LED株间补光对番茄生长和果实品质的影响

丁小涛，姜玉萍，王 虹，周 强，何立中，余纪柱**

（1上海市设施园艺技术重点实验室，上海市农业科学院园艺研究所，上海 201403；2上海都市绿色工程有限公司，上海 202180）

LED株间补光对番茄生长和果实品质的影响

丁小涛1，2，姜玉萍1*，王 虹1，周 强1，2，何立中1，2，余纪柱1，2**

（1上海市设施园艺技术重点实验室，上海市农业科学院园艺研究所，上海 201403；2上海都市绿色工程有限公司，上海 202180）

研究了LED株间补光对番茄叶片质量、光合作用和果实品质的影响。结果表明：LED补光使番茄上部、中部和下部叶片单位叶面积鲜重明显增加，光合作用增强；同时，LED补光增加了果实中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量和VE含量，并且果实品质有了明显提高，果实采收期提前5 d。

番茄；LED补光；光合作用；采收期；果实品质

番茄是我国设施栽培面积最大的蔬菜之一，因营养丰富、经济效益高而深受人们欢迎。光是蔬菜进行物质代谢和能量代谢的基础，影响着光合产物积累及产量形成。在设施栽培中，尤其在冬春季节，弱光天气较多，同时番茄植株间、叶片间的相互遮掩也使中部和下部叶片处于相对的弱光环境中，影响了番茄的生长及产量和品质［1-2］，而补光是缓解设施栽培番茄弱光胁迫的有效手段。

近年来，LED在植物设施栽培领域的研究和发展已经引起了全球的重视，采用LED为主要光源的植物工厂可以使番茄栽培空间的利用率和环境控制性大幅提高［3］。关于番茄LED不同光质补光对其生长和产量品质的影响［4-5］，以及LED补光提高番茄抗逆性等方面［6-7］的研究已有报道，但目前国内关于LED株间补光的研究却很少。本试验拟通过对番茄LED株间补光的研究，了解补光后番茄不同部位叶片光合作用等方面的变化，以及其对果实成熟和品质的影响，以期提高番茄的产量和品质，丰富番茄的栽培实践和栽培理论。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试验于2013—2014年在上海市农业科学院国家设施农业工程技术研究中心崇明基地智能温室中进行，所用番茄为欧洲鸡尾酒串番茄品种‘Brioso RZ’，由荷兰瑞克斯旺公司提供。2013年11月6日用岩棉作基质播种育大苗，12月20日待现大蕾时定植于栽培温室中，定植密度为2.8株/m2，采用吊挂栽培，以岩棉作为栽培基质。整个温室顶部为钠灯补光，钠灯由郑州格维特照明科技有限公司生产，功率为780 W，安装在温室约6 m高处，每5.3 m2安装一只钠灯。L

图1 温室LED株间补光的番茄（下部叶片去掉一部分）Fig．1 LED supplementary lighting among plants of tomato in greenhouse

ED株间补光灯为飞利浦公司生产，分别在生长架的0.6 m和1.7 m处放置两条（图1）。单根补光灯长度为2.5 m，功率115 W，共有200个LED灯，其中红光和蓝光LED灯设置比例为4∶1。单个种植行上、下各安装12只补光灯，总长度为30 m。

1．2 试验方法

1.2.1 试验处理 试验设2个处理：（1）正常生长番茄（对照）；（2）LED株间补光番茄。每个处理定植144株，重复4次。两个处理设置在同一个温室中，处理间设置2行保护行隔开。于定植5周后再开始LED株间补光，设置每天00：00—07：00为定时补光时间，白天当外界光照强度低于100 μmol·m－2·s－1时，设置为LED灯打开，约补光3周后开始采收果实。

