不同LED光照對番茄果實品質和糖類物質含量的影響

樊小雪 凌丹丹 徐剛 高文瑞 孫艷軍 韓冰

摘要： 采用發(fā)光二極管（LED）調制光源，在白光背景下添加不同的光照，以白光為對照，研究不同光照下矮化番茄果實產(chǎn)量、果實品質和糖類物質含量的變化，旨在探明不同LED光照對番茄果實產(chǎn)量和品質的影響。結果表明，在白光背景下添加紅光、藍光和紅藍組合光后，番茄結果時間顯著提前。番茄果實橫徑和縱徑在不同光照處理間無顯著性差異。白光對照單果質量最大，白光+紅光+藍光處理果實數(shù)量最多。白光+紅光+藍光處理果實中可溶性固形物、糖酸比和番茄紅素含量均最高，與白光對照相比分別提高19.68%、43.80%和42.49%。白光對照果實維生素C含量最高。由此可見，紅光和藍光是影響番茄果實品質的主要光照。

關鍵詞： 番茄;LED光照;果實品質;糖類物質

中圖分類號： S641.2?? 文獻標識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2021）04-0944-05

Effects of different LED light on fruit quality and sugar content of tomato

FAN Xiao-xue1， LING Dan-dan2， XU Gang1， GAO Wen-rui1， SUN Yan-jun1， HAN Bing1

（1.Institute of Vegetable Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement， Nanjing 210014， China;2.College of Agronomy， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China）

Abstract： In this study， light emitting diode （LED） was used to modulate the light source， and different light was added under white light background. Using white light as control， the changes of yield， quality and sugar content of dwarf tomato fruits under different lighting conditions were studied to investigate the effects of different LED light on the yield and quality of tomato fruits.? The results showed that the fruiting time of tomato was significantly advanced after adding red light， blue light and combination of red and blue light under white light background. There was no significant difference in the transverse diameters and longitudinal diameters of tomato fruits under different lighting conditions. The single fruit weight was highest under white light treatment. And the number of fruit was the highest under the combination of white， red and blue light. Under the combination of white， red and blue light， the soluble solid content， ratio of sugar to acid and lycopene content in fruits were highest， and increased by 19.68%， 43.80% and 42.49% compared with the control respectively. The content of vitamin C was the highest under white light treatment. In conclusion， red light and blue light were the main light affecting the fruit quality of tomato.

Key words： tomato;LED light source;fruit quality;sugar

光是植物進行光合作用的能量來源，也是植物生長發(fā)育的信號因子[1]。番茄（Lycopersicon esculentum var. cerasiforme）是茄科番茄屬的一個變種，是目前我國設施栽培的主要蔬菜品種之一，栽培面積位居首位[2]。在設施番茄生產(chǎn)中，由于設施本身遮陰及植株冠層遮陰等原因，番茄植株不同層次的葉片受光量差距很大，特別是下層葉片受光量受到較大影響[3]。因此光照是限制設施番茄增產(chǎn)的主要環(huán)境因素之一[4]。發(fā)光二極管（LED）具有低成本、低能耗、低輻射熱和光譜可調控的優(yōu)點，是能夠提高作物產(chǎn)量和質量的輔助照明工具。通過光調控對蔬菜作物進行高效栽培，這項技術得到越來越多的認可[5]。

隨著生活水平的提高，人們對番茄口感和品質的要求也逐漸提高。所以在保證產(chǎn)量的同時，也要求其在營養(yǎng)價值、口感風味等方面具有較高的商品性。目前國內外學者對不同LED光照影響番茄果實品質有不少研究，其中多數(shù)研究使用的光照為紅光、藍光以及紅藍組合光。紅光和紅光比例較高的紅藍光照組合可以提高番茄果實中可溶性糖含量、可滴定酸質量分數(shù)和糖酸比。此外紅光處理對番茄紅素合成也有促進作用[2，6-10]。藍光會促進果實中可溶性固形物、游離氨基酸以及抗壞血酸含量提高 [2，8]。

