番茄果实不同采收时间矿质元素变化分析

乔亚丽，郁继华，2，李旺雄，金 宁，金 莉，吕 剑，肖雪梅，唐中褀，胡琳莉，*

(1.甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070)

番茄(Solanumlycopersicum)又称西红柿，属于喜温、喜光性蔬菜，营养丰富，是一年生或多年生草本植物[1]。番茄适应范围广、产量高，富含维生素类和糖类等营养物质，是全球最重要的蔬菜作物之一[2]，中国番茄产量占世界的32%，是全球第二大番茄制品生产国和第一大出口国[3]。

矿物质是地壳中自然存在的化合物或天然元素，又称无机盐，分为大量元素和微量元素。大量元素对维持植物体内正常的生命活动具有重要意义[4-5]。微量元素参与植物体内酶和激素等物质的构成和活化，从而促进植物体内的各种代谢过程，进而影响果实品质[6-7]。矿质元素是人体的重要组成成分，对调节人体生理功能、维持人体酸碱平衡、保证人体健康具有重要作用[8-9]。Zn元素缺乏会导致人体生长停滞，免疫力下降，引发糖尿病等[10]；Fe元素参与人体多种酶的活性调节，几乎所有的组织结构中都含有Fe元素[11]。果树在缺乏微量元素时，对外界不良环境条件的抵抗能力降低，生长发育表现不正常。果实中的矿质营养元素含量不仅影响果实品质和贮藏中的生理病害[12]，并且反映了果园土壤的营养状况、肥力水平和吸收利用效率等[13]。矿质营养元素是人体和植物体正常生长的必需元素，同时，一些研究表明，提高植物组织中某些矿质元素的含量可以增强植物对一些病害的抵抗力[14-16]。如Sugimoto等[17]研究表明，甲酸钙、硝酸钙都能显著抑制大豆茎腐病的发生。李鑫[18]研究指出，铁元素、铜元素能抑制病毒对叶绿体的降解，减轻病毒病的症状。还有研究表明，提高K、Ca、Mg含量有助于降低番茄裂果率[19]。

目前，关于番茄果实矿质的营养元素及其影响因素已有一些研究[20-22]，但不同采收期番茄果实矿质元素含量的比较分析国内尚未见报道。因此，本试验通过钼锑抗比色法和原子吸收光谱法测定不同采收期番茄果实的矿质元素含量，以期阐明番茄果实在不同采收时间对矿质营养元素的吸收利用特性，为番茄栽培过程中的施肥方案制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验选用粉太郎和181番茄品种作为试验材料，试验地位于甘肃省榆中县李家庄。2018年10月8日育苗，2018年11月24日定植，栽培方式为槽式栽培。开花后45 d(2019年3月31日)采摘第一批果实，每隔7 d(即4月7日、4月14日、4月21日、4月28日)采摘一次，采摘时选取大小、成熟度一致、色泽均匀的果实进行之后的矿质元素测定。

1.2 矿质元素测定方法

不同采收时间下，两个参试品种分别设3个重复，每个重复5个果实，烘干研磨后用孔径0.25 mm的筛子过筛，装入自封袋备用。K、P、Mg、Ca使用浓硫酸-过氧化氢消煮法进行处理， Cu、Fe、Mn、Zn用硝酸灰化法处理，处理后开始测定矿质元素：非金属元素P采用钼锑抗比色法[23]测定，金属元素K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn采用原子吸收光谱法[24]测定。

1.3 试验数据与统计

采用Microsoft Excel 2013对试验数据进行整理；用DPS 9.50统计软件进行方差分析，对有显著差异的处理采用Duncan’s新复极差法进行多重比较；利用SPSS 25.0软件中的Pearson相关性分析方法对试验数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同采收时间对不同番茄果实中K、P、Mg、Ca含量的影响

由图1可知，K、P、Mg、Ca在不同采收时间的含量不同，在不同品种上的变化趋势也有所差异。随采收时间推进，粉太郎果实K元素含量先平稳后下降至平稳状态，181番茄K元素含量由平稳下降至最低而后又上升至平稳，在4月14日含量最低。粉太郎果实P元素含量在整个生育期变化趋势不显著，呈先缓慢上升后缓慢下降然后又上升再下降的“M”趋势，181番茄P元素含量呈先下降后上升又下降的趋势，两品种均在4月14日P含量最低。随采收时间推进，虽然两个番茄果实中Mg元素和Ca元素的含量变化幅度有所差异，但均呈持续下降趋势，在4月28日降至最低。

没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。The values with different lowercase letters showed significant difference(P<0.05). The same as below.

