岳釘伊，張 靜，趙建濤，鄒志榮*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)的影響

岳釘伊，張 靜，趙建濤，鄒志榮*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

以‘金棚1號(hào)’番茄為實(shí)驗(yàn)材料，研究了在秋冬季日光溫室里增施不同濃度CO2和LED補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)以及揮發(fā)性芳香物質(zhì)的影響。結(jié)果表明：LED補(bǔ)光+增施CO21 200 μL/L的處理?xiàng)l件可顯著提高番茄果實(shí)中可溶性固形物、總酸、可溶性蛋白質(zhì)和番茄紅素的含量，顯著增加單果質(zhì)量、果實(shí)顏色，并顯著降低果實(shí)硝酸鹽的含量。利用頂空固相萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)果實(shí)的揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明LED補(bǔ)光與增施CO2提高了番茄特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量，如6-甲基-5-庚烯-2酮、β-紫羅蘭酮和己醛等，也豐富了其種類，使番茄果味香濃，香氣豐富。

增施CO2；LED補(bǔ)光；番茄；品質(zhì)；揮發(fā)性芳香物質(zhì)

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并具有獨(dú)特的風(fēng)味，深受全世界人民的喜愛(ài)，是人們餐桌上常見(jiàn)的蔬菜。作為重要蔬菜作物，番茄在世界范圍內(nèi)栽培廣泛，也是我國(guó)溫室中的主栽蔬菜[1]。在我國(guó)秋冬季日光溫室的栽培中，常出現(xiàn)光弱、CO2濃度低的環(huán)境情況，導(dǎo)致番茄單果小、果實(shí)著色差、風(fēng)味淡、VC和番茄紅素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量低、揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量低等現(xiàn)象[2]，極大地降低了番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，秋冬季日光溫室中弱光和低濃度CO2環(huán)境是影響我國(guó)設(shè)施番茄果實(shí)品質(zhì)特性的關(guān)鍵因素之一。

LED作為新型節(jié)能冷光源，目前在蔬菜作物生產(chǎn)中得到越來(lái)越多的重視，尤其在植物工廠中具有廣泛應(yīng)用[3-5]。由于紅光與藍(lán)光的光譜能量分布與葉綠素吸收光譜一致，所以紅、藍(lán)光LED組合可以通過(guò)增加凈光合速率促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，從而提高番茄果實(shí)的品質(zhì)[6]。CO2作為植物光合作用的原料，它的虧缺直接影響植物光合產(chǎn)物的合成及轉(zhuǎn)化，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、開(kāi)花結(jié)果以及果實(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成和積累具有重要作用[7-9]。因此，研究日光溫室中增施CO2和LED補(bǔ)光對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)的影響意義重大。

本研究旨在通過(guò)LED補(bǔ)光與增施CO2，研究其對(duì)番茄主要品質(zhì)性狀及揮發(fā)性芳香物質(zhì)成分和含量的影響，探討通過(guò)利用LED補(bǔ)光與增施CO2提高我國(guó)西北地區(qū)日光溫室秋冬季番茄果實(shí)品質(zhì)的可行性，為實(shí)際生產(chǎn)中提高番茄產(chǎn)量及品質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實(shí)驗(yàn)選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘金棚1號(hào)’，由楊凌農(nóng)城種業(yè)有限公司提供。

番茄紅素 美國(guó)Sigma公司；3-壬酮（色譜純）上海邁瑞爾公司；無(wú)水氯化鈉（分析純） 廣東光華科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

液態(tài)CO2氣瓶 楊凌秦虹氣體有限公司；LED燈（額定功率72 W，紅光波長(zhǎng)610～720 nm、藍(lán)光波長(zhǎng)400～500 nm，光質(zhì)比2∶1） 陜西麟字半導(dǎo)體照明有限公司；UV-1800型紫外分光光度計(jì)、LC-20A高效液相色譜 日本島津公司；YQ-Z-48A顏色測(cè)定儀、GY-1硬度計(jì)、PAL-1迷你數(shù)顯折射計(jì) 日本Atago公司；Talboys恒溫磁力攪拌器 美國(guó)Troemner公司；ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chrmatograph-mass spectrometry，GC-MS） 美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；HP-INNOWAX彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國(guó)Waters公司；手動(dòng)進(jìn)樣手柄、75 μm固相微萃取（solid phase micro extraction，SPME）頭 美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