綜合來看，使用紅光和藍光處理后，番茄果實中糖類物質、抗壞血酸，番茄紅素以及揮發(fā)性物質等含量均受到影響，且以積極影響為主。白光光譜成分豐富，含有少量的遠紅光和紫外光，對刺激番茄次生代謝物質合成具有促進作用。本研究在前人研究基礎上擬對番茄栽培光照進行優(yōu)化，以白光為背景，添加紅光、藍光、綠光和紅藍組合光，研究不同光照對番茄果實形狀、產(chǎn)量以及營養(yǎng)品質的影響，通過優(yōu)化光照參數(shù)，以期為提高番茄品質提供技術支撐，為番茄專用LED照明設備研發(fā)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所栽培實驗室內進行，試驗材料為矮化番茄，利用LED 燈管提供不同光照。試驗以白光作為對照（CK），在白光背景中添加不同光照，設置4 個光照處理，即白光+藍光（WB）、白光+紅光（WR）、白光+綠光（WG）、白光+紅光+藍光（WRB）。其中紅光波長為660 nm，藍光波長為460 nm，綠光波長為520 nm。光通量密度均設置為（300±10） μmol/（m2·s），組合光的光通量密度之比為1∶1或1∶1∶1，光照能量分布見圖1。由Li-co250A 光照計（美國LI-COR公司生產(chǎn)）測定。

1.2 試驗方案

番茄種子在40 ℃溫水中浸種5 h，然后放入50孔穴盤進行育苗。育苗基質為蛭石草炭混合物（體積比為1∶2），育苗溫度25 ℃，光照使用白色LED燈，處理光周期為12 h/d，光通量密度均設置為（300±10） μmol/（m2·s）。待番茄生長至四葉一心時定植在營養(yǎng)缽中，栽培基質與育苗基質相同。緩苗7 d后置于5種不同光照下處理，每天澆灌150 ml番茄專用水溶肥（N∶P2O5∶K2O=2.3∶1.0∶3.6，質量比）。溫度控制為白天（26±2） ℃，夜間（18±2） ℃。每個處理12盆，在番茄開花后采集數(shù)據(jù)。番茄第一穗果進入成熟期后，采收果實并用液氮對樣品進行速凍，于-80 ℃冰箱內存放，待檢測各項生理指標。

1.3 試驗方法

1.3.1 開花、結果調查 以每個處理所有重復第一穗花序花蕾開放50%所需時間的平均值為始花天數(shù)，以每個處理所有重復第一穗花結果50%所需時間的平均值為始果天數(shù)。

1.3.2 果實性狀測定 采收并統(tǒng)計果實數(shù)量，使用電子天秤稱量所有果實質量。單株產(chǎn)量計算如下：單株產(chǎn)量=單果質量×單株果數(shù)。用游標卡尺測定果實橫徑、縱徑，并計算果形指數(shù)。

1.3.3 果實品質測定 可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白質、維生素C含量測定使用紫外光分光光度計，參考曹建康等的測定方法[11];蔗糖、葡萄糖、果糖含量測定使用紫外光分光光度計，參考趙樹堂的測定方法[12];番茄紅素含量測定使用高效液相色譜儀，參考胡曉波等的測定方法[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行分析和作圖。利用SPSS軟件中單因素方差分析（ANOVA）和鄧肯檢驗對不同處理進行差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同光照處理對番茄始果天數(shù)的影響

如圖2所示，不同光照處理對番茄始果天數(shù)有顯著影響，始果天數(shù)依次為：CK=WG>WR>WB>WRB。與對照相比，WB、WR、WRB處理顯著促進番茄植株第一花序提前結果，其中WRB處理提前7 d。