1.2.2 LED株间补光对番茄单位叶面积质量和光响应曲线、二氧化碳响应曲线的影响 于LED补光1个月后对植株上部、中部、下部展开的最大功能叶片进行取样（其中下部、中部叶片选择补光灯附近的最大功能叶），用电子天平测量叶片鲜重。利用LI-6400型光合仪（LI-COR，Inc.，Lin-coin，NE，美国）测量上部、中部、下部展开的最大功能叶片净光合速率，测量二氧化碳响应曲线时设置光强为1 200 μmol·m－2·s－1，二氧化碳浓度分别设置为50 μmol·mol－1、100 μmol·mol－1、200 μmol·mol－1、300 μmol·mol－1、400 μmol·mol－1、600 μmol·mol－1、800 μmol·mol－1、1 000 μmol·mol－1、1 200 μmol·mol－1、1 500 μmol·mol－1、2 000 μmol·mol－1；测量光响应曲线时设置二氧化碳浓度为400 μmol·mol－1，光照强度分别设置为0 μmol·m－2·s－1、10 μmol·m－2·s－1、20 μmol·m－2·s－1、50 μmol·m－2·s－1、80 μmol·m－2·s－1、100 μmol·m－2·s－1、120 μmol·m－2·s－1、150 μmol·m－2·s－1、200 μmol·m－2·s－1、400 μmol·m－2·s－1、600 μmol·m－2·s－1、800 μmol·m－2·s－1、1 000 μmol·m－2·s－1、1 200 μmol·m－2·s－1、1 500 μmol·m－2·s－1、1 800 μmol·m－2·s－1，每个处理重复3次。

1.2.3 LED株间补光对番茄成熟情况的影响 每个果穗留果9个，分别于2014年2月14日、18日、20日对LED补光和对照番茄进行成熟情况的调查。果实完全转变为红色，达到成熟定为“全红果”，果实部分转色，定为“半红果”；果实达到最大但没有转色，完全为绿色定为“绿果”。每个处理每种类型调查果穗20个，重复3次，取平均值。

1.2.4 LED株间补光对番茄果实品质的影响 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量［8］，酸碱滴定法测定可滴定酸含量，并计算糖酸比［9］；用手持糖度计（PAL-1）测定番茄中的可溶性固形物含量；高效液相色谱法测定维生素E含量；用2%草酸提取，2，6-二氯酚靛酚滴定法测定维生素C含量［8］，2月20日对每个处理取全红果20个（混合取样），重复3次，于实验室进行各个项目的检测。数据采用Origin 7.5软件和SAS统计软件进行分析。

2 结果与分析

2．1 LED株间补光对番茄单位叶面积质量的影响

从表1可以看出，LED株间补光使番茄上部、中部、下部叶片的单位面积质量均显著增加，比对照分别增加6.9%、8.5%、14.3%，以下部叶片增加较为明显。同时，各个处理下部叶片质量显著高于中部叶片，中部叶片质量又显著高于上部叶片。

表1 LED株间补光对番茄上、中、下部叶片单位叶面积质量的影响Table 1 Effects of LED supplementary lighting among plants on leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts

2．2 LED株间补光对番茄二氧化碳响应曲线和光响应曲线的影响

从图2可以看出，LED株间补光条件下，番茄上部、中部、下部叶片的二氧化碳响应曲线明显在其CK叶片的上方，说明补光条件下，番茄叶片有更高的净光合速率，其中，补光对中部叶片和下部叶片的效果更明显。从图3可以看出，番茄光响应曲线在较低光强下各个处理差异不太明显，但是当光照强度超过200 μmol·m－2·s－1时，上部叶片、中部叶片净光合速率增加更快，其中以上部叶片增加最快、下部叶片最慢，同时下部叶片较早出现光合作用的饱和点。LED株间补光对中部和下部叶片的光响应曲线影响更为明显，CK中部和下部叶片分别在1 000 μmol·m－2·s－1和400 μmol·m－2·s－1光照强度下出现了光合作用的饱和点，而LED株间补光植株分别在1 500 μmol·m－2·s－1和600 μmol·m－2·s－1才出现光合作用的饱和点，说明LED补光明显增加了中部和下部叶片的光合能力。

图2 LED株间补光对番茄二氧化碳响应曲线的影响Fig．2 Effects of LED supplementary lighting among plants on CO2response curve of tomato

图3 LED株间补光对番茄光响应曲线的影响Fig．3 Effects of LED supplementary lighting among plants on light response curve of tomato

2．3 LED株间补光对番茄品质和采收期的影响

从3次番茄果实成熟情况的调查（表2）可以看出，LED株间补光处理的番茄全红果数量在不同日期均明显多于没有补光的番茄，2月14日、18日、20日分别为对照的2.01倍、1.65倍和1.43倍；同时绿果数明显少于对照，2月14日、18日、20日分别为对照的59.2%、36.8%和9.3%；而半红果数二者无明显规律。说明LED株间补光可以明显加快番茄果实的成熟速度，LED补光的番茄在2月20日很多果实已经整串成熟，即开始第一批次的采收（采收标准为最后两个果实已转为半红果）；而对照处理番茄到2月25日才开始采收，LED补光番茄较对照提前5 d采收。