實(shí)驗(yàn)于2015年9月至2016年2月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)園藝場(chǎng)日光溫室里進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)采用基質(zhì)袋培，雙行栽培，大行距為70 cm，小行距40 cm，株距30 cm，每個(gè)栽培袋種3 株番茄。日光溫室從東到西共分為3 個(gè)隔間，共設(shè)3 個(gè)CO2濃度水平：C1為（400±50）μL/L（自然空氣水平）；C2為（800±50）μL/L；C3為（1 200±50）μL/L。采用液態(tài)CO2氣瓶，每天8∶00～11∶00補(bǔ)充CO2，其余時(shí)間不補(bǔ)充，施用時(shí)關(guān)閉溫室。使用高精度CO2傳感器監(jiān)測(cè)溫室CO2濃度，結(jié)合電磁閥和流量計(jì)實(shí)時(shí)控制CO2氣瓶的開(kāi)閉和流速，使各隔間的CO2的濃度達(dá)到設(shè)定值。每個(gè)隔間分為2 個(gè)光照水平：L1為自然光照（100～600 μmol/（m2·s））；L2為自然光照+LED補(bǔ)光（100 μmol/（m2·s）），每天7∶00～9∶00和17∶00～19∶00進(jìn)行補(bǔ)光。光氣交互共6 個(gè)處理，各處理組合見(jiàn)表1，每個(gè)處理定植30 株番茄，3 次重復(fù)。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，水肥按常規(guī)統(tǒng)一澆灌，其他管理措施同常規(guī)栽培，在花后第80天，采摘紅熟的番茄帶回實(shí)驗(yàn)室，置于4 ℃條件下待測(cè)。

表1 處理號(hào)及所對(duì)應(yīng)的光照與CO2水平Table 1 CO2 levels and light conditions

1.3.1 單株產(chǎn)量和單果質(zhì)量

單株產(chǎn)量：從進(jìn)入結(jié)果期開(kāi)始，標(biāo)定25 株，陸續(xù)采收，用電子秤稱量3 穗果的質(zhì)量作為單株的產(chǎn)量；單果質(zhì)量以10 個(gè)果實(shí)的總質(zhì)量除以10計(jì)。

2.3.3伴栽方法一般用活動(dòng)菌床法，選擇質(zhì)量符合要求(7～8月培養(yǎng)的直徑8～12厘米)的菌材(海拔1 200米以上的松木樹(shù)培養(yǎng)菌材)運(yùn)到栽培現(xiàn)場(chǎng)。將栽培場(chǎng)地巖土挖開(kāi)掃平，墊一層50厘米厚的干凈河沙，上面撒一層枯枝，落葉，菌材順坡排放，間距3厘米，排完后，用砂填平菌材，埋菌材一半時(shí)，墊平間隙填砂，將種麻放于菌材兩側(cè)的空隙中，每個(gè)種麻相隔15厘米，菌材兩側(cè)各放一個(gè)，最后用砂厚蓋，厚度為10厘米，完成栽培，米麻是撒布于菌材間，其他相同。

1.3.2 外觀顏色

果實(shí)顏色：用YQ-Z-48A顏色測(cè)定儀測(cè)定，每個(gè)處理取10 個(gè)果實(shí)，測(cè)定其赤道部位4 個(gè)方向果皮的亮度L*值（值越大，亮度越高）、紅色飽和度a*值（值越大，紅色越深）和黃色飽和度b*值（值越大，黃色越深）。色飽和度（C）越大，表示越易著色。色度角（H）代表綜合顏色指標(biāo)，從0°到180°依次分為紫紅、紅、橙、黃、黃綠、綠、藍(lán)綠色，即H＝0，紫紅色；H＝90，黃色；H＝180，藍(lán)綠色。C和H的計(jì)算分別如式（1）、（2）所示[10]。

1.3.3 風(fēng)味指標(biāo)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

數(shù)顯折射計(jì)測(cè)定可溶性固形物含量；果實(shí)酸度計(jì)測(cè)定總酸含量及糖酸比；考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量；鉬藍(lán)比色法測(cè)定VC含量；根據(jù)蔡智鳴[11]、胡曉波[12]等的方法測(cè)定番茄紅素含量，先用標(biāo)準(zhǔn)品配制梯度濃度的混合標(biāo)樣，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，再用標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算各處理組番茄紅素的絕對(duì)含量；水楊酸比色法測(cè)定硝酸鹽含量。所有指標(biāo)均以鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.4 揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量的測(cè)定

揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量參考楊明惠[13]、常培培[14]等的方法測(cè)定，略作修改。SPME取樣：每個(gè)處理分別取成熟期一致、大小均勻的6 個(gè)果實(shí)，取每個(gè)果實(shí)1/4的果肉，用液氮研磨儀打碎為粉末，快速稱取10 g粉末于40 mL頂空瓶中，同時(shí)加入3 g NaCl、5 μL 0.4 μL/mL的3-壬酮標(biāo)樣，封口后置于45 ℃恒溫磁力攪拌器上，磁力攪拌速率為300 r/min，平衡10 min，然后頂空SPME吸附30 min，立即插入ISQ GC-MS的汽化室，解吸3 min，進(jìn)行GC-MS分析。

GC條件：載氣為高純He（99.999%），流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃，采用不分流進(jìn)樣；升溫程序：40 ℃保持3 min，5 ℃/min升至160 ℃，然后以10 ℃/min升溫至220 ℃，維持3 min。

番茄揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量經(jīng)過(guò)GC-MS分析鑒定，利用數(shù)據(jù)庫(kù)NIST 2011進(jìn)行檢索分析生成報(bào)告，僅報(bào)道正反匹配度均大于800的結(jié)果。揮發(fā)性芳香物質(zhì)的定量采用內(nèi)標(biāo)法，計(jì)算如式（3）所示。

式中：W表示揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量/（μg/kg）；A1表示物質(zhì)峰面積；A2表示內(nèi)標(biāo)物峰面積；m1表示內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量/μg；m2表示樣品質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Duncan法進(jìn)行多重比較及雙因素方差分析。P＜0.05表示差異顯著，采用Excel 2010軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄單果產(chǎn)量和單果質(zhì)量的影響

L2C2處理組的單株產(chǎn)量顯著高于其他處理組（P＜0.0 5），比對(duì)照組（L 1 C 1）高3 4.1%（圖1A）。L2C1處理組與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05），而其他處理組顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。增施CO2對(duì)單株產(chǎn)量的影響顯著（P＜0.05），而單獨(dú)的LED補(bǔ)光處理對(duì)于增產(chǎn)沒(méi)有顯著作用；但是，若在LED補(bǔ)光條件下，增施CO2可進(jìn)一步提高產(chǎn)量。只有L2C3處理組與對(duì)照組的單果質(zhì)量有顯著性差異（P＜0.05），質(zhì)量增加33.5%（圖1B）。

圖1 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄產(chǎn)量（A）和單果質(zhì)量（B）的影響Fig. 1 Effect of CO2 enrichment and light supplementation on yield (A)and fruit weight (B) of tomato

2.2 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄果實(shí)外觀顏色的影響

表2 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄果實(shí)外觀顏色的影響Table 2 Effect of CO2 enrichment and light supplementation on color of tomato fruits

從表2的L*值可以看出，LED補(bǔ)光處理對(duì)于番茄果實(shí)亮度沒(méi)有顯著影響（P＞0.05），在LED補(bǔ)光的條件下，增施CO2能夠顯著降低果實(shí)的亮度（P＜0.05）。由a*和b*值可以看出LED補(bǔ)光和增施CO2均能提高果實(shí)色飽和度，而各處理組的a*值均大于b*值，所以果實(shí)偏紅色，其中L2C3處理組的番茄果實(shí)a*值最大，因此L2C3處理組果實(shí)最紅。由C值來(lái)看，在自然CO2水平下，LED補(bǔ)光有益于番茄果實(shí)著色；在自然光照條件下，增施CO2到1 200 μL/L有益于番茄果實(shí)著色；L2C3處理組果實(shí)的C值最大，最易于著色。由H值來(lái)看，番茄果實(shí)整體偏紅色，且H值越小，綜合顏色越紅。除L2C1處理組與對(duì)照組的綜合顏色情況無(wú)顯著差異，其他處理組果實(shí)的顏色均顯著比對(duì)照組紅（P＞0.05），L2C3處理組H值最小，果實(shí)綜合顏色最紅，因此L2C3處理對(duì)番茄果實(shí)顏色形成效果最好。