2.2 不同光照處理對番茄產(chǎn)量和果實性狀的影響

不同光照處理對矮化番茄果實產(chǎn)量和果實性狀有不同的影響（表1）。果實橫徑、縱徑在白光+藍光處理下達到最大，在白光處理下最小，但是不同處理之間沒有顯著性差異，同時果實橫縱比不同處理之間差異很小。單果質量在白光處理下最重，顯著高于其他光處理，單果質量從高到低依次為：CK>WB=WG>WRB>WR。單株果數(shù)在WRB處理下最多，在WG處理下最少。其中CK、WB、WRB、WR處理間單株果數(shù)無顯著性差異，CK、WB、WRB處理間單株產(chǎn)量無顯著性差異。

2.3 不同光照處理對番茄果實品質的影響

表2表明，不同光照處理對番茄果實品質指標有顯著影響。WRB處理下番茄果實可溶性固形物含量最高，顯著高于其他光照處理，比對照（CK）高19.68%，其他光照處理間無顯著性差異。果實糖酸比從大到小依次為WRB>WB>CK>WR>WG，其中WRB處理和WB處理糖酸比顯著高于其他處理，且WRB處理與WB處理間沒有顯著性差異。WRB處理糖酸比相較于CK高43.80%。果實可溶性蛋白質含量從高到低依次為WB>WRB=CK>WR=WG，其中WB、WRB、CK處理間無顯著性差異，CK、WR、WG、WRB處理間無顯著性差異。與對照相比，WRB、WR處理下番茄紅素含量呈現(xiàn)升高趨勢，其中WRB處理比對照高42.49%。但是WB處理和WG處理下番茄紅素含量顯著下降。

2.4 不同光照處理對番茄果實糖類物質含量的影響

從表3可以看出，不同光照處理對番茄果實中葡萄糖含量有顯著影響，而對果糖、蔗糖、可溶性糖含量沒有顯著影響。WRB處理下果實可溶性糖含量最高，數(shù)值從高到低依次為WRB>CK>WB>WR>WG。果實葡萄糖含量在WB處理下顯著高于其他處理，比對照高10.70%。

3 討論

光是植物生長的重要環(huán)境因素之一，不同植物對光照的需求有明顯區(qū)別。紅光和藍光是植物光合系統(tǒng)中利用效率最高的光，因為它們選擇性地激活了與光合作用相關的光感受器，這些光感受器可以吸收一系列波長的光譜，在種子萌發(fā)、開花、葉片擴張以及植物化合物的生物合成等方面起著重要作用[14-15]。綠光是目前生物農(nóng)業(yè)光照技術研究的新方向之一，研究發(fā)現(xiàn)綠光可以誘導植物避陰，深入穿透植物冠層，增加下層冠層葉片的光合作用，促進植物的營養(yǎng)生長[16-17]。在設施蔬菜栽培中，不同波長的LED光照組合可以進一步促進蔬菜作物的生長發(fā)育，提高果實品質。本試驗中，白光+紅光、白光+藍光、白光+紅光+藍光組合處理下番茄始果時間均有提前，其中白光+紅光+藍光處理比白光對照提前了7 d。同時，白光+紅光+藍光處理番茄產(chǎn)量與白光對照無顯著差異，說明該光照組合可以促進番茄的生殖生長。添加綠光處理番茄產(chǎn)量明顯下降，這與鄭冬梅和楊忠武的研究結果一致[18-19]。

不同光照對番茄果實的營養(yǎng)品質和口感有顯著影響。番茄口感風味受適宜的糖酸比、可溶性固形物含量以及揮發(fā)性芳香物質等綜合因素影響[20]。在添加紅光和紅藍組合光處理下，番茄的碳水化合物含量和番茄紅素含量明顯提升。藍光光照則有利于提高維生素C 、蛋白質和可溶性固形物含量[2，10，21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)，添加藍光后番茄果實中可溶性蛋白質含量達到最高，其次是紅藍組合光處理和白光對照。可溶性固形物含量在白光+紅光+藍光復合光照處理下含量達到最高，其次是白光+藍光復合光照處理，這與劉曉英等人研究結果[2]相似。Kong[23]等人研究發(fā)現(xiàn)，藍光可提高抗氧化酶基因的表達和酶活性，減緩可溶性蛋白質的降解，從而使可溶性蛋白質含量提高。本試驗中，與白光對照相比，白光+藍光組合光照處理對番茄果實中維生素C含量影響不顯著，而其他光照處理均使維生素C含量顯著降低，這與前人在櫻桃番茄和辣椒上的研究結果[18，24]一致。