2.2 不同采收时间对不同番茄果实中Cu、Fe、Mn、Zn含量的影响

如图2所示，2个番茄品种果实中Cu元素含量随采收期的推进显著降低，其中粉太郎番茄果实Cu元素含量持续下降，在4月28日含量最低，而181番茄果实Cu元素含量先下降至最低后又有小幅回升，在4月21日含量最低。粉太郎果实中Fe含量呈先急剧升高后又大幅下降，然后再升高又下降的趋势；181番茄Fe元素含量在整个采收期变化幅度较小，呈先上升后下降又上升再下降的趋势。两品种果实Fe含量均在4月7日达最高值，4月14日达最低值。不同采收时间下，两个品种之间Mn元素含量变化趋势差异较大：粉太郎果实中Mn元素含量呈缓慢降低后又缓慢升高的趋势，采收期为4月28日时达到最大值；181品种中Mn元素含量呈先升高后降至最低，而后再升高又降低的“M”走势，在4月14日含量最低。在整个采收期内，2个品种果实中的Zn元素含量变化趋势均不显著。粉太郎果实中，Zn元素含量随采收时间推进先下降后上升，而后又下降，含量在4月14日最低；181品种Zn元素含量呈平稳后下降的趋势，在4月28日含量最低。

图2 不同采收时间番茄矿质元素Cu、Fe、Mn、Zn含量Fig.2 Contents of mineral elements Cu， Fe， Mn and Zn in tomatoes at different harvest time

2.3 整个采收期两个番茄品种果实矿质元素含量变化

两个番茄品种不同采收时间的矿质元素含量变化范围如表1、2所示。粉太郎与181品种都含有丰富的人体必需矿质元素K、P、Mg、Ca、Fe、Mn、Zn等，其中K含量最高，Mn元素含量最低。两个番茄品种在整个采收期各矿质元素含量有差异，粉太郎品种在5个采收时间中，K含量均值为3 678 mg·kg-1，介于2 064.71～4 687.94 mg·kg-1，181番茄在5个采收时间内K含量均值为3 804.35 mg·kg-1，介于2 874.01～4 711.01 mg·kg-1。两品种各元素含量的最高值与最低值出现的采收时间也有所差异：粉太郎番茄果实中K、Mg、Ca、Cu、Zn等5种元素均在采收时间为3月31日时含量最低，P、Fe两种元素在4月7日含量最低；181品种中K、P、Mg、Ca、Cu 5种元素均在采收时间为3月31日时含量最低，Fe、Mn、Zn三种元素在采收时间为4月21日时含量最低。相同之处是两种番茄果实中K、Mg、Ca、Cu 4种元素的含量均在采收期为3月31日时含量最低。

不同采收时间8种矿质元素含量的变异程度不同，2个品种中Ca元素含量变异程度最大，变异系数分别为粉太郎品种9.04%、181品种13.80%，其次为Cu元素含量，变异系数分别为粉太郎品种8.81%、181品种11.92%，Mg元素含量变异程度最小，变异系数为粉太郎品种2.52%、181品种3.20%。总体来看，181品种中各矿质元素在不同采收时间的变异程度大于粉太郎品种。两品种中Cu元素含量在不同采收期变化范围较大，最高含量约为最低含量的8倍。

2.4 番茄果实8种矿质元素的相关性分析

对两个番茄品种果实的矿质元素含量分别进行相关性分析。粉太郎(表3)品种中，Mg元素与K、Cu、Zn这3种元素呈极显著正相关，Cu元素与K、Zn元素呈显著正相关，K元素与Zn元素呈显著正相关。181品种(表4)中，Mg元素与Ca、Cu这2种元素呈极显著正相关，另外，K元素与Ca、Mg、P、Cu这4种元素呈显著正相关，Ca元素与P、Cu元素显著正相关，Mn元素与Zn元素显著正相关。此外，两个品种番茄果实中Fe、Mn两种元素与其他矿质元素之间无相关性。

表1 粉太郎品种在整个采收期内果实矿质元素的含量变化范围

Table1Content and range of mineral elements in fruits of Fentailang cultivar during whole harvest period

元素Element均值Average/(mg·kg-1)范围Range/(mg·kg-1)批次范围Batch range变异系数CV/%K3678±249.89 a2064.71～4687.948批-3批8th-3rd6.79P291.05±3.67 b219.33～340.8810批-5批10th-5th3.89Mg170.93±4.31 b105.56～223.2110批-3批10th-3rd2.52Ca40.56±11.33 c23.37～82.078批-3批8th-3th9.04Cu0.51±0.05 e0.11～0.8810批-3批10th-3rd8.81Fe3.08±0.11 d1.97～5.137批-5批7th-5th3.56Mn0.37±0.02 e0.27～0.497批-10批7th-10th5.27Zn2.06±0.11 d1.59～2.4110批-3批10th-3rd5.33

表2181品种在整个采收期内果实矿质元素含量及变化范围

Table2Content and range of mineral elements in fruits of 181 cultivar during whole harvest period