2.3 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄風(fēng)味品質(zhì)的影響

番茄果實(shí)可溶性固形物含量的變化受增施CO2與LED補(bǔ)光的綜合影響，L2C1處理組與L2C3處理組可溶性固形物的含量顯著高于對(duì)照組與其他處理組（圖2A）（P＜0.05）。L2C3處理組的總酸含量也顯著高于對(duì)照組與其他處理組（P＜0.05）（圖2B）；L1C2處理組的糖酸比顯著高于對(duì)照組與其他處理組（P＜0.05），其他處理組果實(shí)的糖酸比與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異（圖2C）（P＞0.05）。從總體水平來(lái)看，番茄果實(shí)的口感風(fēng)味比較平淡，而增施CO2和LED補(bǔ)光能夠增加番茄的口感風(fēng)味。

圖2 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄風(fēng)味品質(zhì)的影響Fig. 2 Effect of CO2 enrichment and light supplementation on fl avor quality of tomato fruits

2.4 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

增施CO2與LED補(bǔ)光顯著提高了番茄果實(shí)可溶性蛋白質(zhì)的含量，L2C2處理組番茄果實(shí)的可溶性蛋白質(zhì)含量為0.43 mg/g，比對(duì)照組提高了1.82 倍（圖3A）。增施CO2增加了番茄果實(shí)VC的積累，除L1C3、L2C3處理組，其他處理相比于對(duì)照組，VC含量均有顯著增加，其中L2C2處理組的VC含量為39.49 mg/100 g，顯著高于對(duì)照組18.4%（P＜0.05）（圖3B）。所有處理組的番茄紅素含量均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），在增施相同CO2濃度的條件下，除了L2C2處理組，番茄果實(shí)番茄紅素的含量隨LED補(bǔ)光而顯著增加，在LED補(bǔ)光的條件下，果實(shí)番茄紅素的含量隨增施CO2濃度的升高而升高（圖3C）。L1C2處理組的番茄紅素含量最高，為216.8 μg/g，比對(duì)照組高76.98%，L2C3處理組的番茄紅素含量次之，為208.9 μg/g，比對(duì)照組高70.53%。LED補(bǔ)光與增施CO2還顯著降低了番茄果實(shí)中硝酸鹽的含量，在增施相同CO2濃度的條件下，除了L2C1處理組顯著低于對(duì)照組外，LED補(bǔ)光對(duì)各處理組硝酸鹽的含量的影響不顯著；在相同光照條件下，除了L2C2處理組外，果實(shí)硝酸鹽的含量均隨增施CO2濃度的增加而降低；L2C3處理組的硝酸鹽含量最低，為1.84 μg/g，比對(duì)照組低42.68%（圖3D）。

圖3 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響Fig. 3 Effect of CO2 enrichment and light supplementation on nutritional quality of tomato fruits

2.5 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)溫室番茄揮發(fā)性芳香物質(zhì)的影響

表3 增施CO2與LED補(bǔ)光條件下日光溫室番茄芳香物質(zhì)成分分析Table 3 Comparison of aroma components in tomato fruits under CO2 enrichment and light supplementation

續(xù)表3

表4 增施CO2和LED補(bǔ)光條件下的日光溫室番茄果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)含量和相對(duì)含量Table 4 Quanti fi cation of volatile components in tomato fruits under CO2 enrichment and light supplementation