番茄紅素是一種重要的功能性色素，有較高的保健作用，紅光和藍光對其合成都有重要的調控作用。前人研究發(fā)現(xiàn)，使用紅光處理番茄果實可以促進番茄紅素積累[21，25]。本試驗發(fā)現(xiàn)添加紅光有利于提高番茄紅素含量，白光+紅光+藍光處理能夠顯著提高番茄紅素含量。因為紅光處理能加快葉綠素分解，促進番茄果實番茄紅素合成，而藍光處理可以促進番茄果實類胡蘿卜素、花青素、類黃酮含量提高。由此可見，在番茄果實發(fā)育過程中增加紅光和藍光照射可以促進果實轉色[21]。

糖類物質是影響番茄口感的重要物質之一[26-28]，不少研究發(fā)現(xiàn)不同光照對植物糖類物質含量有重要影響。其中紅光對植物碳水化合物積累有促進作用，其原因可能是紅光通過調節(jié)光敏色素提高了蔗糖代謝酶的活性，增加了番茄果實中光合產(chǎn)物的分配比例[29]。本試驗中，5個光照處理間果糖含量沒有顯著性差異?？扇苄蕴呛驼崽呛吭诎坠?紅光+藍光處理下含量最高，這與孫娜[10]等人在番茄中研究的結果相似。本試驗中，番茄果實糖酸比在添加藍光和紅藍光后較高。前人研究發(fā)現(xiàn)，藍光處理會降低番茄果實可滴定酸的含量，其主要原因是藍光影響了植物體內酸類物質降解酶和轉化酶的活性，進而引起含酸量的差別[21]。糖類物質含量的提高對番茄果實糖酸比會產(chǎn)生較大影響，較高的糖酸比可以提升番茄口感。

綜上所述，相較于白光對照，在白光背景下添加紅光+藍光有利于番茄植株提前結果，且不影響果實產(chǎn)量。在番茄果實營養(yǎng)品質方面，白光+紅光+藍光可以提高可溶性固形物和番茄紅素含量。同時在白光+紅光+藍光處理下，番茄果實糖類物質含量和糖酸比均有提高，番茄口感更佳。

參考文獻：

[1] JIAO Y，LAU O S，DENG，et al. Light-regulated transcriptional networks in higher plants[J]. Nature Reviews Genetics，2007，8：217-230.

[2] 劉曉英. LED光源對櫻桃番茄生育和光合作用影響的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2010.

[3] JIANG C，JOHKAN M，HOHJO M，et al. Photosynthesis，plant growth and fruit production of single-truss tomato improves with supplemental lighting provided from underneath or within the innercanopy[J]. Scientia Horticulturae，2017，222： 221-229.

[4] JIYE Z，YITING Z，SHIWEI S，et al. Supplementary Red light results in the earlier ripening of tomato fruit depending on ethylene production[J]. Environmental and Experimental Botany，2020，175：104044.

[5] MORROW R C. LED lighting in horticulture[J]. Hort Science，2008，43：1947-1950.

[6] 楊俊偉，梁婷婷，嚴露露，等. 光質對番茄果實品質及揮發(fā)性物質的影響[J].食品科學，2019，40（11）：55-61.

[7] 王麗偉. 紅藍光質對番茄碳氮代謝和果實品質的影響機制研究與應用[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2017.