元素Element均值Average /(mg·kg-1)范围Range/(mg·kg-1)批次范围Batch range变异系数CV/%K3804.35±125.98 a2874.01～4711.017批-3批7th-3rd3.31P427.44±3.83 b308.28～543.987批-3批7th-3rd3.21Mg160.93±5.14 b126.58～215.310批-3批10th-3rd3.20Ca27.74±13.74 c15.31～45.8710批-3批10th-3rd13.80Cu0.42±0.05 e0.11～0.848批-3批8th-3rd11.92Fe2.73±0.16 d2.18～3.067批-8批7th-8th6.02Mn0.34±0.02 e0.16～0.457批-8批7th-8th6.03Zn2.66±0.23 d2.05～3.077批-8批7th-8th8.59

表3 粉太郎番茄果实中矿质元素含量的相关性分析

Table3Correlation analysis of mineral elements content in tomato fruit of Fentailang

元素ElementKCaMgPCuFeMnCa0.6611.000Mg0.976∗∗0.7361.000P0.4990.3480.6101.000Cu0.937∗0.8070.985∗∗0.6761.000Fe0.122-0.2650.0460.4580.0571.000Mn-0.3780.250-0.404-0.567-0.327-0.2301.000Zn0.944∗0.7280.982∗∗0.5400.957∗-0.127-0.431

*表示0.05水平显著相关，**表示0.01水平显著相关，下同。

* represented significant correlation at 0.05 level and ** represented significant correlation at 0.01 level. The same as below.

表4181番茄果实中矿质元素含量的相关性分析

Table4Correlation analysis of mineral elements content in tomato fruit of 181

元素ElementKCaMgPCuFeMnCa0.910∗1.000Mg0.933∗0.984∗∗1.000P0.880∗0.918∗0.8561.000Cu0.922∗0.925∗0.976∗∗0.7591.000Fe0.196-0.073-0.1320.275-0.1961.000Mn0.6530.5550.4690.8330.3780.7021.000Zn0.5830.5570.4410.8270.2890.6970.933∗

3 讨论

矿质元素通过与蛋白质和其他有机基团结合，形成了维生素、激素、酶等多种生物大分子，发挥着重要的生理生化功能[25]。本研究表明，番茄中含有丰富的微量元素Cu、Fe、Mn、Zn，其中Fe含量最高，Cu含量相对较低。据报道，番茄果实矿质元素含量不仅与生长的环境条件、栽培管理方式等因素有关[26]，很大程度上还会因采收时间的不同而产生差异。在杭白菊中，K、P、Mg、Ca、Cu、Mn、Zn元素随采收时间的推迟，呈现明显的下降趋势，Fe元素明显上升[27]。本研究表明，在整个采收期，两个品种果实中Mg、Ca、Cu、Zn元素随采收期的推迟也呈明显下降的趋势，K、P两种元素虽然有所波动，但总体呈下降趋势，与杭白菊中的变化趋势相似，不同的是Fe元素含量呈先升高后降低而后又升高的趋势，可能与不同物种对Fe元素的吸收累积有关。不同采收时间番茄矿质元素的含量变化具有一定的规律性，两个品种果实中Fe、Mn、Zn三种矿质元素均在采收时间为4月13日时含量最低，在4月21日时含量达到最高值，K、Mg、Ca、Cu元素于采收期为3月31日时含量最高。这也验证了前人的研究[28]，即随着植株的生长和发育，各个采收时间养分吸收程度与吸收速率是不同的。在整个采收期内Cu含量下降明显且在不同采收时间含量差异最大，最高值将近是最低值的8倍，不过最高含量远远低于安全值。Cu是重金属元素，应将其含量控制在安全范围之内，但也不是越低越好，作为人体必需的微量元素，Cu是体内氧化还原体系的一种重要催化剂，Cu缺乏可导致贫血、骨质疏松等。有研究表明，一些冠心病、胃癌、白血病也与缺Cu有关[29]。

相关性分析表明，两个品种中Mg元素含量变化与Cu元素含量变化呈极显著正相关，K元素含量变化与Cu元素含量变化呈显著正相关，Cu元素含量变化与Zn元素含量变化呈显著正相关。这进一步说明，Mg元素与Cu元素随采收时间的推进其含量变化趋势基本一致，也可以说明Cu元素与Mg元素之间存在明显的相互促进作用。随生育期推进，两个品种番茄果实中Fe、Mn两种元素含量变化与其他矿质元素含量的变化无相关性。在杧果果实中，全生育期Cu元素与Zn元素之间呈现极显著正相关，而Fe元素质量分数与其他8种矿质营养元素间相关性均不显著[30]，这与本试验研究结果相似。在杨竹青等[31]的研究中，番茄对磷、钾和钙、镁营养元素的吸收贯穿于整个生育时期，体内的累积量，全生长期以钾为最多，其趋势是K>Ca>P、Mg，不同之处是本研究中番茄对矿质元素的吸收趋势为K>P>Mg>Ca。本研究中番茄对Ca的吸收相对较低，可能与品种、施肥、环境等有关系。在相同栽培环境中，2个品种番茄果实矿质元素积累存在差异，但无明显规律。