利用GC-MS儀共檢測(cè)出63 種揮發(fā)性芳香物質(zhì)，各處理?yè)]發(fā)性芳香物質(zhì)的總含量均高于對(duì)照組，各處理組揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量差異較大，種類也不同（表3、4）。對(duì)照組揮發(fā)性物質(zhì)含量最少，種類也最少，有36 種；L2C3處理組的總揮發(fā)性物質(zhì)含量最高，揮發(fā)性物質(zhì)的種類也最多，為47 種。按照揮發(fā)性物質(zhì)種類劃分，可分為酮類、醛類、醇類、酯類、烴類[15]，本實(shí)驗(yàn)所有處理組的番茄中，均是醛類的相對(duì)含量最高，約占總揮發(fā)性物質(zhì)成分的75%；酮類和酯類次之，約為7%，烴類和醇類最低，約3%（表4）。番茄的特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)主要有1-戊烯-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-紫羅蘭酮、己醛、3-甲基-丁醛、3-己烯醛、水楊酸甲酯、3-甲基丁醇等。與番茄風(fēng)味、整體滿意度、腐敗味等相關(guān)聯(lián)的6-甲基-5-庚烯-2-酮在L2C2、L2C3處理組中的含量高于對(duì)照組及單獨(dú)LED補(bǔ)光處理組（L2C1）和增施CO2處理組（L1C2、L1C3），且比對(duì)照組高1.87 倍和1.79 倍；與番茄酸味相關(guān)的β-紫羅蘭酮的含量在L2C3處理組中含量最高，比對(duì)照組高2.33 倍，分別為單獨(dú)LED補(bǔ)光處理組L2C1和L1C3的2.25 倍和2.86 倍；與番茄甜味相關(guān)的己醛含量在LED補(bǔ)光處理組及增施CO2的處理組中均高于對(duì)照組，其中L2C2處理組的含量最高，且比對(duì)照組高62.1%。以上結(jié)果表明LED補(bǔ)光與增施CO2均有利于提高番茄特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量。

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)研究了秋冬季日光溫室里進(jìn)行LED補(bǔ)光與增施CO2對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量的影響。番茄產(chǎn)量受CO2濃度的顯著影響，CO2可以促進(jìn)番茄等果菜類蔬菜的花芽分化，降低雌花節(jié)位，提高坐果率，加快果實(shí)生長(zhǎng)速度，增加產(chǎn)量[9,16]。本實(shí)驗(yàn)中LED補(bǔ)光對(duì)其產(chǎn)量沒(méi)有顯著的影響，這與郝東川等[17]的研究結(jié)果不一致。但在LED補(bǔ)光的條件下，增施CO2能進(jìn)一步提高產(chǎn)量，這可能是增施CO2與LED補(bǔ)光互相作用的結(jié)果，以后的研究中，應(yīng)該對(duì)LED補(bǔ)光的參數(shù)進(jìn)行篩選，以更進(jìn)一步提高秋冬季日光溫室番茄的產(chǎn)量。番茄的色澤是影響人們選購(gòu)番茄的一項(xiàng)重要指標(biāo)，著色均勻、鮮紅是消費(fèi)者挑選的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，LED補(bǔ)光處理使番茄果實(shí)易于著紅色，LED補(bǔ)光和增施CO2均能顯著提高果實(shí)色飽和度，從而提高了商品性。番茄果實(shí)的色澤與番茄色素的種類及含量相關(guān)，大部分的研究表明，番茄紅素含量越高，番茄果實(shí)色澤越鮮紅[19]。而番茄果實(shí)中番茄紅素的積累又是由于光誘導(dǎo)調(diào)節(jié)果實(shí)中的光敏色素積累而導(dǎo)致的，主要與紅光關(guān)系緊密[20]。

番茄果實(shí)的口感風(fēng)味主要由糖度和酸度決定，一般用可溶性固形物含量、總酸含量、糖酸比等指標(biāo)來(lái)衡量[21-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，秋冬季溫室番茄的風(fēng)味比較平淡，而增施CO2與LED補(bǔ)光能提高番茄的可溶性固形物和總酸含量及糖酸比。有研究表明，光質(zhì)對(duì)植物果實(shí)可溶性糖的含量具有重要的影響[23-24]，可能是由于光質(zhì)的改變誘導(dǎo)了光敏色素對(duì)蔗糖代謝酶的調(diào)控，促進(jìn)了與蔗糖代謝相關(guān)的酶活性的提高，使光合產(chǎn)物更多地分配到番茄果實(shí)中[25-26]。