[8] 董 飛，王傳增，任煜倩，等.光質對番茄果實中糖含量和代謝相關酶及基因表達的影響[J].植物生理學報，2018，54（9）：1507-1515.

[9] 李 巖，王麗偉，文蓮蓮，等. 紅藍光質對轉色期間番茄果實主要品質的影響[J]. 園藝學報，2017，44（12）：2372-2382.

[10]孫 娜. 光質對番茄生長、生理代謝及果實產(chǎn)量品質的影響[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2015.

[11]曹建康，姜微波，趙玉梅. 果蔬采后生理生化實驗指導[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

[12]趙樹堂. 李果實發(fā)育過程中糖、酸、維生素C及礦質元素含量變化[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學，2003.

[13]胡曉波，溫輝梁，許 全，等. 番茄紅素含量測定[J]. 食品科學，2005， 26（9）： 548-551.

[14]CHEN M，CHOR J，F(xiàn)ANKHAUSER C. Light signal transduction in higher plants[J]. Annual Review of Genetics， 2004，38：88-117.

[15]CHEN M， CHORY J. Phytochrome signaling mechanisms and the control of plant development[J]. Trends in Cell Biology， 2011，21：664-671.

[16]KIM H H，GOINS G D，WHEELER R M， et al. Green-light supplementation for enhanced lettuce growth under red-and blue-light-emitting diodes[J]. Hort Science，2004，39：1617-1622.

[17]ZHANG T，MARUHNICH S A，F(xiàn)OLTA K M. Green light induces shade avoidance symptoms[J]. Plant Physiology，2011，157：1528-1536.

[18]鄭冬梅，林志斌，陳藝群，等. 不同光質對櫻桃番茄產(chǎn)量及品質的影響[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2016，36（8）：567-571.

[19]楊忠武，劉 翼，金卓君，等.光質對番茄營養(yǎng)與風味品質的影響[J].中國農(nóng)學通報，2020，36（34）：134-141.

[20]PAVICK R， MIKEL A， CARLOS G. Tomato quality is more dependent on temperature than on photosynthetically radiation[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2008，88： 158.

[21]陳 強，劉世琦，張自坤，等.不同LED光源對番茄果實轉色期品質的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25（5）： 156-161.

[22]陳田甜. 不同光質對番茄果實品質形成的影響[D]. 廣州：華南農(nóng)業(yè)大學，2016.

[23]KONG S S，MURTHY H N，HEO J W， et al. The effect of light quality on the growth and development of in vitro cultured Doritaenopsis plants[J]. Acta Physiologiae Plantarum，2008，30（3）：339-343.

[24]吳根良，鄭積榮，李許可. 不同LED光源對設施越冬辣椒果實品質和產(chǎn)量的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學學報，2014，31（2）： 246-253.

[25]ALBA R，PRATT M，LEE H. Fruit-loealized phytoehromes regulate lyeopene accumulation independently of ethylene produetion in tornoto[J].Plant Physiology，2000，123：363-370.

[26]徐達勛. 不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄產(chǎn)量、品質及光合作用的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報，2020，36（1）：152-157.

[27]劉中良，高 昕，張艷艷，等. 基質栽培與土壤栽培番茄品質產(chǎn)量的比較研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2020，48（1）：124-127.

[28]劉中良，高俊杰，谷端銀，等. 有機肥替代化肥對土壤環(huán)境和番茄品質的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學報，2020， 51（2）：357-363.

[29]KASPERBAUERM J. Strawberry yield over red versus black plastic much[J]. Crop Science，2000（40）：171-174.

（責任編輯：蔣永忠）

收稿日期：2020-04-14

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項目（CX135012）

作者簡介：樊小雪（1983-），女，山東淄博人，博士，副研究員，研究方向為蔬菜栽培生理。（Tel）025-84390705;（E-mail）fxx600@163.com

通訊作者：徐 剛，（Tel）025-84390143;（E-mail）xugang90@163.com