质构仪再次助力番茄幼苗的弹性模量和弯曲强度测定

近日，西北农林科技大学机械与电子工程学院研究人员在国际期刊《Horticultural Plant Journal》（中科院大类一区，IF：6.2）发表了题为"Microclimatic, physiological, and structural changes of tomato seedlings during wind-based overgrowth inhibition in vegetable nursery"的研究论文。在该论文中，研究人员利用质构仪用于测定番茄幼苗的弹性模量和弯曲强度等指标。

风扰动已成为一种潜在的生态友好型育苗方法。本研究通过对照实验，设计并搭建了一套机电装置，旨在探究气流对苗床中番茄幼苗微环境及生理活动的影响。结果表明，气流能够提高幼苗冠层附近的二氧化碳浓度，加速幼苗基质的水分蒸发，并减少微气候中的温湿度波动。与对照组相比，经气流处理的幼苗其第 4、7、10 位叶片的光合速率分别提高了 25.04%、8.23% 和 8.47%，蒸腾速率分别提高了 15.59%、22.28% 和 13.26%。此外，经气流和外源铁元素处理的幼苗，其壮苗指数分别提高了 26.02% 和 31.5%。与外源铁元素处理的幼苗相比，受气流扰动的幼苗茎秆髓组织细胞的几何平均直径减小了约 18.66%，而茎秆的弹性模量和弯曲强度分别提高了 10.01% 和 5.89%。同样，根系组织细胞的体积减小了 19.22%，但根系的弹性模量提高了 6.46%。本研究证实，气流能显著增强幼苗对非生物胁迫的抗性，其效果与外源施铁相当甚至更优。这为将气流扰动作为培育健壮幼苗的绿色技术提供了理论和实践支持。

图 6. 不同处理对番茄幼苗机械特性的影响。（A）幼苗茎秆弹性模量（Es）的变化。（B）幼苗叶片弹性模量（El）的变化。（C）幼苗根系弹性模量（Er）的变化。（D）幼苗茎秆弯曲强度（σb）的变化。SA：风扰动开始时的幼苗龄。

本实验采用质构仪对番茄幼苗各组织（茎、叶和根）进行拉伸测试来测定弹性模量，并通过三点弯曲装置来测定茎秆的弯曲强度。不同处理对番茄幼苗各组织机械特性的影响如图 6 所示。如图 6A 所示，在番茄幼苗 15 日龄和 19 日龄时，对照组与各处理组主茎的弹性模量无显著差异。当番茄幼苗超过 23 日龄后，风处理组主茎的弹性模量显著高于对照组和 P2-37 处理组。实验结束时，风处理组主茎的弹性模量约为 35 MPa，分别比对照组和 P2-37 处理组高出 17.85% 和 10.02%。

如图 6B 所示，在番茄幼苗 15 日龄、19 日龄和 23 日龄时，对照组与各处理组的叶片弹性模量无显著差异。然而，当幼苗龄超过 27 日龄后，对照组的叶片弹性模量显著高于各处理组。31 日龄时，风处理组的叶片弹性模量zuidi，为 2.63 MPa。实验结束时，对照组的叶片弹性模量约为 3.2 MPa，分别比风处理组和 P2-37 处理组高出 17.89% 和 8.27%。

如图 6C 所示，番茄幼苗 15 日龄时，对照组与各处理组的根系弹性模量无显著差异。19 日龄后，风处理组的根系弹性模量显著高于对照组。31 日龄时，风处理组的根系弹性模量显著高于对照组和 P2-37 处理组。实验结束时，风处理组的根系弹性模量约为 32 MPa，分别比对照组和 P2-37 处理组高出 13.97% 和 6.48%。

如图 6D 所示，在番茄幼苗 15 日龄、19 日龄和 23 日龄时，对照组与各处理组的茎秆弯曲强度无显著差异。然而，27 日龄后，经风处理的番茄幼苗其茎秆弯曲强度显著高于对照组和 P2-37 处理组。实验结束时，风处理组的茎秆弯曲强度约为 7.2 MPa，分别比对照组和 P2-37 处理组高出 12.71% 和 5.89%。