可溶性蛋白質(zhì)、VC以及番茄紅素的含量是衡量番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。番茄紅素在番茄中含量較高，其作為天然抗氧化物質(zhì)，在清除人體自由基、預(yù)防癌癥及抗衰老和抗心血管疾病方面具有突出的保健功能[27]。另外，蔬菜中容易富集硝酸鹽，而過(guò)量的硝酸鹽會(huì)嚴(yán)重地?fù)p害人的健康；所以，蔬菜中硝酸鹽含量也是評(píng)價(jià)蔬菜品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[28]。本研究中LED補(bǔ)光與增施CO2顯著提高了可溶性蛋白質(zhì)、VC、番茄紅素的含量，并顯著降低了硝酸鹽的含量。于承艷等[29]的研究結(jié)果表明，增施CO2或增加光照均能有效降低蔬菜中硝酸鹽的含量，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。硝酸鹽含量降低主要有兩方面的原因：首先CO2濃度的提高促進(jìn)了植物生長(zhǎng)，生物量的增大對(duì)硝酸鹽產(chǎn)生了稀釋作用；其次光合作用有利于促進(jìn)氮的同化與代謝，使得更多的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氨基酸[30]。增施CO2通常與作物的碳水化合物、酶的代謝合成有關(guān)[31]。而LED的紅藍(lán)光質(zhì)又參與光敏色素受體的調(diào)控及有關(guān)酶的活性調(diào)節(jié)，從而影響到了番茄果實(shí)中可溶性蛋白質(zhì)、VC和番茄紅素的含量[32]。

番茄果實(shí)中獨(dú)特的芳香氣味是由特定的揮發(fā)性芳香物質(zhì)的混合物形成。在番茄中，已經(jīng)報(bào)道了超過(guò)400 種的揮發(fā)性芳香物質(zhì)[15]，但是只有20 種物質(zhì)影響番茄果實(shí)的揮發(fā)性芳香氣味[33-34]。Baldwin等[33]認(rèn)為番茄中有16 種特征性的香氣組分物質(zhì)，包括順-3-己烯醛、β-紫羅蘭酮、己醛、β-大馬酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-己烯醛、2-異丁基硫咪唑、1-硝基-2-乙基苯、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、順-3-己烯醇、2-苯基乙醇、3-甲基丁醇和甲基水楊酸。本研究中共鑒定出10 種番茄的特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)，包括順-3-己烯醛、β-紫羅蘭酮、己醛、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、順-3-己烯醇和3-甲基丁醇，這可能與品種及栽培環(huán)境有關(guān)[35]。增施CO2與LED補(bǔ)光明顯地提高了番茄特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量，使番茄果實(shí)香味濃郁豐富，這可能是因?yàn)檠a(bǔ)光和增施CO2增加了芳香物質(zhì)合成的前體物質(zhì)如脂肪酸、氨基酸、類胡蘿卜素的積累[36]。

綜上，增施CO2與LED補(bǔ)光能顯著提高番茄的單株產(chǎn)量，使果實(shí)顏色鮮艷；改善果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)；提高番茄特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量。增施CO2對(duì)番茄的產(chǎn)量影響更大；LED補(bǔ)光更多地影響番茄果實(shí)顏色和番茄紅素、VC、可溶性糖含量等指標(biāo)；揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量受LED補(bǔ)光與增施CO2互作的影響。綜合考慮番茄果實(shí)的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，得出提高番茄品質(zhì)最優(yōu)處理為L(zhǎng)ED補(bǔ)光+增施CO21 200 μL/L。

[1] 李天來(lái). 我國(guó)設(shè)施蔬菜科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 中國(guó)農(nóng)村科技, 2016(5): 75-77. DOI:10.3969/j.issn.1005-9768.2016.05.024.

[2] 張志明. 二氧化碳施肥對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響[D]. 杭州: 浙江大學(xué),2012: 1.

[3] 楊其長(zhǎng). LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 中國(guó)科技財(cái)富,2011(1): 52-57. DOI:10.3969/j.issn.1671-461X.2011.01.032.

[4] 郭云香, 項(xiàng)麗敏, 黃宏, 等. LED在生物產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2012(10): 26-27. DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2012.10.007.

[5] 崔瑾, 徐志剛, 邸秀茹. LED在植物設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(8): 249-253. DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2008.08.055.

[6] GOINS G D, YORIO N C, SANWO M M, et al. Photomorphogenesis,photosynthesis, and seed yield of wheat plants grown under red light-emitting diodes (LEDs) with and without supplemental blue lighting[J]. Journal of Experimental Botany, 1997, 48(7): 1407-1413.DOI:10.1093/jxb/48.7.1407.

[7] 潘璐, 劉杰才, 李曉靜, 等. 高溫和加富CO2溫室中黃瓜Rubisco活化酶與光合作用的關(guān)系[J]. 園藝學(xué)報(bào), 2014, 41(8): 1591-1600.DOI:10.16420/j.issn.0513-353x.2014.08.007.

