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(diào)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(zhì)和糖類物質(zhì)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(zhì)的影響。結(jié)果表明，在白光背景下添加紅光、藍(lán)光和紅藍(lán)組合光后，番茄結(jié)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(zhì)量最大，白光+紅光+藍(lán)光處理果實數(shù)量最多。白光+紅光+藍(lán)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(lán)光是影響番茄果實品質(zhì)的主要光照。

關(guān)鍵詞： 番茄;LED光照;果實品質(zhì);糖類物質(zhì)

中圖分類號： S641.2?? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)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(shè)施栽培的主要蔬菜品種之一，栽培面積位居首位[2]。在設(shè)施番茄生產(chǎn)中，由于設(shè)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(shè)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(diào)控的優(yōu)點，是能夠提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的輔助照明工具。通過光調(diào)控對蔬菜作物進(jìn)行高效栽培，這項技術(shù)得到越來越多的認(rèn)可[5]。

隨著生活水平的提高，人們對番茄口感和品質(zhì)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(fēng)味等方面具有較高的商品性。目前國內(nèi)外學(xué)者對不同LED光照影響番茄果實品質(zhì)有不少研究，其中多數(shù)研究使用的光照為紅光、藍(lán)光以及紅藍(lán)組合光。紅光和紅光比例較高的紅藍(lán)光照組合可以提高番茄果實中可溶性糖含量、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和糖酸比。此外紅光處理對番茄紅素合成也有促進(jìn)作用[2，6-10]。藍(lán)光會促進(jìn)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(lán)光處理后，番茄果實中糖類物質(zhì)、抗壞血酸，番茄紅素以及揮發(fā)性物質(zhì)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(yuǎn)紅光和紫外光，對刺激番茄次生代謝物質(zhì)合成具有促進(jìn)作用。本研究在前人研究基礎(chǔ)上擬對番茄栽培光照進(jìn)行優(yōu)化，以白光為背景，添加紅光、藍(lán)光、綠光和紅藍(lán)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(zhì)的影響，通過優(yōu)化光照參數(shù)，以期為提高番茄品質(zhì)提供技術(shù)支撐，為番茄專用LED照明設(shè)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(xué)院蔬菜研究所栽培實驗室內(nèi)進(jìn)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(shè)置4 個光照處理，即白光+藍(lán)光（WB）、白光+紅光（WR）、白光+綠光（WG）、白光+紅光+藍(lán)光（WRB）。其中紅光波長為660 nm，藍(lán)光波長為460 nm，綠光波長為520 nm。光通量密度均設(shè)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(jìn)行育苗。育苗基質(zhì)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(shè)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(zhì)與育苗基質(zhì)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(zhì)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(jìn)入成熟期后，采收果實并用液氮對樣品進(jìn)行速凍，于-80 ℃冰箱內(nèi)存放，待檢測各項生理指標(biāo)。

1.3 試驗方法

1.3.1 開花、結(jié)果調(diào)查 以每個處理所有重復(fù)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(fù)第一穗花結(jié)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(zhì)量。單株產(chǎn)量計算如下：單株產(chǎn)量=單果質(zhì)量×單株果數(shù)。用游標(biāo)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(zhì)測定 可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白質(zhì)、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(jìn)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(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結(jié)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(jìn)番茄植株第一花序提前結(jié)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(lán)光處理下達(dá)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(zhì)量在白光處理下最重，顯著高于其他光處理，單果質(zhì)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(zhì)的影響

表2表明，不同光照處理對番茄果實品質(zhì)指標(biāo)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(zhì)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(zhì)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(lán)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(guān)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(kuò)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(shù)研究的新方向之一，研究發(fā)現(xiàn)綠光可以誘導(dǎo)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(jìn)植物的營養(yǎng)生長[16-17]。在設(shè)施蔬菜栽培中，不同波長的LED光照組合可以進(jìn)一步促進(jìn)蔬菜作物的生長發(fā)育，提高果實品質(zhì)。本試驗中，白光+紅光、白光+藍(lán)光、白光+紅光+藍(lán)光組合處理下番茄始果時間均有提前，其中白光+紅光+藍(lán)光處理比白光對照提前了7 d。同時，白光+紅光+藍(lán)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(jìn)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(jié)果一致[18-19]。

不同光照對番茄果實的營養(yǎng)品質(zhì)和口感有顯著影響。番茄口感風(fēng)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(zhì)等綜合因素影響[20]。在添加紅光和紅藍(lán)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(lán)光光照則有利于提高維生素C 、蛋白質(zhì)和可溶性固形物含量[2，10，21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)，添加藍(lán)光后番茄果實中可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到最高，其次是紅藍(lán)組合光處理和白光對照?？扇苄怨绦挝锖吭诎坠?紅光+藍(lán)光復(fù)合光照處理下含量達(dá)到最高，其次是白光+藍(lán)光復(fù)合光照處理，這與劉曉英等人研究結(jié)果[2]相似。Kong[23]等人研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光可提高抗氧化酶基因的表達(dá)和酶活性，減緩可溶性蛋白質(zhì)的降解，從而使可溶性蛋白質(zhì)含量提高。本試驗中，與白光對照相比，白光+藍(lán)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(jié)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(lán)光對其合成都有重要的調(diào)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(jìn)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(lán)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(jìn)番茄果實番茄紅素合成，而藍(lán)光處理可以促進(jìn)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(lán)光照射可以促進(jìn)果實轉(zhuǎn)色[21]。

糖類物質(zhì)是影響番茄口感的重要物質(zhì)之一[26-28]，不少研究發(fā)現(xiàn)不同光照對植物糖類物質(zhì)含量有重要影響。其中紅光對植物碳水化合物積累有促進(jìn)作用，其原因可能是紅光通過調(diào)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。可溶性糖和蔗糖含量在白光+紅光+藍(lán)光處理下含量最高，這與孫娜[10]等人在番茄中研究的結(jié)果相似。本試驗中，番茄果實糖酸比在添加藍(lán)光和紅藍(lán)光后較高。前人研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理會降低番茄果實可滴定酸的含量，其主要原因是藍(lán)光影響了植物體內(nèi)酸類物質(zhì)降解酶和轉(zhuǎn)化酶的活性，進(jìn)而引起含酸量的差別[21]。糖類物質(zhì)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(lán)光有利于番茄植株提前結(jié)果，且不影響果實產(chǎn)量。在番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)方面，白光+紅光+藍(lán)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(lán)光處理下，番茄果實糖類物質(zhì)含量和糖酸比均有提高，番茄口感更佳。

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（責(zé)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