶活性，提高净光合速率，增强植株固碳能力^[24]。

3.3 铁、锌、硒配施对番茄果实活性物质与抗氧化酶活性的影响

铁、锌、硒配施促进果实中活性物质的积累。苯丙烷途径是活性物质合成的主要途径。在苯丙烷途径中，苯丙氨酸解氨酶是合成酚类和黄酮类化合物的关键酶之一^[25]。本试验中，Zn（L）、Fe （L）、Zn（R）+Fe（L） 和 Se（R）+Zn（L）处理均能显著促进果实中总酚及类黄酮的积累（表5）。铁、锌、硒元素均能够增加植株内钙元素含量，钙离子激活苯丙氨酸解氨酶并增强其催化活性，植株体内总酚和黄酮类化合物含量上升，导致果实抗氧化能力显著增强^{[13，24，26]}。维生素 C 是一种水溶性维生素，具有强还原性，能够参与多种代谢及生化反应。本试验中，除 Se（R）+Fe（L）处理外，其余各处理均能够显著增加果实内维生素 C 含量（表5）。研究表明，硒元素参与谷胱甘肽合成和过氧化物酶活性调控，维持维生素 C 还原态以持续发挥抗氧化作用，同时铁、锌、硒元素均能够调控维生素 C 合成酶活性，进而影响维生素 C 的合成与代谢^[27]。番茄红素是许多类胡萝卜素生物合成的中间体，具有很强的抗氧化作用，有助于清除自由基，保护细胞免受氧化应激的损害。Zn（L）、Fe（L）、Zn （R）+Fe（L）、Se（R）、Se（R）+Zn（L）处理下果实中番茄红素含量显著增加（表5）。研究表明，锌、铁元素单施及配施均能够增加植物光合色素含量，促进果实内番茄红素积累^[11]。硒元素并不直接参与番茄红素的合成与代谢过程，外源施用硒肥能够促进对氮、磷等元素的吸收，从而有利于植物的生长及代谢^[28]。

铁、锌、硒配施显著提高了番茄果实抗氧化酶活性。植物体内抗氧化系统酶类主要有超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等，其中超氧化物歧化酶是植物抗氧化系统的第一道防线。研究表明，外源施用硒肥能够显著增加谷子、紫色生菜等作物的抗氧化酶活性^[27，29]。本试验中，Zn（L）、 Se（R）、Se（R）+Fe（L）处理均能够显著增加超氧化物歧化酶活性；除 Zn（R）+Fe（L）处理外，其余各处理均能显著增加果实中过氧化物酶及过氧化氢酶活性（表6）。这主要是由于过氧化氢酶和过氧化物酶都是铁卟啉与蛋白质的结合物，锌参与植物体内超氧化物歧化酶的合成，从而提高果实内超氧化物歧化酶活性，减少和消除体内活性氧的积累，延长果实的储存时间^[30-31]。

3.4 铁、锌、硒配施对番茄果实还原糖、蔗糖含量及糖代谢的影响

蔗糖作为植物光合作用的主要产物之一，不仅是碳运输的主要形式，也是库代谢的主要基质。本试验结果显示，除 Se（R）、Se（R）+Fe（L）处理外，其余各处理番茄果实中还原糖含量显著增加；除 Se （R）处理以外，其余各处理番茄果实中蔗糖的含量显著增加（图1）。这主要是因为铁、锌、硒元素能够提高植株光合作用，同时增强光合相关酶活性，增强植株固碳能力^[23-24]。果实获取同化物的能力在很大程度上取决于库强，而库强的大小常取决于与糖代谢相关酶类的活性^[32]。蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性参与蔗糖的合成，中性转化酶活性和酸性转化酶活性调控蔗糖分解为果糖及葡萄糖。本研究中，Zn（R）+Fe（L）处理下蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性、中性转化酶活性、酸性转化酶活性均显著增加，Se（R）+Zn（L）、 Se（R）+Fe（L）处理能够显著增加蔗糖合成酶活性、中性转化酶活性（表7）。这主要是因为外源锌、铁有利于生长素、赤霉素和脱落酸的合成，从而增强蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性、中性转化酶活性、酸性转化酶活性^[33]，硒元素能够影响植物谷胱甘肽含量、调控蔗糖合成酶基因表达量，进而影响植物能量转化^[34]。

4 结论

Zn（R）+Fe（L）处理可以提高叶绿素含量，增强番茄植株的光合作用，番茄果实中还原糖及蔗糖积累量上升，提高蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性、中性转化酶活性、酸性转化酶活性，有利于蔗糖在植株体内的装载与运输，果实内活性物质含量及抗氧化酶活性上升；Se（R）+Zn（L）处理下植株净光合速率上升，番茄果实中活性物质含量上升，抗氧化酶活性增加显著，果实抗氧化能力增强，蔗糖及还原糖含量上升，蔗糖合成酶活性、中性转化酶活性显著上升；Se（R）+Fe（L）处理下番茄茎粗、叶绿素 a 含量显著下降，净光合速率显著上升，活性物质含量无显著变化，抗氧化酶活性均显著上升，蔗糖及还原糖含量显著增加，蔗糖合成酶、中性转化酶活性显著上升。

参考文献