[8] 周士力, 曲英華, 王紅玉, 等. 不同水分條件下增施CO2對(duì)日光溫室內(nèi)番茄生長(zhǎng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(S1): 175-181.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2014.S0.028.

[9] 熊珺, 曲英華, 范冰琳, 等. 不同CO2濃度下番茄苗期及果期的光合特性[J]. 北方園藝, 2015(9): 6-9. DOI:10.11937/bfyy.201509002.

[10] 郭東花, 白紅, 石佩, 等. 不同時(shí)期套袋對(duì)“瑞光19號(hào)”油桃果實(shí)揮發(fā)性成分及著色的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(8): 242-247.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608044.

[11] 蔡智鳴, 王振, 王楓華, 等. 深色果蔬食品中番茄紅素與β-胡蘿卜素的HPLC測(cè)定[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2006(1): 17-20.DOI:10.3969/j.issn.1008-0392.2006.01.005.

[12] 胡曉波, 溫輝梁, 許全, 等. 番茄紅素含量測(cè)定[J]. 食品科學(xué), 2005,26(9): 548-551. DOI:10.3321/j.issn:1002-6630.2005.09.154.

[13] 楊明惠, 陳海麗, 唐曉偉, 等. 不同栽培季節(jié)番茄果實(shí)芳香物質(zhì)的比較[J]. 中國(guó)蔬菜, 2009(18): 8-13.

[14] 常培培, 梁燕, 張靜, 等. 5 種不同果色櫻桃番茄品種果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)及品質(zhì)特性分析[J]. 食品科學(xué), 2014, 35(22): 215-221.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201414032.

[15] 劉明池, 郝靜, 唐曉偉. 番茄果實(shí)芳香物質(zhì)的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008(5): 1444-1451. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2008.05.024.

[16] 王萬(wàn)慶. 不同苗齡與苗期增施CO2對(duì)番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 36(5): 337-340; 376. DOI:10.3969/j.issn.1671-8151.2016.05.008.

[17] 郝東川, 司雨. LED燈對(duì)設(shè)施栽培瓜果類蔬菜產(chǎn)量的影響[J]. 長(zhǎng)江蔬菜, 2012(18): 58-60. DOI:10.3865/j.issn.1001-3547.2012.18.023.

[18] 姚建剛, 張賀, 許向陽(yáng), 等. 番茄果實(shí)成熟過(guò)程中色澤變化的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)蔬菜, 2010(8): 1-6.

[19] 趙潤(rùn)洲, 劉鳴韜. 番茄果實(shí)色澤與色素組成的關(guān)系[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 40(9): 98-100. DOI:10.3969/j.issn.1004-3268.2011.09.027.

[20] ALBA R, CORDONNIER-PRATT M M, PRATT L H. Fruit-localized phytochromes regulate lycopene accumulation independently of ethylene production in tomato[J]. Plant Physiology, 2000, 123(1): 363-370. DOI:10.1104/pp.123.1.363.

[21] 岳冬, 劉娜, 朱為民, 等. 櫻桃番茄與普通番茄部分品質(zhì)指標(biāo)及氨基酸組成比較[J]. 食品科學(xué), 2015, 36(4): 92-96. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201504017.

[22] 孫麗麗, 鄒志榮, 韓麗蓉, 等. 營(yíng)養(yǎng)液滴灌頻率對(duì)設(shè)施番茄生長(zhǎng)與果實(shí)品質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015,43(3): 119-124. DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.03.008.

[23] 蒲高斌, 劉世琦, 杜洪濤, 等. 光質(zhì)對(duì)番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)變化的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2005, 4(4): 176-178; 187. DOI:10.3969/j.issn.1000-6850.2005.04.051.

[24] 趙建濤, 張靜, 張雅婷, 等. 紅色和粉色櫻桃番茄與大果番茄果實(shí)品質(zhì)特性分析[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(16): 135-141. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201616022.

[25] 劉林, 許雪峰, 王憶, 等. 不同反光膜對(duì)設(shè)施葡萄果實(shí)糖分代謝與品質(zhì)的影響[J]. 果樹(shù)學(xué)報(bào), 2008, 25(2): 178-181. DOI:10.3969/j.issn.1009-9980.2008.02.007.

[26] KASPERBAUER M J. Strawberry yield over red versus black plastic mulch[J]. Crop Science, 2000, 40(1): 171-174. DOI:10.2135/cropsci2000.401171x.