表2 LED株间补光对番茄果实成熟情况的影响Table 2 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit maturity

从表3可以看出，LED株间补光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均显著提高，分别比对照提高16.3%、16.5%、23.2%、29.8%、66.7%，其中VE含量提高最为明显；果实的可滴定酸度略有降低，但和对照差异不显著。

表3 LED补光对番茄果实品质的影响Table 3 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit quality

3 结论与讨论

光合作用为植物的生长和繁衍提供了必要的同化物质［10］，保持正常的光合作用是植物生长发育的必要条件。WARREN［11］认为设施内作物生长和产量对光照有很强的依赖性，LED红色光源补光能够促进番茄植株生长［12］。本研究发现LED红光和蓝光组合株间补光明显增加了上、中、下部叶片的单位叶面积质量，同时也使叶片的光合作用有了明显的提高，使叶片的光合能力更强，尤其对处于遮光较多的中部和下部叶片，作用更为明显。GOINS等［13］研究发现，与白光比较，适当的蓝光LED和红光LED配比是小麦获得良好光合作用、地上部干重和产量的重要保证。这也是本试验测量叶片二氧化碳响应曲线和光响应曲线时，LED株间补光使叶片保持较强光合能力的原因。

孙娜等［12］对日光温室番茄补照红光和红蓝混合光之后，番茄产量得到明显的提高。蒲高斌等［14］研究发现，红光可以明显加快番茄的成熟。本试验对番茄进行LED株间补光后，番茄中部和下部叶片光合作用明显加强，叶片制造的光合同化产物也随之增加，不仅使叶片本身获得更多的同化物质，而且果实也汲取到更多的同化产物用于果实的构建，同时下部果实得到更多的光照而易于着色和尽快成熟，这可能是由于LED红蓝光诱导了光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，促进蔗糖代谢相关酶活性的提高，使光合产物更多地分配到番茄果实中［15-16］。

红光和蓝光是影响番茄果实转色期品质变化的主要光质［4］。很多研究发现，红光和红蓝组合光处理能够显著提高番茄果实的糖含量和糖酸比［4，12］，红光、蓝光均可促进番茄果实维生素C与糖分的积累［4-5］。本试验对与番茄品质相关的一些指标进行了测量，发现株间LED红蓝光组合补光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均显著提高。VC和VE都是重要的抗氧化剂，本试验发现番茄LED株间补光后，果实中VE含量大幅增加，说明补光番茄中含有大量的抗氧化剂，食用后可以提高人体的抵抗力，这些都充分说明LED补光对改善番茄果实品质确实有重要的作用。

总之，LED株间补光可以明显增加上、中、下部叶片的光合作用，使叶片制造更多的同化产物，用于番茄叶片和果实的构建，使番茄成熟期提前，且果实品质提高。

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（责任编辑：闫其涛）

Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato growth and fruit quality

DING Xiao-tao1，2，JIANG Yu-ping1*，WANG Hong1，ZHOU Qiang1，2，HE Li-zhong1，2，YU Ji-zhu1，2**
（1Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology；Horticultural Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences，Shanghai 201403，China；2Shanghai Dushi Green Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 202180，China）

The effects of LED supplementary lighting among plants on leaf quality，photosynthesis and fruit quality of tomato were studied in greenhouse.The results showed that tomato leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts increased obviously，and the photosynthesis enhanced after the treatment of LED supplementary lighting；Soluble solids content，soluble sugar content，sugar acid ratio，VC content and VE content increased also.Compared with the control，the fruit quality was obviously improved，and the fruit harvest time was 5 days in advance.

Tomato；LED supplementary lighting；Photosynthesis；Harvesting time；Fruit quality

S641.2

A

1000-3924（2016）06-048-04

2015-08-13

低碳环控型温室结构及配套装备研制与产业化示范［国家科技支撑计划2014BAD08B01］；国家自然基金青年项目（31301818）；上海市农委青年人才成长计划［沪农青字（2014）第1-8号］；现代园艺温室综合技术的研发与应用［上海市科技兴农重大项目沪农科重字（2010）第4-1号］

丁小涛（1981—），男，硕士，助理研究员，主要从事栽培生理及设施黄瓜育种研究。Tel：021-52235451，E-mail：xiaotao198108＠163.com

*共同第一作者

**通信作者，Tel：021-52235451，E-mail：yy2＠saas.sh.cn