[27] YANG T S, YANG X H, WANG X D, et al. The role of tomato products and lycopene in the prevention of gastric cancer: a metaanalysis of epidemiologic studies[J]. Medical Hypotheses, 2013, 80(4):383-388. DOI:10.1016/j.mehy.2013.01.005.

[28] 黃敏, 李靜靜, 余萃, 等. 幾種食前處理對(duì)蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的去除效果[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(9): 82-86.

[29] 于承艷, 都韶婷, 邢承華, 等. CO2濃度對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 2006, 32(3): 307-312. DOI:10.3321/j.issn:1008-9209.2006.03.013.

[30] WEERAKOON W M, OLSZYK D M, MOSS D N. Effects of nitrogen nutrition on responses of rice seedlings to carbon dioxide[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 1999, 72(1): 1-8.DOI:10.1016/S0167-8809(98)00166-2.

[31] 王全智, 馮英娜, 蔡善亞, 等. 苗期CO2加富對(duì)設(shè)施甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育特性的影響[J]. 北方園藝, 2015(15): 40-42. DOI:10.11937/bfyy.201515009.

[32] 許大全, 高偉, 阮軍. 光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào),2015, 51(8): 1217-1234. DOI:10.13592/j.cnki.ppj.2015.1002.

[33] BALDWIN E A, SCOTT J W, SHEWMAKER C K, et al. Flavor trivia and tomato aroma: biochemistry and possible mechanisms for control of important aroma components[J]. Hort Science, 2000, 35(6):1013-1022.

[34] KLEE H J. Improving the flavor of fresh fruits: genomics,biochemistry, and biotechnology[J]. New Phytologist, 2010, 187(1):44-56. DOI:10.1111/j.1469-8137.2010.03281.x.

[35] 杜天浩, 周小婷, 朱蘭英, 等. 褪黑素處理對(duì)鹽脅迫下番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(15): 69-76.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201615012.

[36] MA E H, ZHANG F J, WU F F, et al. Advances in fruit aroma volatile research[J]. Molecules, 2013, 18(7): 8200-8229. DOI:10.3390/molecules18078200.

Effect of CO2Enrichment and LED Light Supplementation on the Quality and Volatile Compounds of Tomato Fruits

YUE Dingyi, ZHANG Jing, ZHAO Jiantao, ZOU Zhirong*
(College of Horticulture, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

This study investigated the effect of adding different concentrations of CO2and LED light supplementation in the greenhouse during autumn and winter on the quality and volatile components of tomato fruits from the ‘Jinpeng No. 1’ cultivar.Results indicated that treatment with 1 200 μL/L CO2+ LED supplementation signif i cantly improved the soluble solid, total acid and soluble protein contents in tomato fruits, and the fruit weight, and also increased the lycopene content and fruit coloration while signif i cantly reducing the content of nitrate nitrogen in fruits. Headspace solid phase extraction and gas chromatographymass spectrometry were used to analyze the volatile components of tomato fruits under different treatments. Results showed that CO2enrichment and LED light supplementation increased the contents such as 6-methyl-5-hepten-2-ketone, β-ionone and hexanal in tomato fruits and types of characteristic compounds, making the fruity aroma stronger and richer.

CO2enrichment; LED light supplementation; tomato; quality; volatiles

10.7506/spkx1002-6630-201801019

S641.2

A

1002-6630（2018）01-0124-07

岳釘伊, 張靜, 趙建濤, 等. 增施CO2與LED補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2018, 39(1):124-130.

10.7506/spkx1002-6630-201801019. http://www.spkx.net.cn

YUE Dingyi, ZHANG Jing, ZHAO Jiantao, et al. Effect of CO2enrichment and LED light supplementation on the quality and volatile compounds of tomato fruits[J]. Food Science, 2018, 39(1): 124-130. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201801019. http://www.spkx.net.cn

2016-10-14

陜西省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與攻關(guān)項(xiàng)目（2016NY-165）；山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（FT201402）

岳釘伊（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)闇厥噎h(huán)境調(diào)控與作物生長(zhǎng)。E-mail：18700944926@163.com

*通信作者簡(jiǎn)介：鄒志榮（1956—），男，教授，博士，研究方向?yàn)闇厥噎h(huán)境和溫室作物栽培。E-mail：zouzhirong2005@hotmail.com